改性土坯建造的生土民居室内热环境研究

饶凯; 鲍安红; 孙杜鸿; 唐强

doi:10.13718/j.cnki.xsxb.2019.12.015

摘要: 为了探索添加秸秆和水泥作为墙体改性材料对于生土民居室内热环境的影响，以重庆市北碚区清云峡村某改性生土民居为研究对象，依据实测的冬季室内外温度和围护结构热工参数，运用软件模拟的手段，通过与相同模拟条件下普通生土民居和砖砌民居的数据对比，依据相关标准和调研情况，对其进行冬夏季热环境评价.研究发现这种改性土坯建造的民居不仅保有生土夏季隔热的优势，同时较普通生土民居改善了冬季室内热环境，但室内冬季温度仍然较低，需要采取其他措施提高室内冬季热舒适性.

Abstract: In order to explore the influence of the addition of modified materials on the indoor thermal environment of living houses, a modified living soil dwelling in Qingyunxia Village, Beibei District, Chongqing, was taken as the research object, based on the measured indoor and outdoor temperature and building structure heat in winter. The parameters of the work, by means of software simulation, through the comparison of the data of common earth-going dwellings and brick houses under the same simulated conditions, the winter and summer thermal environment evaluation, it has been found that the residential buildings constructed by this modified soil not only have soil. The advantages of summer heat insulation, while improving the indoor thermal environment compared with ordinary earth-going dwellings, but indoor winter temperatures are still low, and other measures are needed to improve indoor winter thermal comfort.

Key words:

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在人类漫长的历史进程中，受地形和气候条件的影响，各地都发展了不同类型的传统民居.但随着现代新材料、新建筑形式的出现，传统民居一度陷入无人问津的尴尬境地.然而近年来随着节能、可持续发展等理念的推行，传统民居被赋予了新的期望，改造和利用传统民居的价值已经得到广泛的肯定^[1-2]，对其热环境的研究也越来越多. MB Özdeniz^[3]研究了土耳其7个不同气候区域的传统民居，发现它们在调节室内环境方面各有特点，传统民居建造者在面对不同的气候条件时选择采用不同的建筑形式和材料，很好地隔绝了外界环境的干扰；Ooka^[4]研究了日本寒冷地区典型民居的热湿环境，对冬季和夏季民居的热量测量数据进行了分析，结果表明使用土墙和芦苇屋顶能有效维持室内热环境，而且土墙和生土地面对室内热湿环境的维持有一定的作用.在国内，对传统民居热环境的研究也有很多，取得了丰硕的成果^[5-7].但国内现有研究区域主要集中在西北地区，并且研究重点多集中于对某类经典传统民居的分析，缺乏相同条件下对其他不同类型民居的横向对比或改良传统建造技艺或材料的民居的热环境研究.

为了探索添加秸秆和水泥作为生土墙体改性材料对于生土民居室内热环境的影响，基于已有的研究资料^[8]，笔者以一栋使用掺加这两类材料的改性土坯建造的夯土民居为研究对象，通过实测和DEST软件模拟的手段得到了室内外温度变化数据，对比同条件下普通土坯房和砖砌房模拟数据，研究了其冬夏季的热环境状况.

3. 室内热环境评价

对于无人工冷热源的民居内热环境评价，《民用建筑室内热湿环境评价标准》^[11]规定达到75%的人感到满意的热环境即Ⅱ级标准室内温度范围是16~30 ℃.参照图 7、图 8的温度统计，这里可以判定改性生土民居、普通生土民居、砖砌民居在典型夏季天气下室内平均温度均达到Ⅱ级标准，但对于全天逐时温度，改性生土民居表现最为优秀，全天24 h仅下午17：00-20：00时温度超过30 ℃，最高温度为30.8 ℃，其他时段温度均符合Ⅱ级要求，合格率为83.3%，而普通生土民居、砖砌民居全天逐时温度能达到Ⅱ级要求的比率分别为75%和66.7%.而改性生土民居和砖砌民居冬季室内温度比普通生土民居稍高，但总体来说这三类民居的冬季室温对比标准给出的16 ℃温度下限差距较大，平均温度和任何一时段温度都达不到Ⅱ级标准的最低要求.

