湯 莉，唐旻雨

(中南大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院，湖南 長沙 410004)

1 概述

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、物質(zhì)條件改善，人們對(duì)于建筑“健康舒適”的品質(zhì)要求與日俱增，而室內(nèi)健康因子由聲、光、熱、空氣、水質(zhì)五大要素組成，由此可見建筑的室內(nèi)外熱環(huán)境是組成高質(zhì)量健康建筑的重要部分[1]?，F(xiàn)代生活中人類超過80%的時(shí)間在室內(nèi)度過，室內(nèi)熱環(huán)境品質(zhì)的優(yōu)劣直接影響到使用者的舒適度和身心健康。對(duì)于辦公群體而言，辦公室的停留時(shí)間僅次于生活起居，因此研究辦公建筑室內(nèi)熱環(huán)境狀況，對(duì)提高辦公群體的使用舒適度和工作效率具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。我國學(xué)者目前對(duì)于夏熱冬冷地區(qū)冬季辦公建筑室內(nèi)熱環(huán)境調(diào)查與熱舒適的研究還較為欠缺，大多集中于北方及寒冷氣候地區(qū)。鹽城市地處黃淮平原，夏季高溫多雨，冬季陰冷潮濕，屬于典型的夏熱冬冷地區(qū)[2]。本文選取冬季鹽城市××鎮(zhèn)政府的一棟老舊行政辦公樓為研究對(duì)象，進(jìn)行跟蹤調(diào)研，通過室內(nèi)外熱環(huán)境參數(shù)、建筑設(shè)計(jì)等要素展開研究，以期為改善該地區(qū)辦公建筑室內(nèi)熱環(huán)境以及提高熱舒適提供參考依據(jù)。

2 熱舒適研究方法

2.1 樣本選擇

鹽城市位于江蘇省沿海中部，境內(nèi)為平原地貌，按照秦嶺—淮河的供暖分界線來劃分屬于以南地區(qū)，冬季不提供集中供暖。本文選取市內(nèi)××鎮(zhèn)政府的一棟老舊行政辦公樓為測(cè)試場(chǎng)地、20名辦公人員為測(cè)試對(duì)象，為期約2周的熱舒適研究采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與主觀問卷調(diào)查相結(jié)合的方式進(jìn)行。該辦公建筑籌建于2005年，磚混結(jié)構(gòu)，坐北朝南(南偏西7°)，無供暖系統(tǒng)，各辦公室內(nèi)均配備了立柜式或懸掛式空調(diào)進(jìn)行室內(nèi)溫度調(diào)節(jié)，本文研究結(jié)果與結(jié)論均是在使用空調(diào)設(shè)備的情況下獲取的。一層平面是各層中功能空間較為復(fù)雜、人員較為密集的，選擇其中相對(duì)較大的一間辦公室進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試時(shí)間為2021年1月25日～2021年2月9日(雙休日除外)。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

2.2.1 客觀環(huán)境調(diào)查

現(xiàn)場(chǎng)同步進(jìn)行室內(nèi)熱環(huán)境物理參數(shù)測(cè)量和辦公人員的主觀問卷調(diào)查，測(cè)試前檢查儀器各項(xiàng)設(shè)備。室內(nèi)熱環(huán)境物理參數(shù)測(cè)量儀器情況如下：采用Testo 175H1測(cè)量室內(nèi)空氣溫度和相對(duì)濕度；采用JTR04Z黑球溫度記錄儀測(cè)量黑球溫度；采用Testo 425熱敏風(fēng)速儀測(cè)量室內(nèi)空氣流速(見表1)。室外溫濕度及風(fēng)速數(shù)據(jù)則是從中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)發(fā)布的站點(diǎn)地面逐時(shí)氣象參數(shù)中提取[3]。

根據(jù)辦公人員日常各區(qū)間的辦公活動(dòng)頻率，將測(cè)試選定的辦公室平面分為兩個(gè)區(qū)域：Ⅰ區(qū)服務(wù)接待區(qū)，Ⅱ區(qū)內(nèi)部管理區(qū)。儀器測(cè)試點(diǎn)平面分布狀況如圖1所示，均布置在房間平面對(duì)角線交點(diǎn)處，由于辦公人員在工作時(shí)段長時(shí)間保持穩(wěn)定坐姿，因此測(cè)點(diǎn)的布置高度應(yīng)取0.6 m[4]。在測(cè)試過程中，隨時(shí)關(guān)注測(cè)試儀器的狀態(tài)，防止對(duì)辦公人員造成動(dòng)線干擾，同時(shí)也避免室內(nèi)現(xiàn)有電器設(shè)備對(duì)測(cè)試儀器的結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.2.2 主觀問卷調(diào)查

