文／張恒鈺 鄭州大學(xué)建筑學(xué)院 碩士研究生

唐 麗 鄭州大學(xué)建筑學(xué)院 教 授

引言

豫北地區(qū)是中原文化重要的空間載體，經(jīng)過數(shù)千年的發(fā)展，積累了眾多值得傳承的建造技法和藝術(shù)形式。然而近年來的大拆大建導(dǎo)致當(dāng)?shù)睾芏嗑哂袣v史價值的傳統(tǒng)民居破壞嚴(yán)重，為了傳統(tǒng)建筑文化的保留與發(fā)展，亟須從歷史建筑保存尚好的區(qū)域開始調(diào)查研究并實施保護更新。筆者以豫北道口古鎮(zhèn)的一處保存較完好的傳統(tǒng)合院式居住建筑為研究對象，對其在2020—2021 年的冬季進(jìn)行了熱工性能調(diào)研，并對結(jié)果進(jìn)行分析解讀，為傳統(tǒng)民居保護性熱工性能更進(jìn)一步改造提供一個方向。

1 道口古鎮(zhèn)地理氣候特點

道口古鎮(zhèn)地處河南北部，屬安陽市滑縣境內(nèi)，因為地處黃河以北的太行山地區(qū)，所以平均海拔較河南中、南部高數(shù)百米。其所屬的氣候分區(qū)為寒冷地區(qū)，夏季炎熱，雨季地面易返潮，冬季干燥寒冷而且持續(xù)時間較長。道口古鎮(zhèn)年平均氣溫14℃；7月最熱，平均氣溫27℃；1月最冷，平均氣溫0.1℃。

2 道口古鎮(zhèn)傳統(tǒng)民居特點

道口古鎮(zhèn)依大運河而生，由于大運河的重要商業(yè)價值，為方便大運河港口貿(mào)易往來，巷子都從大運河開始垂直向外延伸到主街，是典型的街巷制布局。巷與巷之間的土地空間用于布置建筑，院落及建筑的平面形狀主要為矩形，采用北方傳統(tǒng)的合院式住宅形式。由于大運河流向原因，在這里，建筑群并沒有像北京四合院那樣呈現(xiàn)出正南正北的軸線排列，而是垂直于大運河河道沿西北-東南走向延伸。古時候這里商業(yè)十分發(fā)達(dá)，吸引了大運河沿線眾多商賈入駐，人群居住集中度很高。但是因為商業(yè)價值較高，所以用于居住的土地集約利用在這里尤為明顯，古鎮(zhèn)中的居住院落最多三進(jìn)且十分狹窄，除了個別重要的公共建筑之外，大多數(shù)的院落正房只能露出一到兩個開間的寬度[1]。相較于典型的北京四合院，這里的倒座空間通常沿道路打開，以便作為沿街商鋪使用，使得當(dāng)?shù)氐暮显航ㄖ哂辛松套』旌系膶傩浴?/p>

3 典型民居的特點及調(diào)查分析

在經(jīng)過20 世紀(jì)末的少部分拆建損壞之后，當(dāng)?shù)卣疂u漸意識到古鎮(zhèn)的重要歷史藝術(shù)價值，逐步開始實施保護措施。七年前，道口古鎮(zhèn)被我國國家文物局認(rèn)定為歷史文化名鎮(zhèn)，并開始進(jìn)一步加大保護力度，因此古鎮(zhèn)核心區(qū)仍有許多傳統(tǒng)建筑保留尚好，其中的傳統(tǒng)民居有七十七座之多，并且都已有上百年的歷史。在經(jīng)過筆者的深入考察之后，本次調(diào)研選擇了古鎮(zhèn)核心區(qū)的一棟構(gòu)造和形式都比較有代表性的三進(jìn)院落式建筑，作為實測的對象。該建筑位于安陽市道口古鎮(zhèn)內(nèi)順河北街東五號院（圖1），目前該建筑及院落保存均較為完好，其正房（測點三所在房間）入口朝向為北偏西41°。

圖1 平面圖（圖片來源：作者自繪）

3.1 平面布局

整個院落平面為矩形組合，院落空間與建筑單體平面、立面均為矩形，正因如此，此類傳統(tǒng)民居和院落的軸線關(guān)系較為明顯，使用空間十分規(guī)整且主次分明，符合傳統(tǒng)的設(shè)計理念并且具有建造簡單、施工階段耗費人力物力少的優(yōu)點。

