夏熱冬冷地區住宅熱環境狀況調研及分析
——以長沙某住宅小區建筑為例

趙 瑩

（陜西財經職業技術學院 陜西咸陽 712000）

1 前言

隨著綠色生態建筑觀念的深入人心，人們對高品質住宅環境的追求也不斷提高。盡管近年來我國新建住宅大多是按節能標準來建設的，住宅環境的舒適性也比以前有很大的提高。然而，在近期內，老式住宅建筑的比例依然很大。這些老式住宅能耗大，熱環境狀況差，已經滿足不了人們對舒適性建筑的追求，要建設真正意義上的舒適性節能住宅，就必須加強對老式住宅建筑的節能改造，提高其熱舒適性。本文以長沙某住宅為例，對具有夏熱冬冷氣候特征地區的老式住宅建筑進行熱環境狀況調研分析，并根據分析結果提出了具有可行性且經濟的節能改造措施。

2 調研結果及分析

2.1 建筑特性狀況調研結果

長沙市位于湘東偏北，北緯20°，東經113°，季節變化明顯，平均氣溫為18.2℃，1月最冷，平均氣溫4.7℃；7月最熱，平均氣溫29.4℃。全年無霜期平均275d，平均降水量約1400mm，是典型的夏熱冬冷氣候區。本文考察的建筑為長沙某小區的一棟6層住宅，層高2.8m，沒有地下室，為平屋頂，圖1為其標準層平面圖。

據調查，用于室外的玻璃窗戶，57%的住戶是單層玻璃，43%的住戶使用雙層玻璃。

夏季，就使用遮陽物而言，使用遮陽物的住戶占81%，不使用遮陽物的住戶占19%。在采取的遮陽方式上，采用窗簾遮陽的住戶占89%，沒有采用任何措施的住戶占1%，在玻璃上貼紙的住戶占3%，以其他方式作為遮陽的住戶占7%。

在使用窗戶材料上，95%的住戶采用了鋁合金窗戶，僅有5%住戶使用了塑鋼窗戶。

就陽臺的使用情況而言，87%的住戶的陽臺沒有封閉，僅13%的住戶的封閉了陽臺。

圖1

2.2 住宅的熱環境狀況調研結果

從溫度測試結果看，7月中旬下午14點30分，室外平均溫度36.1℃，室內溫度30.2℃。調查結果顯示，下午使用空調改善室內高溫環境的住戶占79%，使用電扇的住戶占15%，采用其他方式的住戶占5%，沒采取任何措施的住戶占1%。住戶反映夏季為住宅建筑用電耗能高峰期，主要用于改善室內的熱舒適度。

根據在夏季使用空調和不使用空調的情況下住戶對室內熱環境的舒適度評價，使用空調時，有54%的住戶認為室內熱環境適中，16%的住戶感覺室內偏熱，住戶感覺室內微涼和比較涼的分別占15%；不使用空調時，有17%的住戶認為室內熱環境適中，44%的住戶感覺偏熱，32%的住戶感覺室內比較熱，7%的住戶感覺室內很熱。

根據住戶在夏季使用空調時對室內環境熱舒適度的主觀評價，有79%的住戶認為室內環境是舒適的，16%的住戶感覺稍不舒適，5%的住戶認為可以忍受。住戶認為使用空調時不舒適是因為空氣干燥渾濁，而且換氣量不夠，感覺悶，室溫降不下來。

根據夏日下午的數據測量，從總體上看，建筑內濕度隨樓層上升而呈增大的趨勢。

2.3 住宅的通風環境狀況調研結果

對住宅通風舒適度評價[1]，有72%住戶認為是舒適的，19%的住戶認為沒有特別感覺，有9%住戶有不舒適感。其中，77%的住戶感覺頭部有通風感，15%的住戶感覺頭部有微通風感，感覺頭部沒通風感的住戶占8%；49%的住戶感覺背部有通風感，44%的住戶感覺背部微有通風感，背部沒有通風感的住戶占7%；47%的住戶感覺腳部有通風感，34%的住戶感覺腳部微有通風感，感覺腳部沒有通風感的住戶占19%。

2.4 分析

熱環境的評價先后提出了各種評價指標，其中，丹麥學者范格爾（P.O.Fanger） 提出的熱感覺指標 PMV（Predicted Mean Vote） 和 PPD（Predicted percentage of Dissatisfied）應用最廣泛，根據PMV計算公式PMV=（0.303e-0.0361M+0.0275）L）（式中：M為人體單位體表面積的新陳代謝率，W/m2；E為單位體表面積的人體熱負荷，即人體內的產熱與對外的散熱之差，W/m2。）及測量結果，認為該住宅的PMV值超過了我國可視為熱舒適環境的PMV值（-1～+1之間）。根據國家標準GB50019-2003規定，居民住宅標準溫度冬季 18～22℃，夏季 22～26℃，相對濕度均為 40～60%[2]，本案住宅的實測溫濕度都達不到國家標準?？梢姳景缸≌悄芎母?、熱舒適度比較差的非節能住宅。

