束星北+王金平

摘 要：燃燒產(chǎn)生的煙所攜帶的熱量溫暖了土炕、墻壁，乃至整個(gè)窯洞。本文實(shí)測的火炕建造在建筑熱工學(xué)理論出現(xiàn)之前，以現(xiàn)代的理論對(duì)老火炕從爐膛位置開始到完整煙道系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比研究，不僅僅在于認(rèn)識(shí)這一供暖方式，更在于它對(duì)建筑遺產(chǎn)的保護(hù)和發(fā)展中的意義，這是值得研究的一個(gè)方面。

關(guān)鍵詞：火炕；供暖方式；熱循環(huán)；熱工學(xué)；一致性

中圖分類號(hào)：TU832.1+2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.023

文章編號(hào)：2095-6835（2016）11-0023-02

那么，在上述熱量損失的情況下，炕頭表面溫度計(jì)算值為85.07 ℃左右。

火炕的溫度變化的實(shí)際測量結(jié)果如表1和圖1 所示（每一小時(shí)的測量數(shù)據(jù)，從早7：00開始）。

炕頭表面溫度比炕梢溫度高，根據(jù)測量，炕頭平均溫度81.07 ℃，炕的平均溫度為43.49 ℃，炕梢平均溫度23.60 ℃。

1.3 炕中煙道的構(gòu)造

1.3.1 直筒式

煙道是整個(gè)火炕的關(guān)鍵。直筒式是很常見也很古老的，根據(jù)建造之前留好的排煙口和進(jìn)煙口，將炕體內(nèi)部分成一個(gè)通道，如圖2所示。這樣的設(shè)置會(huì)導(dǎo)致浪費(fèi)熱量，同時(shí)炕面受熱不均勻，同時(shí)泥土的分割無法有效的使煙通過，同時(shí)泥土或磚也要吸收一部分的熱量使得熱量流失。依據(jù)上述內(nèi)容計(jì)算，傳統(tǒng)的煙道在炕梢的溫度只有23.60 ℃。

1.3.2 通體式

整個(gè)炕體內(nèi)部沒有任何分割，建造最為簡單，但有一個(gè)問題就是排煙口的設(shè)置不能隨意，同時(shí)煙本身在火炕的內(nèi)部分布也不均勻，炕內(nèi)沒有足夠的支點(diǎn)用于支撐上部的圍護(hù)結(jié)構(gòu)。

1.3.3 炕梢管流式人字分煙墻

該火炕的煙道較為特殊，炕梢管流式人字分煙墻，就是在煙的入口處用磚將煙分成兩股，運(yùn)用炕內(nèi)的支柱磚使得煙繼續(xù)分流。這樣的結(jié)構(gòu)能夠有效地使得煙由急流變成緩流，延長炕梢煙氣的散熱時(shí)間，使熱交換充分。當(dāng)煙從爐灶進(jìn)入火炕時(shí)，能夠通過磚的分流有效地到達(dá)炕的各個(gè)位置，經(jīng)過后阻煙墻得到速度上的減慢，有充分的時(shí)間將熱量留在火炕內(nèi)部，排除了炕梢上下兩個(gè)不熱的死角，是炕頭炕梢的煙氣往兩頭擴(kuò)散流動(dòng)，提高了火炕上下兩側(cè)的溫度，縮小了兩側(cè)與炕梢的溫差，增加人們使用的舒適感。同時(shí)，根據(jù)平壁在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下總的傳熱量是：

后阻煙墻的建造其尺寸為420 mm×160 mm×50 mm，內(nèi)角為150°，兩頭距離炕梢的尺寸為170～240 mm。炕內(nèi)需要有支柱磚，炕外的一側(cè)采用一臥一立的砌筑方法。根據(jù)總傳遞熱量原理來看，q是平壁的熱流量強(qiáng)度和τ是傳熱時(shí)數(shù)，那么，就是當(dāng)氣體在內(nèi)部流動(dòng)的速度越快、停留時(shí)間越長，總熱量的傳遞就越多。這樣的分煙方式，就同時(shí)增加了這兩個(gè)參數(shù)。

任何一種煙道的布置方式都是建立在炕底部平整的基礎(chǔ)上，上部撒干細(xì)爐渣灰等耐火保溫材料，不需要搗實(shí)，這樣能夠減少熱量從底部散出。從圖3還能夠看出，還有一個(gè)重要的構(gòu)件是煙插板，用來調(diào)節(jié)煙氣的流量和流速。更重要的是，當(dāng)煙停止進(jìn)入后，關(guān)閉煙插板，能夠使得煙長期留在火炕的內(nèi)部，熱量盡可能長地傳遞給火炕的各個(gè)構(gòu)建。

2 對(duì)比現(xiàn)代采暖技術(shù)

現(xiàn)代的采暖方式有掛墻式、地暖和踢腳線暖氣片三種。掛墻式是將暖氣片掛在掛件上對(duì)流采暖，因此要占據(jù)一定的室內(nèi)空間；地暖，輻射采暖，在樓板之間布置；踢腳線采暖是沿房間的踢腳線布置暖氣。掛墻式、地暖、踢腳線暖氣片和火炕這四種采暖方式的對(duì)比情況如表2 所示。

在古寨，從經(jīng)濟(jì)和節(jié)能的角度來看，窯洞民居若采用現(xiàn)代的采暖方式，則需要大量的人力、物力建立全新的供熱系統(tǒng)，且完全拆除現(xiàn)有設(shè)施。將四種供暖方式相比較，火炕依然能夠達(dá)到熱量的需求。

3 結(jié)束語

古村落的火炕建造在建筑熱工學(xué)理論出現(xiàn)之前，卻表現(xiàn)出了實(shí)際測量值與建筑熱工學(xué)理論計(jì)算值的一致性，再次驗(yàn)證了建筑熱工學(xué)理論的正確。這是多年來人們?cè)趯?shí)踐中總結(jié)大量的經(jīng)驗(yàn)形成合理的供熱系統(tǒng)。與現(xiàn)代采暖技術(shù)的對(duì)比可以看出，如果改變?nèi)剂蠟檎託?、天燃?xì)饣蛎簹猓瑴p少對(duì)環(huán)境的污染，在對(duì)建筑遺產(chǎn)的保護(hù)和發(fā)展中傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)的使用意義重大，對(duì)其他供暖方式的合理引入意義也很重大——既滿足日常生產(chǎn)生活需要，又保護(hù)和發(fā)展傳統(tǒng)，使得古村落不至于廢棄。

參考文獻(xiàn)

[1]董鑒泓.中國城市建設(shè)史[M].中國建筑工業(yè)出版社，2010：220-221.

[2]周若祁，劉啟波.生態(tài)環(huán)境條件約束下的窯居住區(qū)居住模式更新[J].環(huán)境保護(hù)，2003（3）：21-23.

[3]清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心.中國建筑節(jié)能年度發(fā)展研究報(bào)告2011[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011（3）：24-25.

[4]顧曉薇，王青，劉建興，等.基于“國家公頃”計(jì)算城市生態(tài)足跡新方法[J].東北大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，26（4）：295-298.

[5]Scheuer C，Keoleian GA，Reppe P.Life cycle energy and environmental performance of a new university building：Modeling challenges and design implications.Energy and Buildings.2003.35（10）：1049-1064.

[6]竟峰，王婧.，張旭.寒冷地區(qū)太陽能炕采暖系統(tǒng)[J].低溫建筑技術(shù)，2006（3）：113-114.

〔編輯：胡雪飛〕