3.2 圍護結(jié)構(gòu)

各個單體建筑均為磚木混合結(jié)構(gòu)，外墻體為外側(cè)青磚包內(nèi)側(cè)土坯，外墻體總厚度達(dá)560mm，窗墻比較??；建筑門框、窗框均為木質(zhì)，門窗扇關(guān)閉時縫隙比較多；窗玻璃為單層印花玻璃，保證室內(nèi)采光且能保護室內(nèi)隱私；分隔一、二層的樓板為木材，縫隙較多且隔音性能較差；屋頂構(gòu)造為傳統(tǒng)的小青瓦屋面，特殊之處是采用了當(dāng)?shù)責(zé)频耐u。構(gòu)造詳圖見圖2、圖3。

圖2 窗詳圖（圖片來源：作者自繪）

圖3 坡屋頂詳圖（圖片來源：作者自繪）

結(jié)合各個部位構(gòu)造材料層次，通過公式運算各圍護結(jié)構(gòu)K 值：

4 熱舒適評價

4.1 評價概述

評價房間選取第二進(jìn)院落中不同朝向、不同高度的廂房和正房，測點位置見圖1。測點二在一上層，無人使用，兩層房間之間的樓板為木樓板。測點三房間在數(shù)據(jù)實測過程中一直閑置，房主未曾進(jìn)入過，內(nèi)部也沒有任何家用電器[2]。測點選取時盡量位于房間中心部位并減少冷熱源對傳感器的影響，測點距墻大于500mm，各個測量點的高度均為距室內(nèi)地面600mm[1]。

4.2 熱工性能

此次實測在2020—2021 年的冬季進(jìn)行了四個月的連續(xù)測量，所用儀器均為符合國家標(biāo)準(zhǔn)的測試儀器。測量結(jié)束后，經(jīng)過對數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，筆者選擇了溫度波動比較有代表性的七個連續(xù)日數(shù)據(jù)進(jìn)行下述熱工分析，此次分析數(shù)據(jù)一共672 組。

圖4 為三個受測房間在測量期間的逐時溫度曲線，各數(shù)據(jù)采樣點間隔時間為15 分鐘。實測結(jié)果顯示，測點一在連續(xù)一周的測試期間，氣溫最小是4.3℃，最大是10.1℃。每天的最高氣溫呈現(xiàn)出不斷下降的趨勢，這是因為臨近冬至，北半球日照時間逐日縮短的原因。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，有超過98%的時間濕度在50%～70%之間，測試期間這樣的溫濕度條件下人體會感到十分寒冷，距離達(dá)到人體舒適甚遠(yuǎn)，分析原因主要是古鎮(zhèn)所在地冬季室外氣溫很低。數(shù)據(jù)顯示，測點一房間的室溫在連續(xù)七天的時間里，始終比測點三房間室溫高出4℃～5℃，這是因為戶主的居住生活產(chǎn)生了熱量。三個房間溫度波動趨勢幾乎一致，但測點一的溫度曲線有多個短暫波峰出現(xiàn)，是居住者進(jìn)行炊事或短暫開啟取暖器造成的。與此同時，這些短暫溫度波峰在達(dá)到峰值后迅速回落，可以顯示室內(nèi)溫度在戶主關(guān)閉取暖器后迅速降低，表明圍護結(jié)構(gòu)在沒有人工采暖時，無法長時間保持室內(nèi)溫度，室內(nèi)熱能向外傳遞速度很快[6]。測點二溫度始終比測點三高2℃左右，這是下層測點一房間的熱量通過木樓板及其中的間隙傳遞到上層造成的。

