伍正文， 张姗姗， 武悦

（哈尔滨工业大学建筑学院，寒地城乡人居环境科学与技术工业和信息化部重点实验室，哈尔滨 150006）

0 引言

传统民居通过历史的洗礼，映射出不同的文化和智慧，拥有较高的艺术和科学研究价值。目前，对传统民居的相关研究大多侧重于分析民居的形态特征，挖掘民居的生态体验，并提出相应的改造策略。T Kesavaperumal［1］及 Bodach，S［2］分别对印度和尼泊尔的传统民居进行踏勘和实测，得到民居中蕴含的气候响应策略；刘盛等［3，4］通过对湘西民居实地调研和夏冬季节热环境实测，探讨了不同被动式节能措施的适应性；朱佳音等［5］对海达尔地区传统民居进行调研和热环境实测分析，提炼出海达尔地区传统民居的气候响应策略；刘珊珊等［6］对中东铁路历史建筑进行调研分析，总结出了中东铁路历史建筑在建筑形态及地形地貌结合等适应性策略。

综上可知，对传统民居的研究主要侧重于民居中富含的生态经验和被动式节能设计措施，建筑室内热环境研究多侧重于现场实测及软件模拟，对于中东铁路历史建筑的研究中多侧重于建筑形态布局的探索，关于中东铁路住宅气候响应措施及室内热环境数据实测研究相对较少。然而中东铁路住宅伴随着历史的发展而呈现出鲜明的区域特色［7］，且现存的中东铁路住宅大部分被列为国家文物保护单位，蕴含的气候响应措施和生态经验，对当今建筑的可持续发展有着重要的借鉴价值。因此文中通过对镇北村42栋中东铁路住宅进行实地调研，选取典型住宅进行热环境实测，归纳总结其形成原因及影响因素，为未来中东铁路住宅的保护更新提供参考。

1 气候响应措施

1.1 气候特点

镇北村其基本气候特征为温带大陆性季风气候，其特点为：春季温低，降水少；夏季温热，雨水多；秋季霜早，降温快；冬季寒冷，时间长。依据中国典型气象年数据［8］，镇北村全年有5个月在0℃以下，全年平均气温为2.5℃，最冷月平均气温为-20.2℃，其中7月份温度最高，均值为21.6℃。年降水量达652.2mm，全年日照时长在2450～2600h之间，全年太阳辐射强度为4400mJ/m2。

1.2 镇北村俄式民居现状

历经百年沧桑的中东铁路，是西方列强殖民的过程中，由沙俄主导修建的铁路线，其中一面坡站为中东铁路线二等站之一，镇北村在一面坡站北部，地处于黑龙江省哈尔滨市尚志市中部，是东北地区具有结构种类及数量最多的中东铁路住宅的传统村落。现存的中东铁路住宅有砖木、木板贴面和木刻楞3种结构如图1所示，其中木刻楞仅存1栋，砖木31栋，木板贴面10栋，分布位置如图2所示。

图1 典型代表民居图示

图2 镇北村俄式民居分布现状

1.3 中东铁路住宅蕴含的气候响应措施

1.3.1 建筑布局及朝向

为减少严寒地区气候因素对建筑的影响，中东铁路住宅多坐北朝南，且进深一般较小，在建筑平面布局上以“一字型”为主，且建筑的体形系数一般在0.45以下，客厅、主卧等主要房间一般布置在建筑南侧，以获得良好的采光及日照；厨房、卫生间等次要房间一般布置在建筑北向，厨房往往位于中部，做饭的余热可以为建筑供暖如图3所示。且居民一般会在建筑周围形成自己的独立小院，种植果树等绿化植物，形成热缓冲区，从而减少室外环境变化对室内的影响。

图3 典型代表住宅B02木板贴面住宅平面图

1.3.2 围护结构构造

（1） 毛毡门窗。中东铁路住宅入户门均采用双层木门，窗户多采用双层窗扇外设板门的构造，且为了室内能够最大限度的接收阳光，部分住宅采取“外收内放”的喇叭窗形式。同时为了减少冷风渗透，建筑在门、窗与墙体之间缝隙处设置密封条或填充毛毡，增强门窗的气密性，且在冬季期间，窗户内部或外部增设塑料膜，在入户门区域增设棉门帘等措施提升室内的保温性能。

