自然通風(fēng)條件下徽州傳統(tǒng)民居熱環(huán)境研究
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作者：鄭曉蒙
傳統(tǒng)民居是適應(yīng)當(dāng)?shù)刈匀缓蜕鐣?huì)發(fā)展的產(chǎn)物，因地制宜，就地取材，符合綠色建筑的發(fā)展趨勢，蘊(yùn)藏著大量的建筑氣候適應(yīng)方法。國內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)各地的傳統(tǒng)民居進(jìn)行了大量的研究[1~5]�；罩輦鹘y(tǒng)民居具有鮮明的地方特色，天井、馬頭墻等地方元素的形成與徽州歷史文化密不可分�；罩菝窬拥耐鈮Ω叽蠖駥�(shí)，外墻上采用少開窗或開小窗來達(dá)到防火防盜的目的，室內(nèi)的通風(fēng)與采光主要依賴于天井。陳曉揚(yáng)等[6] 在過渡季節(jié)對(duì)宏村某一典型傳統(tǒng)民居進(jìn)行實(shí)測和CFD模擬，分析了徽州傳統(tǒng)民居在過渡季節(jié)室內(nèi)的環(huán)境特征以及成因，發(fā)現(xiàn)其防熱效果好，而保溫效果較差，天井的通風(fēng)潛力未能充分挖掘。東南大學(xué)的陳秋菊等[7] 探索了徽州民居自然通風(fēng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，對(duì)不同天井尺寸下室內(nèi)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了模擬分析并進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。
本研究在前人研究的基礎(chǔ)上，利用ECOTECT軟件分析徽州傳統(tǒng)民居在自然通風(fēng)條件下室內(nèi)的熱環(huán)境。
1 研究方案
1.1研究對(duì)象
樹人堂是宏村典型的三合院式傳統(tǒng)民居，是徽州傳統(tǒng)民居最基本的一種布局模式，也是最經(jīng)濟(jì)的一種布局模式。通常為一進(jìn)兩層住宅，天井位于中央，一層為明堂，臥室位于明堂的左右?guī)恐�，天井的兩�?cè)為過廂。
1.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)
徽州傳統(tǒng)民居的外墻十分厚重，建筑材料采用當(dāng)?shù)厥a(chǎn)的磚石，就地選材，屬生態(tài)環(huán)型低能耗建材。民居室內(nèi)通常采用木板做隔斷，外墻和木板之間留有30～50mm厚的空氣層；外墻幾乎不開窗或開窗面積較小，門窗基本上都處于透空狀態(tài)，無密封處理措施；徽州傳統(tǒng)民居屋頂?shù)淖龇ㄊ巧w瓦下設(shè)置望磚或望板，再設(shè)置木掾條，在蓋瓦和望磚之間設(shè)有空氣夾層，可以加強(qiáng)屋頂?shù)谋馗魺嵝阅堋；罩輦鹘y(tǒng)民居圍護(hù)結(jié)構(gòu)特性如表1所示。
1.3研究方法及物理模型
ECOTECT軟件用于建筑方案概念設(shè)計(jì)階段的室內(nèi)聲、光、熱環(huán)境分析。ECOTECT的熱環(huán)境分析是求解室內(nèi)外各種擾動(dòng)作用下室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)，是一種動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算方法。其中外擾主要是室外的氣候參數(shù)，作用在建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)上，通過各種不同的傳熱方式影響室內(nèi)熱環(huán)境；內(nèi)擾主要是室內(nèi)人員、設(shè)備的影響，直接影響室內(nèi)熱環(huán)境。在ECOTECT中，對(duì)于外擾的描述主要來源于逐時(shí)氣象參數(shù)，對(duì)于內(nèi)擾的描述主要來源于對(duì)室內(nèi)設(shè)備的設(shè)定及人員散熱�；贓COTECT的可視化氣象數(shù)據(jù)分析功能，利用焓濕圖上的熱舒適區(qū)域百分比可以對(duì)建筑節(jié)能設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析[8] 。
徽州傳統(tǒng)民居天井常年處于透空狀態(tài)，冬季室外冷風(fēng)易從天井口進(jìn)入室內(nèi)，影響室內(nèi)熱舒適性，本文以樹人堂為研究對(duì)象，以來源于清華大學(xué)《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)庫》實(shí)測的屯溪市全年氣象參數(shù)為依據(jù)，采用ECOTECT軟件模擬分析該傳統(tǒng)民居全年在自然通風(fēng)情況下的室內(nèi)熱環(huán)境及全年舒適時(shí)間分布，物理模型如圖1所示。
2 模擬結(jié)果分析
2.1典型日溫度分布
