鄭銳鋒,叢 蕾,鄭宇峰,黃 芮,肖學(xué)成

1.浙江科技學(xué)院土木與建工學(xué)院,浙江 杭州310013

2.漢嘉設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司,浙江 杭州310000

傳統(tǒng)民居經(jīng)由長期試錯(cuò)過程，展現(xiàn)出一種令人敬佩的把建筑融入自然環(huán)境中、樂于接受氣候的反復(fù)無常與地形挑戰(zhàn)的才能[1]。浙江省處于夏熱冬冷氣候地區(qū)，同時(shí)受地理環(huán)境的影響，其地域性氣候及建筑特點(diǎn)各有不同[2]。迄今為止國內(nèi)學(xué)者對地域性民居的研究主要集中在室內(nèi)熱環(huán)境的測試和民居的演進(jìn)等方面[3]。對人體舒適度的研究并不廣泛，然而，在夏熱冬冷的氣候中，建筑物中較高的溫度和濕度會(huì)影響人們的熱舒適度和整體健康，本文針對浙江省西南地區(qū)的民居微氣候呼應(yīng)差異性與所達(dá)到的室內(nèi)物理環(huán)境品質(zhì)進(jìn)行綜合性的研究，采用預(yù)測評估及后評估技術(shù)的相結(jié)合的系統(tǒng)性研究方法，以創(chuàng)建健康宜人的舒適室內(nèi)環(huán)境作為目標(biāo)條件來評價(jià)適宜的建筑設(shè)計(jì)策略。以探求傳統(tǒng)建造方式方法，以及其所能提供的室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)質(zhì)量和使用者實(shí)際滿意度，系統(tǒng)性的評判古民居所承載的氣候呼應(yīng)的設(shè)計(jì)策略對氣候的應(yīng)答以及使用主體對環(huán)境的體驗(yàn)反映，將后評估體系引入整個(gè)建筑使用全周期的研究以發(fā)掘民居建筑所蘊(yùn)涵的更深層次的生命力和價(jià)值。

1 研究方法

2016 年團(tuán)隊(duì)對浙江省6 個(gè)典型地理環(huán)境建立了6 個(gè)工作站，詳細(xì)了解浙江各種地理環(huán)境下的微氣候地域環(huán)境、傳統(tǒng)鄉(xiāng)村古民居的氣候呼應(yīng)性設(shè)計(jì)策略、室內(nèi)居住環(huán)境質(zhì)量和居民環(huán)境相關(guān)性的健康問題。發(fā)現(xiàn)6 個(gè)工作站中的浙南山地氣候反應(yīng)為地理因子與氣候因子的疊加作用，是氣候系統(tǒng)中最為復(fù)雜的類型系統(tǒng)[4]，因而2019 年選取了麗水市低中山地貌的縉云縣丹址村做進(jìn)一步深入研究。浙江省處于夏熱冬冷氣候地區(qū)，暖季長，且沒有嚴(yán)重寒冷的季節(jié)，因此居民建筑主要是按夏季氣候條件設(shè)計(jì)的[5]。因而本研究選取了夏季及梅雨季節(jié)，有36 名女性和18 名男性當(dāng)?shù)鼐用駞⑴c調(diào)查（如表1）。本文專注于典型地理環(huán)境代表村落的氣候狀況、與微氣候呼應(yīng)的地域性建筑形式、古民居室內(nèi)物理環(huán)境和居民熱感受舒適度。通過氣候-建筑學(xué)理論研究、傳統(tǒng)民居氣候適應(yīng)性傳統(tǒng)做法的提煉、室內(nèi)物理環(huán)境參數(shù)測量、現(xiàn)場對居民滿意度問卷成體系的多維度研究，以期對不同微氣候條件下的古民居室內(nèi)物理環(huán)境現(xiàn)狀做出評估，并針對6～9 月份的地域性氣候提出建筑設(shè)計(jì)建議性策略。

