浙西南古民居夏季气候适应性调查与评估

2020-01-01郑锐锋郑宇峰肖学成

山东农业大学学报（自然科学版） 2019年6期

郑锐锋,丛蕾,郑宇峰,黄芮,肖学成

1.浙江科技学院土木与建工学院,浙江杭州310013

2.汉嘉设计集团股份有限公司,浙江杭州310000

传统民居经由长期试错过程，展现出一种令人敬佩的把建筑融入自然环境中、乐于接受气候的反复无常与地形挑战的才能[1]。浙江省处于夏热冬冷气候地区，同时受地理环境的影响，其地域性气候及建筑特点各有不同[2]。迄今为止国内学者对地域性民居的研究主要集中在室内热环境的测试和民居的演进等方面[3]。对人体舒适度的研究并不广泛，然而，在夏热冬冷的气候中，建筑物中较高的温度和湿度会影响人们的热舒适度和整体健康，本文针对浙江省西南地区的民居微气候呼应差异性与所达到的室内物理环境品质进行综合性的研究，采用预测评估及后评估技术的相结合的系统性研究方法，以创建健康宜人的舒适室内环境作为目标条件来评价适宜的建筑设计策略。以探求传统建造方式方法，以及其所能提供的室内环境品质质量和使用者实际满意度，系统性的评判古民居所承载的气候呼应的设计策略对气候的应答以及使用主体对环境的体验反映，将后评估体系引入整个建筑使用全周期的研究以发掘民居建筑所蕴涵的更深层次的生命力和价值。

1 研究方法

2016 年团队对浙江省6 个典型地理环境建立了6 个工作站，详细了解浙江各种地理环境下的微气候地域环境、传统乡村古民居的气候呼应性设计策略、室内居住环境质量和居民环境相关性的健康问题。发现6 个工作站中的浙南山地气候反应为地理因子与气候因子的叠加作用，是气候系统中最为复杂的类型系统[4]，因而2019 年选取了丽水市低中山地貌的缙云县丹址村做进一步深入研究。浙江省处于夏热冬冷气候地区，暖季长，且没有严重寒冷的季节，因此居民建筑主要是按夏季气候条件设计的[5]。因而本研究选取了夏季及梅雨季节，有36 名女性和18 名男性当地居民参与调查（如表1）。本文专注于典型地理环境代表村落的气候状况、与微气候呼应的地域性建筑形式、古民居室内物理环境和居民热感受舒适度。通过气候-建筑学理论研究、传统民居气候适应性传统做法的提炼、室内物理环境参数测量、现场对居民满意度问卷成体系的多维度研究，以期对不同微气候条件下的古民居室内物理环境现状做出评估，并针对6～9 月份的地域性气候提出建筑设计建议性策略。

表1 调查村落地理条件及调查人数Table 1 Village condition and amount

2 气候状况及地理环境

与建筑密切相关的气象参数包括太阳辐射、空气温度、湿度、自然光、风、降水等，按《建筑气候区划标准》分类[6]，缙云县的主要气候特征表现为夏季高温、潮湿、多雨、湿热和冬季阴冷、多霜冻，属第Ⅲ建筑气候区，年平均降水量为1473 mm，山地、丘陵约占全总面积的80%。缙云县地处亚热带季风气候区，初夏为梅雨期，雨量集中，盛夏台风和局部雷阵频繁，太阳辐射强，气温炎热。根据浙江气象台和丽水市气象台数据，将缙云县的主要气候参数结果进行归纳(如表2)，可见最热月温度持续时间长、温度和湿度高，风速较低。若不采取防热、防潮、防雨、通风等措施，势必造成室内温度过高、相对湿度过大等情况，影响当地居民的生活质量甚至身体健康。

表2 缙云县2001～2018 年累年6～9 月份主要气象参数Table 2 Meteorological parameters of Jinyun County from June to September（2001-2018）

表3 气候适应性策略及舒适时间Table 3 Climate responsive strategies and comfort time

3 浙西南传统民居建筑气候呼应性研究及室内物理环境分析

3.1 热舒适预测模型及气候-建筑学设计策略

美国洛杉矶建筑与城镇规划学院的米尔恩教授基于ASHRAE Standard-55 标准，推进了Givoni建筑-气候图法和气候舒适模型[7]。运用了2001 年～2018 年气象年逐时数据资料，利用此热舒适模型和气候-建筑图表分析计算，得出基于缙云民居建筑的被动式技术措施和对应的舒适时数（表3）[8]：在6～9 月，通过运用被动式的气候适应性的设计策略，可以达到46%（1353 h）的舒适时间处于热舒适区，另外的54%（1872 h）尚需通过机械制冷降温除湿技术，最终获得100%全舒适时间。古民居具有时代和技术局限性，主要依赖建筑自然运行，按此图表法采用可实施的被动式的设计策略，预测居民舒适满意度只有将近一半的时间达到舒适标准。对于过热过湿区域需要依靠自然通风、开启风扇、遮阳措施及除湿来实现。

