（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510006）

一、引言

宿舍作為學(xué)生居住的建筑，宿舍的室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)直接影響學(xué)生的身體健康和學(xué)習(xí)效率，而室內(nèi)熱舒適是室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)的重要方面。同時(shí)，建筑節(jié)能的原則是在保證人體熱舒適的條件下盡量降低建筑能耗。[1]目前，宿舍主要依靠空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)，滿足室內(nèi)熱舒適的需求，傳統(tǒng)的空調(diào)系統(tǒng)會(huì)耗費(fèi)大量的能量。Fanger 等人提出，當(dāng)室內(nèi)實(shí)際作用溫度高于設(shè)計(jì)溫度時(shí)，允許提高空氣速度來彌補(bǔ)較高的作用溫度的影響。[2][3]我們提出空調(diào)結(jié)合風(fēng)扇策略，通過實(shí)驗(yàn)研究該策略對于宿舍室內(nèi)熱舒適和建筑節(jié)能的影響。本文針對廣州大學(xué)學(xué)生宿舍，研究空調(diào)結(jié)合風(fēng)扇的調(diào)節(jié)策略，分析不同方案對于宿舍熱舒適和節(jié)能的影響。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及分析方法

（一）實(shí)驗(yàn)方案

本實(shí)驗(yàn)通過風(fēng)機(jī)盤管空調(diào)系統(tǒng)和臺(tái)式風(fēng)扇控制宿舍的溫度、濕度、風(fēng)速等室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，營造了自然通風(fēng)、僅使用風(fēng)扇通風(fēng)、中檔空調(diào)、中檔空調(diào)加風(fēng)扇、高檔空調(diào)以及高檔空調(diào)加風(fēng)扇等六種環(huán)境控制策略下的室內(nèi)環(huán)境狀態(tài)。具體實(shí)驗(yàn)工況如表1 所示：

表1 各工況下的環(huán)境參數(shù)

實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中，每一工況下室內(nèi)環(huán)境至少保持穩(wěn)定20 分鐘，并在此期間對室內(nèi)人員進(jìn)行室內(nèi)熱環(huán)境的主觀評價(jià)調(diào)查，以研究不同環(huán)境控制策略下室內(nèi)環(huán)境對人舒適性的影響。實(shí)驗(yàn)中采用德圖溫濕度計(jì)（型號testo625，精度±0.5℃，±2.5%RH）測量室內(nèi)溫、濕度，風(fēng)杯式風(fēng)速計(jì)（型號16026，精度為±（0.3±0.03V）m/s，V 為實(shí)際風(fēng)速，風(fēng)速測量范圍為0-30m/s）測量室內(nèi)風(fēng)速。

（二）熱環(huán)境評價(jià)方法

1.PMV-PPD 指標(biāo)

PMV 指標(biāo)綜合考慮了人體活動(dòng)情況、著衣情況、空氣溫度、濕度、流速等因素，代表了對同一環(huán)境絕大多數(shù)人的舒適感覺，利用PMV 指標(biāo)預(yù)測熱環(huán)境下人體的熱反應(yīng)。由于人與人之間的生理差別，少數(shù)人對該熱環(huán)境并不滿意，故用PPD 指標(biāo)來表示對熱環(huán)境不滿意的百分?jǐn)?shù)。[4]

PMV-PPD 指標(biāo)的計(jì)算涉及多種參數(shù)，過程較復(fù)雜，本實(shí)驗(yàn)將在夏季典型條件下進(jìn)行計(jì)算，著重研究室內(nèi)空氣溫度、風(fēng)速與人體熱感覺、能耗之間的關(guān)系。PMV 計(jì)算參數(shù)范圍見表2。

表2 PMV 計(jì)算參數(shù)范圍

本實(shí)驗(yàn)在計(jì)算PMV-PPD 指標(biāo)時(shí)，分為六種工況：自然通風(fēng)、僅使用風(fēng)扇通風(fēng)、中檔空調(diào)、中檔空調(diào)加風(fēng)扇、高檔空調(diào)以及高檔空調(diào)加風(fēng)扇，分別測得六種工況下的宿舍座位處的溫度、相對濕度和風(fēng)速，為了減小實(shí)驗(yàn)誤差，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確程度，需要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，計(jì)算結(jié)果并且取其平均值，最后使用PMV 熱舒適計(jì)算分析工具計(jì)算PMV-PPD 指標(biāo)。

