吳秀琳,黃雪,余曉平,石國(guó)兵,吳曉林
(1重慶市建筑科學(xué)研究院,重慶 400016;2重慶科技學(xué)院建筑工程學(xué)院,重慶 401331)
據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局和住建部的數(shù)據(jù),1980—2000年建成的老舊小區(qū)住宅建筑面積達(dá)80億m2,涉及7000萬(wàn)到1億戶居民,約2~3億人口,占城市總?cè)丝诩s1/3。老舊住宅居住人口絕大部份是老年人,由于他們年事已高,存在上下樓困難,購(gòu)物回家困難,患病就醫(yī)犯難等問(wèn)題,直接影響到他們的生活質(zhì)量[1]。在城鎮(zhèn)化和老齡化進(jìn)程加速發(fā)展的環(huán)境下,為老舊住宅加裝電梯已成為老年人群的強(qiáng)烈訴求,也是應(yīng)對(duì)老齡化問(wèn)題的一項(xiàng)重要民生舉措,各地政府都在老舊建筑加裝電梯的建設(shè)中不斷探索,積累經(jīng)驗(yàn)。重慶市在2017年6月公布了《重慶市老舊住宅增設(shè)電梯建設(shè)管理暫行辦法》,該辦法主要是對(duì)老舊住宅增設(shè)電梯行政審批手續(xù)辦理事宜進(jìn)行了規(guī)定,并在涪陵區(qū)和渝中區(qū)開(kāi)展試點(diǎn)工作,部分項(xiàng)目今年陸續(xù)投入運(yùn)行。在今年入夏運(yùn)行以來(lái),建設(shè)方已接到很多居民投訴,反映電梯內(nèi)十分悶熱。而悶熱的封閉環(huán)境容易引發(fā)心腦血管疾病[2,3],這對(duì)許多老年人出行來(lái)說(shuō),可能誘發(fā)新的健康風(fēng)險(xiǎn)。因此,探索加裝電梯轎廂過(guò)熱的影響因素,改善轎廂內(nèi)的夏季熱環(huán)境質(zhì)量十分重要。
老舊住宅加裝電梯形式及其運(yùn)行環(huán)境有其特殊性,缺乏對(duì)相關(guān)工程問(wèn)題的系統(tǒng)研究,當(dāng)前不管是國(guó)家的設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)還是電梯行業(yè)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn),都沒(méi)有對(duì)加裝電梯轎廂和井道通風(fēng)提出很明確的設(shè)計(jì)要求,這就導(dǎo)致設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)電梯系統(tǒng)時(shí),往往會(huì)忽略電梯轎廂和井道的通風(fēng)設(shè)計(jì),造成電梯投入運(yùn)行后轎廂內(nèi)空氣環(huán)境較差,達(dá)不到用戶使用要求。為深入掌握重慶地區(qū)夏季住宅加裝電梯運(yùn)行熱環(huán)境問(wèn)題,筆者選擇首批試點(diǎn)項(xiàng)目進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和運(yùn)行測(cè)試分析,研究結(jié)論可為住宅加裝電梯項(xiàng)目的通風(fēng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
電梯是一個(gè)特殊的移動(dòng)空間,空間小而封閉,人員產(chǎn)熱量和產(chǎn)濕量都比較集中。電梯的通風(fēng)由轎廂通風(fēng)、井道通風(fēng)、機(jī)房通風(fēng)共同決定。電梯轎廂通風(fēng)就是讓轎廂內(nèi)的空氣流動(dòng)起來(lái),從而達(dá)到控制溫度、濕度,改善轎廂內(nèi)熱濕環(huán)境的目的。目前住宅建筑電梯轎廂的通風(fēng)形式基本上采用的是直流式的通風(fēng)方式,采用風(fēng)扇上部機(jī)械送風(fēng),利用轎廂的縫隙排風(fēng),只有極少的新建高檔住宅電梯轎廂夏季采用空調(diào)送冷風(fēng)降溫。目前電梯轎廂通風(fēng)普遍存在以下問(wèn)題[4]:
