基于室内热环境优化的彝族农宅屋顶构造技术研究——以峨边高山低洼河谷地带为例

摘要

在乡村振兴战略规划下，改善农村人居环境，突出乡土特色和民族地域特点，成为建设生态宜居美丽乡村的迫切需要。随着生活水平的不断提高，人们对居住建筑室内热环境的关注度也在与日俱增，改善农村居住建筑室内热环境，提高能源的利用效率受到越来越广泛的重视。屋顶在农村住宅外围护结构中所占的面积比例较大，且构造方式复杂多样，在围护结构总能耗中占有相当的比例，可见农村住宅屋顶采用合理有效的构造防护技术对于建筑节能和改善室内热舒适度至关重要。峨边彝族自治县位于小凉山地区，属于高山低洼河谷地带，经受长期地理气候环境的影响，无论是建筑构造还是建筑形式，都形成了鲜明的彝族特色。　　本文以国内外室内热环境研究理论为基础，以峨边地区彝族农村住宅为研究对象，采用现场调研、实地测试、理论分析、模拟计算的方法，探讨了不同热工性能屋顶构造材料对农宅室内热环境的影响，提出了峨边彝族农宅屋顶构造材料的优化原则与优化策略。　　首先，对峨边地区彝族农宅建筑及屋顶进行了现状调研分析。调查内容包括峨边彝族农宅聚居分布现状、农宅建设年代、平面布局、朝向、热舒适满意度、用能现状及屋顶的形式、构造、功能等。调研得出，峨边彝族农宅根据海拔高度不同分布在高山区、中山区、低山区；根据农宅建设时间，可分为四个阶段：传统农宅阶段，农宅汉化阶段，简易仿传统农宅阶段，仿传统阶段；基于农宅屋顶材料，彝族现存房屋主要类型可分为：草房、瓦板房、瓦房、平房。在此基础上，选取了五户典型农宅进行室内热环境参数实地测量，分析得出现状彝族农宅室内热环境较差的现象。　　其次，对峨边现存彝族农宅屋顶构造材料热工性能进行剖析。从峨边彝族农宅屋顶类型特征出发，分别论证了草房、瓦板房、瓦房、平房屋顶构造材料，同时对农宅屋顶材料热工参数K值、D值进行计算，并与《农村居住建筑节能设计标准》(GB/T50824-2013)的标准低限值进行对比分析。研究发现，当前峨边农宅屋顶热工性能参数只有草房屋顶能达到规定限值；瓦板房屋顶、小青瓦房屋顶、琉璃瓦房屋顶、平房屋顶热工性能参数均不能满足要求，且传热系数均超过规定限值较大。　　然后，采用软件模拟分析不同构造材料的平房-混凝土屋顶及瓦房-坡屋顶对室内热环境的影响分析。采用DesignBuilder软件的热环境分析功能，参照所测试的峨边现况常住平房-混凝土屋顶与瓦房-坡屋顶建立模型，采用控制变量法，只通过改变屋顶的构造材料参数设置，使其满足《农村居住建筑节能设计标准》(GB/T50824-2013)关于屋顶热工性能限值的要求，同时保持其他部分不便，基于FangerPMV评价，分析室内热环境的变化情况。研究发现，室内全年热舒适改善明显，介于暖和凉之间，基本上都能满足舒适要求。　　最后，提出峨边彝族农宅屋顶构造优化原则与策略。基于前述研究，提出了峨边彝族农宅的优化设计原则：立足于峨边彝族传统民居的继承、适宜性技术的延续与探索、以地域环境为农宅建设的基本点、材料资源的利用、经济实用的兼顾等五大原则。最后根据屋顶的优化原则及模拟优化研究结果，提出了峨边彝族农宅典型代表的瓦板房屋顶、瓦房屋顶与平房混凝土屋顶构造的优化策略，以期为峨边下一阶段彝族农宅建设提供参考。

