羌族民居的室內(nèi)熱環(huán)境研究——以桃坪羌寨為例

廖語霞, 李茂杰, 楊澗溪, 李　妍, 劉佳琪, 陳曉艷

(西南民族大學城市規(guī)劃與建筑學院， 四川成都 610000)

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羌族民居的室內(nèi)熱環(huán)境研究
——以桃坪羌寨為例

廖語霞, 李茂杰, 楊澗溪, 李妍, 劉佳琪, 陳曉艷

(西南民族大學城市規(guī)劃與建筑學院， 四川成都 610000)

【摘要】文章選取岷江流域桃坪羌寨典型的羌族民居作為研究對象，在夏季和冬季進行現(xiàn)場測試，對民居的室內(nèi)熱環(huán)境及熱舒適性進行定量研究，研究顯示羌族傳統(tǒng)民居夏季熱舒適度良好，冬季室內(nèi)較冷、熱舒適度較差。

【關鍵詞】羌族;傳統(tǒng)民居;室內(nèi)熱環(huán)境

羌族傳統(tǒng)民居是數(shù)千年來羌族人民適應當?shù)貧夂蛐螒B(tài)、生活形態(tài)形成的極具特色的傳統(tǒng)民居。桃坪羌寨位于四川省阿壩藏族羌族自治州理縣雜谷腦河畔，是羌族建筑群落的典型代表。

近些年來，關于羌族傳統(tǒng)建筑的研究主要側(cè)重于傳統(tǒng)民居的歷史演變、文化背景與營造經(jīng)驗等方面的闡述與分析，對傳統(tǒng)民居的室內(nèi)熱舒適研究則略顯不足。本文對其進行冬夏季室內(nèi)熱環(huán)境研究，為對進一步了解羌族傳統(tǒng)民居的熱工性能，改善其熱環(huán)境提供科學的依據(jù)。

1研究對象簡述

1.1地理位置及氣候

理縣位于四川省西部,青藏高原東部,阿壩藏族羌族自治州東南緣。全縣境內(nèi)山巒起伏,平均海拔2 700 m,氣候?qū)偕降匦土Ⅲw氣候,春夏季降水量多,冬季無霜期短。

1.2羌族傳統(tǒng)民居的特點

羌族民居主要有石砌民居、土屋、板屋、碉樓民居。民居多選址在半山或者高半山坡地區(qū)，多以聚落形態(tài)出現(xiàn)。住宅多為石砌樓房，層數(shù)多為二層及以上。各層分工明確，采用石木混合結(jié)構(gòu)，體量較大。建筑外墻厚度一般為40～50 cm，三層及以上建筑墻厚為60～120 cm。

1.3研究對象概況

本文選取岷江流域桃坪羌寨的一處傳統(tǒng)民居作為研究對象，建筑坐西朝東，院落式空間，與周邊的建筑共用南北向及東向的外墻。

民居平面功能布置為該地常見形式：一層主要是起居室、臥室及廚房；二層是風干房，主要用作曬糧食的場所，在臥室不能滿足使用要求時兼做臥室；三層為曬臺；衛(wèi)生間及淋浴間建于院子內(nèi)。建筑外墻為石木混合結(jié)構(gòu)，主要材料為石、泥、木，內(nèi)部用木板分隔空間。每層層高不盡相同，一層約為2.8 m，二層約2.5 m，墻厚450 mm。因與周邊建筑共用外墻，故而建筑似一個下小上大的長方體。窗為木框單層玻璃窗，窗墻面積比較小(研究對象的平面圖及測點布置圖見圖1，圖中“·”表示測點)。

1.4測試方案簡述

根據(jù)《民用建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境評價標準》的規(guī)定對研究對象進行測點布置及測試。夏季測試時間為2014年7月15日至2014年7月18日，共計4天；冬季測試時間為2015年1月5日至2015年1月7日，共計3天。具體測試項目及實驗儀器見表1。

表1　室內(nèi)外熱環(huán)境參數(shù)各項測試參數(shù)

2實驗數(shù)據(jù)分析

2.1太陽輻射

由圖2可知，夏季太陽輻射照度平均值為484.94 W/m2，最高值為1 113 W/m2。夏季太陽日輻射強度較大，輻射時間較長。

由圖3可知,冬季太陽輻射照度平均值為256.02 W/m2，最高值為553 W/m2。冬季太陽日輻射強度較小，冬季的太陽輻射時間較短。

2.2空氣溫度

(a) 一層平面圖及測點布置

(b) 二層平面圖及測點布置圖

(c) 三層平面圖及測點布置圖圖1　羌族民居平面及測點布置

圖2　夏季太陽輻射變化曲線

圖3　冬季太陽輻射變化曲線

由圖4可知，夏季室外氣溫最高值為32℃，最低值為17℃，平均值為27℃；室內(nèi)氣溫最高值為27℃，最低值為19℃，平均值22.7℃。在測試時間內(nèi)室外的溫度變化趨勢與室內(nèi)各房間溫度變化基本一致。室內(nèi)各房間變化曲線非常接近，空氣溫度變化較為平緩，最高值與最低值相差不大。由于三樓測點處于半室外，所以變化趨勢與室外測點相同，氣溫最高值與最低值相差較大。室內(nèi)空氣溫度平均值在夏季人體舒適溫度(22～28℃)之內(nèi)，溫度較為涼爽。

