贵州镇宁县布依族传统石木结构民居热工性能分析

李效梅，黄 帅

(贵州大学 建筑与城市规划学院，贵阳 550025)

关于传统民居热环境、热工性能及节能方面的研究近几年已比较成熟，但在贵州地区对传统民居进行研究的部分学者仍停留在实地调查、测绘分类阶段，几乎没有学者从多个角度对传统民居进行研究，也未注重传统民居热环境、热工性能的量化研究。本文从量化的角度研究贵州安顺市镇宁县传统石木结构民居热工性能，从深层次开始探索乡土建筑的继承与发扬模式。

1 高荡村布依族传统石木结构民居现状

高荡村位于贵州省安顺市镇宁布依族苗族自治县城关镇，离县城13.5Km，有千年古寨之称，海拔为1186.2米。高荡村传统石木结构民居是布依族传统石木结构民居的典型代表。高荡村所在的镇宁县一年中，最高气温39.4℃，最低气温为零下9.2℃。该县一部分地区全年无霜，大部分地区的无霜期在297-345天，总体来说该县无霜期较长，该县年平均气温为14.4℃-19.7℃。镇宁县在热工分区上属于温和地区，冬季寒冷、夏季凉爽，建筑设计主要考虑保温[1]。

高荡村布依族传统石木结构民居是安顺地区典型的石木结构建筑如图1，外墙由石头砌筑，屋顶为石板，石头属于石灰岩，内部结构为木结构穿斗式。高荡村布依族传统石木结构民居功能布局和镇宁县其它地区

图1 传统石木结构民居

布依族传统石木结构民居布局基本一致，属于古老的干栏式建筑。一层是喂养猪、牛的牲畜圈，二层中间为堂屋，两边为厢房，堂屋后面用木板隔开做火塘，通常布依族人家冬季在此烤火并熏腊肉。厢房有隔成两间或三间。三层是阁楼层用于储存杂物。镇宁县布依族传统石木结构民居是石木混合结构体系，支承体系是木结构和两边的山墙。两边山墙处屋面荷载自上而下传至檩，再到山墙，最后传递给屋基；中间木构架处屋面荷载自上而下传至檩，再到柱，最后传递给屋基。整个木构架是卯榫体系，没有一颗钉子。

2 镇宁县传统石木结构民居热环境实测研究

2.1 传统石木结构民居热环境实测

在高荡村选取了一栋典型的传统石木结构民居，修建年代为明朝中后期，温湿度测点均设置在被测房间中间，距离地面1.5米高。本次测试用到的仪器有黑球温度计，用黑球温度计测试空气温度、空气相对湿度。每一个小时对测点测试一次，并进行24小时连续不间断监测[2]，测点布置如图2所示。

图2 传统石木结构民居平面、立面图

2.2 传统石木结构民居实测结果分析

(1)温度分析

冬季测试期间，高荡村冬季室外平均温度在10℃以下，民居室内平均温度同样在10℃以下，不符合《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50376-2012)要求的民用建筑室内热舒适温度为18℃-24℃的要求；夏季测试期间室外平均温度在23.9℃，居室内平均温度为22.9℃-23.9℃，符合《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》(GB50376-2012)要求的民用建筑室内热舒适温度为18℃-24℃的要求。镇宁县属于温和地区，夏季无需采取降温措施。冬季较冷，传统石木结构民居的居民冬季室内温度低，石木结构民居围护结构保温性能差，居民需采暖；同样通过实地调研走访，居住在传统石木结构民居冬季均有采暖，也否定了石木结构民居冬暖夏凉的观点，冬季石木结构民居并不保暖，夏季凉爽是安顺本属温和地区夏季并不炎热，因此石木结构夏季室内凉爽[3]。

