蒲清平,羅 慶,李 紓,解銘剛

(重慶大學(xué)三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,重慶400045)

在Fanger的實(shí)驗(yàn)室研究中,人的背景因素沒有與人體的舒適性聯(lián)系起來,人是環(huán)境的被動接受者。在Humphrey的適應(yīng)性的研究中,強(qiáng)調(diào)人的社會屬性,主動創(chuàng)造個體所偏好的熱環(huán)境,從這個意義上說,對環(huán)境的滿意就是對環(huán)境的適應(yīng)。這種適應(yīng)性定義為:實(shí)際建筑中的人對所處環(huán)境的逐漸趨于減小的機(jī)體反應(yīng)。相關(guān)的適應(yīng)性研究在各個國家都已經(jīng)有了大量的研究工作[1-10],這些工作都是在常規(guī)條件下進(jìn)行的,而對于一些特殊情況,例如地震后人體的熱適應(yīng)性變化的研究,卻沒有相關(guān)的研究工作。由于地震災(zāi)后人們通常會在平板過渡房內(nèi)度過2～3 a的時間,那么在這種相對簡單住宿條件下,人體的熱適應(yīng)能力是如何調(diào)節(jié)變化的,能否適應(yīng)過渡期內(nèi)的熱環(huán)境,人體的心理期望是如何發(fā)揮作用的等問題都需要深入探討。論文針對這些問題,以2008年的汶川地震為背景,深入災(zāi)區(qū)進(jìn)行了實(shí)地測試和問卷工作,并結(jié)合熱適應(yīng)性模型對相關(guān)熱適應(yīng)能力的變化作了理論分析和對比研究。

1 現(xiàn)場測試研究

1.1 測試的基本情況

為了對2008年汶川地震災(zāi)后人體的熱適應(yīng)性能力變化作具體的研究,首先通過對不同安置點(diǎn)平板過渡房的熱環(huán)境進(jìn)行實(shí)地測試,掌握整個災(zāi)后平板過渡房的熱環(huán)境的基本情況,并對災(zāi)民的熱適應(yīng)性行為和心理進(jìn)行了相關(guān)的問卷調(diào)查,為后期的熱適應(yīng)性理論分析提供數(shù)據(jù)支撐。調(diào)研時間安排在2008年7月22日至7月29日,行程從都江堰開始,經(jīng)彭州、崇州、什邡、綿陽、北川等6個過渡房安置點(diǎn)(圖1)。

圖1 調(diào)研地點(diǎn)分布

1.2 測試對象和儀器

測試過程中,配備了室外氣象站(溫度、濕度、照度、風(fēng)速、風(fēng)向等)、室內(nèi)熱舒適儀(空氣溫度、濕度、黑球溫度等)、太陽輻射強(qiáng)度儀、紅外線測溫儀、移動溫濕度監(jiān)測儀等儀器,對災(zāi)民安置點(diǎn)的室外氣象參數(shù)進(jìn)行測試,掌握安置點(diǎn)的室外熱環(huán)境情況。同時,對平板過渡房的熱環(huán)境進(jìn)行逐時檢測,分析房內(nèi)溫度、濕度、墻體和頂棚溫度等參數(shù)的變化過程。最后,通過相關(guān)的問卷調(diào)查,了解當(dāng)?shù)厝藗冊谶^渡安置房的實(shí)際熱狀況。

圖2 平板過渡房現(xiàn)場照片

圖3 測試房間內(nèi)部

圖4 室外氣象站

1.3 測試結(jié)果分析

根據(jù)6個地區(qū)的測試數(shù)據(jù)得到了平板過渡房在夏季的熱環(huán)境情況,圖5是與人體熱感覺密切相關(guān)的空氣溫度、墻體溫度和頂棚溫度等幾個參數(shù)的分布,具體情況如下。都江堰選取了位于青城山鎮(zhèn)的“太原?錦青苑”安置點(diǎn),可容納1.5～2萬人入住,是成都地區(qū)當(dāng)時已建成的最大的過渡房安置點(diǎn)。測試當(dāng)天為成都地區(qū)典型的7月晴天天氣,室內(nèi)空氣溫度基本維持在31℃以上。由于對施工速度有很高的要求,因此平板過渡房的墻體和頂棚采用的材料為兩邊為0.1cm的鋼板,中間為7.2cm的聚苯乙烯夾層。雖然中間夾層有一定的隔熱作用,但是表面的鋼板對太陽輻射有強(qiáng)烈的吸收和升溫作用,因此總體的熱環(huán)境并不樂觀。但是,在這種特殊條件下,人們的心理期望普遍偏低,而且根據(jù)自身的實(shí)際情況,采取了一些主動的自我適應(yīng)方式,因此出現(xiàn)了圖6中的調(diào)查結(jié)果。在崇州、北川2地情況與都江堰的情況比較相似,平板過渡房的材料和建造形式相同,測試時的天氣均為晴天,其室內(nèi)熱環(huán)境分布和人體熱感受調(diào)查結(jié)果也比較接近。其不同之處在于北川位于山區(qū),與平原城市相比,在外部氣溫變化和周邊環(huán)境上存在一定的差異。