(1)通風(fēng)口的位置設(shè)置不合理。經(jīng)常出現(xiàn)靠近電梯內(nèi)壁的地方風(fēng)速很大,而其他地方無(wú)風(fēng),造成了箱內(nèi)溫度分布不均。
(2)轎廂通風(fēng)量不夠。不能完全排除轎廂內(nèi)的熱濕負(fù)荷,使得廂內(nèi)溫濕度較高,無(wú)法滿足舒適性要求。
(3)引入的新風(fēng)質(zhì)量不好。轎廂從井道取風(fēng),而絕大多數(shù)建筑的電梯井道無(wú)機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng),電梯井內(nèi)空氣質(zhì)量極差。
(4)電梯熱環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不完善。目前無(wú)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)電梯轎廂內(nèi)相關(guān)空氣參數(shù)進(jìn)行規(guī)定,所以轎廂內(nèi)的舒適度往往都無(wú)法滿足大多數(shù)人的要求。
電梯井道主要采用自然通風(fēng)、機(jī)械通風(fēng)或兩者結(jié)合的通風(fēng)方式?!峨娞葜圃炫c安裝安全規(guī)范》GB 7588規(guī)定:井道應(yīng)適當(dāng)通風(fēng),井道不能用于非電梯用房的通風(fēng),在沒(méi)有相關(guān)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)的情況下,建議井道頂部的通風(fēng)口面積至少為井道截面積的1%。
由于老舊住宅加裝電梯受到原來(lái)建筑結(jié)構(gòu)的限制,大部分加裝電梯的井道獨(dú)立安置在建筑外,井道四周均暴露在室外環(huán)境中,且多采用無(wú)機(jī)房電梯。一方面考慮到工程造價(jià)、施工難易等因素,加裝電梯井道外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)很難達(dá)到與常規(guī)墻體相同的性能,其外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)是很高的;另一方面,無(wú)機(jī)房電梯由于主機(jī)、設(shè)備及電纜等均安置在井道內(nèi),井道就成為了電梯的機(jī)房?!峨娞葜圃炫c安裝安全規(guī)范》GB 7588要求電梯機(jī)房中的環(huán)境溫度應(yīng)保持在5℃~40℃之間,而規(guī)范中對(duì)電梯井道通風(fēng)口面積的建議主要還是針對(duì)新建住宅有機(jī)房電梯,而且新建住宅電梯一般都是位于建筑內(nèi)部,其井道受室外天氣的影響較小。所以在設(shè)計(jì)老舊住宅建筑加裝電梯時(shí)井道通風(fēng)口面積按《電梯制造與安裝安全規(guī)范》要求來(lái)進(jìn)行常規(guī)設(shè)計(jì)的話,井道內(nèi)熱環(huán)境是滿足不了標(biāo)準(zhǔn)要求的。
針對(duì)老舊住宅加裝電梯在夏季高溫環(huán)境下運(yùn)行時(shí),居民投訴電梯轎廂內(nèi)過(guò)熱的情況,筆者對(duì)重慶市沙坪壩區(qū)某項(xiàng)目進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和運(yùn)行環(huán)境實(shí)測(cè)。
從重慶市氣象局查到重慶市沙坪壩區(qū)2018年6月至8月氣溫情況,經(jīng)統(tǒng)計(jì),重慶市7月出現(xiàn)35℃以上高溫天數(shù)較多,沙坪壩高溫日數(shù)達(dá)20天,其中有19天氣溫超過(guò)37℃,并有7天氣溫達(dá)到40℃以上??梢?jiàn)老舊住宅加裝電梯在夏季運(yùn)行的外部環(huán)境是十分惡劣的。