主觀問卷調(diào)查由基礎(chǔ)信息和主觀感受調(diào)查構(gòu)成：基礎(chǔ)信息包括性別、年齡、身高、體重等生理信息，所選擇的20名辦公人員均為本地居民，無其他地域生活經(jīng)歷，已充分適應(yīng)當(dāng)?shù)氐牡赜驓夂颦h(huán)境，男女比例為1∶1，平均年齡約為39歲。由表2可看出，受試辦公人員BMI(身體質(zhì)量指數(shù))大多穩(wěn)定在中國標(biāo)準(zhǔn)正常范圍內(nèi)，少部分呈偏胖及以上情況。主觀感受調(diào)查是為了量化受試辦公人員對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境不同方面的主觀感受。為了保證結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，每天在固定時(shí)段發(fā)放紙質(zhì)問卷進(jìn)行填寫，并要求受試辦公人員在填寫之前保持相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)30 min以上，總計(jì)收回有效問卷729份[5]。

表2 受試辦公人員基本情況

3 數(shù)據(jù)處理與分析

3.1 室內(nèi)外溫度變化

辦公室內(nèi)裝有一臺(tái)立柜式空調(diào)，工作時(shí)間段持續(xù)運(yùn)作，冬季設(shè)置25 ℃為固定溫度。圖2表明，Ⅰ區(qū)室內(nèi)外溫度在1.25～2.2測(cè)試期間升降趨勢(shì)大致相近，室內(nèi)空氣溫度與黑球溫度波動(dòng)趨勢(shì)一致。數(shù)據(jù)情況見表3：室外空氣溫度波動(dòng)區(qū)間為3.7 ℃～13 ℃，平均溫度為7 ℃；室內(nèi)空氣溫度波動(dòng)區(qū)間為13.1 ℃～18.3 ℃，平均溫度為16.3 ℃；黑球溫度波動(dòng)區(qū)間為12 ℃～17.9 ℃，平均溫度為14.5 ℃。由于Ⅰ區(qū)在辦公室整體中處于偏北位置，存在著空調(diào)熱輻射水平方向分布不均的問題，故而受室外溫度變化影響較為明顯，但幅度較小。

表3 Ⅰ區(qū)1.25～2.2室內(nèi)外熱環(huán)境參數(shù)

圖3表明，在2.3～2.9測(cè)試期間，Ⅱ區(qū)室內(nèi)外溫度升降趨勢(shì)相關(guān)性不大，室內(nèi)空氣溫度與黑球溫度波動(dòng)趨勢(shì)依舊保持一致。數(shù)據(jù)情況見表4：室外空氣溫度波動(dòng)區(qū)間為3 ℃～15.2 ℃，平均溫度為8.8 ℃；室內(nèi)空氣溫度波動(dòng)區(qū)間為13 ℃～20.7 ℃，平均溫度為16.5 ℃；黑球溫度波動(dòng)區(qū)間為13.3 ℃～19.9 ℃，平均溫度為15.7 ℃。由于Ⅱ區(qū)在辦公室整體中處于中心位置，受到空調(diào)的直接熱輻射，雖然南北向有大面積開窗，存在一定的冷風(fēng)滲透，但整體溫度還是偏高。

可以看出，室內(nèi)外溫度變化關(guān)聯(lián)性受空調(diào)設(shè)備影響，但未出現(xiàn)誘發(fā)諸如心腦血管疾病的大溫差現(xiàn)象，且無論室外氣溫或是測(cè)試區(qū)間的位置如何變化，兩區(qū)室內(nèi)平均氣溫基本能夠達(dá)到國家冬季室內(nèi)最低溫度標(biāo)準(zhǔn)16 ℃。