3.2 室内热环境质量研究

对古民居进行实地室内物理环境测量，以期真实反映室内物理环境及民居满意度的实际效果。按国际ASHRAE-129[9]对“呼吸区”的定义，选距地1.1 m 处，房间中部分别测量室内温度、相对湿度、室内风速。本次实测分为梅雨季和夏季两个阶段，其中梅雨季起始时间为2019 年6 月19 日～6 月26日，夏季起始时间为2019 年7 月16 日～7 月23 日，每次连续7 d（图1），以测量数据作为居住环境满意度调查的横向断面分析基础。

3.2.1 室内热环境实测室内热环境由室内空气温度、湿度、气流速度和平均辐射温度四要素共同组成，以人的热舒适程度作为评价标准[10]。经对测量数据分析发现（如图1）。在梅雨季，室内温度区间符合ASHRAE55-2013 舒适温度标准，全天室内相对湿度都全天超过80%，潮湿问题严重。室内外风速都接近于静风风频，夏季，全天室内外平均相对湿度也均超过舒适湿度，8:00-17:00 的室内温度低于室外，其一天内有40%的时间室内温度超出热环境温度标准。一天内的温湿度相对平稳，这是由于丹址村位于海拔较高的丘陵地区，植被覆盖率较高，可以阻挡直接的太阳辐射。且建筑形态为封闭式的合院和小开口外墙，95%的居民选择全天开窗通风的方式降温，因此室内相对湿度较大且全天变化幅度较小；由于内院的后窗与侧墙都开小窗，很难形成良好的自然通风系统，自然通风效果不好。

表4 实测IEQ 数据和本研究中所采用的规范总结Table 4 Summary of the measured IEQ data and the guidelines adopted in this study

3.2.2 热环境PMV-PPD 评价室内热环境评估标准主要采用PMV-PPD 指标，ASHRAE 55[11]定义了对特定百分比的用户满意的条件，该标准基于Fanger[12]的预测平均投票（PMV），预测值可以预测人群的平均热感觉，以及对环境不满意的人的预测百分比（PPD）。综合考虑了人体活动程度，衣服热阻，空气温度，平均辐射温度，空气湿度，空气流动因素[13]。PMV-PPD 计算过程中相关参数设定为：1)人体新陈代谢率的值为1.0 met；2) 夏季平均服装热阻值为0.5 clo；3) 风速实测平均值，夏季室内风速分别为0.1 m/s；4) 平均辐射温度MRT 取测试房间6 个壁面温度平均值5)温湿度按照人员活动的各时段分别取值。

通过夏季7 月17 日的室内PMV 值与操作温度top 进行线性拟合，可以得出夏季PMV 拟合曲线(图2)和PMV 线性回归方程:（图2）PMV=0.4129top-10.30（夏季）。在夏热冬冷地区，自然通风房间的PMV 范围在［-1,+1］区间为舒适范围[14]。根据PMV 线性回归方程，夏季居民预测可接受的上限温度为27.37 ℃。PPD 变化范围分别为夏季40%～60%。

图1 丹址村梅雨季和夏季室内外实测温湿度Fig.1 Measured indoor and outdoor temperature and relative humidity in Plum rain season and Summer

图2 夏季温度可接受上限和满意度拟合Fig.2 Fitting acceptable temperature and satisfaction in Summer

3.3 居民室内居住环境满意度分析

对监测住户进行热舒适性问卷调查，用Fanger[12]7 分制标度让居民来投票室内热环境的满意度，调查的目的是评估居住者对热不舒适的反应以及居民在一天中获取热舒适的方式，以进行环境的持续监测。通过评估缙云县两个不同地区的54 户家庭，提供了居住者舒适度的经验数据。用于评估建筑物和居民在传统民居环境下的适应性（如图3、4）。

（1）在夏季，丹址村村民对室内环境总体满意度为“比较满意”。在室内热环境方面，丹址村正午的室内温度明显低于室外（图3），其室内相对湿度明显高于室外，室内空气流速相差不大；在梅雨季，丹址村村民对室内环境总体满意度低于夏季，评分表现为“适中”。

（2）地面返潮，在梅雨季长时间大量地连续降雨导致空气相对湿度大，保持在80%～100%，41%的村民对梅雨季的室内相对湿度表示“非常不满意”，在梅雨季的气候环境对室内物理环境满意度影响有很大的关联性。