此次現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研活動(dòng)于2017年7月25日開(kāi)始,此時(shí)重慶已進(jìn)入三伏天,最高氣溫達(dá)到39℃,選擇這段時(shí)間進(jìn)行調(diào)研實(shí)測(cè)更能體現(xiàn)夏季電梯內(nèi)的熱環(huán)境情況,選擇典型日7月25日現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,當(dāng)天最低溫度30℃,最高溫度39℃。
本次調(diào)研的加裝電梯工程包括三棟樓,均采用無(wú)機(jī)房電梯,具體結(jié)構(gòu)形式對(duì)比見(jiàn)表1。
表1 加裝電梯結(jié)構(gòu)形式對(duì)比情況表
此次調(diào)研的三棟樓加裝電梯均采用鋼結(jié)構(gòu),鋼結(jié)構(gòu)外側(cè)采用10mm厚纖維水泥增強(qiáng)板,其傳熱系數(shù)超過(guò)4 W/(m2·K),屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)達(dá)到1.54W/(m2·K),可見(jiàn)加裝電梯井道外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱系數(shù)均高于常規(guī)住宅墻體、屋頂。
2#、3#樓井道設(shè)置和井道通風(fēng)方式一致,區(qū)別主要是轎廂內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)差異;1#、2#轎廂通風(fēng)系統(tǒng)相同,區(qū)別主要是電梯井道設(shè)置和井道通風(fēng)系統(tǒng)有差異。對(duì)比分析三棟樓井道設(shè)置、井道通風(fēng)和轎廂通風(fēng)方式,可知2#樓的電梯運(yùn)行環(huán)境和轎廂內(nèi)通風(fēng)情況最差,現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和測(cè)試重點(diǎn)針對(duì)2#樓的電梯進(jìn)行。
本次調(diào)研采用入戶訪談和問(wèn)卷調(diào)查相結(jié)合的方式,2#樓共8層32戶,此次共訪談?wù){(diào)查有45人左右,深入一對(duì)一交流填寫有效問(wèn)卷18份,調(diào)查對(duì)象年齡分布見(jiàn)圖1,本次調(diào)研的人員中,40歲以上的中老年人員占比為67%。
圖1 調(diào)查對(duì)象年齡分布情況
表2 人員舒適度調(diào)查情況表
由表2可知,有將近80%的人員反映2#樓電梯轎廂內(nèi)很悶和過(guò)熱,超過(guò)50%人員反映轎廂內(nèi)空氣質(zhì)量差,33%人員感覺(jué)廂內(nèi)濕度大。居民乘坐電梯出行時(shí)段主要集中在早上7:00—9:00及下午19:00以后,大部分人員出行時(shí)段轎廂內(nèi)人數(shù)在2人左右,但有6份問(wèn)卷反應(yīng)住戶高峰出行時(shí)段轎廂內(nèi)人員數(shù)量可達(dá)5~7人。
(1)測(cè)試儀器
本次測(cè)試參數(shù)主要包括井道外壁面溫度、轎廂內(nèi)壁面溫度、箱內(nèi)空氣溫濕度和轎廂內(nèi)風(fēng)速。測(cè)試儀器詳見(jiàn)表3。
表3 測(cè)試儀器介紹
(2)測(cè)點(diǎn)布置
根據(jù)現(xiàn)有儀器和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,考慮到需手持儀器進(jìn)行測(cè)試,因此選取電梯廂體位于第4層時(shí)作為固定測(cè)試點(diǎn),手持儀器高度為距轎廂地面1.5m高,轎廂中心點(diǎn)處(即為圖2所示4號(hào)測(cè)點(diǎn)位置)。每30min測(cè)試一次電梯轎廂內(nèi)溫度、濕度,以及電梯井道壁面四個(gè)方向的溫度。