在彭州市選擇了隆豐鎮(zhèn)的金山社區(qū)安置點(diǎn),是一個典型的農(nóng)村地區(qū)。測試當(dāng)天是小雨轉(zhuǎn)陰,室外氣溫比較舒適,由于該安置點(diǎn)的建筑形式和建筑材料與都江堰的情況相同,導(dǎo)致室內(nèi)的熱量集聚,室內(nèi)溫度比室外溫度高2～3℃,但是整體的室內(nèi)熱環(huán)境比較適宜,在沒有任何人工降溫措施的條件下,基本可以滿足人體的熱舒適需求。綿陽的情況與彭州類似,測試時是一個雨后轉(zhuǎn)晴的天氣,其不同之處在于選擇的安置點(diǎn)是城區(qū),其平板過渡房的室內(nèi)熱環(huán)境與彭州比較接近,但是人體的熱感覺調(diào)查結(jié)果卻相差較大,其主要原因要?dú)w結(jié)為農(nóng)村地區(qū)和城市地區(qū)的地域差異,這種差異體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)、生活水平、心理期望等,表現(xiàn)在對熱環(huán)境的適應(yīng)能力上,那么調(diào)查結(jié)果則表明了農(nóng)村地區(qū)人體熱適應(yīng)能力要比城市的強(qiáng)。

什邡市調(diào)研地點(diǎn)選擇在洛水鎮(zhèn),這里的情況比較特殊,測試和調(diào)研的時候,板房剛好完工,災(zāi)民還沒有入住,全部散布在周邊搭起的帳篷和臨時窩棚里面,不僅對室內(nèi)熱環(huán)境沒有保障,甚至對基本的住宿條件都比較缺乏,因此出現(xiàn)了圖6中的熱感覺調(diào)查結(jié)果。

圖5 平板過渡房熱環(huán)境參數(shù)分布

圖6是對災(zāi)民的熱感受問卷統(tǒng)計,統(tǒng)計中使用的有效問卷為180份。從結(jié)果中可以看出:如果從Fanger的熱舒適理論角度分析,很顯然是得不到這樣的結(jié)果的,這些統(tǒng)計結(jié)果充分顯示了人體的自我熱調(diào)節(jié)能力,而采取的主要調(diào)節(jié)方式包括窗戶、衣著、活動水平和心理期望等幾個方面。通過這些行為調(diào)節(jié)后,不滿意的比例得到降低,在可接受和比較滿意的層次上有較大的提高,除了什邡,其他幾個地區(qū)的不滿意率都不超過30%。這說明當(dāng)人體面對這種地震災(zāi)后的特殊情況時,其自身的適應(yīng)性對熱環(huán)境的調(diào)節(jié)范圍和能力更大。

圖6 人體熱感受調(diào)查結(jié)果

2 熱適應(yīng)性分析

2.1 熱適應(yīng)性理論

人體熱適應(yīng)的基本過程是通過對所處環(huán)境的主觀評價,其結(jié)果可能是舒適,也可能是不舒適的,但經(jīng)過對環(huán)境要素的調(diào)節(jié)及個人要素的行為調(diào)節(jié),進(jìn)而達(dá)到滿意。另一方面,過去所經(jīng)歷的熱環(huán)境及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件,社會背景等對于熱環(huán)境的期望值也有很大的影響,該種期望可以影響人體對當(dāng)前的熱環(huán)境的評價。行為調(diào)節(jié)包括所有人體有意識或無意識的采取改變自身熱平衡狀態(tài)的行為,這種調(diào)節(jié)可劃分為個人調(diào)節(jié)(如穿上或脫掉部分衣服)[11]、技術(shù)調(diào)節(jié)(如打開或關(guān)掉窗戶)[12]和文化習(xí)慣(如在熱天午睡以降低新陳代謝率)[13]。人體熱適應(yīng)的基本過程如圖7所示。

圖7 熱適應(yīng)性產(chǎn)生的機(jī)理[14]

