馬小靜唐珊黃華錕范濟(jì)榮丁云飛

1廣州大學(xué)土木工程學(xué)院

2廣州大學(xué)廣東省建筑節(jié)能與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

廣東地區(qū)農(nóng)村居住建筑熱環(huán)境現(xiàn)狀及改善措施

馬小靜1，2唐珊1，2黃華錕1，2范濟(jì)榮1，2丁云飛1，2

1廣州大學(xué)土木工程學(xué)院

2廣州大學(xué)廣東省建筑節(jié)能與應(yīng)用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

對(duì)廣東地區(qū)農(nóng)村居住建筑及其熱環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)農(nóng)村居住建筑普遍缺乏有效的遮陽(yáng)隔熱措施，僅22.1%的居民對(duì)熱環(huán)境感到滿意，居民普遍期待改善室內(nèi)溫度。通過對(duì)26～30℃條件下、29℃及30℃輔助機(jī)械通風(fēng)條件下的環(huán)境進(jìn)行熱感覺投票實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)室內(nèi)溫度在28℃以下時(shí)，開啟門窗進(jìn)行自然通風(fēng)可達(dá)到熱舒適要求；室內(nèi)溫度在29～30℃時(shí)，利用電風(fēng)扇可達(dá)到熱舒適要求。農(nóng)村地區(qū)居住建筑熱環(huán)境改善重點(diǎn)在于采用良好的自然通風(fēng)、建筑遮陽(yáng)及隔熱措施，有效降低室內(nèi)溫度。

廣東地區(qū) 農(nóng)村居住建筑 熱舒適 熱感覺投票

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和新農(nóng)村建設(shè)的不斷加快，農(nóng)村居民生活水平日漸提高，空調(diào)器的擁有率迅速增長(zhǎng)，導(dǎo)致農(nóng)村居住建筑能耗也在迅猛增長(zhǎng)，這勢(shì)必將進(jìn)一步加劇我國(guó)能源緊張局面。廣東地區(qū)屬夏熱冬暖地區(qū)，熱舒適問題主要在于夏季空調(diào)制冷和春季梅雨時(shí)期的除濕，城市居住建筑目前主要依賴空調(diào)器解決，在夏季高峰時(shí)段，空調(diào)能耗占建筑總能耗的比例超過50%[1]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)城市建筑室內(nèi)熱環(huán)境方面的研究較多，而對(duì)農(nóng)村居住建筑相關(guān)研究較少。

本文通過問卷形式對(duì)廣東地區(qū)農(nóng)村居住建筑及其熱舒適現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，對(duì)不同溫度條件下的熱舒適狀況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，提出了改善農(nóng)村居住建筑熱舒適的方法。

1 農(nóng)村居住建筑及其熱舒適現(xiàn)狀

1.1 調(diào)查內(nèi)容

于2012年7～8月間，以實(shí)地走訪結(jié)合問卷形式對(duì)梅州、增城、從化、惠州、河源等地的農(nóng)村居住建筑進(jìn)行調(diào)查，共收回有效問卷111份。內(nèi)容主要包括建筑外窗類型及遮陽(yáng)情況、居民對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的滿意度及期望的室內(nèi)溫度等。

1.2 結(jié)果分析

1.2.1 農(nóng)村居住建筑基本情況

本次調(diào)查的建筑樣本竣工時(shí)間主要集中在1995～2005年間，占總樣本的54%，2005年后新建的占18.7%。1995年以前的占27.3%。調(diào)查的建筑中單層占38.3%，兩層的占34.2%，三層的約占19.9%，均為獨(dú)棟建筑。建筑面積在100～250m2范圍內(nèi)的占總樣本的60%。農(nóng)村居住建筑大部分仍保留傳統(tǒng)的建造方式，以磚混結(jié)構(gòu)居多，外墻墻體以240mm厚磚墻為主，占總樣本的82.8%。

建筑外窗類型主要有固定窗、平開窗、推拉窗、鋁合金窗等，其中2000年之前竣工的主要為平開式木窗，2000年之后新建的一般為推拉窗、鋁合金窗，均為普通單層白玻璃。建筑外窗設(shè)有外遮陽(yáng)的僅占7.8%，45.4%的建筑設(shè)置了窗簾作內(nèi)遮陽(yáng)，其余46.8%無(wú)任何遮陽(yáng)措施。設(shè)外遮陽(yáng)的建筑均為窗頂混凝土水平外遮陽(yáng)板，遮陽(yáng)效果較差。