根據(jù)表1、2 數(shù)據(jù)，利用PMV 熱舒適計(jì)算分析工具計(jì)算PMV-PPD 值，得出圖1、2 數(shù)據(jù)。

2.問卷調(diào)查

問卷調(diào)查通過受試者填寫的問卷數(shù)據(jù)，可以得出受試者對于室內(nèi)環(huán)境的主觀評價(jià)，同時(shí)，通過匯總問卷數(shù)據(jù)，可以清晰地看出各評價(jià)的人數(shù)及其占總?cè)藬?shù)的百分比。

本實(shí)驗(yàn)通過招募受試者進(jìn)入測試房間，使受試者分別體驗(yàn)六種工況下的宿舍房間熱環(huán)境，并讓受試者填寫熱舒適調(diào)查問卷，問卷內(nèi)容主要是受試者對房間的熱感覺評價(jià)，最后通過整理問卷數(shù)據(jù)得出受試者對房間熱環(huán)境的主觀評價(jià)。

三、結(jié)果分析

（一）PMV-PPD 結(jié)果分析

表3 PMV 分度

通過圖1，2 我們可以看出：

在自然條件下，即不使用空調(diào)和風(fēng)扇的情況下，PMV值接近4，按照PMV的分度（見表3），此時(shí)熱感覺為熱，而PPD 值為100%，表示所有人都對此時(shí)的熱環(huán)境不滿意；

在僅使用風(fēng)扇的情況下，PMV 值雖然有所下降，但是仍然接近3，此時(shí)熱感覺仍為熱，而PPD 值為98%，表示仍有98%的人對熱環(huán)境感到不滿意，說明僅使用風(fēng)扇對于改善宿舍熱環(huán)境效果不佳；

在僅使用中檔空調(diào)的情況下，PMV 值相比自然情況下的值有了較大下降，PMV值為0.95，此時(shí)的熱感覺為稍暖，PPD 值也降為24%，說明開啟中檔空調(diào)對于宿舍熱環(huán)境有較大的改善；

在同時(shí)使用中檔空調(diào)和風(fēng)扇的情況下，PMV值達(dá)到了-0.44，此時(shí)熱感覺為中性，PPD 值為9%，此時(shí)的熱環(huán)境能使大多數(shù)人感到滿意；

在僅使用高檔空調(diào)的情況下，PMV 值為0.18，熱感覺為中性，PPD 值為6%，說明僅使用高檔空調(diào)也可滿足大多數(shù)人的熱舒適需求；

在同時(shí)使用高檔空調(diào)和風(fēng)扇的情況下，PMV 值達(dá)到了-0.9，接近于-1，此時(shí)熱感覺為稍涼，與僅使用高檔空調(diào)的情況相比，PPD 值增加了14%，達(dá)到了20%,說明在使用高檔空調(diào)的條件下，使用風(fēng)扇反而會(huì)使熱環(huán)境變差。

一般來說，希望PMV 值在-0.5 到+0.5 之間，即相當(dāng)于人群中有10%的人感覺不滿意。[4]對于以上六種工況下的熱環(huán)境，只有同時(shí)使用中檔空調(diào)和風(fēng)扇的情況以及使用高檔空調(diào)的情況達(dá)到了理想的熱環(huán)境。

（二）問卷調(diào)查結(jié)果分析

如圖3,4 所示，在自然通風(fēng)和僅使用風(fēng)扇這兩種情況下，分別有100%和90%的受試者的評價(jià)為非常熱，說明在自然通風(fēng)條件下，室內(nèi)熱環(huán)境惡劣，使大多數(shù)人感到不舒適，而僅使用風(fēng)扇難以對其進(jìn)行改善。