圖4 逐時溫度（圖片來源：作者自繪）

圖5 為18 日10 點至19 日10 點，間隔一小時的室內(nèi)外干球溫度曲線，共24h，這些室外溫濕度參數(shù)取自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)河南站官方發(fā)布的當(dāng)日氣象信息。數(shù)據(jù)顯示，室外空氣溫度波動的規(guī)律類似于正弦函數(shù)規(guī)律[3]，在一天的周期里，受測房間的氣溫波動范圍分別為1.8℃、1.0℃和1.4℃，而當(dāng)日室外氣溫變化幅度達(dá)到了9℃。室外平均氣溫為2℃，與無人使用的測點三房間平均氣溫相同。測點一氣溫始終是三個房間中的最高值，測點二介于測點一和三之間，這是因為測點一房間中人的活動產(chǎn)熱并通過木樓板傳遞到上層。經(jīng)簡單計算可知，室外氣溫振幅是測點三氣溫振幅的6.4 倍，這說明傳統(tǒng)建筑圍護結(jié)構(gòu)具備良好的熱惰性指標(biāo)，可以讓室內(nèi)溫度保持較高的穩(wěn)定度[7]。如果能充分發(fā)揮墻體的蓄熱能力，再加之以合適的保溫、斷熱等減少熱損失的措施，那么該建筑的居住舒適感受將得到很大的提升。

圖5 逐時溫度（圖片來源：作者自繪）

4.3 評價指標(biāo)計算

在收集了第一手實測數(shù)據(jù)之后，便能利用人體熱舒適評價模型對實測建筑室內(nèi)居住舒適度進(jìn)行量化描述[3]。本文采用目前常用的PMV 模型對測量結(jié)果進(jìn)行計算，以得出較為科學(xué)的室內(nèi)舒適性評價結(jié)果。通過對戶主夫婦調(diào)查的實際情況，確定當(dāng)日戶主著裝的平均熱阻為2clo。戶主在家中大部分時間為靜坐或看電視，這種狀態(tài)下的的代謝率為1met。環(huán)境平均輻射溫度計算公式如下：

式（1）中各參數(shù)指代如下：Tg：黑球溫度℃；Ta：空氣溫度℃；Va：風(fēng)速m/s；ε：發(fā)射率，黑球發(fā)射率取0.95；D：測量儀器的直徑，此次選用的測試儀器為常規(guī)尺寸150mm。

由于此次實測風(fēng)速的測量值均為零，所以這個公式中可直接取Tmrt=Tg。根據(jù)以上已知取值以及前文所述室內(nèi)實測環(huán)境參數(shù)，經(jīng)過PMV 計算工具計算后，本人繪制了24 個小時的逐時室內(nèi)舒適指標(biāo)曲線（圖6）。可見室內(nèi)PMV 值始終低于-2，室內(nèi)PPD 值始終高于76%，這些數(shù)據(jù)意味著室內(nèi)居住人員在測試期間身體感覺很冷，對于戶主這樣的老年人來說身體感受更是如此[7]。

圖6 甲房間PMV、PPD（圖片來源：作者自繪）

結(jié)語

道口古鎮(zhèn)是豫北地區(qū)的著名古鎮(zhèn)之一，有許多重要的空間形態(tài)和建筑遺存值得保護，但如何在改造中進(jìn)行合理干預(yù)，做到既保護古民居的原真性又切實提升居民的生活品質(zhì)，這是值得探究的問題。本次實測研究之后，我們認(rèn)識到道口古鎮(zhèn)當(dāng)?shù)囟臼彝鈿夂驉毫?，而古?zhèn)傳統(tǒng)居住建筑現(xiàn)有構(gòu)造方式不能滿足冬季保溫的需求，室內(nèi)居住生活環(huán)境并不適宜。而道口古鎮(zhèn)由于當(dāng)前當(dāng)?shù)亟?jīng)濟、社會等因素的制約，青年群體居民不愿留在老家生活，所以古鎮(zhèn)中生活的人大多為老幼人群，他們的身體素質(zhì)對寒冷的忍耐能力比青年人群更差，所以更需要為他們提供溫暖的室內(nèi)生活環(huán)境。分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)亟ㄖ嬖诘年P(guān)鍵問題是圍護結(jié)構(gòu)氣密性過差以及老舊門窗保溫隔熱能力不足，需要進(jìn)行改造。研究還發(fā)現(xiàn)，道口古鎮(zhèn)的傳統(tǒng)外墻和屋頂做法具有很好的熱惰性指標(biāo)，可以大大降低室外到室內(nèi)的溫度諧波振幅，可在改造時予以保留并修繕，這樣做既能發(fā)揮舊建筑的優(yōu)點，又能保證傳統(tǒng)建筑的原真性。