根據影響室內熱環境的因素（構造特性、采暖和空調等設備）分析[3]，本案在設計建設之初，沒能按照綠色建筑評價標準建設[4]，具體如下幾個方面：

（1）住宅外墻熱工性能不良。墻體為住宅的主體部分，是建筑室內外熱交換的主要介質，外墻對室內熱環境有著保溫隔熱的作用。根據物體導熱公式Q=λ△TF/L（Q為墻體的導熱量，W；F為墻體的截面積，m2；△T為墻體內外的溫度差，K；L為墻體厚度，m；λ為墻體的導熱系數，W/（m·K））得出，墻體所用材料導熱系數大、厚度薄，則通過的熱流密度愈大[5]。本住宅用的240mm厚粘土磚墻（磚的導熱系λ=0.7W/（m·K）），沒有增加一層保溫材料，所以保溫性能較差。根據材料蓄熱系數公式s=sqrt（2πλρc/T）（sqrt是開平方，π=3.1415，λ 是材料的導熱系數，ρ 是材料的干表觀密度，c是材料的比熱，T取24h）及墻體的熱惰性指標D（D=R·S即其熱阻與材料蓄熱系數的乘積）計算得出，本住宅墻體只用了240mm厚粘土磚墻，致其蓄熱系數小，熱穩定性差，其D值也小，使得該墻體的隔熱性能差，夏季不能有效阻止室外高溫傳入室內。

（2）門窗設計不合理，約有1/3的熱能經門窗損失掉。住戶基本采用鋁合金窗戶，由于鋁合金導熱熱阻小，增加了房間的熱負荷，同時鋁合金窗框散熱系數大，也易產生冷橋，且多使用的單層玻璃，不利于室內保溫隔熱。當存在溫差的時候，高溫一端將經過鋁合金窗戶向低溫端輻射熱量。在有溫差和空氣壓差時，熱空氣會通過門窗縫隙滲漏。

（3）屋頂采用的是平屋頂，平屋頂的防水性能較差，而且耗能較多。由于氣溫高、濕度大，不能通風的平屋頂隔熱效果更差。且平屋頂的散熱系數大，保溫性能也差。

在空氣濕度方面，因為室內排出的空氣濕度相對比較高，特別是從廚房和衛生間的窗戶排出的空氣，與建筑內部空氣混合，將使建筑內空氣濕度增加。

在通風方面，由于設計原因，其建筑物長度過長，形成的旋渦區大，過多的背風面住戶處于漩渦區而沒有通風。住宅的開口設計也不合理，不能很好的聯系室內和室外形成的正壓區和負壓區，沒有能很好的組織穿堂風，導致該住宅沒有形成良好的通風。

在陽臺使用方面，由于大多住戶沒有封閉陽臺，在夏天室外熱量更易傳進室內，冬季冷空氣也易傳進室內。

從窗簾的使用情況來看，使用窗簾等遮陽措施可以阻止室外熱量傳進室內，有效地減少室內的熱量。使用不當或者沒有使用窗簾的用戶，其住宅的保溫隔熱性能就較差。

3 改善建議

3.1 圍護構造的改善

建筑圍護結構的能量有53%是通過窗戶損耗的。因而門窗的節能設計是綠色建筑設計的一個關鍵。本文認為可以通過以下方法減少熱損耗：提高門窗材料的隔熱性能，增加窗戶玻璃的層數，可以在內外層玻璃間形成密閉的空氣層或惰性氣體，還可以采用中空玻璃、隔熱玻璃、塑鋼材料等新型材料；注重細部設計，增強窗和墻之間的密閉等措施減少空氣滲透及通過室外空氣滲透引起的冷熱負荷；控制好住宅的窗墻比，減少通過窗戶散發的熱量或冷量。在門的空腹內填充絕熱性能好的材料，以增加其絕熱性能。

墻體是外圍護結構的主體，墻體材料的保溫隔熱性能影響了整棟住宅的熱損耗量，因此可以在外墻上添建保溫層，可以阻隔室內熱量通過墻體向外擴散，提高供熱效果。

在屋面節能設計方面，選用密度較小、導熱系數較低的保溫材料；屋面保溫層應采用吸水率較小的保溫材料，以防屋面濕作業時因保溫層大量吸水而降低保溫效果。

對于住宅的結構形式，應盡可能增加凈空高度，采用雙層玻璃窗，封閉陽臺，使用窗簾等遮陽物，以減少太陽輻射的熱量。

3.2 設計合適的通風方式

可增大開口面積，以爭取自然通風，開口位置的布置應盡量使室內氣流場的分布均勻，并力求風能吹過房間中的主要使用部位；設計貫通好門、窗的相對位置，減少氣流的迂回和阻力。在縱向間隔墻適當部位開設通風口或可以調節的通風構造；利用天井、小廳、樓梯間等增加建筑物內部的開口面積，并利用這些開口引導氣流，組織自然通風。

3.3 其他措施

其他可采用措施還有屋頂綠化；充分利用可再生能源，如太陽能光電、光熱系統；建筑外遮陽與內遮陽相結合，降低空調負荷；采取小區雨水收集回用系統，下凹綠地、透水地面等雨水回滲措施；采取生活污廢水分流，分質供水等。

4 結語

對老式建筑的節能改造，首先要通過各種技術手段減少能耗和排放，才能創造出舒適的室內熱環境。同時我們也要認識到改造不同于新建，改造應是在最大限度得不破壞原有建筑的基礎上進行優化改造，用最經濟的方法創造最好的效應，走可持續發展的道路，為人們創造舒適的住宅環境。