2.2 熱適應(yīng)性模型

論文利用建立在“黑箱”理論基礎(chǔ)上的熱適應(yīng)調(diào)節(jié)模型[15]來分析地震災(zāi)后人體熱適應(yīng)性能力的變化。該模型是將適應(yīng)性平均熱感覺指標(biāo)(aPMV)與物理刺激量(δ)之間關(guān)系認(rèn)為是自動控制“黑箱”中的環(huán)狀負(fù)反饋,由此建立熱適應(yīng)模型(圖8)。

圖8 熱舒適調(diào)節(jié)模型

熱適應(yīng)模型的數(shù)學(xué)表示式可以表達(dá)為:

其中,δ為物理刺激量;Kδ為大于0的系數(shù),取決于氣候、季節(jié)、建筑形式及功能,社會文化背景以及其它瞬時物理環(huán)境中的相關(guān)因素;G為人體感受量;

變形后:

根據(jù)“黑箱”理論,熱舒適靜態(tài)模型與PMV的關(guān)系如下:

圖9 熱舒適靜態(tài)模型

數(shù)學(xué)表達(dá)式為:

式中:PMV為預(yù)測平均投票

將式(3)代入式(2):

物理刺激量δ=Tm-Tn

Tm為室內(nèi)空氣綜合溫度;Tn為熱中性溫度。

式(4)可以寫成:

λ稱為熱適應(yīng)性系數(shù)

2.3 熱適應(yīng)模型結(jié)果分析

根據(jù)熱適應(yīng)模型的理論可以知道:熱適應(yīng)性系數(shù)λ越大,說明熱適應(yīng)性的調(diào)節(jié)能力越大,即計算得到的適應(yīng)性平均熱感覺指標(biāo)aPMV偏離PMV的程式(5)可以寫成:度就越大,根據(jù)本文的測試和問卷結(jié)果,整理得到6個地區(qū)的平均熱適應(yīng)性系數(shù)為:λ=0.386。文獻(xiàn)[15]根據(jù)其調(diào)研值,整理得到在常規(guī)偏熱環(huán)境下的熱適應(yīng)性系數(shù)為:λ=0.293,這說明地震災(zāi)區(qū)的人體熱適應(yīng)性調(diào)節(jié)能力比常規(guī)熱環(huán)境下的調(diào)節(jié)能力更大。在地震災(zāi)后修建的平板過渡房,由于其時間的緊迫性和施工的便捷性等原因,導(dǎo)致房間構(gòu)造的熱物理性能不佳,從而影響了板房內(nèi)的熱環(huán)境質(zhì)量。但是,根據(jù)現(xiàn)場問卷分析結(jié)果可知,人體能夠通過自我調(diào)節(jié)來適應(yīng)相應(yīng)的環(huán)境,此處的理論分析則更進(jìn)一步證明了這一點(diǎn)。圖10是Fanger理論下靜態(tài)預(yù)期熱感覺(PMV)和被調(diào)研地區(qū)的實(shí)際熱感覺(AMV)分布,圖中的實(shí)際熱感覺明顯偏離了靜態(tài)模型下的結(jié)果。

圖10 6個地區(qū)實(shí)際熱感覺(AMV)與靜態(tài)預(yù)期熱感覺(PMV)分布

圖11是6個地區(qū)的實(shí)際熱感覺與適應(yīng)性平均熱感覺指標(biāo)分布,從圖中可以看出:考慮了熱適應(yīng)理論后的熱適應(yīng)性模型的計算結(jié)果(aPMV)與實(shí)際熱感覺(AMV)的分布趨勢一致,說明熱適應(yīng)性模型對于分析特殊熱環(huán)境下的人體熱適應(yīng)能力也具有較高的可信度。

圖11 實(shí)際熱感覺與適應(yīng)性平均熱感覺指標(biāo)分布

3 結(jié)論

以汶川地震為背景,實(shí)地測試了災(zāi)區(qū)過渡板房的熱環(huán)境質(zhì)量,通過問卷分析獲取了人體在過渡板房內(nèi)的實(shí)際熱感覺指標(biāo),通過兩者的比較,得出了人體通過自我熱調(diào)節(jié)能力,極大程度的提高了對熱環(huán)境的滿意程度;結(jié)合熱適應(yīng)性模型,分析證明了人體在地震災(zāi)后的熱適應(yīng)能力(λ=0.386)強(qiáng)于常規(guī)偏熱環(huán)境下的熱調(diào)節(jié)能力(λ=0.293)。

致謝:本研究工作得到了四川省建設(shè)廳的大力支持,同時在安置點(diǎn)的測試工作也得到了有關(guān)負(fù)責(zé)部門的大力幫助,在此對他們的工作表示衷心的感謝！同時也感謝參加調(diào)研工作的研究生！

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