張浩　王紅　陳旋　尉然　梁曉鵬

摘 要：選取黔東南典型侗族傳統(tǒng)民居進(jìn)行實(shí)測調(diào)研，分析現(xiàn)有侗族傳統(tǒng)民居與當(dāng)?shù)馗鳝h(huán)境因素之間的關(guān)系及民居各方面所存在的不足。運(yùn)用定量物理環(huán)境實(shí)測和利用相關(guān)軟件模擬分析的研究方法，對黔東南侗族五個(gè)傳統(tǒng)村落民居進(jìn)行光熱環(huán)境實(shí)測分析，利用Ecotect和Desibuilder軟件分別進(jìn)行光熱環(huán)境和能耗模擬分析，明晰民居熱舒適性與優(yōu)化改進(jìn)策略。民居優(yōu)化策略在建筑最佳朝向宜為西南偏南至東北偏北方向;建筑間距綜合考慮各方面因素，在考慮對民居進(jìn)行改進(jìn)和新建民居時(shí)，當(dāng)新建民居為一層時(shí)，民居之間的日照間距應(yīng)保持在3.9～4.5 m之間，當(dāng)新建建筑為兩層時(shí)，建筑間距范圍應(yīng)控制在7.8～8.5 m;建筑室外注重結(jié)合植物綠化與水體營造調(diào)節(jié)微氣候環(huán)境空間。

關(guān)鍵詞：侗族;傳統(tǒng)民居;熱環(huán)境;能耗分析;優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類號：TU14? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

伴隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，許多地區(qū)年代久遠(yuǎn)的傳統(tǒng)民居，因難以適應(yīng)現(xiàn)代生活的發(fā)展，在改造中受到了嚴(yán)重的破壞，對傳統(tǒng)民居在人居環(huán)境質(zhì)量與地域特征方面造成了嚴(yán)重的雙重影響。傳統(tǒng)民居在冬、夏兩季室內(nèi)潮濕、光環(huán)境差和通風(fēng)效果不理想等問題，給當(dāng)?shù)孛窬釉谏硇慕】捣矫嬖斐闪瞬焕挠绊慬1]。張華結(jié)合村落建筑設(shè)計(jì)因素如村落整體選址布局、建筑空間組織、建筑朝向與間距、村落水體布置及村落建筑周圍植物配置等方面總結(jié)了傳統(tǒng)民居的通風(fēng)設(shè)計(jì)策略[2]。應(yīng)丹華在浙南氣候條件的基礎(chǔ)上，通過利用weather tool分析浙南地區(qū)全年的氣候參數(shù)和民居熱舒適性能，得出了適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂驐l件的被動(dòng)式技術(shù)策略-春季防潮、夏季注意遮陽和通風(fēng)、冬季加強(qiáng)保溫。并從光、熱、風(fēng)環(huán)境及太陽輻射四個(gè)方面總結(jié)了浙南地區(qū)適宜性建造策略[3]。以西安建筑科技大學(xué)[4-6]為主的研究團(tuán)隊(duì)，主要針對我國西部地區(qū)傳統(tǒng)民居的氣候、熱環(huán)境等方面進(jìn)行研究，如張濤從民居圍護(hù)結(jié)構(gòu)、屋頂坡度等方面對傳統(tǒng)民居外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱工環(huán)境適應(yīng)性機(jī)理進(jìn)行了研究[7]，馮娟從屋面結(jié)構(gòu)更新、墻體的材料更新、被動(dòng)式陽光間的利用來提高能源利用效率，研究該地區(qū)的生態(tài)適宜性技術(shù)來解決當(dāng)?shù)匦旅窬咏ㄖ氖孢m性[8]。目前國內(nèi)學(xué)者針對貴州地區(qū)傳統(tǒng)民居也進(jìn)行了大量的研究，李敏等以黔東南侗族民居為例，從民居發(fā)展背景、地形地貌、平面布局、建筑結(jié)構(gòu)、建筑材料及建筑裝飾等幾個(gè)方面分析了侗族民居的地域特色和營建技術(shù)，民居體現(xiàn)了侗族人民對本民族的特色文化和結(jié)合周圍各環(huán)境的巧妙利用[9]。李權(quán)等針對黔東南傳統(tǒng)民居存在的問題如民居建筑結(jié)構(gòu)、建筑材料使用等方面，提出傳統(tǒng)文化、當(dāng)?shù)靥厣ㄖL(fēng)格結(jié)合新的建筑材料、現(xiàn)代建筑技術(shù)，在建筑功能、建筑舒適性等方面提升，并為當(dāng)?shù)鼗騻鹘y(tǒng)民居在改建或新建民居制定改造計(jì)劃提供參考[10]。張海濱等[11]、徐亞男[12]、彭明熙等[13]、熊珂[14]通過對建筑材料的加工處理，增加材料的熱惰性，來提高民居圍護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱性能，增加室內(nèi)舒適性;并通過增加窗墻比、改變開窗位置，增加室內(nèi)空氣流通，帶走夏季室內(nèi)多余的熱量。本文對室內(nèi)相關(guān)數(shù)據(jù)檢測，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境等因素，利用能耗模擬軟件對室內(nèi)、外熱環(huán)境進(jìn)行模擬，為黔東南侗族民居優(yōu)化改善及綠色民居的發(fā)展與建設(shè)提供依據(jù)。

相較于國內(nèi)傳統(tǒng)民居物理環(huán)境的研究，國外起始于上世紀(jì)六十年代，早于國內(nèi)，研究的方向主要在于工業(yè)化和鄉(xiāng)土化兩個(gè)方向[15]。西方歐美國家由于發(fā)達(dá)的經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)的技術(shù)，比較傾向于傳統(tǒng)民居建造（改造）技術(shù)的工業(yè)化和機(jī)械化，發(fā)展中國家的傳統(tǒng)民居具有更高的使用率，為了跟隨時(shí)代提升居民的居住環(huán)境，建筑師更偏向于結(jié)合當(dāng)?shù)丨h(huán)境因素對民居進(jìn)行改進(jìn)[16]，Yüksek從民居建筑的節(jié)能方面發(fā)掘并探討了傳統(tǒng)民居本身所具有的綠色性[17]，印度建筑師查爾斯·柯里亞和埃及建筑師哈桑.法賽[18-19]從傳統(tǒng)民居的營建技術(shù)、村落選址、利用周圍環(huán)境等因素中探索經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)，并對其進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，形成具有本土特色能夠適應(yīng)地域環(huán)境的綠色設(shè)計(jì)方法。