由于轎廂通風(fēng)孔僅設(shè)置在靠南壁面處,測(cè)量出風(fēng)處寬約40mm,選擇6個(gè)測(cè)點(diǎn)對(duì)轎廂內(nèi)風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量,各測(cè)點(diǎn)距離轎廂地面為1.5m,1號(hào)測(cè)點(diǎn)主要測(cè)通風(fēng)口風(fēng)速,2—6號(hào)測(cè)點(diǎn)主要測(cè)轎廂內(nèi)人員站立區(qū)域的風(fēng)速情況,測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖2。
圖2 轎廂風(fēng)速測(cè)點(diǎn)布置圖
(2)測(cè)試方法
考慮到電梯主要為白天運(yùn)行,因此選取9:00—20:00作為測(cè)試時(shí)間段,在此期間每30min測(cè)試一組數(shù)據(jù),考慮到白天有人員出入,盡量保證測(cè)試時(shí)間的準(zhǔn)確度,以不超過(guò)10min內(nèi)為有效數(shù)據(jù)。
(3)測(cè)試結(jié)果及分析
筆者從早上9:00到晚上20:00,每間隔30min對(duì)電梯井道周圍室外溫濕度、電梯井道外壁四面溫度和電梯內(nèi)溫濕度、風(fēng)速進(jìn)行了測(cè)試記錄。各測(cè)點(diǎn)溫度變化如圖3所示。
圖3 電梯運(yùn)行環(huán)境各時(shí)段溫度對(duì)比
電梯轎廂內(nèi)空氣溫度從早上9點(diǎn)持續(xù)超過(guò)31℃,在中午12點(diǎn)到下午17點(diǎn)之間溫度持續(xù)在35℃以上。從早上9點(diǎn)到下午13點(diǎn)之間,轎廂內(nèi)空氣溫度均比同時(shí)刻室外空氣溫度高0.3℃左右。電梯轎廂內(nèi)壁面四面溫度相差不大,壁面溫度隨著時(shí)間的推移持續(xù)升高,最高溫度達(dá)到37℃以上,并且始終比轎廂內(nèi)空氣溫度高,最大溫差達(dá)到1.6℃。
電梯井道外圍護(hù)結(jié)構(gòu)由于受到太陽(yáng)暴曬,不同朝向井道四個(gè)壁面的溫度變化趨勢(shì)有所不同。井道東外壁面溫度早上9點(diǎn)就達(dá)到33℃以上,到11點(diǎn)溫度達(dá)到近38℃,11:30之后溫度開(kāi)始降低,到晚上20點(diǎn)降至31℃左右;而井道西外壁面溫度從30.7℃一直升高,在下午15點(diǎn)時(shí)達(dá)到最高,超過(guò)45℃,然后開(kāi)始降低,晚上20點(diǎn)時(shí)降至32.2℃;井道南外面壁面溫度從早上32.6℃到中午升高至39.6℃后略有下降,下午南壁面溫度維持在38.5℃左右,直到晚上20點(diǎn)才降至31.8℃;井道北外壁面溫度從早上9點(diǎn)開(kāi)始,一直升高,最高溫度達(dá)到36.6℃,下午16點(diǎn)后開(kāi)始下降,晚上20點(diǎn)降至31.4℃。
電梯運(yùn)行環(huán)境室外濕度和轎廂內(nèi)濕度對(duì)比變化情況如圖4所示。
圖4 轎廂內(nèi)外空氣濕度對(duì)比
從圖4可以看出,轎廂內(nèi)濕度始終比室外空氣溫濕度高,平均高出5.5%左右,測(cè)試時(shí)轎廂內(nèi)只有測(cè)試人員2名,若人員數(shù)量超過(guò)兩名時(shí),人員散濕量增加,轎廂內(nèi)濕度會(huì)比室外空氣濕度更高。