目录

声明

第 1 章绪论

1.1研究背景及问题缘起

1.1.1 研究背景

1.1.2 问题聚焦

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状及相关理论基础

1.3.1 彝族民居研究现状

1.3.2 农村住宅室内热环境研究现状

1.3.3 农村住宅维护结构热工性能研究现状

1.3.4 农村住宅构造技术研究现状

1.3.5 农村住宅屋顶研究现状

1.3.6 研究述评

1.4 研究对象、研究范围及相关概念界定

1.4.1研究对象与研究范围确定

1.4.2 相关概念界定

1.5 研究目标与研究内容

1.5.1 研究目标

1.5.2 研究内容

1.6 研究方法与技术路线

1.6.1 研究方法

1.6.2 技术路线

第 2 章峨边彝族农宅屋顶演变特征解析与类型划分

2.1 峨边彝族农宅所处地理与气候特征分析

2.1.1 峨边高山低洼河谷地带类型与气候特征

2.1.2 峨边历史发展沿革

2.1.3 峨边彝族聚居分布探析

2.2 屋顶现状调研对象、内容及方法

2.2.1 调查对象的选取

2.2.2 调查内容

2.2.3 调查方法

2.3 调研结果分析

2.3.1 农宅建设分布的时空性统计分析

2.3.2 农宅朝向与平面布局分析

2.3.3 农宅立面风貌分析

2.3.4 农宅材料统计分析

2.3.5 农宅热舒适满意度与生活用能调查统计分析

2.4 彝族农宅屋顶的演变特征

2.4.1 农宅屋顶形式的演变

2.4.2 民居屋顶的材料与结构应用

2.4.3 民居屋顶装饰艺术与丰富色彩

2.5 峨边彝族农宅类型划分

2.6峨边彝族农宅问题总结分析

2.7 本章小结

第 3 章基于屋顶类型划分的农宅室内热环境实测研究

3.2 测量内容与方案

3.3 基于彝族农宅屋顶类型划分的室内热环境实测分析

3.3.1 ①号农宅-瓦板房室内热环境测试结果分析

3.3.2 ②号农宅-琉璃瓦房室内热环境测试结果分析

3.3.3 ③号农宅-小青瓦房室内热环境测试结果分析

3.3.4 ④号农宅-平房室内热环境测试结果分析

3.3.5 ⑤号农宅-琉璃瓦房室内热环境测试结果分析

3.4 不同屋顶类型彝族农宅室内热环境比较研究

3.5本章小结

第 4 章 彝族农宅屋顶构造与热工参数解析

4.1彝族农宅屋顶构造解析

4.1.1 草房屋顶构造解析

4.1.2 瓦板房屋顶构造解析

4.1.3 瓦房屋顶构造解析

4.1.4 平房屋顶构造解析

4.2 农宅屋顶热工性能参数评价解析

4.2.1 农宅屋顶热工性能评价标准

4.2.2 农宅屋顶热工性能参数分析

4.3 农宅热工性能参数比较分析

4.4 本章小结

第 5 章基于农宅室内热环境模拟优化的屋顶构造研究

5.1 模拟软件选取

5. 2 建模与模型验证

5.2.1 模型建立

5.2.2 模型验证

5.3 模拟前参数设置

5.3.1 气象参数设置

5.3.2 围护结构及室内参数设置

5.3.3 屋顶材料热工参数设置

5.4 平房-屋顶模拟结果分析

5.5瓦房-屋顶模拟结果分析

5.6本章小结

第 6 章峨边彝族农宅屋顶构造优化策略探索

6.1 彝族农宅屋顶优化原则

6.2适宜性屋顶保温隔热材料的选择

6.2.1 屋顶保温隔热形式设计的考虑

6.2.2 选择适宜性的屋顶保温隔热材料

6.3 基于室内热环境优化的彝族农宅屋顶构造优化策略

6.3.1 瓦板房-坡屋顶构造优化

6.3.2 瓦房-坡屋顶构造优化

6.3.3 平房屋顶构造优化

6.4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

附录

附录 1 峨边彝族农村住宅调查问卷

附录 2 调研农宅样品统计

附录 3 农宅屋顶基本情况统计表

攻读硕士期间发表的论文及研究成果