关中地区传统民居气候适应性研究.pdf
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1、D O I:1 0.1 9 3 2 2/j.c n k i.i s s n.1 0 0 6-4 7 1 0.2 0 2 3.0 1.0 1 3h t t p s:/x u e b a o.x a u t.e d u.c n引文格式:张蕾,王思思,范小娜,朱轶韵.关中地区传统民居气候适应性研究J.西安理工大学学报,2 0 2 3,3 9(1):1 1 8-1 2 4.Z HAN GL e i,WAN GS i s i,F ANX i a o n a,Z HUY i y u n.C l i m a t e a d a p t a t i o no f t r a d i t i o n a l d
2、 w e l l i n g s i n t h eG u a n z h o n gr e g i o nJ.J o u r n a l o fX ia nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,2 0 2 3,3 9(1):1 1 8-1 2 4.收稿日期:2 0 2 2-0 6-1 8;网络首发日期:2 0 2 2-1 0-1 2网络首发地址:h t t p s:/k n s.c n k i.n e t/k c m s/d e t a i l/6 1.1 2 9 4.N.2 0 2 2 1 0 1 2.1 4 2 4.0 1 0.h t m l
3、基金项目:国家自然科学基金资助项目(5 2 0 7 8 4 1 9);陕西省科技厅基金资助项目(2 0 2 2 J Q-5 5 5)第一作者:张蕾,女,硕士,讲师,研究方向为建筑历史与理论。E-m a i l:1 2 2 0 9 2 8 0 5 0q q.c o m通信作者:朱轶韵,女,博士,教授,博导,研究方向为绿色建筑与建筑节能。E-m a i l:z y y u n x a u t.e d u.c n关中地区传统民居气候适应性研究张 蕾,王思思,范小娜,朱轶韵(西安理工大学 土木建筑工程学院,陕西 西安7 1 0 0 4 8)摘要:传统民居在发展过程中逐渐形成了适应当地气候的建筑特征,但
4、由于缺乏科学技术指导仍存在一定的不足。为挖掘其气候适应性方面的潜能与优势,以我国关中地区传统民居为例,采用C l i m a t eC o n s u l t a n t气候分析软件与实地调研测试相结合的方法,总结了当地的气候特征,并对当地传统民居的被动式设计方法及营造机理进行了分析,得到了适宜的建筑被动式策略组合。结果表明,当地传统民居在遮阳、通风及建筑材料选取方面体现出良好的气候适应性,其坡屋顶附带的1.2m宽挑檐在夏季可以遮挡9 2%的太阳辐射,庭院宽长比为14时可以有效促进民居内部的自然通风,生土墙体使得传统民居冬季室内温度相较于普通砖混民居高2左右。此外,被动式太阳能采暖在当地具有较
5、大利用潜力,为民居增设南向附加阳光间后,南向房间室内平均温度可以提升1.3。关键词:关中地区;传统民居;气候适应性;被动式策略中图分类号:TU 1 1 1.4 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 6-4 7 1 0(2 0 2 3)0 1-0 1 1 8-0 7C l i m a t ea d a p t a t i o no f t r a d i t i o n a l d w e l l i n g s i nt h eG u a n z h o n gr e g i o nZ HANGL e i,WANGS i s i,F ANX i a o n a,Z HU Y i y u n(F
6、 a c u l t yo fC i v i lE n g i n e e r i n ga n dA r c h i t e c t u r e,X ia nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y,X ia n7 1 0 0 4 8,C h i n a)A b s t r a c t:I n t h ep r o c e s s o f d e v e l o p m e n t,t r a d i t i o n a l d w e l l i n g sh a v eg r a d u a l l y f o r m e da r c h i
7、t e c t u r a lf e a t u r e sa d a p t e dt ot h e l o c a l c l i m a t e;h o w e v e r,t h e r ea r es t i l l s o m ec e r t a i nd e f i c i e n c i e sd u et ot h el a c ko f s c i e n t i f i ca n dt e c h n i c a l g u i d a n c e.T h ep u r p o s eo f t h i ss t u d y i s t oe x p l o i t t
8、 h ep o t e n t i a l a n da d v a n t a g e s i n t e r m so f c l i m a t e a d a p t a t i o n,w i t ht h e t r a d i t i o n a l d w e l l i n g s i nG u a n z h o n ga r e a t a k e na sa ne x a m p l e.U s i n gt h ec o m b i n a t i o no ft h ec l i m a t ea n a l y s i ss o f t w a r eC l i