根據(jù)轎廂內(nèi)風(fēng)速測(cè)試結(jié)果,轎廂通風(fēng)口正下方1#測(cè)點(diǎn)的風(fēng)速為0.95m/s,2#和3#測(cè)點(diǎn)風(fēng)速0.32 m/s,其余測(cè)點(diǎn)風(fēng)速為零,而在距離轎廂通風(fēng)口所在壁面大于0.3m的區(qū)域風(fēng)速為0m/s。可見(jiàn)電梯轎廂內(nèi)的風(fēng)速分布是十分不均勻的,存在大面積的無(wú)風(fēng)區(qū)域,只有在通風(fēng)口下方人員才可以感受到氣體的流動(dòng)。另外,根據(jù)《電梯制造與安裝安全規(guī)范》GB 7588中對(duì)轎廂通風(fēng)口設(shè)置要求,“用一根直徑為10mm的堅(jiān)硬直棒,不可能從轎廂內(nèi)經(jīng)過(guò)通風(fēng)孔穿過(guò)轎壁”,轎廂凈尺寸為1350×1400×2300mm,測(cè)得出風(fēng)口外形寬40mm,可以測(cè)算2#樓轎廂通風(fēng)孔面積約0.006m2,通風(fēng)量約21.6m3/h。
根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果,2#樓電梯井道壁面溫度最高達(dá)到45℃以上,而電梯外圍護(hù)結(jié)構(gòu)僅僅只采用了10mm的纖維水泥增強(qiáng)板,導(dǎo)致井道過(guò)熱,從而影響轎廂熱環(huán)境,因此在井道設(shè)計(jì)時(shí),電梯的位置在有選擇余地的情況下,要盡量將電梯井道設(shè)置在有樹蔭遮陽(yáng)的地方,避免太陽(yáng)直射時(shí)間太長(zhǎng),從而可以減少電梯井道的冷負(fù)荷,另外應(yīng)避免選用觀光電梯,井道外墻、屋頂應(yīng)選用保溫性能較好的材料,減少室外對(duì)井道內(nèi)熱環(huán)境的影響,保證電梯轎廂通風(fēng)取風(fēng)的空氣質(zhì)量。
由于老舊住宅加裝的電梯大多采用的是無(wú)機(jī)房電梯,電梯的控制柜、設(shè)備及電纜等均安置在井道內(nèi),此時(shí)井道就成為了電梯的機(jī)房,設(shè)備散熱量也會(huì)增加井道內(nèi)冷負(fù)荷。而《電梯制造與安裝安全規(guī)范》GB 7588規(guī)定:為了保證機(jī)房中設(shè)備的正常運(yùn)行,機(jī)房中的環(huán)境溫度應(yīng)保持在5℃~40℃之間。在這種情況下,再結(jié)合重慶地區(qū)夏季高溫天氣出現(xiàn)頻繁,時(shí)常會(huì)超過(guò)40℃,因此在進(jìn)行加裝電梯設(shè)計(jì)時(shí)一定要經(jīng)過(guò)計(jì)算分析采取合理的通風(fēng)方式對(duì)電梯井道進(jìn)行通風(fēng)[5],在自然通風(fēng)或風(fēng)扇通風(fēng)無(wú)法滿足無(wú)機(jī)房電梯井道的要求時(shí),要考慮采用空調(diào)對(duì)井道進(jìn)行降溫,保證無(wú)機(jī)房電梯井道內(nèi)溫度在40℃以下。一方面是為了保證電梯的正常運(yùn)行,另一方面也可以保證轎廂取風(fēng)的空氣質(zhì)量。
分析調(diào)研和測(cè)試結(jié)果可知,在轎廂內(nèi)溫濕度和室外空氣溫濕度相差不大的情況下,人員明顯感覺(jué)轎廂內(nèi)悶熱,這主要是因?yàn)槭彝饪諝馐橇鲃?dòng)的,而轎廂內(nèi)人員站立區(qū)內(nèi)空氣基本無(wú)流動(dòng)。研究表明,風(fēng)速頻譜也是影響人體熱舒適性的一個(gè)重要參數(shù),風(fēng)速頻譜曲線越接近自然風(fēng)則吹風(fēng)越易被接受[6]。因此,合理進(jìn)行電梯轎廂通風(fēng)氣流組織設(shè)計(jì),對(duì)轎廂內(nèi)人體熱舒適性也十分重要,在進(jìn)行轎廂通風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí),通風(fēng)口應(yīng)均勻設(shè)置在人站立區(qū)域上方,這樣才能充分讓轎廂內(nèi)空氣流動(dòng)起來(lái),改善轎廂內(nèi)人員舒適性。