自上世紀(jì)六十年代以來，無論是國內(nèi)還是國外對于提升傳統(tǒng)民居的居住環(huán)境大都是通過民居改造、建造的方法，但近年來，隨著計(jì)算機(jī)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，眾多外國學(xué)者開始使用軟件模擬技術(shù)進(jìn)行定量的分析，研究的深度和精度也得到提高。因此對傳統(tǒng)民居熱工環(huán)境的定量研究已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。本論文通過定量實(shí)測分析高增村、岜扒村、肇興村、廈格村、堂安村民居的光熱環(huán)境，結(jié)合軟件模擬對實(shí)測結(jié)果分析，提出適合當(dāng)?shù)氐赜颦h(huán)境的民居設(shè)計(jì)策略，能夠體現(xiàn)出侗族民居在民族性、建筑結(jié)構(gòu)性、建筑美學(xué)等具有較為突出的特點(diǎn)。

1 研究概況

1.1 研究案例概況

侗族分布在我國的西南部湘、黔、桂毗鄰地區(qū)，貴州地區(qū)侗族主要分布在黔東南的從江、黎平、榕江等地。此次研究案例主要選取具有代表性的從江縣高增鄉(xiāng)高增村、岜扒村，黎平縣肇興鎮(zhèn)肇興村、廈格村、堂安村五個(gè)侗族村落民居，進(jìn)行民居光熱環(huán)境分析，選取岜扒村進(jìn)行光熱環(huán)境性能軟件模擬分析，所選研究對象如表1所示。貴州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版） 第38卷第6期 張 浩等：黔東南侗族傳統(tǒng)民居環(huán)境實(shí)測及適應(yīng)性研究

1.2 研究內(nèi)容與方法

本文運(yùn)用定量（物理環(huán)境實(shí)測和相關(guān)軟件熱環(huán)境分析）的研究方法，對黔東南侗族五個(gè)傳統(tǒng)村落民居進(jìn)行熱環(huán)境實(shí)測分析，利用Ecotect和Desibuilder分別進(jìn)行光熱環(huán)境和能耗模擬分析，明晰民居熱舒適性與優(yōu)化改進(jìn)策略。

具體測試時(shí)間及外環(huán)境氣象情況如下：進(jìn)行實(shí)際測量時(shí)，選取當(dāng)?shù)囟?、夏具有代表性的極端天氣時(shí)間，冬季選在2020年1月15日，連續(xù)檢測溫度時(shí)間為24 h，天氣狀況為早上晴天，后轉(zhuǎn)陰。夏季選在2020年7月24日，連續(xù)檢測溫度時(shí)間為24 h，天氣由陰轉(zhuǎn)晴。黔東南侗族民居對居住環(huán)境舒適度存在的主要問題集中在房屋破舊、采光通風(fēng)差、潮濕寒冷，即夏季室內(nèi)較炎熱，冬季室內(nèi)寒冷，寒風(fēng)滲透大，冬夏熱舒適均不佳。因此主要測試記錄冬、夏兩季對人體熱感受直接相關(guān)的數(shù)據(jù)，包括室內(nèi)外空氣溫濕度及室內(nèi)外空氣流速。通過對室內(nèi)外實(shí)測數(shù)據(jù)的分析，研究建筑在窗墻比、圍護(hù)結(jié)構(gòu)及材料對侗族傳統(tǒng)民居室內(nèi)熱環(huán)境的影響。分析影響黔東南侗族傳統(tǒng)民居室內(nèi)熱環(huán)境及舒適度的因素，總結(jié)傳統(tǒng)民居的綠色經(jīng)驗(yàn)，為黔東南侗族傳統(tǒng)民居的優(yōu)化改進(jìn)提供可行的科學(xué)依據(jù)。

利用溫濕度計(jì)，對室內(nèi)外堂屋、臥室層測點(diǎn)位置溫濕度進(jìn)行連續(xù)24 h測試，室外進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)測試將儀器即空氣溫濕度測點(diǎn)（1個(gè)）布置距所測民居墻體1 m處。室內(nèi)空氣溫濕度測點(diǎn)（2個(gè)）堂屋、臥室，儀器布置于房間的中心位置，距地面1 m。每一個(gè)小時(shí)儀器自動(dòng)采集一組數(shù)據(jù)，測試期間室內(nèi)外窗開啟，房間內(nèi)處于自然通風(fēng)，居民處于正?；顒?dòng)。

2 測試結(jié)果與分析

2.1 民居內(nèi)外部環(huán)境實(shí)測

利用相關(guān)儀器測試室內(nèi)、外空氣溫、濕度，分析民居受各環(huán)境因素影響，測試結(jié)果如下。

2.1.1 高增村

高增村民居外部環(huán)境分析：

區(qū)域內(nèi)環(huán)境（巷道）空氣溫度、黑球溫度分析

巷道外部冬季空氣溫度（3.9～9.9 ℃），黑球溫度（3.3～9.5 ℃）;夏季空氣溫度（26.4～44.5 ℃），黑球溫度（26.3～48.9 ℃）。

高增村民居內(nèi)部環(huán)境分析：

（1）堂屋空氣溫度、黑球溫度、相對濕度分析

堂屋作為整棟建筑的過渡空間，連接室內(nèi)與室外。夏季，堂屋相對濕度為（65.8%～88.7%），整體相對濕度變化不大，空氣溫度（25.5～34.5 ℃），黑球溫度（27.0～34.6 ℃），溫度變化范圍在7.6 ℃左右;冬季，堂屋相對濕度（70.1%～85.4%），黑球溫度（4.4～9.8 ℃），空氣溫度（4.5～10.4 ℃），體感值與溫度值相差不大，但體感溫度<空氣溫度。