9、m a t eC o n s u l t a n ta n df i e l dr e s e a r c ht e s t s,t h e l o c a l c l i m a t ec h a r a c t e r i s t i c sa r es u mm a r i z e d.B e s i d e s,t h ep a s s i v ed e s i g nm e t h o d sa n dc o n s t r u c t i o nm e c h a n i s m so fl o c a lt r a d i t i o n a ld w e l l i n g s
10、a r ea n a l y z e d,w i t hs u i t a b l ec o m b i n a t i o no f p a s s i v e s t r a t e g i e s f o rb u i l d i n g s o b t a i n e d.T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h e l o c a l t r a d i t i o n-a l d w e l l i n g sa r ew e l la d a p t e dt ot h ec l i m a t ei nt e r m so fs h a d
11、i n g,v e n t i l a t i o na n dt h ec h o i c eo fb u i l d i n gm a t e r i a l s.T h e1.2mw i d ee a v e s a t t a c h e d t o t h e s l o p i n gr o o f c a nb l o c k9 2%o f t h e s o l a rr a d i a t i o n i n t h e s u mm e r;w h e n t h ew i d t ht o l e n g t hr a t i oo f t h e c o u r t y
12、 a r d i s 14,i t c a ne f f e c t i v e-l yp r o m o t e t h en a t u r a l v e n t i l a t i o n i n s i d e t h ed w e l l i n g;t h e r a ws o i lw a l l sm a k e t h e i n d o o r t e m p e r-a t u r eo f t r a d i t i o n a lh o u s e sa b o u t 2 h i g h e r t h a nt h a to fo r d i n a r yb
13、r i c k-c o n c r e t eh o u s e s i nw i n-t e r.M o r e o v e r,t h ep a s s i v es o l a rh e a t i n gh a sg r e a tp o t e n t i a l f o r l o c a lu t i l i z a t i o n,a n dt h ea v e r a g ei n d o o r t e m p e r a t u r eo f s o u t h-f a c i n gr o o m sc a nb e i n c r e a s e db y1.3,a
14、f t e ra d d i n gas o u t h-f a c i n ga d d i t i o n a l s u n s h i n er o o mf o r t h ed w e l l i n g.811 西安理工大学学报J o u r n a l o fX ia nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y(2 0 2 3)V o l.3 9N o.1 K e yw o r d s:G u a n z h o n gr e g i o n;t r a d i t i o n a l d w e l l i n g s;c l i m
15、 a t ea d a p t a t i o n;p a s s i v es t r a t e g i e s 我国传统民居有着数千年的发展历史,其发展过程与气候和社会环境有着不可分割的关系。在以农业生产方式为主的背景下,经过不断“试错,进化”而来的传统民居1,其建筑形式、空间布局和围护结构材料有着符合当地气候特点的地域特色,即使没有采暖、空调等设施,也可以满足人们对室内舒适度的一部分需求2。但随着气候的变化和社会的发展,民居的部分性能有所下降,已无法满足人们对建筑室内舒适度日益增高的需求。因此对传统民居气候适应性的优势及缺陷做出评价,对其不足之处进行因地制宜地优化,以此来提高室内舒适度
16、,促进传统民居的可持续发展。建筑气候适应性分析方法近年来被广泛应用于传统民居的优化设计中。何泉等3通过气候分析软件,肯定了拉萨传统民居气候适应性方面的优势,并对其不足之处提出了适宜的被动式策略。张涛等4以青海庄窠为研究对象,认为其在空间形态和热工性能两方面都具有良好的气候适应性特性。韩胜飞等5针对云南沧源佤族传统民居的气候特点,分析得到被动式太阳能利用在当地具有一定的潜力。近年来多位学者对关中地区民居进行了研究,虞志淳等6通过对关中传统民居的热环境测试,发现了其室内热环境差,能耗高的问题,并针对以上问题提出了相应的优化措施。赵文学等7对民居冬季室内气象参数进行了测试,分析了室内热环境的形成原因
17、,并提出了改造建议。何梅等8针对关中地区农村住宅的调研现状,从室内分区、围护结构、被动式太阳能利用等方面提出了适合该地区的节能策略。现有的研究大多只单独针对冬季或夏季对关中地区民居的优化提出建议,且缺少定量的分析验证。本研究以关中地区传统民居为研究对象,采用实地调研测试与模拟相结合的方法,得到当地冬夏两季的气候特点,根据该结果分析传统民居在气候适应性方面的优势及存在的不足,进而提出适宜的被动式优化策略,以期为关中地区传统民居的传承及发展提供参考。1 研究对象及方法1.1 研究对象关中地区的冬夏两季较长,独特气候特点使得当地形成了南北狭长的窄院型合院式民居9。民居南向房间为厅房,北向房间为门房,