圖2為徽州地區(qū)過渡季節(jié)典型日（4月30日）室內(nèi)外逐時(shí)溫度分布，從模擬結(jié)果中可以看出，徽州民居在過渡季節(jié)20:00～9:00時(shí)間段內(nèi)，室內(nèi)溫度高于室外溫度，該時(shí)間段內(nèi)室內(nèi)外平均溫差為0.760C，9:00—19:00時(shí)間段內(nèi)，室外溫度高于室內(nèi)溫度，該時(shí)間段內(nèi)室內(nèi)外平均溫差為2.80C，模擬結(jié)果能夠表明傳統(tǒng)民居圍護(hù)結(jié)構(gòu)在夏季隔熱性能較好。
圖3為夏季典型日（7月14日）室內(nèi)外逐時(shí)溫度分布，從圖中可以看出，9:00～19:00時(shí)間段內(nèi)，室外溫度高于室內(nèi)溫度，室內(nèi)外溫差在4～5℃，夜晚室內(nèi)溫度高于室外溫度，室內(nèi)外溫差在5～60C，傳統(tǒng)民居由于天井的存在，夏季室內(nèi)外溫差較大，為室內(nèi)熱壓通風(fēng)提供了有利的條件。
圖4為冬季典型日（12月31日）室內(nèi)外逐時(shí)溫度分布，從圖中可以看出，典型日大部分時(shí)間段室內(nèi)溫度高于室外溫度，室內(nèi)外平均溫差為0.80C，模擬結(jié)果表明傳統(tǒng)民居圍護(hù)結(jié)構(gòu)冬季保溫防寒效果較差。
2.2傳統(tǒng)民居室內(nèi)得熱分析
圖5為傳統(tǒng)民居自然通風(fēng)條件下全年室內(nèi)得熱及失熱情況，正值表示室內(nèi)得熱，負(fù)值表示室內(nèi)失熱。由圖可知，在冬季通過同護(hù)結(jié)構(gòu)損失的熱量很大，占總熱損失的51.1%，表明傳統(tǒng)民居圍護(hù)結(jié)構(gòu)在冬季保溫效果不佳。在冬季室外冷風(fēng)通過天井口進(jìn)入室內(nèi)，帶走室內(nèi)的熱量很大。因此，天井在冬季應(yīng)封閉，減少冷風(fēng)侵入帶走的熱量。在夏季傳統(tǒng)民居通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱量占到總得熱量的5.5%，表明傳統(tǒng)民居通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能較好，全年通過太陽輻射得熱量占全年總得熱量的61.4%，在冬季通過太陽輻射能夠?yàn)槭覂?nèi)提供熱量，而在夏季時(shí)應(yīng)考慮遮陽。
2.3徽州傳統(tǒng)民居全年舒適區(qū)分析
基于ECOTECT的可視化氣象數(shù)據(jù)分析功能，以屯溪市的全年氣象參數(shù)為依據(jù)，分析徽州傳統(tǒng)民居全年處于舒適區(qū)的時(shí)間分布，分析采用自然通風(fēng)技術(shù)后全年舒適時(shí)間的變化，自然通風(fēng)的設(shè)置依據(jù)室外氣象參數(shù)中的風(fēng)速及風(fēng)頻。
圖6為該傳統(tǒng)民居全年熱舒適區(qū)域，黃色區(qū)域?yàn)椴徊捎米匀煌L(fēng)技術(shù)的熱舒適區(qū)，全年只有4月下旬、5月中下旬、9月上旬和10月下旬處于舒適區(qū)。紅色區(qū)域?yàn)樵搨鹘y(tǒng)民居采用自然通風(fēng)技術(shù)后的熱舒適區(qū)，全年的4月下旬、5月中下旬、6月上旬、9月中上旬和10月下旬處于舒適區(qū)。
圖7為全年逐月舒適時(shí)間比例，黃色為不采用自然通風(fēng)技術(shù)逐月的舒適時(shí)間百分比，全年5%的時(shí)間處于舒適區(qū)；紅色為采用自然通風(fēng)技術(shù)后逐月的舒適時(shí)間百分比，從圖中可以看出，在過渡季節(jié)的5月、9月，40%的時(shí)間處于舒適區(qū)。全年13%的時(shí)間處于舒適區(qū)，采用自然通風(fēng)使全年舒適區(qū)時(shí)間延長8%，對(duì)于節(jié)能具有重要意義。
3 結(jié)論
1)通過對(duì)徽州傳統(tǒng)民居熱環(huán)境模擬可知，在夏季傳統(tǒng)民居夜間室內(nèi)溫度高于室外溫度，溫差在5～60C，為天井熱壓通風(fēng)提供了有利的條件。夏季通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)得熱量占到總得熱量的5.5%，表明民居圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能較好。
2)冬季典型日傳統(tǒng)民居室內(nèi)外平均溫差為0.80C，通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)損失的熱量很大，占總熱損失的51.1%，表明傳統(tǒng)民居在冬季防寒效果較差。
3)通過對(duì)徽州地區(qū)全年熱舒適區(qū)分析可知，采用自然通風(fēng)技術(shù)后全年舒適時(shí)間延長8%。4摘 要：
本文基于生態(tài)分析軟件ECOTECT的熱環(huán)境分析及可視化氣象數(shù)據(jù)分析功能，典型徽州傳統(tǒng)民居為研究對(duì)象，分析在自然通風(fēng)條件下該傳統(tǒng)民居熱環(huán)境狀況及全年處于熱舒適區(qū)域的時(shí)間百分比。模擬結(jié)果顯示：徽州傳統(tǒng)民居圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性能較好，防寒效果較差采用自然通風(fēng)技術(shù)后，全年舒適時(shí)間延長8%。
