石谦飞，李少颖

（太原理工大学 建筑与土木工程学院，太原 030024)

随着社会的发展，节能环保已成为当代建筑设计中着重考虑的方面。我国传统民居在当时允许的技术条件范围内，已体现出节能、生态、舒适这三方面的考虑。目前，我国北方乡村住房的建设活动缺乏科学的理论指导，建筑质量低下，且在建造和使用过程中能耗及污染严重。如多数农宅采用燃煤取暖，建筑保温性能差，采暖效率低，导致资源浪费，并且加重农户的经济负担。故本文以丁村传统民居作为研究对象，结合晋南地区气候特点，取其精华去其糟粕，旨在对今后传统民居的节能改造和新建民居的节能设计有所启示。

1 晋南地区概述

晋南地区位于山西省南部，包括临汾市和运城市。本次研究选择的丁村位于襄汾县（东经111.43°，北纬35.86°)，地处半干旱半湿润季风气候区，属温带大陆性气候，四季分明，雨热同期。气候的主要特征是冬季寒冷干燥，降雪稀少；春季干旱多风；秋季阴雨连绵；夏季酷热多暴雨，伏天旱雨交错。年平均温度12.2℃，最冷月平均气温为-4.5℃，最热月平均气温为26℃，年降雨量510mm，无霜期180～210d。

2 丁村新旧民居现状对比

2.1 传统民居现状［2］

本次研究选择具有代表性的“丁村26号院”，该院落建筑距今约有100年历史，现为一对中年夫妇和一对老年夫妇居住，在可供调研的院落中属于较普遍的一座，平面图如图1所示。

图1 26号院平面图

2.1.1 平面布局

传统四合院式布局，三进院落，有正方、倒座、东西厢房围绕中间庭院形成的院落。第一进院落狭长，最初是长工居住，现已废弃。老年夫妇居住第二院落，中年夫妇居住第三院落。

2.1.2 围护结构

墙体。外墙体厚度约700mm，中间是夯实的土坯，外层裱泥草或者用青砖砌筑，外墙体有侧脚。无其它保温措施。

门窗。门窗框均为木质，经初步改造将原来纸糊的窗子加上了玻璃。

2.1.3 屋顶及隔层

屋顶为两坡或高低坡，出挑较远。用内部利用木板吊顶形成的隔层不但可以储物，更有隔热通风效果。

2.1.4 采暖方式

主要使用带风箱的炉灶，与火炕相连，利用其余热加热炕面。主要为燃料柴火、农作物秸秆等，也常使用煤炭。

2.2 自建民居现状

为了使两个测试的对象更具有可比性，本次测试选取的对比对象是同村的自建民居（2010年建成)，它与所研究的传统民居在同一村落，故可作为在同样环境和条件下进行的对比研究，平面图如图2所示。

图2 自建民居平面图

2.2.1 平面布局

四合院式布置，主要居住房间坐北朝南，楼梯于户外通向二层，二层闲置。东西厢房及倒座用于存放农作物及劳动工具。

2.2.2 围护结构

墙体。外墙为360mm厚砖墙，内墙为240mm厚砖墙，没有任何保温措施。

门窗。门窗构造简单，密封性差。多采用单层平板玻璃，不利于保温隔热，钢、铝等金属框材料易形成冷热桥。

2.2.3 屋顶及隔层

屋顶为两坡，出挑较浅。混凝土预制板搭建，起坡较平缓。二层可储物、住人且兼具隔热通风的效果。

2.2.4 采暖方式

火炉取暖或者自家烧暖气，主要燃料是煤炭柴火、农作物秸秆等。有时候使用空调或电暖器等调节室温。

2.3 现状调查

通过调查问卷的形式，对二者的使用情况、能源消耗等问题进行了解。根据100份问卷（有效78份传统民居32份，自建民居46份)统计结果显示，传统民居内的村民夏季90%选择开窗通风降温，75%选择户外乘凉，而采用电气化降温的比例为9%。在自建民居中这一的比例分别是82%，58%和40%。冬季，传统民居90%采用农作物的秸秆柴火等作为炊事和取暖的能源，60%使用煤炭、蜂窝煤等，6%采用电热设备。自建民居中这一比例是80%，90%和56%在调查中，居民对当前室内热环境的基本满意程度分别是86%和70%。