如圖5 所示，在僅使用中檔空調(diào)的情況下，有40%的受試者的評價(jià)為中性，有50%的受試者的評價(jià)為有點(diǎn)暖，剩下的10%的受試者熱感覺評價(jià)為暖?？梢?，僅使用中檔空調(diào)可以使宿舍環(huán)境得到一定的改善，但仍然無法滿足大多數(shù)人的熱舒適需求。

如圖6，7 所示，在中檔空調(diào)與風(fēng)扇聯(lián)合使用和僅使用高檔空調(diào)這兩種情況下，90%以上的受試者的熱感覺評價(jià)為中性?？梢姡@兩種情況均可滿足大多數(shù)人對室內(nèi)熱環(huán)境的需求。

如圖8 所示，在同時(shí)使用高檔空調(diào)和風(fēng)扇的情況下，有60%的受試者評價(jià)為中性，另有10%和30%的受試者分別評價(jià)為涼和有點(diǎn)涼，說明在使用高檔空調(diào)的情況下，使用風(fēng)扇調(diào)風(fēng)反而會(huì)使室內(nèi)熱環(huán)境惡化。

通過以上對問卷數(shù)據(jù)的分析，可以得出：風(fēng)扇調(diào)風(fēng)在空調(diào)設(shè)定溫度較高的情況下可以達(dá)到改善室內(nèi)熱環(huán)境的效果，而在空調(diào)設(shè)定溫度較低的情況下，聯(lián)合使用風(fēng)扇會(huì)使室內(nèi)熱環(huán)境惡化。

（三）節(jié)能分析

中檔空調(diào)和風(fēng)扇聯(lián)合使用時(shí)的室內(nèi)空氣溫度在27℃左右，而僅使用高檔空調(diào)時(shí)的室內(nèi)空氣溫度在26℃左右，兩種情況都滿足室內(nèi)熱舒適性要求，可見，使用風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)風(fēng)可以在較高的空調(diào)設(shè)置溫度下使室內(nèi)達(dá)到熱舒適。

在滿足室內(nèi)熱舒適要求時(shí)，通過空調(diào)聯(lián)合風(fēng)扇使用，可將空調(diào)設(shè)定溫度由26℃提高到27℃，這將在一定程度上減小空調(diào)能耗，起到一定的節(jié)能效果。

為了研究空調(diào)聯(lián)合風(fēng)扇使用對空調(diào)能耗的影響，選取某間學(xué)生宿舍為研究對象進(jìn)行分析。宿舍房間長為6m，寬為3.5m，高為3.2m，面積為21 m2，南北向，外墻傳熱系數(shù)為0.71W/(m2·K)，內(nèi)墻傳熱系數(shù)為2.38W/(m2·K)，外窗采用單層塑鋼窗，掛淺色內(nèi)窗簾，傳熱系數(shù)為4.7W/(m2·K)，夏季室外空調(diào)計(jì)算干球溫度取34.2℃。分別計(jì)算室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為26℃和27℃時(shí)的房間逐時(shí)冷負(fù)荷（在室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為27℃時(shí)以每20m2布置一臺(tái)40W的風(fēng)扇的形式增加設(shè)備功率），根據(jù)計(jì)算結(jié)果，分析空調(diào)聯(lián)合風(fēng)扇使用對空調(diào)能耗的影響及節(jié)能率（見圖9）。

從圖9 可以看出，空調(diào)聯(lián)合風(fēng)扇使用來達(dá)到室內(nèi)熱舒適要求可以減少房間冷負(fù)荷，從而降低空調(diào)能耗。隨著室內(nèi)冷負(fù)荷的升高，節(jié)能率降低，但節(jié)能率可以保持在5%以上，說明空調(diào)聯(lián)合風(fēng)扇使用策略可達(dá)到一定的節(jié)能效果。

四、結(jié)語

綜上分析，可以得出：在夏季，宿舍內(nèi)使用風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)風(fēng)可以在較高的空調(diào)設(shè)置溫度下使室內(nèi)達(dá)到熱舒適，可起到一定的節(jié)能作用。因此，在這個(gè)倡導(dǎo)節(jié)能的時(shí)代，對于已有空調(diào)系統(tǒng)的宿舍樓，空調(diào)和風(fēng)扇聯(lián)合運(yùn)行這一做法值得提倡。