（2）室外、堂屋、臥室溫度分析

夏季室外最高溫度為44.5 ℃，最低溫度為26.4 ℃，幅度變化為18.1 ℃，溫度變化比較劇烈。堂屋、臥室溫度的變化由室外溫度變化而改變，所測數(shù)據(jù)中民居堂屋最高溫度34.5 ℃，最低溫度為25.5 ℃。臥室一天中最高溫度為34.1 ℃，最低溫度為26.1 ℃。

2.1.2 岜扒村

岜扒村民居外部環(huán)境分析：

區(qū)域外環(huán)境（巷道）黑球溫度分析

冬季1號巷道黑球溫度（4.1～5.6 ℃），2號巷道黑球溫度（3.6～6.2 ℃）;夏季1號巷道黑球溫度（25.2～35.5 ℃），2號巷道黑球溫度（25.3～35.6 ℃）;1、2巷道為東西平行巷道，但是2巷道窄于1巷道，1巷道（D/H>1），2巷道（D/H<1），夏季1巷道與2巷道體感溫度差別不大，但是在冬季由于2巷道狹窄，通過的寒風(fēng)不穩(wěn)定，體感溫度存在忽高忽低，波動(dòng)相比1巷道大。因此，在風(fēng)向一定，道路順風(fēng)而建，一個(gè)合適尺度的巷道尺寸可以改變一定程度上區(qū)域內(nèi)環(huán)境的體感溫度值。

岜扒村民居內(nèi)部環(huán)境分析：

（1）堂屋空氣溫度、黑球溫度分析

堂屋冬季空氣溫度（3.8～6.0 ℃），黑球溫度（4.0～6.2 ℃），堂屋溫差相差不大，體感溫度>空氣溫度;夏季空氣溫度（25.1～33.6 ℃），黑球溫度（25.8～34.3 ℃）。夏季堂屋溫差相比冬季溫差波動(dòng)較大，因此冬季體感溫度相比夏季更讓人感到舒適。

（2）室內(nèi)外溫度分析

冬季室外溫度（3.5～5.6 ℃），堂屋溫度（3.7～6.0 ℃），臥室溫度（3.9～6.1 ℃），室內(nèi)外氣溫波動(dòng)范圍小，波動(dòng)幅度堂屋>臥室。夏季室外溫度（26.1～33.4 ℃），堂屋溫度（25.1～32.2 ℃），臥室溫度（26.9～34.0 ℃），堂屋溫度波動(dòng)最大，這與堂屋相對開敞、與室外通風(fēng)換氣較多有關(guān)。

2.1.3 肇興村

民居外部環(huán)境分析：

巷道空氣溫度、黑球溫度分析

冬季黑球溫度（5.5～8.0 ℃），空氣溫度（5.3～7.4 ℃）;夏季黑球溫度（27.5～36.0 ℃），空氣溫度（28.0～33.5 ℃）;冬、夏兩季黑球溫度與空氣溫度變化趨勢相差無幾，但在冬季巷道體感溫度比夏季舒適。

民居內(nèi)部環(huán)境分析：

（1）堂屋空氣溫度、黑球溫度、相對濕度分析

夏季堂屋相對濕度為基本在（65.4%～84.3%），相對濕度變化不大，空氣溫度（27.3～33.3 ℃），黑球溫度（26.7～34.2 ℃），溫度增幅為7 ℃左右;冬季，堂屋相對濕度（68.9%～85.9%），空氣溫度（6.0～7.6 ℃），黑球溫度（6.5～8.1 ℃）。冬季民居堂屋人體體感值>空氣溫度值，說明木質(zhì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)在冬季起到一定的保溫措施，但效果達(dá)不到民居所要求的效果。

（2）室外、堂屋、臥室溫度分析

冬季室外溫度（5.2～7.3 ℃），堂屋溫度（6.0～7.6 ℃），臥室溫度（5.8～7.8 ℃），溫度變化幅度在2 ℃以內(nèi)，且臥室整體變化趨勢較穩(wěn)定，夏季室外溫度（28.1～33. ℃），堂屋溫度（27.3～33.4 ℃），臥室溫度（27.0～33.2 ℃），整體變化趨勢相差不大。

2.1.4 廈格村

廈格村民居外部環(huán)境分析：

區(qū)域內(nèi)環(huán)境（巷道）空氣、黑球溫度對比分析

冬季黑球溫度（1.6～5.4 ℃），空氣溫度（2.0～4.8 ℃），夏季黑球溫度（25.4～36.5 ℃），空氣溫度（24.2～40.0 ℃）;冬季巷道體感溫度與空氣溫度變化值相差不大，夏季體感溫度值<空氣溫度值，因?yàn)閺B格侗寨海拔高度為700～800 m之間，所以夏季寨內(nèi)巷道涼爽。

廈格村民居內(nèi)部環(huán)境分析：

（1）廈格村堂屋空氣溫度、黑球溫度分析

在物理量上，冬季民居空氣溫度（2.5～6.8 ℃），黑球溫度（2.4～6.8 ℃），夏季空氣溫度（26.3～34.5 ℃），黑球溫度（25.8～34.5 ℃），夏季體感溫差>空氣溫度差，民居室內(nèi)的空氣流通和熱交換有一定的不足之處，在夏季會感到潮濕悶熱，冬季體感溫度與空氣溫度溫差波動(dòng)不大。

（2）室內(nèi)外空氣溫度分析

冬季室外溫度（1.4～4.5 ℃），堂屋溫度（2.5～6.8 ℃），臥室（2.3～5.6 ℃），隨著海拔的升高，冬季溫度相比海拔低的村寨低。夏季室外溫度（25.0～35.8 ℃），堂屋溫度（26.3～32.9 ℃），臥室溫度（24.8～34.5 ℃）。