3.2 室內(nèi)外濕度變化

圖2表明，在1.25～2.2測(cè)試期間，Ⅰ區(qū)室內(nèi)外濕度整體升降波動(dòng)趨勢(shì)相近，從圖中不難看出，室內(nèi)外濕度基本上在上午處于較高水平，隨著時(shí)間推移和氣溫上升，室內(nèi)相對(duì)濕度隨室外空氣濕度的降低而降低，兩者相關(guān)性較高。數(shù)據(jù)情況見表3：室外空氣濕度波動(dòng)區(qū)間為34%～97%，平均濕度為64.8%；室內(nèi)空氣濕度波動(dòng)區(qū)間為37%～58.2%，平均溫度為47.8%。圖3中Ⅱ區(qū)的濕度數(shù)據(jù)趨勢(shì)同理，數(shù)據(jù)情況見表4：室外空氣濕度波動(dòng)區(qū)間36%～84%，平均濕度為58.2%；室內(nèi)空氣濕度波動(dòng)區(qū)間為31.2%～56.8%，平均溫度為43.1%。

表4 Ⅱ區(qū)2.3～2.9室內(nèi)外熱環(huán)境參數(shù)

在我國不同地域中相對(duì)濕度對(duì)于疾病的誘發(fā)還未有定論，但結(jié)合以往結(jié)論可知：相對(duì)濕度過高或過低都會(huì)引起生理健康問題[6]。從圖表可看出：雖然室外濕度數(shù)據(jù)極差較大，但室內(nèi)濕度數(shù)據(jù)的離散情況與之相較呈較為集中狀態(tài)，波動(dòng)情況穩(wěn)定，且無論Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)都符合《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中冬季相對(duì)濕度應(yīng)在30%～60%區(qū)間的規(guī)定[7]。

3.3 問卷調(diào)查結(jié)果

3.3.1 新陳代謝率與服裝熱阻

人體新陳代謝率與活動(dòng)強(qiáng)度成正比，測(cè)試期間辦公人員的活動(dòng)狀態(tài)主要以靜坐為主，含少部分站立放松或走動(dòng)的情況。根據(jù)國內(nèi)熱舒適標(biāo)準(zhǔn)《中等熱環(huán)境PMV和PPD指數(shù)的測(cè)定及熱舒適條件的規(guī)定》，選擇辦公室坐姿活動(dòng)的1.2 met作為整體新陳代謝率[8]。

在調(diào)研期間，鹽城市天氣情況總體良好，氣溫相較之前有所回升，雖然室內(nèi)使用空調(diào)設(shè)備進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，但辦公人員依舊保持厚裝狀態(tài)。問卷調(diào)查中出于個(gè)人穿衣習(xí)慣，有不同的服裝組合，根據(jù)《中等熱環(huán)境PMV和PPD指數(shù)的測(cè)定及熱舒適條件的規(guī)定》中單件服裝熱阻定值進(jìn)行計(jì)算，可得出：辦公人員服裝熱阻范圍在1.01 clo～1.52 clo，整體服裝熱阻平均值為1.32 clo，高于ASHRAE-2013中0.9 clo的冬季標(biāo)準(zhǔn)服裝熱阻值。除此之外，還應(yīng)考慮到座椅的附加熱阻值，但鑒于辦公室內(nèi)是無復(fù)雜造型、無特殊材質(zhì)的座椅，其熱阻增值可忽略不計(jì)[9]。

3.3.2 熱中性溫度及熱感覺

調(diào)查樣本運(yùn)用bin法(又稱溫度頻率法)將操作溫度以0.5 ℃為間隔進(jìn)行分組，分析辦公人員實(shí)際熱感覺與熱環(huán)境參數(shù)之間的聯(lián)系，將操作溫度t0設(shè)定為自變量，MTS(Mean Thermal Sensation)設(shè)定為因變量[10]。計(jì)算公式為[11]：

t0=0.5(ta+tmr)

(1)

tmr=tg+2.44v0.5(tg-ta)

(2)

其中，t0為操作溫度，是由空氣溫度和平均輻射溫度綜合得出的溫度評(píng)價(jià)指標(biāo)；ta為室內(nèi)空氣溫度；tmr為平均輻射溫度；tg為黑球溫度。為了維持冬季室內(nèi)溫度、減少熱損失，辦公室門窗緊閉，即使考慮到人員進(jìn)出會(huì)引起局部氣流變化，所測(cè)得的空氣流速V也始終在0.15 m/s以下，而低于0.2 m/s的空氣流速對(duì)人體不會(huì)形成吹風(fēng)感，因此測(cè)試期間的室內(nèi)風(fēng)速對(duì)受試辦公人員熱感覺的影響程度可以忽略不計(jì)。