表1 調(diào)查村落地理?xiàng)l件及調(diào)查人數(shù)Table 1 Village condition and amount

2 氣候狀況及地理環(huán)境

與建筑密切相關(guān)的氣象參數(shù)包括太陽輻射、空氣溫度、濕度、自然光、風(fēng)、降水等，按《建筑氣候區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)》分類[6]，縉云縣的主要?dú)夂蛱卣鞅憩F(xiàn)為夏季高溫、潮濕、多雨、濕熱和冬季陰冷、多霜凍，屬第Ⅲ建筑氣候區(qū)，年平均降水量為1473 mm，山地、丘陵約占全總面積的80%?？N云縣地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，初夏為梅雨期，雨量集中，盛夏臺(tái)風(fēng)和局部雷陣頻繁，太陽輻射強(qiáng)，氣溫炎熱。根據(jù)浙江氣象臺(tái)和麗水市氣象臺(tái)數(shù)據(jù)，將縉云縣的主要?dú)夂騾?shù)結(jié)果進(jìn)行歸納(如表2)，可見最熱月溫度持續(xù)時(shí)間長、溫度和濕度高，風(fēng)速較低。若不采取防熱、防潮、防雨、通風(fēng)等措施，勢必造成室內(nèi)溫度過高、相對濕度過大等情況，影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量甚至身體健康。

表2 縉云縣2001～2018 年累年6～9 月份主要?dú)庀髤?shù)Table 2 Meteorological parameters of Jinyun County from June to September（2001-2018）

表3 氣候適應(yīng)性策略及舒適時(shí)間Table 3 Climate responsive strategies and comfort time

3 浙西南傳統(tǒng)民居建筑氣候呼應(yīng)性研究及室內(nèi)物理環(huán)境分析

3.1 熱舒適預(yù)測模型及氣候-建筑學(xué)設(shè)計(jì)策略

美國洛杉磯建筑與城鎮(zhèn)規(guī)劃學(xué)院的米爾恩教授基于ASHRAE Standard-55 標(biāo)準(zhǔn)，推進(jìn)了Givoni建筑-氣候圖法和氣候舒適模型[7]。運(yùn)用了2001 年～2018 年氣象年逐時(shí)數(shù)據(jù)資料，利用此熱舒適模型和氣候-建筑圖表分析計(jì)算，得出基于縉云民居建筑的被動(dòng)式技術(shù)措施和對應(yīng)的舒適時(shí)數(shù)（表3）[8]：在6～9 月，通過運(yùn)用被動(dòng)式的氣候適應(yīng)性的設(shè)計(jì)策略，可以達(dá)到46%（1353 h）的舒適時(shí)間處于熱舒適區(qū)，另外的54%（1872 h）尚需通過機(jī)械制冷降溫除濕技術(shù)，最終獲得100%全舒適時(shí)間。古民居具有時(shí)代和技術(shù)局限性，主要依賴建筑自然運(yùn)行，按此圖表法采用可實(shí)施的被動(dòng)式的設(shè)計(jì)策略，預(yù)測居民舒適滿意度只有將近一半的時(shí)間達(dá)到舒適標(biāo)準(zhǔn)。對于過熱過濕區(qū)域需要依靠自然通風(fēng)、開啟風(fēng)扇、遮陽措施及除濕來實(shí)現(xiàn)。

3.2 室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量研究

對古民居進(jìn)行實(shí)地室內(nèi)物理環(huán)境測量，以期真實(shí)反映室內(nèi)物理環(huán)境及民居滿意度的實(shí)際效果。按國際ASHRAE-129[9]對“呼吸區(qū)”的定義，選距地1.1 m 處，房間中部分別測量室內(nèi)溫度、相對濕度、室內(nèi)風(fēng)速。本次實(shí)測分為梅雨季和夏季兩個(gè)階段，其中梅雨季起始時(shí)間為2019 年6 月19 日～6 月26日，夏季起始時(shí)間為2019 年7 月16 日～7 月23 日，每次連續(xù)7 d（圖1），以測量數(shù)據(jù)作為居住環(huán)境滿意度調(diào)查的橫向斷面分析基礎(chǔ)。