2.1.5 堂安村

堂安村外部環(huán)境（巷道）分析：

堂安村內(nèi)部環(huán)境（巷道）空氣溫度、黑球溫度分析

冬季空氣溫度（2.2～6.2 ℃），黑球溫度（2.3～5.4 ℃）;夏季空氣溫度（24.8～33.5 ℃），黑球溫度（25.1～32.3 ℃）。

堂安村內(nèi)部環(huán)境分析：

（1）堂屋空氣溫度、黑球溫度、相對濕度分析

堂安冬季堂屋空氣溫度（2.8～7.2 ℃），黑球溫度（3.2～6.9 ℃）;夏季堂屋空氣溫度（25～32.9 ℃），黑球溫度（24.6～31.7 ℃），一天中超過30 ℃的時(shí)間為13：00～16：00，共3個(gè)小時(shí)，和室外超過30 ℃時(shí)間段基本一致，且黑球溫度<空氣溫度，夏季室內(nèi)感到?jīng)鏊?/p>

（2）室內(nèi)外空氣溫度分析

室外冬季最高溫度6.2 ℃，最低溫度2.2 ℃，堂屋溫度最高為7.2 ℃，最低為2.8 ℃，臥室最高溫度為7.3 ℃，最低為3.2 ℃;夏季室外最高溫度為33.5 ℃，最低溫度為24.8 ℃，堂屋最高溫度為32.9 ℃，最低為25 ℃，臥室為32.3 ℃，最低溫度為25.1 ℃。

以上是選取的五個(gè)具有代表性的黔東南侗族民居，提煉出影響傳統(tǒng)民居熱環(huán)境的因素，并結(jié)合傳統(tǒng)民居的實(shí)例進(jìn)行一定總結(jié)。

2.2 民居內(nèi)部環(huán)境

建筑室內(nèi)熱環(huán)境：門窗洞口在單面墻中的開啟比及建筑朝向都直接影響溫濕度和風(fēng)環(huán)境的流通，隨著海拔的增高，室內(nèi)的溫濕度也會發(fā)生不同程度的改變。海拔低的侗寨，如高增村夏季室內(nèi)溫度，在同樣條件下比海拔高的堂安侗寨高，給人干燥發(fā)熱的感覺。在冬季，侗族高增村民居建筑室內(nèi)熱環(huán)境要比侗族堂安村民居建筑室內(nèi)熱環(huán)境更舒適。對調(diào)查的結(jié)果分析顯示，黔東南地區(qū)冬天溫度為18～25 ℃，濕度為30%～60%，風(fēng)速為 0～0.2 m/s;夏天溫度為23～28 ℃，濕度為30%～50%，風(fēng)速為0.2～0.4 m/s，在此環(huán)境下從事工作或者生活的人會有較高的舒適性。

2.3 民居外部環(huán)境

建筑街巷空間：村寨內(nèi)道路與民居的高寬比在一定程度上，能夠帶走街巷內(nèi)多余的熱量，增加民居外部環(huán)境帶給人的舒適性。當(dāng)?shù)缆放c民居的高寬比D/H=1時(shí)，此時(shí)寨內(nèi)建筑之間的間隔不僅保留了傳統(tǒng)民居匯聚人氣的特色，又可以讓道路視野更加舒適，也可最大化的在民居外圍形成一個(gè)良好的風(fēng)道。

景觀植物的選擇：氣溫、地形地貌、民族特色和良好的植被覆蓋率共同決定民居的外部環(huán)境。選擇適合民居外部環(huán)境的景觀植物，一方面可以調(diào)節(jié)建筑周圍的微氣候，另一方面也可以利用植物形成獨(dú)特的道路景觀。

2.4 村落區(qū)域環(huán)境

村落選址：從整個(gè)黔東南地區(qū)大環(huán)境中看，村落選址對整個(gè)村寨的舒適性起著一定的作用。無論是山地型村寨還是平壩型村寨，在村落選址時(shí)都要考慮場地給建筑本身帶來的影響。山地型村寨以岜扒村為例，民居沿著山體登高線層層修建。平壩型村寨所處的地形地貌環(huán)境更加平緩、適于村落建筑建設(shè)，選擇一個(gè)合適的筑建地址在聚落的形成當(dāng)中起著很大的因素，在村寨選址也要避開生態(tài)脆弱的地區(qū)。

植物營造：通過實(shí)地調(diào)研分析，合理的植物營造以及科學(xué)的植物種植，可以提高村落建筑的物理環(huán)境性能，一方面可以利用植物提高民居的私人空間，另一方面，植物可以調(diào)控村落及民居外部環(huán)境的物理因素，提升建筑室內(nèi)外的舒適性。

2.5 不足之處

建筑布局與環(huán)境營造方面：村落布局過于緊湊、建筑間距小，且存在部分民居朝向不理想，不利于通風(fēng)采光;某些村落內(nèi)部綠化空間營造少，不利于調(diào)節(jié)微氣候環(huán)境，有待加強(qiáng)。

建筑形態(tài)與功能空間層面：黔東南侗族現(xiàn)有的傳統(tǒng)民居因年代久遠(yuǎn)，平面功能空間布局設(shè)置與現(xiàn)代生活的需求存在一定差異，不能滿足當(dāng)下侗民對民居舒適性的要求。功能空間劃分不明確;民居局部空間的開間進(jìn)深過大，不利于室內(nèi)進(jìn)行采光;門窗洞口的開窗小且數(shù)量不夠，不利于室內(nèi)采光。

建筑構(gòu)造與材料層面：屋頂構(gòu)造單一，缺少吊頂設(shè)計(jì)，隔熱性能有待加強(qiáng)。底層水泥地面構(gòu)造簡單，工藝差，防潮性能還有待改善。海拔高于600 m的侗寨，外維護(hù)結(jié)構(gòu)材料單一，拼接工藝差，氣密性弱，大大降低了冬季的保溫效果。窗戶氣密性不佳，冬季保溫效果不好。

