晋东南传统砖窑火炕供暖系统分析

束星北+王金平

摘 要：燃烧产生的烟所携带的热量温暖了土炕、墙壁，乃至整个窑洞。本文实测的火炕建造在建筑热工学理论出现之前，以现代的理论对老火炕从炉膛位置开始到完整烟道系统进行对比研究，不仅仅在于认识这一供暖方式，更在于它对建筑遗产的保护和发展中的意义，这是值得研究的一个方面。

关键词：火炕；供暖方式；热循环；热工学；一致性

中图分类号：TU832.1+2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.11.023

文章编号：2095-6835（2016）11-0023-02

那么，在上述热量损失的情况下，炕头表面温度计算值为85.07 ℃左右。

火炕的温度变化的实际测量结果如表1和图1 所示（每一小时的测量数据，从早7：00开始）。

炕头表面温度比炕梢温度高，根据测量，炕头平均温度81.07 ℃，炕的平均温度为43.49 ℃，炕梢平均温度23.60 ℃。

1.3 炕中烟道的构造

1.3.1 直筒式

烟道是整个火炕的关键。直筒式是很常见也很古老的，根据建造之前留好的排烟口和进烟口，将炕体内部分成一个通道，如图2所示。这样的设置会导致浪费热量，同时炕面受热不均匀，同时泥土的分割无法有效的使烟通过，同时泥土或砖也要吸收一部分的热量使得热量流失。依据上述内容计算，传统的烟道在炕梢的温度只有23.60 ℃。

1.3.2 通体式

整个炕体内部没有任何分割，建造最为简单，但有一个问题就是排烟口的设置不能随意，同时烟本身在火炕的内部分布也不均匀，炕内没有足够的支点用于支撑上部的围护结构。

1.3.3 炕梢管流式人字分烟墙

该火炕的烟道较为特殊，炕梢管流式人字分烟墙，就是在烟的入口处用砖将烟分成两股，运用炕内的支柱砖使得烟继续分流。这样的结构能够有效地使得烟由急流变成缓流，延长炕梢烟气的散热时间，使热交换充分。当烟从炉灶进入火炕时，能够通过砖的分流有效地到达炕的各个位置，经过后阻烟墙得到速度上的减慢，有充分的时间将热量留在火炕内部，排除了炕梢上下两个不热的死角，是炕头炕梢的烟气往两头扩散流动，提高了火炕上下两侧的温度，缩小了两侧与炕梢的温差，增加人们使用的舒适感。同时，根据平壁在稳定传热状态下总的传热量是：

后阻烟墙的建造其尺寸为420 mm×160 mm×50 mm，内角为150°，两头距离炕梢的尺寸为170～240 mm。炕内需要有支柱砖，炕外的一侧采用一卧一立的砌筑方法。根据总传递热量原理来看，q是平壁的热流量强度和τ是传热时数，那么，就是当气体在内部流动的速度越快、停留时间越长，总热量的传递就越多。这样的分烟方式，就同时增加了这两个参数。

任何一种烟道的布置方式都是建立在炕底部平整的基础上，上部撒干细炉渣灰等耐火保温材料，不需要捣实，这样能够减少热量从底部散出。从图3还能够看出，还有一个重要的构件是烟插板，用来调节烟气的流量和流速。更重要的是，当烟停止进入后，关闭烟插板，能够使得烟长期留在火炕的内部，热量尽可能长地传递给火炕的各个构建。

2 对比现代采暖技术

现代的采暖方式有挂墙式、地暖和踢脚线暖气片三种。挂墙式是将暖气片挂在挂件上对流采暖，因此要占据一定的室内空间；地暖，辐射采暖，在楼板之间布置；踢脚线采暖是沿房间的踢脚线布置暖气。挂墙式、地暖、踢脚线暖气片和火炕这四种采暖方式的对比情况如表2 所示。

在古寨，从经济和节能的角度来看，窑洞民居若采用现代的采暖方式，则需要大量的人力、物力建立全新的供热系统，且完全拆除现有设施。将四种供暖方式相比较，火炕依然能够达到热量的需求。

3 结束语

古村落的火炕建造在建筑热工学理论出现之前，却表现出了实际测量值与建筑热工学理论计算值的一致性，再次验证了建筑热工学理论的正确。这是多年来人们在实践中总结大量的经验形成合理的供热系统。与现代采暖技术的对比可以看出，如果改变燃料为沼气、天燃气或煤气，减少对环境的污染，在对建筑遗产的保护和发展中传统供热系统的使用意义重大，对其他供暖方式的合理引入意义也很重大——既满足日常生产生活需要，又保护和发展传统，使得古村落不至于废弃。

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〔编辑：胡雪飞〕