18、东西两侧为厢房,用作卧室、储藏和厨房。厅房的开间约为91 0m,进深56m,东西向厦房的开间随房间数量变化,进深一般在3m左右。1.2 研究方法1.2.1 C l i m a t eC o n s u l t a n t软件气候分析气候分析软件可以科学客观地评判不同地区的气候特点,避免了人为的盲目性和主观性。C l i m a t eC o n s u l t a n t通过读取和分析某地区的气候数据,进而将其结果转化为直观的图表,如干球温度、太阳辐射强度、焓湿图等1 0。此外,该软件可以在焓湿图的基础上,有针对性地为该地区建筑提供1 5种气候适应性策略。因此本研究选择C l i m a t
19、eC o n s u l t a n t分析关中地区的气候条件,并进一步解析当地传统民居气候适应性策略。1.2.2 民居热环境实测采用T E S T O 1 7 5-H型自记式温湿度计对关中地区传统民居进行热环境实地测试。课题组分别于2 0 2 0年1月1 0日和2 0 2 1年7月2 5日对当地代表性的典型建筑进行室内外温湿度测试,数据采集间隔为1h。测试民居的平面图及测点布置见图1,民居围护结构的构造见表1。图1 测试民居平面图F i g.1 C i v i l i a nm a pf o r t h e t e s td w e l l i n g s 911 张蕾,等:关中地区传统民居
20、气候适应性研究 表1 传统民居构造详情T a b.1 D e t a i l so f t r a d i t i o n a lh o u s ec o n s t r u c t i o n围护结构构造屋顶坡屋顶 传统木结构青瓦屋顶3 0mm青瓦+3 0mm粘土层+3 0mm木板外墙下部9 0 0mm部分:2 0mm石灰石膏+3 7 0mm青砖+2 0mm石灰石膏上部至屋顶部分:2 0mm石灰石膏+3 7 0mm生土墙+2 0mm石灰石膏内墙2 0mm水泥砂浆+2 4 0mm粘土实心砖+2 0mm水泥砂浆门2 0mm木门窗木制窗框+窗纸覆面、木制窗框+6mm普通玻璃地面素土+青砖铺地2 关
21、中地区气候分析及热环境测试结果2.1 关中地区气候分析关中位于我国陕西省中部,渭河两岸,南依秦岭,北眺北山,有“八百里秦川”之称。该地区在我国建筑气候分区上属于寒冷气候区,同时也属于大陆性半湿润半干旱季风气候区,年平均温度在91 3,年降水量为5 0 08 0 0mm,多发生在夏季69月份,占全年总降水量的6 0%,冬春降水较少,空气相对湿度较小。利用C l i m a t eC o n s u l t a n t读取关中地区代表城市之一西安的典型气象年数据,经分析计算得到适宜该地区最佳组合设计策略和焓湿图,见图2。图2 西安市焓湿图F i g.2 E n t h a l p y-h u m
22、i d i t yd i a g r a mo fX ia n 由图2可知,当地全年仅有1 2.1%的时间处于舒适时间,4 1.6%的时间需要采取主动采暖的方式,8.4%的时间需要使用空调进行制冷。除主动措施外,在各项被动式策略中,有效时间比从高到低排列依次为内部得热(2 1.1%)、遮阳(1 0%)、被动式采暖+高蓄热(5.8%)、自然通风(5.7%)。虽然软件分析内部得热的有效时间占全年总时间的2 1.1%,但经调研发现,民居内部电器、照明数量有限,通过此方法获得热量的可能性较少,这一策略并不适合关中地区。在不考虑主动式策略的前提下得到各月及全年的适宜性被动式策略组合方式,见图3。分析可得
23、,当地春秋过渡季舒适时间较长,采取遮阳和通风措施在夏季对于提高舒适度有较大潜力;冬季室内热舒适度较低,可以利用被动式采暖和高蓄热墙体材料来改善冬季室内热环境。图3 各气候适应性策略各月有效时间比F i g.3 E f f e c t i v e t i m er a t i oo f c l i m a t ea d a p t a t i o ns t r a t e g y 2.2 民居热环境测试结果2.2.1 夏季室内外空气温湿度民居夏季室内外温湿度变化情况见图4和图5。由图4可知,测试期间室外平均温度为3 0.2,最高温度为3 3。由图5可知,测试当天民居厅房和主卧的平均温度分别为2
24、6.4 和2 6.6,波动范围分别为2 4.9 2 7.7 和2 5.9 2 7.1,处于夏季室内舒适温度区间内1 1;相对湿度波动范围分别为7 2.2%7 6.4%和7 0.2%7 6.5%,已超出 中国建筑节能年度发展研究报告1 2中规定的舒适度范围。2.2.2 冬季室内外空气温湿度图6和图7为民居冬季室内外温湿度测试结果。由图6可知,当地冬季气候寒冷,室外最高温度为6,最低温度为-1.3,平均温度为2.5。由图7可知,民居厅房和主卧的平均温度分别为6.8 和5.3,温度波动范围分别为5.4 8.9 和3.8 7.6,无法满足人体热舒适需求1 3。因此,采用被动式太阳能采暖技术提升室内温度
25、,改善室内热环境是十分有必要的。021 西安理工大学学报(2 0 2 3)第3 9卷第1期 图4 夏季测试期间室外空气温湿度F i g.4 O u t d o o ra i r t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t yd u r i n gs u mm e r t e s t 图5 夏季测试期间室内空气温湿度F i g.5 I n d o o ra i r t e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t yd u r i n gs u mm e r t e s t 图6 冬季测试期间室外空气温湿度F i g.6 O u
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