3 光熱環(huán)境改進(jìn)研究

3.1 民居熱工環(huán)境中建筑布局與環(huán)境營造布局優(yōu)化措施? 建筑四周南側(cè)巷道相對較寬，南向作為影響民居通風(fēng)和建筑采光的主要因素;因此利用本土植物調(diào)節(jié)建筑四周的微氣候、植物在建筑物理環(huán)境中可以制造風(fēng)道，選擇落葉喬木種植在南側(cè)，以利于夏季導(dǎo)風(fēng)，增加了室外建筑通風(fēng)的條件，同時(shí)在夏季也降低了民居周圍甚至村寨因地形及人為因素形成的區(qū)域熱島強(qiáng)度。

3.2 建筑形態(tài)與功能空間優(yōu)化措施

考慮到改善民居室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量，在保持侗族建筑特有文化的基礎(chǔ)上對民居各功能布局進(jìn)行調(diào)整，主要改進(jìn)措施如下：

（1）房間平面布局調(diào)整

將分散的功能空間進(jìn)行重新劃分整合，實(shí)現(xiàn)功能分區(qū)、動(dòng)靜分區(qū)等進(jìn)行重新合理分配：一層平面布局功能分布不合理，沒有結(jié)合當(dāng)?shù)匦枰谝粚釉O(shè)置部分功能空間，導(dǎo)致空間浪費(fèi)。

將廚房與糧倉放在西側(cè)，入戶門與北段窗戶進(jìn)行相對布置，在夏天由利于空氣流通，減少室內(nèi)熱量，給人舒適感，如圖1所示。

（2）立面造型設(shè)計(jì)

侗族民居的立面形式優(yōu)化設(shè)計(jì)依舊延續(xù)侗族傳統(tǒng)形式，建筑往往采用架空、疊架錯(cuò)層等處理手法來適應(yīng)復(fù)雜的地形。岜扒村所在的地里環(huán)境區(qū)域內(nèi)，一年四季濕度較大，雨水充足，因此為了夏季遮陽和雨季避免雨水進(jìn)入室內(nèi)，房屋的出檐較深。屋頂多為歇山式，多用小青瓦鋪蓋，也有用杉樹皮為防水材料。雖然侗族傳統(tǒng)民居現(xiàn)如今仍為干欄式建筑，但已演變成不同的建筑結(jié)構(gòu)形式，大部分底部架空用來防蟲和潮濕。

3.3 建筑構(gòu)造與材料優(yōu)化措施

3.3.1 屋頂

作為改善建筑室內(nèi)熱環(huán)境條件，屋頂扮演著重要的角色，無論冬夏，屋頂作為接受太陽輻射最直觀的一個(gè)接受面，在很大程度上決定著室內(nèi)特別是頂層室內(nèi)的熱環(huán)境，在夏季進(jìn)行防熱隔熱很大程度上是要對屋頂進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。侗族民居的屋頂設(shè)計(jì)往往只是一層小青瓦，在夏季，隨著室外溫度的升高，會導(dǎo)致室內(nèi)空間的溫度受外界因素影響較大，隨著外界升高溫度而升高。在侗族民居屋頂?shù)臉?gòu)造上，一般是先將椽子擱置在屋頂?shù)臋_條上，用青瓦加以覆蓋，但并不能在夏季隔絕室外直射太陽光的熱輻射，因此進(jìn)行民居的屋頂優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，屋頂?shù)姆罒岣魺嶙鳛橹攸c(diǎn)優(yōu)化對象。

（1）改進(jìn)屋頂構(gòu)造 現(xiàn)狀侗族民居屋頂為歇山式屋頂，黔東南地區(qū)氣候濕潤多雨、夏季炎熱，侗族民居采用歇山頂將屋頂?shù)乃澜俏恢么蜷_一個(gè)空洞，制造通風(fēng)效果。但根據(jù)實(shí)測結(jié)果屋頂通風(fēng)效果不佳，夏季室內(nèi)不能通過屋頂通風(fēng)帶走多余的熱量，降低室內(nèi)熱量。因此在對屋頂進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)加強(qiáng)屋頂?shù)耐L(fēng)隔熱效果。

（2）屋面結(jié)構(gòu)優(yōu)化 黔東南侗族民居屋面采用單層瓦覆蓋，在夏季不能很好的隔絕太陽的直射輻射，冬季也不能達(dá)到保溫效果。因此，在先將椽子擱置在屋頂?shù)臋_條上，之后在青瓦下方增加望磚，提升望板和板瓦、筒瓦之間的一個(gè)空氣間層在屋頂?shù)母魺岜刈饔茫梢允∪ν叩啄ɑ?。有研究顯示，在夏季直射陽光的熱輻射下，屋瓦和其下望磚的溫差幾乎達(dá)到了10 ℃，形成的空氣間層具有一定的通風(fēng)效果，空氣可以在其中流動(dòng)穿過，使民居屋面具備一定的隔熱性能。當(dāng)瓦外層隨著接收太陽照射溫度逐漸升高時(shí)，此時(shí)筒瓦內(nèi)表面溫度相較于外層較低，筒瓦內(nèi)的空氣在內(nèi)外空氣溫度差的情況下，從筒瓦和板瓦間的縫隙形成內(nèi)外空氣交換，這樣導(dǎo)致了筒瓦內(nèi)的氣壓下降，形成一個(gè)內(nèi)外空氣交替通風(fēng)的過程，降低屋面的溫度。對于屋頂保溫材料可選擇熱工性能強(qiáng)的無機(jī)保溫砂漿，它不僅與基層粘結(jié)強(qiáng)度強(qiáng)且穩(wěn)定性高，如圖2所示。