图3 传统民居冬季温度对比图

图4 传统民居夏季温度对比图

图5 传统民居冬季湿度对比图

(2)湿度分析

高荡村布依族传统石木结构民居在冬季测试时期室外相对湿度为60%-80%，夏季相对湿度为60%-74%。传统石木结构民居冬季室内相对湿度基本维持在60%-70%，夏季传统石木结构民居室内相对湿度为60%-75%。传统石木结构民居室内相对湿度和室外相对湿度相差不大，高荡村石砌传统石木结构民居隔湿能力较差。根据实验测定，室内最舒适的湿度为30%-60%，高荡村传统石木结构民居冬季及夏季室内湿度均超过了舒适值[4]。

图6 传统民居夏季湿度对比图

3 镇宁县传统石木结构民居热工性能及节能改造研究

3.1 镇宁县传统石木结构民居围护结构热工性能分析

从高荡村冬季调研结果得出以下结论：一方面，高荡村冬季需要采暖，夏季无需采取降温措施；另一方面，高荡村石木结构传统民居围护结构热工性能较差，保温隔湿能力差。对高荡村围护结构热工指标进行计算[5]如表1所示。

表1 传统石木结构民居热工性能

可知墙体、屋顶、窗户传热系数均不满足《贵州省居住建筑节能设计标准》(DBJ52-49-2008)规定要求[6]。因此，需对传统石木结构民居围护结构进行改造，由于当地政府为了保护传统建筑文化，无论是新建当代乡土建筑还是传统乡土建筑，必须保留外立面文化肌理，在围护结构热工性能改造时，外墙保温首先考虑采用外墙内保温的构造形式。综合考虑文化、技术、经济及后期维修等原则[6]，提出了改造方案，地面构造为石头+50mm素混凝土+塑料薄膜+30mmxps+塑料薄膜+50mm素混凝土+20mm水泥砂浆，改造后地面传热系数为0.923W/m2·K，其余围护结构构造如表2所示。

3.2 建筑耗热量指标及节能率

按《贵州省居住建筑节能设计标准》(DBJ52-49-2008)建筑耗热量指标计算方法，对传统石木结构民居耗热量指标及改造后传统石木结构民居耗热量指标进行计算，传统石木结构民居耗热量指标为140.48W/m2，建筑耗煤量为114.59Kg标准煤/m2,建筑耗热量指标不符合《贵州省居住建筑节能设计标准》(DBJ52-49-2008)规定的42W/m2。通过对传统石木结构民居围护结构进行改造，改造后传统石木结构民居耗热量指标为35.11W/m2，建筑耗煤量指标为28.64Kg标准煤/m2，改造后建筑耗热量指标满足规范《贵州省居住建筑节能设计标准》(DBJ52-49-2008)要求且节能率(以未改造传统石木结构民居建筑耗煤量为基准)达到75%。

表2 传统石木结构民居改造后热工性能

表3 传统石木结构民居耗热量、耗煤量对比

图7 传统石木结构民居围护结构热工改造构造

4 结语

通过实地调研实测传统石木结构温湿度数据，得出布依族传统石木结构冬季需要保温夏季无需降温，围护结构热工性能较差，并否定了石木结构冬暖的观点，提出了相应的热工性能改造措施。通过计算比较改造前和改造后传统石木结构民居耗热量及耗煤量，可知改造后建筑相对于改造前建筑节能率达75%(以未改造传统石木结构民居建筑耗煤量为基准)，因此，建议镇宁传统石木结构民居围护结构改造措施如下(图7)：屋顶为檩+木板20mm+sbs防水卷材3mm+XPS30mm+木枋30mm+石板30mm；外墙为石墙(石灰岩)400mm+水泥砂浆15mm+界面剂+XPS30mm+抗裂砂浆5mm；地面构造为石头回填+50mm素混凝土+塑料薄膜+30mmxps+塑料薄膜+50mm素混凝土+20mm水泥砂浆；窗户窗框(普通钢铝合金)+单框中空玻璃-6+6A+6。上述研究为镇宁县布依族传统石木结构节能改造提供了依据和思路。