圖4　夏季室內(nèi)外空氣溫度變化曲線

由圖5可知，冬季室外氣溫最高值為9℃，最低值為0℃，平均值為3.8℃；室內(nèi)氣溫最高值為9℃，最低值為1℃，平均值為4.9℃。在測試時間內(nèi)室外溫度變化趨勢與室內(nèi)各房間溫度變化趨勢大體相同。室內(nèi)各房間溫度變化比室外較為平緩，晝夜溫差較小，各房間平均氣溫相差較小，建筑外墻具有一定保溫性能。室內(nèi)空氣溫度較低，低于冬季舒適溫度(16～24℃)，人體熱感覺較冷。

圖5　冬季室內(nèi)外空氣溫度變化曲線

2.3空氣相對濕度

由圖6可知，夏季室外空氣相對濕度最高值為75.4%，最低值為52.7%，平均值為66.0%；室內(nèi)空氣相對濕度最高值為73.7%，最低值為52.3%，平均值為66.2%。室內(nèi)相對濕度略小于室外，空氣總體較為濕潤且濕環(huán)境較為穩(wěn)定，在人體最舒適濕度(40%～80%)范圍內(nèi)。由于一樓是主要活動場所，相對濕度略高于其他房間測點?？諝鉂穸日w變化趨勢較為平緩，室內(nèi)外變化趨勢基本一致，空氣濕度較適宜。

圖6　夏季相對濕度變化曲線

由圖7可知，冬季室外空氣相對濕度最高值為34.5%，最低值為27.6%，平均值為30.9%；室內(nèi)空氣相對濕度最高值為35.2%，最低值為27.8%，平均值為32%。室內(nèi)外空氣相對濕度平均值相差較小，變化趨勢基本一致。室內(nèi)空氣相對濕度比較接近人體熱舒適標準(30%～60%)范圍下限，但仍有10.9%的時間室內(nèi)空氣相對濕度處于人體熱舒適標準之外。從以上的分析可知，當?shù)囟究諝庀鄬穸容^低，環(huán)境較為干燥。

圖7　冬季相對濕度變化曲線

2.4室內(nèi)外風速

由圖8可知，夏季室外風速最大值為1.8 m/s，平均值0.65 m/s；室內(nèi)風速最大值為0.86 m/s，平均值0.23 m/s。室內(nèi)外風速平均值相差0.41 m/s，室內(nèi)風速明顯低于室外風速。室內(nèi)風速變化趨勢與室外風速變化趨勢基本一致，分析其原因在于一樓大門開啟與三樓曬臺門開啟形成煙囪效應，空氣流速相對較快，減小了由于建筑開窗較小而導致空氣對流較慢的影響，使得室內(nèi)外空氣相對濕度變化相接近。從以上的分析可知，夏季室內(nèi)有良好的通風，室內(nèi)平均風速在人體舒適風速范圍之內(nèi)，舒適宜人。

圖8　夏季室內(nèi)外風速變化曲線

由圖9可知，冬季室外風速最大值1.55 m/s為，平均值0.49 m/s；室內(nèi)風速最大值為0.83 m/s，平均值0.38 m/s；室內(nèi)外風速平均值相差0.11 m/s，室內(nèi)外風速相差較小，大多數(shù)房間能形成良好的通風，完成室內(nèi)外的空氣交換；由于外圍護結(jié)構(gòu)的氣密性較差，冷風滲透量較多，室內(nèi)熱環(huán)境受冷空氣影響導致室內(nèi)空氣溫度較低，熱舒適度受到影響。但存在特殊房間如一樓內(nèi)側(cè)靠廚房的臥室，沒有窗戶，無法進行自然通風采光，空氣質(zhì)量較差，需要通過門來進行空氣交換。