MTS與t0的關(guān)系通過線性擬合得到方程式：

MTS=0.111 7t0-1.738 22,R2=0.433 83

(3)

預(yù)測(cè)平均熱感覺PMV(Predicted Mean Vote)的模型值是將現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)得的各項(xiàng)參數(shù)代入公式計(jì)算。PMV與t0的關(guān)系可得到如下方程式：

PMV=0.178 7t0-3.543 29,R2=0.977 23

(4)

從圖4可以看出，MTS的斜率明顯低于PMV。當(dāng)MTS=0時(shí)，實(shí)測(cè)熱中性溫度為15.56 ℃；當(dāng)PMV=0時(shí)，預(yù)測(cè)熱中性溫度為19.83 ℃，根據(jù)ISO7730的標(biāo)準(zhǔn)，PPD(Predicted Percentage Dissatisfied)數(shù)值在±0.5區(qū)間、不滿意者百分比在10%即為熱舒適狀態(tài)，那么辦公人員預(yù)測(cè)的熱接受溫度范圍就是17.03 ℃～22.63 ℃。由以上結(jié)果可得知：辦公室內(nèi)實(shí)測(cè)熱中性溫度低于預(yù)測(cè)的熱中性溫度和熱接受范圍，說明辦公人員對(duì)偏冷環(huán)境產(chǎn)生了一定程度的耐受性[12]。

3.3.3 濕感受

將室內(nèi)辦公環(huán)境相對(duì)濕度設(shè)定為自變量，辦公人員對(duì)相對(duì)濕度的濕感覺HSV(Humidity Sensation Cote)設(shè)定為因變量，關(guān)系對(duì)比如圖5所示，通過線性擬合得到方程式：

HSVⅠ=-0.007 22RH+0.412 25,R2=-0.049 34

(5)

HSVⅡ=-0.028 21RH+1.435 84,R2=0.324 77

(6)

從圖5中可看出，測(cè)試期間濕感覺投票值集中在±1區(qū)間內(nèi)，表明辦公人員對(duì)其所處熱環(huán)境相對(duì)濕度為適中感受，但與室內(nèi)相對(duì)濕度的線性擬合方程斜率低，相關(guān)性不強(qiáng)。這也從側(cè)面印證了相關(guān)理論成果的正確性：人體僅對(duì)極端條件下的相對(duì)濕度變化有明顯感覺[13]。

4 室內(nèi)健康改善措施

4.1 改善室內(nèi)空氣質(zhì)量

所測(cè)試的辦公建筑南北通透，能夠形成室內(nèi)外空氣對(duì)流，實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)，引入新鮮空氣。但在冬季實(shí)際使用中為穩(wěn)定室內(nèi)溫度、保證空調(diào)制熱效果，大部分時(shí)段都處于門窗緊閉狀態(tài)，故而通風(fēng)較差，室內(nèi)存在污染物含量高、異味不易散出等問題，這也會(huì)對(duì)呼吸道敏感人群帶來潛在致病風(fēng)險(xiǎn)。從使用人員的角度來看，可以在氣溫適宜或午休時(shí)段勤開窗通風(fēng)，進(jìn)行對(duì)流換氣；從建筑設(shè)計(jì)的角度來看，辦公室大多安裝的是推拉窗，雖然使用周期與采光效果俱佳，但于通風(fēng)效果而言這類窗戶有效利用率稍有不足，窗扇開啟面積只有一半，可以適當(dāng)增加平開窗的使用數(shù)量，氣密、保溫性能優(yōu)良的同時(shí)單位時(shí)間內(nèi)能夠更有效地加強(qiáng)自然通風(fēng)效果。當(dāng)室內(nèi)部分空間難以實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)時(shí)，應(yīng)該采取一些技術(shù)手段進(jìn)行空氣齡智能化監(jiān)測(cè)與自動(dòng)化調(diào)控，例如：新風(fēng)系統(tǒng)、“六恒”系統(tǒng)等。