3 丁村传统民居和自建民居的冬季保温夏季隔热效果测试

图3为测量期间襄汾县冬季某天天气情况及传统民居与自建民居室内温度的对比。

图3 冬季室内外温度

以上测试均在冬季不采暖时进行。由图可知，传统民居的室内平均温度均高于自建民居，且当天最低气温-11℃（4：00—6：00)时，传统民居室内温度为0℃，而自建民居的室内温度仅为-3℃。当天最高气温4℃（下午4：00)时，传统民居室内温度为3℃，而新建民居室内温度为1℃。值得指出的是，此次测试是在该传统民居经过初步改造之后进行的，即已将本用纸糊的木框加上玻璃，在很大程度上提高了传统民居的保温效果。在冬季采暖时进行测试发现，传统民居使用柴火或做饭的余热加热火炕，可使得室内温度保持在12～18℃之间，而且炕面温度达到30℃以上，室内环境较为舒适［3］。

我们根据初步的测量结果，并通过计算对传统民居和自建民居的冬季能耗（采暖期)进行了分析，得出表1所示。

表1 能耗分析

由该表1可以看出，在外界条件基本相同的情况下，传统民居的耗热量指标略低于自建民居。注：自建民居有时候还会使用电暖设备取暖，并未计入表中。

图4为测量期间襄汾县夏季某天天气情况及传统民居与自建民居室内温度的对比：

图4 夏季室内外温度

由图4可以看出，在不使用电器降温措施（电风扇和空调)的前提下，多数时候传统民居室内温度低于自建民居。在某些时段（13：00-16：00)传统民居室内温度会略高于自建民居。同时还可发现，自建民居在8：00—20：00区间内室内温度要低于室外温度；而传统民居在6：00—22：00区间内室内温度要低于室外温度。这说明，传统民居的围护结构能有效阻止太阳热辐射向室内的传递，室内更凉爽。

4 晋南传统民居的节能优劣势分析及借鉴

4.1 选址布局

4.1.1 院落

晋南地区属于寒冷ⅡB区［1］，为了增强建筑的保温，围合的院落具有良好的封闭性，挡住冬季北方的寒流，且庭院较开敞，以求获得更多的太阳辐射能量。春夏季院内或者墙壁上绿色植物郁郁葱葱，既美化了环境了又达到遮阳效果，还有调节院落小气候的功能。

4.1.2 体形系数

体形系数的物理意义是单位建筑体积占外表面（散热面)的多少，是影响建筑能耗的重要因素。由于通过围护结构的传热耗热量与传热面积成正比，显然，体形系数越大，说明单位建筑空间的热散失面积越大，能耗就越高［4］。经计算，本次研究的传统民居的体形系数为0.64，而自建民居依然没有明显的改善为0.58，大大超过成熟的多层住宅。所以，建议当地政府有组织有规划地进行新农村建设，尽可能采用两户或者多户联立式布置，适当增加房间进深和层数，规矩建筑平面，以降低体形系数，不能任其自建，如本次调研的自建民居。

4.2 围护结构

4.2.1 窗墙比和大屋檐

各朝向的开窗方式不同，南向开窗面积大（窗墙比0.34)以收集更多的太阳热量，北向及东西山墙为了减少冬季热损失，不开窗。冬至日太阳入射角为30°左右庭院开敞，南窗上沿距地面2.7m。经计算，太阳光射入屋内最远可达4m以上，冬季正午室内阳光充沛。夏季太阳入射角高，由于大屋檐的遮挡作用，阳光不易射入室内。

4.2.2 双层门窗

传统民居的木雕门窗气密性不好，是冬季热量流失的主要途径。为了解决这个问题，前人在木框门窗内又设置一层实木板，形成双层门和双层窗，这样既保温又具有防御功能，但其缺点是影响室内的采光。在新建民居中，建议采用双层塑钢门窗并使用夹胶玻璃。若使用木框门窗，门窗缝隙处采用企口对接。有研究比较了围护结构对节能的影响，其中外窗占60%，外墙占32%，屋面占8%，外窗的总能耗（传热、辐射和渗透)比例占57%～63%［5］，所以外窗的节能改造是整个传统民居节能改造的重中之重。