圖9　冬季室內(nèi)外風速變化曲線

2.5西墻溫度

由圖10可知，夏季測試條件下研究對象西向外墻內(nèi)表面最高溫度為26.2℃，最低為20.9℃，平均值為24.1℃；外表面最高溫度為49.6℃，最低為17.1℃，平均值為24.8℃。內(nèi)表面溫差為5.3℃，外表面溫差為32.5℃，內(nèi)外表面溫差最大值為24.6℃。內(nèi)表面溫度變化較為平緩，外表面溫度變化較為劇烈，內(nèi)表面溫差明顯小于外表面溫差，建筑外墻具有良好的熱穩(wěn)定性。內(nèi)表面最高溫度小于室外空氣溫度最高值(32℃)，內(nèi)外表面溫差較大，建筑西向外墻在日照下外表面受熱但是通過墻面將熱量傳入內(nèi)表面的較少，建筑外墻具有良好的隔熱性能，滿足隔熱要求。

圖10　夏季西墻內(nèi)外壁溫度變化曲線

2.6室內(nèi)熱舒適滿意度調(diào)查

在夏季測試時間內(nèi)通過對當?shù)鼐用襁M行現(xiàn)場問卷調(diào)查的方式，主要集中調(diào)查居民對熱感覺、濕感覺、風速強弱、光感強弱等主要方面的評價。分析得出了當?shù)鼐用駥鹘y(tǒng)民居的夏季室內(nèi)熱舒適評價普遍較為滿意，認為室內(nèi)外空氣較為干燥，溫度較為涼爽，通風狀態(tài)良好。但同時認為由于開窗較小缺乏自然采光，室內(nèi)光線較暗。

冬季調(diào)查方式同夏季。在當?shù)厥彝饪諝鉁囟容^低的氣候條件下，當?shù)鼐用衿毡橐轮^厚。問卷結(jié)果反映當?shù)鼐用駥τ趥鹘y(tǒng)民居冬季室內(nèi)熱環(huán)境持較滿意態(tài)度，認為室內(nèi)外空氣干燥適宜，通風狀態(tài)良好，但同時存在采光不足的問題。其中青年人對室內(nèi)熱舒適滿意度明顯低于老年人(圖11)。

3室內(nèi)熱舒適評價

為了更科學地反應人體對室內(nèi)熱環(huán)境的感受，利用熱舒適儀對人體主要活動場所進行實時測試。測試均在自然通風的條件下進行，依據(jù)當?shù)鼐用袢粘；顒雍鸵轮晳T對熱舒適儀進行參數(shù)設定，將夏季的新陳代謝率設定為1.0，服裝熱阻設定為0.6；冬季的新陳代謝率設定為1.2，服裝熱阻設定為2.0。

數(shù)據(jù)顯示，冬季PPD指數(shù)在整天時間內(nèi)波動較大，最大值為95 %，最小值為45 %，平均值為70 %，大多時間都在60～90 %之間浮動；夏季PPD指數(shù)最大值為62 %，最小值為5 %，平均值為18 %；對比發(fā)現(xiàn)，冬季整天的熱舒適度性都較差；夏季人體活動主要時間范圍內(nèi)的熱舒適度性較差，其余時間內(nèi)熱舒適度對人體而言較為舒適。通過對比PMV指數(shù)可以發(fā)現(xiàn)，冬季室內(nèi)的預計平均熱感覺指數(shù)在-1.5～-2.5之間浮動，平均值為-2，對人體而言很冷；夏季室內(nèi)的預計平均熱感覺指數(shù)在-1～+2浮動，平均值為+0.5，對人體而言為舒適。相比冬季而言，夏季室內(nèi)熱環(huán)境更讓人感覺舒適。夏季的空氣流速也明顯高于冬季，室內(nèi)外通風狀況較好。對比兩季的黑球溫度和空氣溫度，人的實際感覺溫度和空氣溫度相差不大。整體而言，夏季室內(nèi)熱環(huán)境優(yōu)于冬季，冬季室內(nèi)熱環(huán)境給人感覺較冷，預計不滿意人群比例較大(圖12、圖13)。

(a)室內(nèi)熱感覺

(b)潮濕度

(c)通風

(d)光線強度

(e)整體滿意度圖11　冬季問卷調(diào)查結(jié)果分析

4結(jié)束語

通過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)采集和相關評測軟件分析，我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的羌族民居存在建筑開窗較小采光不足、圍護結(jié)構(gòu)氣密性較差、冬季室內(nèi)較冷熱舒適度較差的問題。隨著近年來社會經(jīng)濟的發(fā)展，羌族傳統(tǒng)的居住環(huán)境可能已經(jīng)不能滿足當?shù)鼐用竦男枨蟆Ｈ绾卧诒Ｗo建筑原有形態(tài)的基礎上解決這些問題，仍需要進行更進一步的研究。

圖12　夏季熱舒適度分析

圖13　冬季熱舒適度分析

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【文獻標志碼】B

【中圖分類號】TU111.3

[定稿日期]2015-08-11