絕大多數(shù)調(diào)查對(duì)象一致感覺(jué)轎廂內(nèi)很悶熱,空氣質(zhì)量很差,這主要是由于轎廂通風(fēng)僅僅只是利用轎廂一側(cè)的縫隙進(jìn)行機(jī)械通風(fēng),通風(fēng)量不足造成的。有33%的人員感覺(jué)轎廂內(nèi)濕度較大,結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)值和問(wèn)卷調(diào)查分析,造成這一現(xiàn)象的主要原因是這些住戶乘坐電梯時(shí),轎廂內(nèi)人員數(shù)量在5~7人,人員密度較高影響了轎廂內(nèi)人員的熱舒適性。有研究發(fā)現(xiàn)[7],電梯轎廂人員密度對(duì)廂內(nèi)熱舒適性指標(biāo)影響十分明顯,并且提出滿足電梯轎廂內(nèi)人體熱感覺(jué)舒適性的臨界通風(fēng)量,如載客8人、10人電梯,通風(fēng)量不宜小于0.048m3/s;載客13人電梯,通風(fēng)量不宜小于0.064m3/s,2#樓電梯額定載客11人,而通風(fēng)量最大不超過(guò)0.006m3/s,可見(jiàn)2#樓電梯轎廂的通風(fēng)量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。
老舊住宅加裝電梯轎廂的工作環(huán)境就是井道,同時(shí)電梯轎廂的取風(fēng)來(lái)自井道,因此,轎廂內(nèi)的熱環(huán)境就由井道內(nèi)熱環(huán)境和轎廂的通風(fēng)情況共同來(lái)決定,而對(duì)于無(wú)機(jī)房電梯來(lái)說(shuō),井道就是電梯機(jī)房。所以,為保證電梯正常運(yùn)行和轎廂內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量,在設(shè)計(jì)時(shí)一定要考慮好電梯井道和轎廂通風(fēng)設(shè)計(jì)。
住宅加裝電梯的通風(fēng)設(shè)計(jì)影響著轎廂內(nèi)人員的舒適和健康,隨著試點(diǎn)項(xiàng)目的推進(jìn),項(xiàng)目運(yùn)行中出現(xiàn)的問(wèn)題將會(huì)得到重視,相關(guān)規(guī)范必將隨之完善。要想改善老舊住宅加裝電梯轎廂內(nèi)熱環(huán)境,保障電梯安全、舒適和健康的運(yùn)行環(huán)境,主要應(yīng)從三個(gè)方面著手:井道圍護(hù)結(jié)構(gòu)、井道通風(fēng)以及轎廂通風(fēng)設(shè)計(jì)。其中,井道圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要還是考慮施工難易程度和投資,建議采用熱工性能較好的材料和做法,避免選用觀光電梯。而針對(duì)重慶市老舊住宅加裝電梯井道通風(fēng)和轎廂通風(fēng)設(shè)計(jì),建議如下:
(1)設(shè)計(jì)師在對(duì)老舊建筑加裝電梯進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),要結(jié)合實(shí)際情況分析計(jì)算來(lái)進(jìn)行井道的通風(fēng)設(shè)計(jì),在自然通風(fēng)或風(fēng)扇通風(fēng)無(wú)法滿足無(wú)機(jī)房電梯井道的要求時(shí),要考慮采用空調(diào)對(duì)井道進(jìn)行降溫,保證無(wú)機(jī)房電梯井道內(nèi)溫度在40℃以下;
(2)電梯轎廂的通風(fēng)設(shè)計(jì),要綜合考慮井道通風(fēng)設(shè)計(jì)、轎廂內(nèi)人員密度、廂內(nèi)風(fēng)速分布的均勻性,來(lái)確定轎廂通風(fēng)量和風(fēng)口個(gè)數(shù)、面積。