（2） 通风气窗。为了防止屋架因闷热、潮气等影响，造成保温层霉变或屋面结构腐朽，提升屋面结构的耐久性，中东铁路住宅常会在屋脊正下方或屋面上方设置通风的气窗，且通常保持开放的状态。气窗的形态多样，分为屋顶式老虎天窗、屋顶凸起式天窗、山墙式气窗三类［9］。

（3） 外墙构造。为提升民居的保温隔热效果，住宅中多采用较厚的墙体。其中木刻楞住宅外墙厚450mm，由平均直径350mm，可利用高度260mm上下堆叠的圆木采用凹凸榫卯相连组合成立面，并运用生石灰水浸泡的麻、毛绳等材料填充［10］；木板贴面住宅外墙厚360mm，内部采用150mm厚的方木堆积形成骨架，内壁采用30～40mm的灰条，灰条外部采用石灰抹面，且骨架外部采用近20mm厚的毛毡增强墙体的气密性，然后外部采用30～40mm的灰条，最后在外部采用60mm厚的木板进行贴面装饰；砖木住宅外墙厚700mm，内墙采用水泥砂浆石灰抹面，外墙涂饰黄色颜料，建筑整体色彩呈现暖色调。

（4） 架空地面。为避免地下湿气对木质地板的腐蚀，保持地板的干燥，中东铁路住宅中多采用架空地面的设计。按照构造形式，分为基本型及复合型如图5所示，基本型是在夯实的地面上运用半圆木形成骨架，然后在骨架上搭接60mm厚的木板，形成架空地面的形式，同时为排除湿气保证地板的干燥，人们常在素土夯实的地面上铺洒石灰、炉渣等材料，并在建筑室外墙面上开设300mm×300mm通气的孔洞；另一种基本型，则在半圆木骨架的下方增设多层砖材，提升地板与地面的高度，来减少室外地面的湿气的影响。复合型则是在基本型之上，在半圆木骨架的上方铺设双层60mm厚的木地板，从而形成双层木地板的构造，并在木板上涂上油漆等相关涂料，增强木地板的抗腐蚀性。

图4 住宅墙体构造

图5 地面构造形式

（5） 闷顶屋面。中东铁路住宅中以铁皮坡屋面为主，采用双坡“人”字形屋顶形式。双坡斜屋面的形式更有利于雨雪的排放，减少雪荷载对俄式民居的影响。并且，住宅中通常在人字形屋架下方做吊顶，使“人”字形屋架和水平吊顶之间形成空气保温层，俗称“闷顶”如图6所示，闷顶的设置更有利于屋顶的保温及夏季隔热，并且人们通常在吊顶的上方铺设锯末炉灰等材料，可以形成良好的屋面内保温效果。

图6 住宅建筑屋顶保温及闷顶实例

1.4 缓冲空间的利用

1.4.1 门斗

为避免冷空气的直接入侵，人们通常在民居的出入口处增设一个小型过渡性空间，俗称“门斗”。门斗的设置，可以在建筑物的入口处形成双层外门的形式，对于严寒地区的建筑来说，可以较好的隔绝室外的冷空气，形成室内外的缓冲区域，在大部分的中东铁路住宅的出入口处，通常都会增设一个或多个木质门斗。

1.4.2 阳光房

阳光房，可以利用太阳来调节建筑室内的温度，提升房间内部的舒适性。阳光房表面玻璃占比较大，在冬季，关上门窗，白天像集热器一样，吸收并保存太阳能，从而提升室内的舒适度；在夏季，阳光房可以充当室内外的缓冲区，当把阳光房与建筑主体相连的门窗关闭时，室内其它区域就可以保持相对平稳，从而达到隔热的效果。

1.5 传统采暖方式的应用

通过现场实地调研，发现中东铁路住宅采暖方式主要有火墙、火炕加土暖气和集中采暖等三种形式，其中火炕加土暖气、集中供暖是目前镇北村中东铁路住宅中主要的采暖方式，且燃烧材料主要为煤和木材。