4.2.3 墙体

土坯墙有很好的保温隔热性能，能很好地适应冬季寒冷的气候和早晚温差变化对室内热环境的影响。但其缺点是占用过多的面积，如本次测量的传统民居，建筑面积为48.2m2，室内使用面积仅不到30m2。所以在新建民居中建议使用复合保温墙体，提高建筑使用面积的同时增强了维护结构的热工性能。晋南地区地下水位高且水的盐碱度高，所以在墙面与地面的交界处注意防水、防潮的处理。

4.3 屋顶及隔层

室内利用木板吊顶形成隔层，具有通风隔热和储藏的功能。架空屋顶的做法有效地遮挡了太阳对居住空间的辐射，极大地改善了室内热环境。图5表示屋顶传热的过程，当室外综合温度将热量传给间层的上层板面时，上层将所接受的热量Q0向下传递，在间层中借助于空气的流动带走部分热量Qa，其余部分Qi传入下层。这种利用空气隔层来降低室温的效果不但与屋顶材质的导热性有关更与间层的气流速度、气进口温度和间层高度有密切关系［6］。建议在新建民居中增加隔热层，间层高度高于250mm后隔热效果的增长已不明显，所以隔热层控制在250mm以内就能满足通风隔热需求。

图5 屋顶热传递

4.4 取暖方式

火炕是北方传统民居冬季的普遍采暖设施，利用做饭的余热加热炕面，从而提高室温。经测试，在室外温度-10℃的夜里，室内炕面温度可达30℃以上。土炕的构成如图6所示，内部一排一排的砖砌隔断支撑草泥板炕面，炕连接火炉与烟囱，灶火产生的高温烟流经炕下的烟道，与烟道壁进行热量交换进而加热炕面，达到采暖的目的［7］。同时，粘土具有蓄热量大散热均匀的特点，对人体的健康有利。但是土炕在现代的使用中并不广泛由于其体积庞大、不易挪动等缺点正日益被淘汰。但是我们可以将这一原理与现代的地暖相结合，即将烟道布置在地板下，达到节能兼舒适的目的。

图6 火炕剖视图

4.5 充分利用可再生资源

1)雨水。利用雨水收集系统一方面可以调节室内温度，使室内冬暖夏凉，另一方面可以灌溉和冲厕。

2)太阳能。房屋南部设置太阳能集热器，用来加热水或辅助室内采暖，入口处设置阳光间。

3)沼气。合理利用沼气系统、动物粪便和人的排泄物经过发酵后通过导气管进入厨房的沼气燃具、灯具，可供平时做饭或照明。

4)当地材料。小麦、玉米、水稻是当地主要农作物，而农作物秸秆是很好的生态建材［8］，可制作成草砖广泛运用于建筑的非承重结构，具有很好的保温性能。

5 结语

随着人们生活水平的不断提高，对室内声、光、热环境要求越来越高，传统民居已经无法满足要求。在今后的乡村住宅更新建设中，应从选址布局、围护结构、屋顶隔层、取暖方式、新能源利用等方面对新建民居提出节能改进措施。除此之外，亦应延续当地民居的文化特征和外观特征，达到既能保留传统民居形态，又能提高居住舒适性的目的。

［1］GB50178-1993.建筑气候区划标准［S］.北京：中国计划出版社，1994.

［2］李秋香.丁村［M］.北京：清华大学出版社，2007.

［3］赵西平，刘元，刘加平.秦岭山地传统民居冬季热工性能分析［J］.太原理工大学学，2006，9：565-571.

［4］赵华，金虹.北方寒冷地区乡村住宅本土生态技术研究［J］.哈尔滨工业大学学报，2007，2：235-237.

［5］闫海仙，杜震宇.寒冷地区民居的自主节能改造［J］.晋中学院学报，2011，3：94-96.

［6］柳孝图 建筑物理［M］.北京：中国建筑工业出版社，2010.

［7］李世芬，张小岗，宋盟官.华北平原民居适宜性建造策略与方法探讨［J］.华中建筑，2008，7：165-169.

［8］佚名.轻质建材——稻草板［J］.技术与市场，2005，12A：19-20.