處于夏熱冬暖地區(qū)的傳統(tǒng)嶺南建筑為了追求室內(nèi)熱舒適，通常均十分重視包括自然通風(fēng)、建筑遮陽(yáng)和隔熱措施，但從本次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查來(lái)看，近年新建的農(nóng)村居住建筑均未采取有效措施滿足上述要求，導(dǎo)致室內(nèi)熱環(huán)境狀況較差，如果在農(nóng)村居住建筑中達(dá)到目前城鎮(zhèn)居住建筑的熱環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的話，其空調(diào)能耗將急劇增加。

1.2.2 室內(nèi)熱環(huán)境現(xiàn)狀

1）居民對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境現(xiàn)狀的滿意度。圖1是農(nóng)村居民對(duì)居住環(huán)境熱舒適現(xiàn)狀的滿意程度，從中可以看出，目前大部分農(nóng)村居民對(duì)居住環(huán)境的熱舒適感覺一般，有17.5%的居民不滿意，可以預(yù)見，隨著生活水平的提高，人們的不滿意率還會(huì)逐漸上升。

圖1 室內(nèi)熱環(huán)境現(xiàn)狀的滿意程度

2）對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境改善的期待。從圖2可以看出，農(nóng)村居民對(duì)夏季室內(nèi)熱舒適性改善的期待主要集中在降低溫度和良好的自然通風(fēng)上，這也與本地區(qū)的實(shí)際情況相吻合。居民對(duì)冬季熱環(huán)境的改善依次為提高室內(nèi)溫度、改善墻體保溫隔熱性能和改善外窗性能。

圖2 對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境改善的期待

廣東地區(qū)氣候潮濕，居民對(duì)空氣濕度的敏感度較低，農(nóng)村地區(qū)居民最關(guān)心的是溫度的變化，因此，本文主要結(jié)合農(nóng)村實(shí)際情況，研究溫度變化對(duì)居民熱舒適的影響。

2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

2.1 熱舒適評(píng)價(jià)

關(guān)于熱舒適條件，丹麥學(xué)者Fanger教授[2]從20世紀(jì)60年代開始就進(jìn)行大量研究，提出熱舒適性PMV-PPD指標(biāo)體系。其中，PMV指標(biāo)是度量熱感覺的尺度，其值在-3至+3之間變動(dòng)，PPD指標(biāo)表示某環(huán)境條件下人群不滿意百分?jǐn)?shù)，但此體系適用于穩(wěn)態(tài)的熱舒適條件。根據(jù)農(nóng)村居住建筑實(shí)際使用現(xiàn)狀，本文按照ASHRAE的熱感覺7級(jí)標(biāo)度（-3冷，-2涼，-1微涼，0適中，+1微暖，+2暖，+3熱）設(shè)計(jì)了調(diào)查問卷，通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得到實(shí)測(cè)熱感覺投票值 TSV（Thermal Sensation Vote）[3]，從而對(duì)居民熱舒適感覺狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

同時(shí)，適應(yīng)性模型指出，當(dāng)溫度升高時(shí)人們可通過增大氣流速度來(lái)改善熱舒適，因?yàn)樵黾涌諝饬鲃?dòng)能增加人體汗液蒸發(fā)量以及人體與周圍空氣的對(duì)流換熱量，使人體在相對(duì)較熱的環(huán)境下也能感覺舒適，這就是所謂的風(fēng)速補(bǔ)償。本文在實(shí)驗(yàn)測(cè)試過程中，針對(duì)高溫（29℃、30℃）條件引入了機(jī)械通風(fēng)模式，探討此模式下人體熱舒適感覺。

2.2 測(cè)試條件

本次測(cè)試于2013年7～8月進(jìn)行，選取符合要求的受試人員在統(tǒng)一房間內(nèi)進(jìn)行，利用空調(diào)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，在高溫段以農(nóng)村常用的電風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)機(jī)械通風(fēng)模式，風(fēng)扇檔位分為自然風(fēng)（搖頭模式）和1、2、3檔，調(diào)節(jié)風(fēng)扇的檔位從而改變風(fēng)速，讓受試者在不同溫度和風(fēng)速下按要求記錄熱感覺等，收回有效問卷100份。測(cè)試過程中，受試者先在房間靜坐10min，以減少外界環(huán)境對(duì)其熱感覺的影響，待穩(wěn)定后填寫問卷，記錄該溫度下的熱感覺。其間，受試者都以放松的姿勢(shì)進(jìn)行測(cè)試，著裝大多為廣東地區(qū)典型的夏裝，短袖、短褲及涼鞋。