对于无人工冷热源的民居内的人的主观热湿环境评价而言，《民用建筑室内热湿环境评价标准》5.2.2节给出了预计适应性平均热感觉指标(APMV)作为衡量依据，预计适应性平均热感觉指标(APMV)按下式计算：

其中PMV为预计平均热感觉指标，λ为自适应系数.对于冬冷夏热地区的居住建筑，λ在夏季取0.21，冬季取-0.49，其他参数参考相关规定以及重庆当地情况：夏季服装热阻取0.36 clo，室内风速取0.2 m/s，代谢率为1.2 met；冬季服装热阻取1.5 clo，室内风速取0.1 m/s，代谢率为1.2 met.先按照《民用建筑室内热湿环境评价标准》给出的方法计算在冬夏典型天气的改性土坯房屋的PMV的取值，然后代入(1)得到APMV值.标准规定当-0.5≤APMV≥0.5，环境属于Ⅰ级标准，处于±1和±0.5间属于Ⅱ级标准，否则属于Ⅲ级.

实际通过计算得到的APMV的评级发现，改性土坯建筑的夏季室内热舒适性最好，有71%的时间能达到Ⅱ级标准以上，且38%时间达到Ⅰ级，普通生土民居紧随其后，对应的数据分别为67%和38%，砖砌民居最差，仅有54%的时间能达到Ⅱ级标准以上，17%时间达到Ⅰ级标准，但这三类建筑冬季时段热舒适性很差，所有时段均未达到Ⅱ级标准.

由此看来，改性土坯建造的建筑的夏季热环境更好，冬季热环境则比较糟糕.但对当地居民的随机走访表明，生土房屋的夏季热舒适性得到了大家的一致认可，而尽管当地冬天室内外温度长期低于标准规定的16 ℃下限，且未有供暖设施，90%的当地居民仍然表示可以接受现有的居住环境，这主要是因为当地人长期生活在这样的环境中，已经适应了这样的较低温环境，加上增添衣物、调节活动状态等措施也可帮助御寒，可以正常生活.这从一定程度上反映出关于冬季无任何室内供暖措施的农村住宅的热环境评价的16℃下限标准并不能全涵盖我国广大的农村地区，关于冬季无任何室内供暖措施的农村住宅的室温限值，可以考虑在16 ℃下增设温度下限. 《农村居住建筑节能设计标准》^[12]在夏热冬冷地区，室内温度为8 ℃能满足农民的最低心理预期和基本生活需要，有调查^[13]也指出8 ℃是农村居民冬季可以接受的最低室内温度.因此如果以8 ℃作为当地住宅的冬季室温最低限值，则改性生土民居冬季热环境能满足当地农民的最低生活需求.

4. 结论

通过对青云峡村的改性生土民居的冬季室内温度实测以及对相同条件下改性生土、普通生土、砖砌民居模型的冬夏季热环境模拟，可以得出以下结论：

1) 由于没有人员和设备热扰，相比于室外温度的波动，改性生土民居房间内的平稳的温度变化反映了改性土坯墙良好的蓄热保温性能.

2) 对比改性生土民居和普通生土、砖砌民居的冬夏热环境，改性材料的加入改善了生土建筑民居室内热环境，在保持了生土建筑优异的调节室温能力的同时，可以提高冬季围护结构的保温性能.

3) 改性生土建造的民居虽然较普通民居在保温能力有了提升，但冬季热环境仍然较差，仅能满足农民最低生活需求，为了提高室内热环境质量，可以采取辅助热源或增设阳光间等措施.

4) 改性生土民居在调节室内热环境方面作用显著，结合改性生土在其他方面较普通生土的材料性质的提升，后期可以开展更多对改性生土建筑民居的研究.

参考文献 (13)

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类型	构造做法	热阻/(m²·K/W)
外墙	300 mm厚改性土坯墙	1.154
屋顶	松木骨架上覆150 mm茅草	3.191
地面	素土夯实	0.431
门窗	6 mm普通玻璃	5.7

类型	构造做法	热阻/(m²·K/W)
外墙	240 mm砖墙，两侧涂抹水泥砂浆	0.319
屋顶	120 mm厚钢筋混凝土屋面	0.117
地面	40 mm厚混凝土楼地面	0.047
门窗	6 mm普通玻璃	5.7

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