董夢如

(河南理工大學(xué)，河南 焦作 454000)

1 引言

氣候?qū)θ梭w適應(yīng)的影響越來越受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注，在國內(nèi)外均開展了相關(guān)的研究[1～7]，并取得了一定的研究成果。在干濕熱氣候區(qū)開展的多項(xiàng)研究證明了氣候方面存在的差異對(duì)人體的適應(yīng)性有不同程度的影響。但在我國干熱和濕熱地區(qū)，對(duì)其熱環(huán)境和人們的熱反應(yīng)狀況如何，兩者是否有差異的研究較少。

為此，本文選擇干熱和濕熱地區(qū)的代表吐魯番和仙居農(nóng)村進(jìn)行炎熱夏季環(huán)境參數(shù)對(duì)人體熱反應(yīng)與熱舒適的影響分析。此研究為氣候適應(yīng)理論提供了支持，可為不同氣候區(qū)的熱環(huán)境設(shè)計(jì)提供參考。

2 研究方法

2.1 氣候特征

吐魯番是我國夏季氣溫最高的地方，平均氣溫達(dá)到30 ℃，吐魯番地區(qū)由于其干熱的氣候，當(dāng)?shù)卮迕裣募敬蠖嗌钤谠郝湫纬傻陌胧彝饪臻g[8]，夏季炎熱少雨，該地區(qū)年降水量約16 mm，蒸發(fā)量3000 mm以上，是干熱氣候區(qū)的典型代表；浙江省仙居縣位于浙江東南，夏季炎熱多雨，7月份平均氣溫28.5 ℃，雨量充沛，歷年平均降水量2000 mm左右，是濕熱氣候區(qū)的典型代表。

2.2 樣本選擇與測試儀器的選用

對(duì)于吐魯番農(nóng)村地區(qū)的調(diào)研時(shí)間為2011年和2016年8月，共獲518套有效數(shù)據(jù)，對(duì)于仙居農(nóng)村地區(qū)的調(diào)研時(shí)間為夏季2015年8月5～9日，對(duì)仙居縣的農(nóng)村居民住宅的室內(nèi)環(huán)境進(jìn)行了測試，共獲645套數(shù)據(jù)。受試者均身體良好，且居住在當(dāng)?shù)?年以上，已經(jīng)適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣?，具體情況見表1。

現(xiàn)場調(diào)研主要包括對(duì)兩個(gè)地區(qū)夏季室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)的收集及對(duì)受試者的主觀熱反應(yīng)兩部分，并同時(shí)進(jìn)行。環(huán)境參數(shù)測試儀器見表2。受試者的主觀感覺投票均采用ASHRAE通用的7級(jí)投票指標(biāo)[9]，具體見表3。

表1 受試者基本情況

表2 儀器相關(guān)信息

表3 主觀熱反應(yīng)和熱期望投票標(biāo)尺

3 室內(nèi)熱環(huán)境和主觀熱反應(yīng)

3.1 室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)

表4給出了兩個(gè)地區(qū)夏季調(diào)研期間室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)的分布情況。吐魯番夏季室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)情況反映了吐魯番顯著的干熱氣候特點(diǎn)，相應(yīng)地，同時(shí)也可以反映出仙居顯著的濕熱氣候特點(diǎn)。吐魯番地區(qū)夏季居住空間平均空氣溫度比仙居高出6.0 ℃，而平均相對(duì)濕度比后者低了45.8%，說明干熱氣候溫度相比較濕熱地區(qū)，更高一些；相對(duì)濕度相比，干熱氣候區(qū)的遠(yuǎn)低于濕熱氣候區(qū)。

表4 吐魯番和仙居地區(qū)室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)

3.2 服裝熱阻

對(duì)兩個(gè)地區(qū)受試者地服裝熱阻與操作溫度進(jìn)行權(quán)重線性回歸，如圖1所示，均發(fā)現(xiàn)服裝熱阻和操作溫度之間的相關(guān)性均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的顯著意義(P=0.037和P=0.018)，吐魯番地區(qū)居民夏季的服裝熱阻隨室內(nèi)操作溫度的增加而增加，而仙居地區(qū)居民夏季的服裝熱阻隨室內(nèi)操作溫度的增加有下降的趨勢，這說明干熱、濕熱地區(qū)居民行為調(diào)節(jié)的不同：干熱地區(qū)人們?yōu)榱朔乐蛊つw表層的水分蒸發(fā)，會(huì)因?yàn)橹車h(huán)境溫度的升高，增加服裝來降低皮膚與周圍環(huán)境的接觸面積；濕熱地區(qū)由于濕度值較高，會(huì)增加皮膚與周圍環(huán)境的接觸面積從而減少衣物。