本次測(cè)試中使用熱球式風(fēng)速儀測(cè)量風(fēng)速，精度±0.03m/s，TES1360溫濕度計(jì)測(cè)試空氣溫度和相對(duì)濕度，精度為±2%；風(fēng)扇1、2、3檔對(duì)應(yīng)風(fēng)速分別為1.19 m/s、1.41m/s、1.58m/s。

2.3 結(jié)果分析

2.3.1 室溫26-30℃條件下的熱舒適狀況

圖3是室溫在26～30℃條件下的TSV分布情況。通常認(rèn)為投票位于-1至+1之間的受試者是認(rèn)為其所處熱環(huán)境為可接受的[4]，ASHRAE55標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了80%的居民可接受的熱環(huán)境條件可視為處于熱舒適區(qū)。從圖中可以看出，26～30℃分別對(duì)應(yīng)有82.8%、94.5%、89.1%、68.4%和38.7%的受試者的熱感覺投票值在-1至+1之間。各工況下熱感覺投票值的分布近似服從正態(tài)分布，這與文獻(xiàn)[5]中所得結(jié)果相一致。本次實(shí)驗(yàn)中，26～28℃工況下受試者的熱環(huán)境可接受率都在80%以上，說明室內(nèi)溫度在26～28℃處于熱舒適區(qū)；29℃熱環(huán)境的可接受率為68.4%，說明多數(shù)人認(rèn)為29℃環(huán)境是可以接受的；30℃的熱可接受率較低，僅為38.7%。

圖3 26～30℃條件下實(shí)測(cè)熱感覺投票（TSV）分布

上述分析可知，在廣東地區(qū)農(nóng)村居住建筑中，當(dāng)室內(nèi)溫度在28℃以下時(shí)，開啟門窗進(jìn)行自然通風(fēng)即可達(dá)到較好的熱舒適要求。

2.3.2 29℃、30℃輔助電風(fēng)扇條件下室內(nèi)熱舒適狀況

由上分析可知，當(dāng)室溫在29℃、30℃時(shí)，居民的熱接受率相對(duì)較低，但ASHRAE55-92[4]標(biāo)準(zhǔn)指出，當(dāng)溫度偏離舒適區(qū)時(shí)，可適當(dāng)增加風(fēng)速（在工作地點(diǎn)，風(fēng)速不超過0.25m/s）來(lái)滿足熱舒適要求。另一方面，有實(shí)驗(yàn)研究表明，風(fēng)速在一定程度上可以補(bǔ)償環(huán)境溫度的升高，最高溫度可以達(dá)到29.5℃，甚至31℃[6]。本文針對(duì)室溫在29℃、30℃時(shí)，輔助電風(fēng)扇提高室內(nèi)風(fēng)速，獲得實(shí)測(cè)熱感覺投票（TSV）分布，實(shí)測(cè)熱感覺投票（TSV）分布如圖4和5所示。

圖4 29℃各風(fēng)速下實(shí)測(cè)熱感覺投票（TSV）分布

圖5 30℃各風(fēng)速下實(shí)測(cè)熱感覺投票（TSV）分布

由圖4及圖5可知，29℃和30℃條件下加設(shè)風(fēng)扇后，室內(nèi)熱舒適條件大大改善，各風(fēng)速下熱感覺投票值都大多集中在-1至+1之間，熱可接受率都在80%以上，且其分布也近似服從正態(tài)分布。這說明室內(nèi)溫度在29℃、30℃時(shí)，利用電風(fēng)扇可較好地改善室內(nèi)熱舒適條件。其中，29℃下風(fēng)速1（1.19m/s）最舒適，30℃下風(fēng)速2（1.41m/s）舒適度最高。因此在夏季高溫期，當(dāng)溫度偏離舒適區(qū)時(shí)，可以通過開啟風(fēng)扇來(lái)滿足熱舒適要求。

2.4 農(nóng)村居住建筑熱環(huán)境改善措施分析

隨著人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)農(nóng)村居住建筑的熱舒適性要求也必將越來(lái)越高，從上述分析可知，當(dāng)室溫低于28℃時(shí)，采用自然通風(fēng)即可滿足熱舒適要求，29～30℃之間輔以機(jī)械通風(fēng)也能較好地改善室內(nèi)熱舒適狀況，當(dāng)室溫高于30℃時(shí)，可以預(yù)見將會(huì)有越來(lái)越多的人會(huì)選擇使用空調(diào)器來(lái)改善室內(nèi)熱環(huán)境。