3.3.2 墻體外圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施

（1）優(yōu)化外圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造 現(xiàn)狀侗族民居墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料多為杉木，厚度為30～40 mm單層木質(zhì)結(jié)構(gòu)，但模板切割工藝粗糙，拼接工藝差，維護(hù)結(jié)構(gòu)的氣密性不夠好，因此室內(nèi)的氣溫變化不穩(wěn)定，隨室外溫度變化隨之發(fā)生改變，受外部環(huán)境影響較大。優(yōu)化做法如下，采用雙層“呼吸式”墻體改造方法，將建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的木板錯(cuò)口拼接，降低空氣流通的速率，增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫性能，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的中間部分作為調(diào)節(jié)溫度的中空層。為進(jìn)一步提高保溫隔熱的性能，在雙層“呼吸式”的基礎(chǔ)上，可在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部增加聚氨酯保溫板和巖棉板。

（2）墻體材料的更新 現(xiàn)有民居圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料以當(dāng)?shù)厥a(chǎn)的杉木為主，在原有的木板之間增添聚氨酯保溫板和巖棉板。聚氨酯保溫板相較于其他圍護(hù)結(jié)構(gòu)不僅本身導(dǎo)熱系數(shù)低，熱工性能好，而且具有防潮、防水性能、防火、耐高溫特點(diǎn)，綜合性價(jià)比高。在最外層杉木板設(shè)置通風(fēng)間層，進(jìn)行垂直通風(fēng)，帶走民居室內(nèi)熱量，降低室內(nèi)溫度，提高舒適性。除此外可在內(nèi)外層的木板涂加一道防火涂料，增加其防火性能，改進(jìn)墻體材料結(jié)構(gòu)，如表2所示。

3.3.3 建筑門窗洞口調(diào)整

黔東南地區(qū)侗族傳統(tǒng)民居中90%以上的傳統(tǒng)民居依舊沿用木質(zhì)門窗，窗戶也多為木窗，當(dāng)下新建民居因?yàn)閷ι钯|(zhì)量要求的提高，窗戶多為鋁合金推拉窗，極少有塑鋼窗，窗玻璃為單層普通玻璃，這不僅在夏季室內(nèi)隔熱效果差，在冬季冷風(fēng)可以通過門窗縫隙進(jìn)入室內(nèi)，嚴(yán)重影響室內(nèi)的熱環(huán)境，降低當(dāng)?shù)孛窬拥氖孢m性。黔東南地區(qū)屬于夏熱冬暖地區(qū)，夏季的太陽輻射強(qiáng)，門窗一方面要注重夏季室內(nèi)熱量的疏散，另一方面兼顧冬季的保溫。岜扒村民居現(xiàn)狀中，一層建筑雖有南向開窗，但窗戶體積小，因此室內(nèi)采光通風(fēng)并不理想。

（1）門窗構(gòu)造改造 首先，因門窗與建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造層不同，導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)與門窗的連接處會存在狹小的縫隙，會降低室內(nèi)的熱舒性，因此選擇在兩兩連接處添加密封材料提高民居室內(nèi)的舒適性，增強(qiáng)建筑的保溫隔熱性能;對門內(nèi)側(cè)增添聚苯板為保溫材料，減少風(fēng)的滲透，將窗戶改成雙層窗，夏季增強(qiáng)抵御外界的太陽輻射隔熱能力，冬季減少室內(nèi)熱量的流失提高保溫性能。

（2）門窗材料選擇 杉木材料不僅本身導(dǎo)熱系數(shù)較小同時(shí)也具有當(dāng)?shù)氐赜蛱厣?。單層窗戶玻璃相較于帶有空氣間層的雙層或三層玻璃在可見光、遮陽系數(shù)等方面更有有優(yōu)勢，通過合理選用門窗框材料和改用帶空氣間層的雙層或三層玻璃根據(jù)《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ113規(guī)定如表3所示參照設(shè)置，可以有效提高門窗的保溫隔熱性能。

侗族民居的門窗為平開式木窗木門，在隨著現(xiàn)代的發(fā)展，后期修繕的局部窗戶部分改成了鋁合金推拉窗。門窗的優(yōu)化一方面需保留侗族傳統(tǒng)風(fēng)貌，另一方面需要注意室內(nèi)采光與自然通風(fēng)的問題。在對民居窗戶進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，繼續(xù)采用木質(zhì)平開窗，玻璃改成雙層玻璃，增加其在冬季的保溫性能，提升室內(nèi)舒適性;另一方面，適當(dāng)增加窗戶數(shù)量或適宜增大窗戶占比，加強(qiáng)天然采光，將門窗洞口多數(shù)設(shè)置在南北方向，順應(yīng)黔東南夏季的主導(dǎo)風(fēng)向，形成穿堂風(fēng)。

（3）采用合理的窗墻比 在保證室內(nèi)正常通風(fēng)以及采光的前提下，采用合理的窗墻比，可以增強(qiáng)室內(nèi)采光及熱環(huán)境的提升。受建筑朝向的影響，建筑所接受的太陽輻射強(qiáng)度和日照率是不同的;因此，不同朝向建筑墻體的窗墻比各地區(qū)也有不同要求，南向的窗墻比應(yīng)大一些，而北向窗墻比應(yīng)該最小，東、西兩向的窗墻比介于南北向之間。南向0.40，北向0.25，東、西向0.30。

3.3.4 地面改進(jìn)措施

現(xiàn)有的民居地面首層主要構(gòu)造為水泥地面、素土夯實(shí)地面、木板地面和水泥地面與木板地面拼接的形式，二層或三層為木地板地面，遠(yuǎn)離地面舒適性相比首層舒適。因此主要針對首層進(jìn)行優(yōu)化改造，現(xiàn)狀首層地面房間防潮效果不理想且空氣濕度大，在地面加設(shè)一層防潮層，以達(dá)到防潮隔濕的效果，保證地面的干燥。水泥地面和木板地面拼接的侗族民居也是干闌式建筑的演化，一般出現(xiàn)在地面具有高差的地塊，木板地面是架空部分，水泥地板貼近地面，優(yōu)化時(shí)可同時(shí)對架空與水泥地面同時(shí)加設(shè)防潮層。

4 光環(huán)境與熱環(huán)境分析

4.1 模擬軟件的選擇

能夠?qū)γ窬舆M(jìn)行光熱環(huán)境模擬及提供優(yōu)化改進(jìn)策略基礎(chǔ)模擬分析條件?；谶@個(gè)目的，本文選擇Ecotect、 DesignBuilder 軟件作為模擬分析工具。