3.2.1 室內(nèi)熱環(huán)境實(shí)測 室內(nèi)熱環(huán)境由室內(nèi)空氣溫度、濕度、氣流速度和平均輻射溫度四要素共同組成，以人的熱舒適程度作為評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[10]。經(jīng)對測量數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)（如圖1）。在梅雨季，室內(nèi)溫度區(qū)間符合ASHRAE55-2013 舒適溫度標(biāo)準(zhǔn)，全天室內(nèi)相對濕度都全天超過80%，潮濕問題嚴(yán)重。室內(nèi)外風(fēng)速都接近于靜風(fēng)風(fēng)頻，夏季，全天室內(nèi)外平均相對濕度也均超過舒適濕度，8:00-17:00 的室內(nèi)溫度低于室外，其一天內(nèi)有40%的時(shí)間室內(nèi)溫度超出熱環(huán)境溫度標(biāo)準(zhǔn)。一天內(nèi)的溫濕度相對平穩(wěn)，這是由于丹址村位于海拔較高的丘陵地區(qū)，植被覆蓋率較高，可以阻擋直接的太陽輻射。且建筑形態(tài)為封閉式的合院和小開口外墻，95%的居民選擇全天開窗通風(fēng)的方式降溫，因此室內(nèi)相對濕度較大且全天變化幅度較??；由于內(nèi)院的后窗與側(cè)墻都開小窗，很難形成良好的自然通風(fēng)系統(tǒng)，自然通風(fēng)效果不好。

表4 實(shí)測IEQ 數(shù)據(jù)和本研究中所采用的規(guī)范總結(jié)Table 4 Summary of the measured IEQ data and the guidelines adopted in this study

3.2.2 熱環(huán)境PMV-PPD 評價(jià) 室內(nèi)熱環(huán)境評估標(biāo)準(zhǔn)主要采用PMV-PPD 指標(biāo)，ASHRAE 55[11]定義了對特定百分比的用戶滿意的條件，該標(biāo)準(zhǔn)基于Fanger[12]的預(yù)測平均投票（PMV），預(yù)測值可以預(yù)測人群的平均熱感覺，以及對環(huán)境不滿意的人的預(yù)測百分比（PPD）。綜合考慮了人體活動(dòng)程度，衣服熱阻，空氣溫度，平均輻射溫度，空氣濕度，空氣流動(dòng)因素[13]。PMV-PPD 計(jì)算過程中相關(guān)參數(shù)設(shè)定為：1)人體新陳代謝率的值為1.0 met；2) 夏季平均服裝熱阻值為0.5 clo；3) 風(fēng)速實(shí)測平均值，夏季室內(nèi)風(fēng)速分別為0.1 m/s；4) 平均輻射溫度MRT 取測試房間6 個(gè)壁面溫度平均值5)溫濕度按照人員活動(dòng)的各時(shí)段分別取值。

通過夏季7 月17 日的室內(nèi)PMV 值與操作溫度top 進(jìn)行線性擬合，可以得出夏季PMV 擬合曲線(圖2)和PMV 線性回歸方程:（圖2）PMV=0.4129top-10.30（夏季）。在夏熱冬冷地區(qū)，自然通風(fēng)房間的PMV 范圍在［-1,+1］區(qū)間為舒適范圍[14]。根據(jù)PMV 線性回歸方程，夏季居民預(yù)測可接受的上限溫度為27.37 ℃。PPD 變化范圍分別為夏季40%～60%。

圖1 丹址村梅雨季和夏季室內(nèi)外實(shí)測溫濕度Fig.1 Measured indoor and outdoor temperature and relative humidity in Plum rain season and Summer