從廣州地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)年溫度頻率分布可知，該地區(qū)室外氣溫高于30℃的時(shí)間僅為846h，約占全年的9.6%，全年絕大多數(shù)時(shí)間室外氣溫是低于30℃的。因此，通過采取的良好的自然通風(fēng)、建筑遮陽(yáng)及隔熱措施，將室內(nèi)溫度控制在30℃以內(nèi)，可以減少居民對(duì)空調(diào)的依賴性，從而達(dá)到節(jié)能的目的。

3 結(jié)論

對(duì)廣東地區(qū)農(nóng)村居住建筑及其熱環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)農(nóng)村居住建筑普遍缺乏有效的遮陽(yáng)隔熱措施，僅22.1%的居民對(duì)熱環(huán)境感到滿意，居民普遍期待改善室內(nèi)溫度。通過對(duì)26～30℃條件下、29℃及30℃輔助機(jī)械通風(fēng)條件下的環(huán)境進(jìn)行熱感覺投票實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，當(dāng)室內(nèi)溫度在28℃以下時(shí)，開啟門窗進(jìn)行自然通風(fēng)可達(dá)到熱舒適要求；室內(nèi)溫度在29℃、30℃時(shí)，利用電風(fēng)扇可達(dá)到較好的熱舒適條件。農(nóng)村地區(qū)建筑節(jié)能的重點(diǎn)在于改善建筑熱工條件，采用良好的自然通風(fēng)、建筑遮陽(yáng)及隔熱措施，有效降低室內(nèi)溫度，減少居民對(duì)空調(diào)的依賴性，從而可以達(dá)到節(jié)能的目的。

[1]何敏嫦,丁云飛,徐曉寧.廣州市區(qū)居住建筑能耗現(xiàn)狀與節(jié)能措施分析[J].建筑熱能通風(fēng)空調(diào),2013,32(2):39-41

[2]石小容,伍川輝.熱舒適性PMV-PPD指標(biāo)在高速列車上的應(yīng)用[J].制冷與空調(diào),2013,27(3):249-252

[3]楊薇.夏熱冬冷地區(qū)住宅夏季熱舒適狀況以及適應(yīng)性研究[D].長(zhǎng)沙:湖南大學(xué),2007

[4]Schiller G E.A comparison of measured and predicted comfort in office buildings[J].ASHRAE Transactions,1990,96(1):609 -622

[5]ASHRAE.Thermal Environmental Conditions for Human Occup -ancy(ASHRAE Standard 55-92)[S].Atlanta:American Society of Heating,Refrigerating and Air Conditioning Engineers,Inc, 1992

[6]夏一哉,牛建磊,趙榮義.空氣流動(dòng)對(duì)熱舒適影響的實(shí)驗(yàn)研究:總結(jié)與分析[J].暖通空調(diào),2000,30(3):41-45

Rura l Re s ide ntia l Hous e s The rm a l Environm e nt Sta tus a nd Im prove m e nt Me a s ure s in Gua ngdong Are a

MA Xiao-jing1，2,TANG Shan1，2,HUANG Hua-kun1，2,FAN Ji-rong1，2,DING Yun-fei1，2
1 School of Civil Engineering,Guangzhou University
2 Guangdong Key Laboratory of Building Efficiency and Application Techniques,Guangzhou University

Investigated the present situation of rural residential houses and its thermal environment,and found that it are generally lack of effective sun-shade and heat insulation measures,and only 22.1%of the residents are satisfied with the thermal environment,and look forward to improving indoor temperature.Thermal Sensation Vote(TSV)experiment were carried out in the 26～30℃,29℃and 30℃with auxiliary mechanical ventilation,the results show that it can meet thermal comfort requirements by opening doors and windows for natural ventilation when indoor temperature is below 28℃,and achieve thermal comfort by combining electric fan and natural ventilation when indoor temperature is 29 and 30℃ too.Key point of improving the thermal environment of rural residential houses effectively reduces the indoor temperature though natural ventilation,windows shading and wall heat insulation measures.

Guangdong area,rural residential house,thermal comfort,TSV

1003-0344（2015）02-005-4

2013-12-28

丁云飛（1967～），男，博士，教授；廣州市廣州大學(xué)土木工程學(xué)院（510006）；020-39366651；E-mail:dingyf@126.com

廣東省重大科技專項(xiàng)項(xiàng)目（2012A010800048）；國(guó)家大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（201211078038）