4.2 改善室內(nèi)熱濕環(huán)境

此次冬季調(diào)研中，辦公室內(nèi)溫度由立柜式空調(diào)進(jìn)行調(diào)節(jié)，詢問辦公人員以往的使用頻率和情況得知：此類設(shè)備水平方向熱輻射不均勻，主要服務(wù)區(qū)域的辦公人員熱感覺與總體熱感覺存在差異，極易出現(xiàn)局部區(qū)域過熱的情況。對(duì)此可以調(diào)低設(shè)定溫度，除了減少能耗外，室內(nèi)外溫差也不宜過大，進(jìn)出所經(jīng)受的氣溫驟變次數(shù)過多易引發(fā)呼吸道疾病[14]。因冬季空氣干燥，再加上空調(diào)設(shè)備的制熱作用，辦公建筑室內(nèi)測(cè)量中偶有濕度值低于40%的情況，近半數(shù)的受試人員覺得干燥。濕度低會(huì)刺激呼吸道和皮膚，誘發(fā)哮喘、氣管炎等疾病，影響人體健康，可通過種植盆景、使用加濕器、飲水等行為進(jìn)行調(diào)節(jié)，形成舒適穩(wěn)定的室內(nèi)微氣候。

4.3 改善聲環(huán)境

聲環(huán)境的改善措施可分為室內(nèi)和室外兩個(gè)部分。室外空間聲源繁雜，想要有效控制噪聲傳播，最為直接的方法就是該建筑的選址遠(yuǎn)離道路交通、人群聚集區(qū)域等噪聲源頭，但該行政辦公樓位于道路南側(cè)，不能保持一定的防噪距離。這種情況下可以在臨近道路的一側(cè)設(shè)置聲屏障，在噪聲聲源與辦公建筑之間種植樹木，設(shè)置水池，具備觀賞性的同時(shí)還能夠消耗噪聲傳播。

室內(nèi)不僅接收室外噪聲，內(nèi)部也有噪聲產(chǎn)生，例如：言語交談、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)、施工裝修等。為了保證安靜舒適的辦公環(huán)境，應(yīng)該從材料、設(shè)備以及設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行優(yōu)化。首先是建筑材料，辦公建筑本身是磚混結(jié)構(gòu)，墻體可以替換為無剛性連接的雙層均質(zhì)密實(shí)墻；門原是模壓木門，可以用復(fù)合結(jié)構(gòu)的隔聲門進(jìn)行替換；窗所使用的是雙層玻璃，具有一定的隔聲效果，如果還想進(jìn)一步提升，可以考慮在間隙填充吸聲材料[15]。其次是建筑設(shè)備，打印機(jī)、空調(diào)等設(shè)備運(yùn)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械噪聲。對(duì)于打印設(shè)備，可以用一些編制墊子，減少與桌具的震動(dòng)，或者可以結(jié)合室內(nèi)空間布局重新確定設(shè)備位置[16]。最后是建筑設(shè)計(jì)，由于是公共建筑，有外來人員進(jìn)出辦理業(yè)務(wù)，走廊或是其他科室的言語交談也會(huì)形成噪聲干擾，因此在設(shè)計(jì)階段各功能空間應(yīng)該科學(xué)分區(qū)，合理布局，將業(yè)務(wù)辦理盡量集中在一層，其他向上布置，減少流線交叉，降低噪聲干擾。

5 結(jié)語

1)鹽城地區(qū)冬季室內(nèi)外溫差較大，辦公人員服裝熱阻平均值為1.32 clo，其中男性服裝熱阻值略高于女性。對(duì)于室內(nèi)熱環(huán)境的不滿意度稍高，主要以飲水、局部加濕或輕度活動(dòng)等適應(yīng)性行為進(jìn)行調(diào)節(jié)。

2)辦公人員預(yù)測(cè)熱中性溫度為19.83 ℃，實(shí)測(cè)熱中性溫度為15.56 ℃，熱感覺與室內(nèi)空氣溫度呈正相關(guān)關(guān)系。夏熱冬冷地區(qū)辦公人員冬季會(huì)通過服裝熱阻、心理期望、采暖設(shè)備，輔以周期性的心理適應(yīng)和行為調(diào)節(jié)等措施提高對(duì)于偏冷室內(nèi)環(huán)境的耐受性，如果通過預(yù)測(cè)熱中性溫度來設(shè)定辦公人員冬季室內(nèi)的熱舒適溫度，對(duì)于他們來說會(huì)有一定程度的過熱。

3)調(diào)研期間辦公建筑室內(nèi)濕度受室外濕度影響，但波動(dòng)幅度不大，存在10%～12%的差值，較為平穩(wěn)。由于辦公人員投票區(qū)間穩(wěn)定在±1區(qū)間，對(duì)室內(nèi)濕度變化不太敏感，因此不需要進(jìn)行濕度修正。