火墙通常是粘土砖立砌而成，通过利用炉灶产生的热量而达到取暖的效果，中东铁路住宅中为避免室内受热不均而造成热量损失，火墙多结合内墙设置，促使建筑内部都能享用到火墙的热量；火炕加土暖气是东北地区当地居民的传统采暖方式，通过内部串联的横向、纵向火道延长烟气的停留时间，达到充分散热的目的，且火炕的灶口一般与灶台相连，通过利用做饭时的余热，提升室内的舒适性;集中供暖一般出现在20世纪20年代以后，通过暖气嵌入墙中，避免了燃料的来回搬运，减少了空间的浪费，改善了室内环境卫生，最初的镇北村中东铁路住宅中没有集中供暖，现有的少部分住户中的集中供暖均是90年代后期所加。

2 传统民居热环境测试

2.1 测试对象

热环境测试分为两部分，第一部分探索围护结构对室内热环境的影响，根据现存的中东铁路住宅及夏冬季节住人状况分别选取A01木刻楞、B02木板贴面住宅及C19砖木住宅，分别在夏季和初冬进行测试，窗户处于开放状态；第二部分了解不同采暖方式对室内热环境的影响，目前镇北村中东铁路住宅中除了集中供热的采暖方式外，大部分均采用火炕加土暖气的采暖方式，因此根据采暖类型及冬季实际住人状况选取寒冬季节中无采暖的B02、集中供热的B03、火炕加土暖气采暖的B10木板贴面住宅进行测试。

2.2 测试仪器

测试仪器详见表1，测试前已对相关仪器进行校准系统与比对，确认角度误差均在可接受范围内。测试期间为避免太阳辐射及其它长波辐射造成的不利影响，将温湿度采集记录器放置在铝箔盒中，且与风速仪、黑球温度采集记录器一并用三角架安置在离水平地面1.5m的位置。

表1 监测指标及仪器参数

2.3 测试参数及测点布置

测试参数主要为室内外空气温湿度、黑球温度、太阳辐射强度等。测试时间为夏季的2021年7月6日～2021年7月7日，初冬的2021年11月11日～2021年11月12日及寒冬的2021年12月25日～2021年12月26日，测试过程为连续24h监测。测试仪器主要放置在起居室、卧室等主要使用空间，具体室内外测点及现场如图7所示。

图7 测点位置

3 热环境测试结果分析

3.1 围护结构对室内热环境的影响

3.1.1 室内空气温度分析

由图8可知，室内外空气温度变化趋势基本一致，由于夏季多变的气候情况，整体变化趋势呈现出多峰值谷值交替出现的现象，同时，温度的总体波动趋势与室外太阳辐射强度的变化基本一致。

图8 夏冬季节空气温度

室外气温受太阳辐射影响，波动幅度较大，夏冬季节平均气温分别为24.3℃和3.4℃，日较差分别为5.5℃和16.1℃，冬季变化幅度明显大于夏季。室内温度夏季变化幅度较大冬季较小，木刻楞住宅无人居住，主要受室外气温的影响，平均气温为22.5℃，且夏季砖木和木板贴面住宅有炊事活动的影响，温度较高，平均气温分别为25.9℃和24.1℃，并且砖木住宅只能南向通风，木板贴面住宅南北通风，因此砖木住宅温度最高；而冬季中木刻楞住宅无人居住，建筑气密性较差，冬季室内温度最低，平均气温8.4℃，砖木住宅和木板贴面住宅平均气温分别为12.5℃和11.8℃，整体温度高于木板贴面住宅0.7℃，可见砖木住宅保暖性能高于木板贴面住宅，但差异较小。然而严寒地区民用建筑夏季室内舒适温度为22～28℃，冬季主要房间应采用18～24℃［11］，由此可知中东铁路住宅夏季室内空气温度木刻楞住宅基本满足舒适度需求；砖木住宅整体温度相对较高，未到达舒适度要求；木板贴面住宅在夜间满足舒适度要求，白天温度相对较高；冬季无采暖的情况下中东铁路住宅整体舒适度均较低。