圖1 吐魯番和仙居服裝熱阻和操作溫度的關(guān)系

4 環(huán)境參數(shù)對(duì)主觀熱反應(yīng)的影響

4.1 環(huán)境參數(shù)對(duì)熱感覺的影響

4.1.1 操作溫度對(duì)熱感覺的影響

熱感覺投票是受試者對(duì)熱環(huán)境的間接反應(yīng)。將兩個(gè)地區(qū)操作溫度進(jìn)行以1.0 ℃的間隔分組，對(duì)兩個(gè)地區(qū)的平均操作溫度和平均熱感覺進(jìn)行權(quán)重回歸，關(guān)系如圖2所示。兩地區(qū)的回歸直接相交于31.9 ℃，當(dāng)溫度在31.9 ℃以下時(shí)，相同空氣溫度情況下，仙居地區(qū)居民的熱感覺投票值要低于吐魯番地區(qū)；當(dāng)溫度超過31.9 ℃，相同空氣溫度作用下，仙居地區(qū)居民的投票值要高于吐魯番地區(qū)。這說明濕熱氣候居民的耐熱能力要低于干熱氣候區(qū)。

圖2 平均熱感覺和操作溫度的關(guān)系

4.1.2 風(fēng)速對(duì)熱感覺的影響

采用相同的方法對(duì)兩個(gè)地區(qū)的實(shí)測得到的風(fēng)速劃為<0.2 m/s、0.2～0.6 m/s、>0.6 m/s 3種情況，對(duì)3組工況進(jìn)行空氣溫度和平均熱感覺的回歸分析，如圖3。吐魯番夏季，風(fēng)速<0.2 m/s和風(fēng)速在0.2～0.6 m/s時(shí)中性溫度相差不大，風(fēng)速>0.6 m/s時(shí)居民的中性溫度最高，達(dá)到31.0 ℃，比風(fēng)速小時(shí)要高出5 ℃左右。但當(dāng)溫度超過30 ℃時(shí)，風(fēng)速越高，同樣空氣溫度的情況下，人們的熱感覺值越低，這說明干熱地區(qū)的夏季較高的風(fēng)速(>0.6 m/s)可有效改善熱感覺。但當(dāng)操作溫度為35.6 ℃時(shí)，風(fēng)速較大時(shí)也不能很有效改善熱感覺，這說明風(fēng)速改善有一定的溫度范圍限制。仙居夏季，當(dāng)風(fēng)速小于0.2 m/s時(shí)，相比于其他兩種風(fēng)速工況，有較低的中性溫度。當(dāng)溫度大于28.5 ℃時(shí)，相同溫度的情況下，熱感覺隨著風(fēng)速的提高而降低。這說明在濕熱氣候區(qū)人們的熱感覺在較大的風(fēng)速下較低，提高人們的中性溫度。

圖3 不同風(fēng)速水平下熱感覺和操作溫度的關(guān)系

4.2 操作溫度對(duì)熱可接受度的影響

采用相同的方法，將可接受百分比與相應(yīng)的平均溫度進(jìn)行回歸，得到如圖4所示的曲線。則吐魯番和仙居80%可接受的溫度上限分別為33.5 ℃和33.3 ℃，兩地區(qū)差別不大。

可以看出，當(dāng)操作溫度<33.0 ℃時(shí)，兩個(gè)地區(qū)的熱可接受度情況較為接近；但當(dāng)操作溫度>33.0 ℃，仙居地區(qū)居民的熱可接受度的比例下降速度快，而吐魯番地區(qū)居民在較寬的溫度范圍內(nèi)均對(duì)所處的環(huán)境的熱可接受百分比處在70%左右。以上說明濕熱氣候區(qū)居民對(duì)33.0 ℃以上的高溫環(huán)境的熱接受能力要低于干熱地區(qū)。

圖4 熱可接受度與操作溫度的關(guān)系

4.3 操作溫度對(duì)熱期望的影響

經(jīng)對(duì)調(diào)研數(shù)據(jù)的分析，得到吐魯番和仙居兩個(gè)地區(qū)的居民期望溫度變暖的頻率分別是：4.85%、0.93%。因此繼續(xù)采用4.2中的方法得到預(yù)測吐魯番與仙居地區(qū)居民期望變涼頻率為80%的操作溫度值分別為37.4 ℃和30.9 ℃，如圖5所示。隨著溫度的增加，吐魯番地區(qū)受試者期望變量的百分比相比仙居地區(qū)增長較慢，說明在溫度越高，濕熱地區(qū)的們期望溫度降低的意愿比干熱地區(qū)更為強(qiáng)烈。

圖5 期望溫度降低的百分比和操作溫度的關(guān)系

5 結(jié)論

通過對(duì)我國吐魯番和仙居農(nóng)村地區(qū)現(xiàn)場調(diào)研，并采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法進(jìn)行分析環(huán)境參數(shù)與主觀熱反應(yīng)的關(guān)系，得出以下結(jié)論。

(1)吐魯番居住空間空氣溫度均值達(dá)到34.8 ℃，濕度均值為31.7%，反映了其干熱的氣候特征；而仙居居住空間空氣溫度均值為28.8 ℃，相對(duì)濕度均值為77.1%，反映出其濕熱的氣候特征。

(2)吐魯番和仙居夏季服裝熱阻均值分別為0.40clo和0.34clo，濕熱地區(qū)人們的著裝要顯著低于干熱地區(qū)。

(3)吐魯番和仙居80%可接受的溫度上限分別為33.5 ℃和33.3 ℃。但在偏高溫環(huán)境下，濕熱氣候人們的耐熱能力以及對(duì)高溫的接受能力要低于干熱地區(qū)。溫度越高，濕熱地區(qū)的人們期望溫度降低的意愿比干熱地區(qū)更為強(qiáng)烈。