4.2 模型建立

本節(jié)主要利用Ecotect、DesiBuilder軟件對優(yōu)化后的侗族傳統(tǒng)民居的采光與熱工性能進(jìn)行模擬分析，驗(yàn)證其優(yōu)化設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性。

建筑室外物理環(huán)境因素如空氣溫度、相對濕度等和室內(nèi)人員活動(dòng)及室內(nèi)設(shè)備因素都可以建筑室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。本文利用軟件模擬的重點(diǎn)主要考慮外部物理環(huán)境因素以及冬夏兩季極端天氣的情況。

4.2.1 模擬參數(shù)與模擬設(shè)置

對優(yōu)化后的民居進(jìn)行模擬驗(yàn)證，對傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)民居平面布局、圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，由于當(dāng)?shù)卣疄榱吮Ｗo(hù)傳統(tǒng)建筑文化，無論是新建當(dāng)代鄉(xiāng)土建筑還是傳統(tǒng)鄉(xiāng)土建筑，必須保留外立面文化肌理，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能改造時(shí)，選擇外墻內(nèi)保溫的構(gòu)造形式作為首要考慮因素。綜合考慮文化、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及后期維修等原則，平面布局設(shè)置采用優(yōu)化后民居圖如圖1所示。利用Ecotect模擬軟件自帶建模工具，還原民居建筑建模。在建模過程中，分析熱環(huán)境時(shí)還原當(dāng)?shù)孛窬咏ㄖo(hù)結(jié)構(gòu)材料，對其參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，在進(jìn)行光環(huán)境分析需要用到的光氣候區(qū)及采光模擬參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。建模完成后，在天氣軟件Weather Tool中設(shè)置該地區(qū)建筑朝向等信息。

4.2.2 Ecotect中光環(huán)境分析

基于Ecotect軟件分析建筑光環(huán)境，在還原當(dāng)?shù)亟ㄖ臈l件下，分析民居在采光方面的不足并提出改善。首先在Ecotect軟件分網(wǎng)絡(luò)面板構(gòu)建分析網(wǎng)絡(luò)，選擇構(gòu)建的模型所在地區(qū)的照度（例黔東南從江縣地區(qū)的天空照度為271 38Lux），選擇CIE全陰天模式，然后對模型進(jìn)行采光系數(shù)分析，分析采光模擬結(jié)果與綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)中所要求的建筑采光標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較分析，并針對提出的優(yōu)化改進(jìn)意見與優(yōu)化前模擬結(jié)果進(jìn)行對比分析，判斷提出的優(yōu)化意見是否合理，提高建筑室內(nèi)采光的面積比。

對優(yōu)化前后民居全年室內(nèi)光熱環(huán)境的優(yōu)劣情況利用相關(guān)軟件進(jìn)行評估，利用Ecotect Analysis模擬軟件按照當(dāng)?shù)孛窬油庑?、建筑材料及圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)造做法進(jìn)行設(shè)定建立傳統(tǒng)民居模型進(jìn)行分析。

用Ecotect 軟件進(jìn)行室內(nèi)光環(huán)境分析，由于綠標(biāo)要求“室內(nèi)采光系數(shù)大于2%的面積要占到總面積的75%以上”，在軟件中將模擬平面高度設(shè)置為窗臺高度800 mm。計(jì)算結(jié)果顯示： 室內(nèi)一層、二層采光系數(shù)大于75%所占面積比為11.34%、1.38%，遠(yuǎn)達(dá)不到綠標(biāo)采光要求，在自然條件下，增加光照強(qiáng)度改善室內(nèi)采光成為該建筑的重要任務(wù)。

依據(jù)GB 50033-2013《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，要求室內(nèi)采光系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)大于2%。通過Ecotect軟件模擬分析而知，民居優(yōu)化前采光系數(shù)大于2%的建筑面積，一層民居為11.34%，二層采光系數(shù)為1.38%;由此可見，民居的采光系數(shù)面積不足，采光情況不理想。對民居室內(nèi)功能分區(qū)、門窗大小及位置進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的民居一層采光系數(shù)為76.23%，二層采光系數(shù)為76.36%如表4所示。優(yōu)化后的民居建筑面積大于優(yōu)化前，優(yōu)化后的民居采光質(zhì)量得到了提升。

窗墻比作為影響建筑采光系數(shù)的一個(gè)重要因素，通過設(shè)置建筑不同窗墻比與采光系數(shù)之間的關(guān)系，在窗墻比符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下，可增加室內(nèi)采光面積比。但在實(shí)際建筑室內(nèi)采光系數(shù)不僅要考慮窗墻比，還應(yīng)考慮窗戶類型、建筑朝向等因素。

4.2.3 熱環(huán)境分析

利用軟件中能耗分析功能，分析原有建筑的熱性能不足，基于此提出相應(yīng)的建筑熱環(huán)境功能改善。首先，對建筑材料進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，結(jié)合建筑外形和建筑性質(zhì)，對建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱情況、熱工性能等進(jìn)行分析。根據(jù)軟件模擬結(jié)果，對建筑進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，提高建筑舒適度。

（1）模型建立

根據(jù)實(shí)際調(diào)研情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹Ｋ玫降慕ㄖＰ驮诋?dāng)?shù)鼐哂幸欢ǖ拇硇?。?dāng)?shù)叵募狙谉岢睗瘛⒍練鉁睾涑睗瘢瑢τ诿窬訃o(hù)結(jié)構(gòu)在冬季保溫和夏季防熱散熱方面都有較高的要求，建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)結(jié)合當(dāng)?shù)氐乩锃h(huán)境、氣溫等各方面綜合移速的考慮進(jìn)行設(shè)計(jì)。建筑東、西向不開窗，北向窗墻比為0.25，南向窗墻比為0.4。

（2）計(jì)算模型及圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

（3）室內(nèi)熱環(huán)境計(jì)算參數(shù)