圖2 夏季溫度可接受上限和滿意度擬合Fig.2 Fitting acceptable temperature and satisfaction in Summer

3.3 居民室內(nèi)居住環(huán)境滿意度分析

對監(jiān)測住戶進(jìn)行熱舒適性問卷調(diào)查，用Fanger[12]7 分制標(biāo)度讓居民來投票室內(nèi)熱環(huán)境的滿意度，調(diào)查的目的是評估居住者對熱不舒適的反應(yīng)以及居民在一天中獲取熱舒適的方式，以進(jìn)行環(huán)境的持續(xù)監(jiān)測。通過評估縉云縣兩個(gè)不同地區(qū)的54 戶家庭，提供了居住者舒適度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。用于評估建筑物和居民在傳統(tǒng)民居環(huán)境下的適應(yīng)性（如圖3、4）。

（1）在夏季，丹址村村民對室內(nèi)環(huán)境總體滿意度為“比較滿意”。在室內(nèi)熱環(huán)境方面，丹址村正午的室內(nèi)溫度明顯低于室外（圖3），其室內(nèi)相對濕度明顯高于室外，室內(nèi)空氣流速相差不大；在梅雨季，丹址村村民對室內(nèi)環(huán)境總體滿意度低于夏季，評分表現(xiàn)為“適中”。

（2）地面返潮，在梅雨季長時(shí)間大量地連續(xù)降雨導(dǎo)致空氣相對濕度大，保持在80%～100%，41%的村民對梅雨季的室內(nèi)相對濕度表示“非常不滿意”，在梅雨季的氣候環(huán)境對室內(nèi)物理環(huán)境滿意度影響有很大的關(guān)聯(lián)性。

圖3 居民室內(nèi)整體環(huán)境滿意度Fig.3 Satisfaction for indoor thermal comfort

圖4 居民可接受的上限溫度及比例Fig.4 Acceptablehighesttemperaturesandproportionstoresidents

（3）對ASHRAE 標(biāo)準(zhǔn)[11]中規(guī)定的80%的居民接受的熱舒適環(huán)境，即預(yù)測不滿意百分比PPD≤20%的可接受溫度范圍（圖4）。實(shí)際的問卷顯示，超過80%的居民在夏季及梅雨季可接受的溫度上限是30℃。

4 結(jié)語

（1）浙西南地區(qū)的古民居對地域性氣候隔熱有很好的適應(yīng)性屋檐懸挑遮陽，閣樓屋頂熱空氣層在熱輻射的氣候呼應(yīng)策略取得了一定的成功。

（2）在風(fēng)環(huán)境的處理上，防風(fēng)效果好，通風(fēng)效果不理想。外墻封閉開小窗對于臺(tái)風(fēng)防風(fēng)處理取得了良好的效果；由于內(nèi)院尺度不大，另外梅雨季，和夏季沒臺(tái)風(fēng)的時(shí)間，室外風(fēng)速低，拔風(fēng)效應(yīng)不大，自然通風(fēng)效果不好。居民滿意度低。

（3）夏季超過80%居民可接受溫度的上限為30 ℃。比《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的舒適22～28 ℃上限要高，夏季浙西南居民的熱舒適溫度比較高，是由于居民的長期生活適應(yīng)性以及低期望值，因此居民的熱舒適性具有耐熱力。

（4）在夏季和梅雨季，潮濕問題非常嚴(yán)重，居民室內(nèi)環(huán)境居住體驗(yàn)滿意度差，需采取機(jī)械除濕，通過建筑自然運(yùn)行除濕，無法達(dá)到居住舒適要求。

本文只對夏季和梅雨季進(jìn)行了研究，接下來將對過渡季和冬季進(jìn)行調(diào)查研究，并基于用戶行為進(jìn)行指導(dǎo)，這將對改善室內(nèi)舒適感和健康環(huán)境具有進(jìn)一步的研究意義。