3.1.2 室内空气相对湿度分析

由图9可知，室内外空气相对湿度波动幅度基本一致，且空气温度与相对湿度之间呈现相反的变化规律。室外湿度波动幅度较大，夏季湿度大于冬季，但冬季变化幅度大于夏季，夏冬季节室外湿度均值分别为73.9%和60.2%，日较差分别为23.7%和51.0%；室内夏季湿度较大，且波动幅度较大，木刻楞、木板贴面及砖木住宅室内空气湿度均值分别为80.2%、71.9%及75.8%，均大于70%，是因为居民经常开门窗通风，受室外空气相对湿度影响较大。初冬季节室内湿度波动幅度较小且较为适宜，木刻楞、木板贴面及砖木住宅室内空气湿度均值分别为54.0%、53.3%及51.3%，均在30%～70%舒适度范围内。可见夏季木刻楞、木板贴面、砖木住宅室内空气相对湿度较高，不满足室内空气湿度舒适度要求，需要进一步增强建筑室内的有效通风。

图9 夏冬季节空气相对湿度

3.2 采暖方式对室内热环境的影响

3.2.1 室内空气温度分析

由图10（a）可知，室外温度较低且波动幅度较大，平均气温为-21.2℃，日较差为11.0℃，无采暖情况下室内温度较低波动幅度较小，平均气温为-6.6℃，日较差为6.2℃，集中供暖下室内温度较为稳定波幅较小，平均气温为17.2℃，日较差为3.5℃，火炕加土暖气采暖下住宅受炊事活动的影响，呈现波峰波谷交替出现状况，波动幅度较大，平均气温为16.4℃，日较差为9.0℃。由此可见寒冬季节，无采暖下中东铁路住宅室内温度过低，不适宜人居住；集中供热下室内热环境波动较小，相对较为稳定，整体温度高于火炕加土暖气的采暖方式；火炕加土暖气的采暖方式下受居民炊事活动影响较大，波动较大，局部时间点温度高于集中供热的采暖方式。

图10 寒冬空气温度及相对湿度

3.2.2 室内空气相对湿度分析

由图10（b）可知，室外湿度较高且波动较为剧烈，均值为70.1%，日较差为55.0%。无采暖下波动幅度较少，均值为35.2%，日较差为8.3%；集中供暖下室内空气较为干燥且波动幅度最小，均值为20.5%，日较差为6.4%；火炕加土暖气采暖下湿度较为适宜波动幅度最大，均值为47.3%，日较差为18.6%。可见冬季火炕加土暖气采暖方式下空气湿度相对适宜，基本满足舒适度要求，集中供热的采暖方式室内较为干燥，需要增强室内通风，提升室内舒适度。

4 结语

文中以中东铁路住宅为研究对象，通过实地调研归纳总结及热环境实测分析得出如下结论：

（1） 中东铁路住宅的气候响应措施主要通过建筑的合理布局、提高围护结构的保温性能、铺设锯末炉灰形成闷顶内保温、增设门斗及阳光房充当缓冲区等措施，改善建筑的室内热环境。

（2） 通过分析不同围护结构对中东铁路住宅室内热环境的影响，结果表明砖木住宅的保暖性能优于木板贴面和木刻楞住宅，但差异较小。与户外强烈的振动幅度比较，木刻楞、木板贴面、砖木住宅冬季室内分别提升5、8.4℃及9.1℃，夏季室内由于炊事活动及通风的影响，砖木住宅反而相对室外提升1.6℃、木刻楞和木板贴面住宅分别降低1.8℃及0.2℃，室内热环境总体上较为平稳。中东铁路住宅在隔热和围护结构稳定性方面具有较大优势，然而由于空间较为封闭，很容易造成夏季室内空气湿度较大和冬季无供暖下温度较低的问题。

（3） 通过分析不同供暖方式对中东铁路住宅室内热环境的影响，可知集中供暖时室内空气温度变化范围为15.2～18.7℃，空气相对湿度为18.5%～24.9%，热环境相对稳定，供暖均匀，波动幅度较小，但相对干燥；火炕加土暖气供暖模式下，室内空气温度变化范围为12.0～21.0℃，空气相对湿度为38.2%～56.8%，室内受热不均，波动幅度较大。通过室内热环境的实测分析，可知优化民居平面布局、提升建筑气密性和增强室内通风或辅以排风设施是改善中东铁路住宅室内热环境的重要途径。