黔东南苗族传统民居建筑物理性能分析

黔东南苗族传统民居建筑物理性能分析
发表时间：2013-04-07T10:46:06.530Z 来源：《建筑学研究前沿》2012年12月Under供稿作者：何璘
[导读] 通过Ecotect测定其居住层四个房间的采光系数值，并由采光系数推算出房间的照度。

何璘
（贵州民族大学建筑工程学院，贵阳，550025）
摘要：黔东南苗族传统民居具备采光良好，低能耗等优势，但也存在着隔声效果较差等缺陷。

本文以黔东南某户典型吊脚楼为例，借助Ecotect软件分析其各项物理性能，并做出初步评估，以便于更好的了解这一传统民居，发扬其优点，改造缺点，让这一民族建筑的瑰宝得以更好的保留下来。

关键词：吊脚楼 Ecotect 物理性能
黔东南位于云贵高原东南边缘，东邻湖南，南接广西，主要生活着苗、侗、土家、瑶等南方最主要的少数民族，尤其是贵州苗族的主要聚居地。

黔东南地区的苗族木结构吊脚楼源于干阑式建筑。

苗族先民南迁后，为了适应南方的地理环境和气候条件，在贵州高原山高坡陡的环境中，照搬底层全架空的干阑房，势必要占谷地良田，为了解决将民居建在山坡上这一矛盾，采取在斜坡上开挖部分土石方，垫平房屋后部地基，然后用穿斗式木构架在前部作吊层，形成了半楼半地的“吊脚楼”。

这种建筑形式是苗族自然经济和生活习惯与地形条件相结合极富特色的产物，是在山区复杂的特定环境下对全干栏的一种创造性的发展。

由于这种形制在结构、通风、采光、占地等诸多方面，都优于其他建筑，因此得以长期沿袭，历经千年不衰。

本文通过软件模拟“吊脚楼”物理环境，得出了一些相关的实验数据，并进行初步的分析、研究，有助于人们更加深入的了解“吊脚楼”这一黔东南民居建筑的瑰宝。

1. 黔东南吊脚楼建筑形态与特征
1.1 黔东南吊脚楼的基本建筑形态
黔东南吊脚楼依山而建，鳞次栉比，次第升高，别具特色，被誉为山区建筑的一枝奇葩。

吊脚楼一般分为三层，下层为饲养家畜的圈舍，中层为人居住，上层为客房及堆放杂物之用。

吊脚楼的结构形式大多是“整柱建竖”穿斗式构造，即使是二层以上前部和左右出挑的木楼，也以穿、斗通枋支撑挑梁。

屋顶为悬山顶，木结构的房屋多为五柱八瓜，也有的是五柱四瓜，五柱六瓜式等。

由于黔东南地处林区，木材、树皮成为得天独厚的建筑材料，屋面材料多为杉树皮与小青瓦，木构外表不施油漆，而显示材料的质感。

因此吊脚楼由四段组成：石砌的基础；架空的底层；中间的居住层，由木檐板壁、栏板、窗洞组成；大坡度的屋面。

所取材料非木即石，与周围环境十分协调。

1.2 黔东南吊脚楼平面设计特点
黔东南吊脚楼竖向空间为三段式分区。

即吊脚层为牲畜杂物层，二、三层为生活层，阁楼层为粮食贮藏层。

其中二、三层为苗居的主要楼层，一般为三开间，在民间廊前设“美人靠”。

苗居以“住”为中心的居住层平面包括堂屋、退堂、卧室、火塘间、厨房等主要部分，以及贮藏杂物、副业、挑廊等辅助部分。

苗居的平面布局是围绕堂屋布置其他空间，形成以堂屋为中心的放射形平面空间布局特征。

图1：平面图
2.黔东南吊脚楼物理环境分析
2.1天然的采光
在此，以黔东南某户典型吊脚楼为例。

通过Ecotect测定其居住层四个房间的采光系数值，并由采光系数推算出房间的照度，采光系数和照度都是衡量房间采光的标准。

Ecotect中使用的是CIE全阴天分布（Overcast Sky Distribution）计算模型，BRE的分项法计算采光系
数，然后用采光系数与室外天空照度的乘积得到室内照度，而室外天空照度是全年主要使用时间中有85%能达到的室外状况，这是一个全年大部分时间都能达到的不利状况，因此根据Ecotect得到的室内采光系数值以及有此推算出来的室内照度值都是对全年不利状况下的采光模拟，不是逐时变化的，因此只须测定某一天的采光系数即可。

通过Ecotect分析图表可以看出，该户三层房间A 、D , 由于靠近走廊，可以通过窗户二次采光，但是房间采光系数仍然较低，B、C房间直接采光，采光效果较好。

黔东南地区属于第Ⅳ光气候区，按照测定的采光系数计算出来的照度，四个房间均能满足人们日常生活所需的光照条件。

2.2 日照与遮阳
黔东南地区具有典型的南方季风气候特征，潮湿多雨，夏天闷热，冬天寒冷，夏季阳光直射产生的辐射热导致建筑室内高温，若是没有较好的遮阳和通风设置，建筑内部的高温将使居住者寝食难安。