在DesiBuilder軟件設(shè)置計(jì)算參數(shù)，冬季室內(nèi)采暖設(shè)置溫度為18 ℃，采暖起始溫度為12 ℃，當(dāng)室內(nèi)溫度低于12 ℃則啟動(dòng)采暖系統(tǒng)進(jìn)行供暖。為了增加模擬的科學(xué)性，在對建筑冬季保溫和采暖節(jié)能的同時(shí)需要考慮建筑夏季的防熱，在進(jìn)行能耗模擬時(shí)同時(shí)增設(shè)空調(diào)系統(tǒng)。在對建筑夏季進(jìn)行模擬分析時(shí)，軟件室內(nèi)設(shè)置溫度為26 ℃，當(dāng)室內(nèi)溫度高于28 ℃時(shí)，則啟動(dòng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行降溫制冷。

（4）建筑模型供暖空調(diào)設(shè)備能耗優(yōu)化前后模擬結(jié)果分析

通過Designbuilder軟件計(jì)算房間冷熱負(fù)荷如圖3所示，優(yōu)化前后建筑年累計(jì)熱負(fù)荷降低67%，差別較大，相差3 536.16。在年累計(jì)冷負(fù)荷計(jì)算結(jié)果上較為接近;優(yōu)化后建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能得到提升。

利用Designbuilder 軟件進(jìn)行熱環(huán)境下模擬，優(yōu)化后堂屋冬季溫度最高值出現(xiàn)在16：00—18：00，最低值出現(xiàn)在6：00—8：00，夏季堂屋最高值出現(xiàn)在15：00—17：00;臥室冬、夏兩季溫度隨室外溫度變化整體波動(dòng)均較小，一天內(nèi)溫度比較穩(wěn)定，溫差變化趨勢較小，當(dāng)室外溫度下降或者上升，室內(nèi)溫度都有延遲，說明優(yōu)化后民居的保溫隔熱性能有所提升。

通過對優(yōu)化后建筑室內(nèi)熱環(huán)境模擬分析得知，對建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)沿用當(dāng)?shù)氐纳寄景?，?nèi)側(cè)采用30 mm巖棉板隔熱板與30 mm聚氨酯保溫層，墻壁室內(nèi)側(cè)鋪設(shè)杉木板，形成自保溫墻體的同時(shí)，又可隔絕夏季室外光照導(dǎo)致的室內(nèi)溫度過高，優(yōu)化后的夏季堂屋、臥室溫度基本保持在22～26 ℃，滿足GB 50376-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，優(yōu)化后的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)在冬季室內(nèi)溫度相比改進(jìn)前室內(nèi)溫度提高了2～3倍，提高了室內(nèi)舒適度。

5 結(jié)論

選取具有侗族代表性的岜扒村中民居為代表，從建筑布局與環(huán)境營造布局、建筑形態(tài)與功能空間和建筑構(gòu)造與材料三個(gè)方面的不足之處分析，對其進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，并利用Ecotect、DesignBuilder軟件模擬驗(yàn)證優(yōu)化設(shè)計(jì)成果。進(jìn)一步提出對侗族民居的優(yōu)化設(shè)計(jì)策略如下：

（1）建筑布局與環(huán)境營造布局

建筑最佳朝向宜為西南偏南至東北偏北方向。建筑間距綜合考慮各方面因素，當(dāng)對民居進(jìn)行改進(jìn)和新建民居時(shí)，當(dāng)新建民居為一層時(shí)，民居之間的日照間距應(yīng)保持在3.9～4.5 m之間;當(dāng)新建建筑為兩層時(shí)，建筑間距范圍應(yīng)控制在7.8～8.5 m。建筑室外注重結(jié)合植物綠化與水體營造調(diào)節(jié)微氣候環(huán)境空間。

（2）建筑形態(tài)與功能空間

民居形體宜為規(guī)整的方形，減少建筑的凹凸，優(yōu)化民居平面各功能布局，實(shí)現(xiàn)良好的室內(nèi)采光率。

（3）建筑構(gòu)造與材料

重組屋頂結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)層次構(gòu)成，更新圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料以實(shí)現(xiàn)提升民居室內(nèi)保溫隔熱性能。對建筑的窗墻比與門窗材料進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提升侗族民居門窗對室內(nèi)物理環(huán)境性能的保溫隔熱。優(yōu)化地面的構(gòu)造與材料，增強(qiáng)地面的防潮性能。

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（責(zé)任編輯：江 龍）

作者簡介：張 浩（1991—），男，在讀碩士，研究方向：建筑與城市規(guī)劃，E-mail：593140280@qq.com.

通訊作者：王 紅，E-mail：wanghong1960@126.com.

Study on the Environment Measurement and Adaptability of Traditional

Dwellings of Dong Nationality in Southeast Guizhou

ZHANG Hao WANG Hong CHEN Xuan WEI Ran LIANG Xiaopeng

（College of Architecture and Urban Planning，Guizhou University，Guiyang 550025，China）

Abstract： Dong traditional houses with typical ethnic characteristics in southeast Guizhou province were selected to study the relationship between Dong traditional houses and local environmental factors and the shortcomings of Dong traditional houses in various aspects. Using quantitative physical environment measurement and related software simulation analysis， an actual measurement analysis of the solar and thermal environment of dwellings in five traditional villages of Dong ethnic group in Qiandongnan was conducted. EcoTect and DesiBuilder software were used to simulate and analyze the solar and thermal environment and energy consumption respectively， to make clear the thermal comfort of dwellings and the optimization and improvement strategy.The best orientation of the building should be： SSW to NNE;Taking all factors into consideration， the building spacing should be maintained between 3.9 and 4.5 m when the residential buildings are improved or built， and between 7.8 and 8.5 m when the new buildings are built with two floors.The outdoor space of the building focuses on the combination of plant greening and water body to create a space to regulate the microclimate environment.

Key words： Dong; traditional dwellings; thermal environment; energy consumption simulation; optimization design