徽州传统民居室内热环境形成机制及设计优化研究

The climate adaptability of planning of Huizhou traditional villages will be analyzed by filed measurement. The indoor thermal environmental characteristics, advantages and disadvantages will be found by comparison of filed testing between traditional house and contrast building. The project focus is on the relationship among the simulation of indoor water heating balance, building simulation and CFD of indoor air. The coupling method of building simulation and CFD of indoor air will be solved. The simulation method of indoor thermal environment of Huizhou traditional houses will be proposed. The formation mechanism of the indoor environment of Huizhou traditional houses will be revealed, through the impact of the parameters of building systems and climate on the indoor thermal environment. The advantages of passive design of Huizhou traditional houses will be inherit in the building envelope, shading, natural ventilation and passive evaporative cooling. The disadvantages of the indoor thermal environment will be improved by new passive design. The life cycle assessment model for passive design will be proposed, and the energy consumption and carbon dioxide for different passive designs will be calculated. The data uncertainty of LCA model will be studied by the method of probability and Monte Carlo. The method of improved the reliability of optimization results will be proposed. The project has significance on the heritage and innovation for Huizhou architecture.

本项目通过徽州聚落的环境测试，定量分析徽州传统民居在规划上的气候适宜性；对徽州传统民居和对比建筑进行室内热环境测试，分析徽州民居室内环境特点、优势与不足。重点分析室内水体热平衡模拟、BS模拟和CFD模拟三者之间的关系，解决BS和CFD的耦合计算问题，提出适合徽州传统民居室内热环境的模拟方法，并分析建筑系统参数和室外环境参数对室内热环境的影响规律，从而揭示徽州传统民居的室内环境形成机制。从建筑空间布局、围护结构特性、遮阳、自然通风和被动蒸发冷却等方面分析徽州传统民居可借鉴的被动设计技术，提出改善徽州传统民居室内环境的被动设计技术。建立被动设计技术全生命周期评价模型，计算不同方案的生命周期能耗和碳排放。利用概率和蒙特卡洛方法，研究LCA模型结果不确定性量化分析方法,提出结果可靠性度量指标。项目研究成果对徽派建筑的传承与与创新具有重要的学术和应用价值。

借鉴徽州传统民居气候适应性技术是夏热冬冷地区建筑节能的重要途径。项目围绕徽州传统民居室内热环境及其形成机理，传统民居被动设计技术的科学性分析，传统民居的传承创新设计及优化等内容开展研究。项目取得了以下主要成果。（1）掌握了徽州传统民居室内热环境特点，并诠释其形成机理。获得了典型徽州传统民居连续三年的室内热环境数据和近百栋徽州古民居的测绘资料。总结了徽州传统民居“夏凉冬冷四季潮湿”的室内热环境特点，夏季凉快的原因是民居的遮阳、隔热和夜间通风，冬季寒冷的主要原因是房间的气密性差。总结了徽州传统民居“藏风聚气”的风环境特点，分析了天井在减弱风压通风和强化热压通风方面的作用，明确了传统民居通风网络。（2）揭示了徽州传统民居被动式设计关键技术的科学性，提出了民居冬季热环境改善方案。提出了利用动态换气次数进行民居自然通风和热环境耦合模拟的计算方法，建立了天井下方水体蒸发量计算模型。利用测试、热平衡分析和软件模拟，分析了天井、地垄、屋顶、外墙等设计在形成夏季舒适热环境的积极作用。提出了开合式天井、阳光间、提高气密性等改善民居冬季热环境的设计方案，对不同方案的改善效果进行了模拟，提高房间气密性的改善效果最为显著。（3）提出了徽州传统民居的传承创新设计方案，并利用生命周期评价进行优化设计。分析现代人的室内设备需求和建筑空间需求，结合现代材料和技术，对需要传承的被动设计技术进行创新，提出了皖南新民居的设计方案，设计了砌体结构、混凝土结构、钢结构、木结构、轻型木结构等5种民居结构体系。建立了民居生命周期碳排放评价模型，对不同的结构体系进行了评价，分析了主要影响因素对民居生命周期碳排放的影响。项目研究为“神形兼备”而不是仅从外表上传承徽州传统民居提供了研究思路和途径，研究成果为形成我国特色的夏热冬冷地区被动房、为徽州古建筑保护利用等提供了有效指导。