然而黔东南的吊脚楼却完全不会受到夏季高温的影响。

在此，黔东南人用他们的智慧展示了如何利用自然的生态观有效实现遮挡阳光，降低太阳辐射。

吊脚楼大多坐北朝南，建筑大多为悬山顶，屋檐出挑较远，既有利于雨季排水，又能有效防止夏季的阳光直射。

2.3自然通风
气候特征决定建筑形式，这一点在传统民居上得到很好的体现，传统民居一般重视建筑的热环境的改善，就冬冷夏热的黔东南而言，隔热自然是最重要的。

能够有效的降低建筑室内温度的方式有很多，自然的通风是必不可少的，而在这一方面，又不得不让人再次折服于黔东南人的营建技艺。

首先就结构而言，吊脚楼均为悬山顶，轻质木构建筑，墙体本身以及墙体与屋顶之间留有大量空隙，大大增加了房间的通风性能；其次在建筑的平面布局方式上，吊脚楼首层多为公共空间，如堂屋，高大宽敞，两侧则为正房，中间流通，呈“川”字格局，而二层多设有狭长的走廊，为通达的“回”字或者是“日”字形平面格局。

如此布局方式，在水平方向上具有巷道效果，可以提高风速，强化自然通风。

2.4 室内热环境
建筑热环境的分析从某种意义上来说是研究在室内外各种影响因素下的室内热环境状况，其中外部的影响因素主要指的是一个地区的气候状况中与建筑密切相关的那些因素，包括太阳辐射，空气温度，空气湿度，风及降水等，外部因素主要作用于建筑的外维护结构，并通过各种不同的传热方式来影响室内的热环境；而内部影响因素则指的是室内热环境设备，其他设备以及人体活动。

除此之外，还有另一项影响建筑室内热环境的因素就是建筑的外围护结构以及它的热工性能。

建筑的室内热环境是所有这些因素作用的结果。

Ecotect中的热环境分析是在英国注册工程师协会（CIBSE）所核定的准入法的基础上进行的，在Ecotect中记录了各地区的逐时气候数据，可以用来描述影响建筑热环境的外部因素，至于内部因素对建筑室内热环境的影响则是通过相关设定后得到，包括了室内人数，设备发热量及运行时间表等，而围护结构及其热工性能则由准入法这一动态负荷计算方法描述与计算得到。

在所有房间采用自然通风系统，常驻人口设定为2个前提下，各个房间的全年温度分布大致相同，温度频率的峰值主要集中在8°C和22°C左右，由于黔东南地区气候夏热冬冷，炎热的时间与寒冷的时间都占有很大比例，所以8°C与26°C的时数大致相同。

由图13～图14可以看出在冬季对吊脚楼影响最大的是围护结构传导得热，这提示我们在对吊脚楼的保护过程中冬天要特别重视围护结构的保温性能，而夏天则要重视吊脚楼的通风隔热效果。

吊脚楼的外围护结构是吊脚楼内的作为围合及分隔用的轻质木墙，木材空隙较大，是热的不良导体，将吊脚楼封闭的严严实实，是影响吊脚楼内热环境的重要因素。

图15：围护结构得热分析
围护结构得热分析包括了室内外温差造成的得热和照在围护结构表面的太阳辐射得热。

由图24可以看出就冬季而言，吊脚楼的围护结构传导热损失主要集中在前一天的晚上21到第二天下午的14点左右。

冬季下午14点到18点这一段时间，热损失相对而言少一些，由此可知，通过增强外围护结构的蓄热能力可以达到降低夜晚热损失的效果。

建筑的热环境研究的是人在建筑空间中的热舒适度问题，因此对建筑热环境的研究最终的着眼点在于人，而衡量人体热舒适的重要指数即热舒适指数，它是人体对热环境各项因素的综合指标，它的评价指标有PMV（预测热感指数）以及有效温度，热应力指标，现采用PMV来评价冬，夏两季吊脚楼室内舒适度。

经Ecotect对该户四个房间舒适度进行测定可知冬天吊脚楼内普遍偏于寒冷，室内温度无法达到人们正常活动所需，而到了夏天，由表可以看出PMV指数基本介于舒适与稍热等级之间，由此可知，吊脚楼夏天的室内热环境还是比较适宜的。

（表1）
表1：夏至日与冬至日早，中，晚PMV平均值
3.结语：
如今位于黔东南的吊脚楼得到了一定的保护，但也存在着按照自己的意愿对吊脚楼进行改造，加建或是分割，由于居民缺乏相关的保护意识给吊脚楼的保护带来了一定困难，在无法改变外部环境的前提下，改善吊脚楼物理性能，提高居民的生活质量，从而增强居民的保护意识变得尤其重要。

参考文献：
[1] 罗德启.《贵州民居》[M].北京：中国工业出版社，2008.
[2] 柳孝国.《建筑物理》[M].北京：中国工业出版社，2000.
[3] 云鹏.《Ecotect建筑环境设计教程》[M].北京：中国工业出版社，2008
[4] 李先逵著，《干栏式苗居建筑》，中国建工业出版社，2005.6。