湯 莉 唐旻雨

1 背景介紹

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、物質(zhì)條件改善，人們對于居住熱環(huán)境以及熱舒適問題愈發(fā)關(guān)注，居住熱環(huán)境舒適與否對居民的身心健康有著直接影響，因此對居住建筑的熱舒適研究具有現(xiàn)實意義。我國評價室內(nèi)熱環(huán)境舒適與否的標(biāo)準(zhǔn)《中等熱環(huán)境PMV和PPD指數(shù)的測定及熱舒適條件的規(guī)定》（GB/T18049—2000）是基于國際通用的熱舒適標(biāo)準(zhǔn)ISO 7730—1994進(jìn)行等同采用形成的，但目前國際通用標(biāo)準(zhǔn)均是以實驗室研究數(shù)據(jù)作為理論發(fā)展的基礎(chǔ)，并未全面考慮到服裝類別、地區(qū)氣候、生活習(xí)慣、適用人群等所產(chǎn)生的動態(tài)差異[1]。

鹽城市處于黃淮平原，氣候受海洋影響較大，典型的夏熱冬冷地區(qū)，冬季陰冷潮濕，室內(nèi)熱環(huán)境問題較為嚴(yán)重[2]。目前，我國學(xué)者對于夏熱冬冷地區(qū)居住生活環(huán)境的研究多集中于夏季高溫高濕的自然通風(fēng)條件下，冬季陰冷潮濕的研究相對較少。為了提高該地區(qū)居住建筑室內(nèi)熱舒適性、改善室內(nèi)熱環(huán)境，本文選擇冬季鹽城市某小區(qū)為研究對象，進(jìn)行跟蹤調(diào)研，通過室內(nèi)外熱環(huán)境參數(shù)、居民生活習(xí)性和建筑設(shè)計等要素展開研究，以期獲得受試居民的室內(nèi)熱中性溫度、熱舒適評價及濕感覺評價。

2 熱舒適研究方案

2.1 樣本選擇

鹽城市位于江蘇省中部，全境為平原地貌，地理坐標(biāo)為北緯32°34′～34°28′，東經(jīng)119°27′～120°54′[3]。本文所研究的是具有北亞熱帶氣候特征的以南地區(qū)，選取城鎮(zhèn)中某住宅小區(qū)中分布最廣的六層居民樓為研究對象。該小區(qū)籌建于2009年，框架結(jié)構(gòu)，坐北朝南（南偏東17°），無供暖系統(tǒng)。雖然住戶安裝空調(diào)設(shè)備等進(jìn)行自采暖，但本次測試結(jié)果與結(jié)論均在住戶未使用采暖設(shè)備的情況下獲得。室內(nèi)功能空間組織以一層平面圖為例（圖1），測試時間為2021年2月19日至23日。

圖1 居民樓一層平面圖

2.2 現(xiàn)場測試

現(xiàn)場測試采用的是縱向研究法，在調(diào)研周期內(nèi)對選定受試居民進(jìn)行重復(fù)問卷和實測[4]。

（1）熱環(huán)境參數(shù)

需要測試的室內(nèi)熱環(huán)境物理參數(shù)如下：空氣溫度和相對濕度，使用Testo 175H1溫濕度記錄儀進(jìn)行測量；空氣流速，使用Testo 425熱敏風(fēng)速儀進(jìn)行測量；黑球溫度，使用JTR04Z黑球溫度記錄儀進(jìn)行測量，黑球直徑150mm。進(jìn)行現(xiàn)場測量前檢查設(shè)置（表1）。室外溫度則從中國氣象站公開發(fā)布的氣象數(shù)據(jù)資料中提取。

表1 測試儀器型號及精度

根據(jù)受試居民在各功能空間的活動頻率，將測試選定住宅平面分為兩個區(qū)域：Ⅰ區(qū)臥室，Ⅱ區(qū)餐廳，根據(jù) JGJ/T347—2014《建筑熱環(huán)境測試方法標(biāo)準(zhǔn)》布置測點，當(dāng)房間面積小于16m2時，測點放置于房間平面對角線交點處[5]。其中空氣溫度和空氣流速的測點距離地面1.1m，空氣相對濕度和黑球溫度的測點距離地面0.6m，均隔10min測試一次（圖2）。

圖2 室內(nèi)測點布置

（2）問卷調(diào)查

為了保證對于所身處熱環(huán)境主觀感受的穩(wěn)定性，要求居民在接受問卷調(diào)查測試之前保持相對穩(wěn)定狀態(tài)50min以上。受試居民均為本地居民，年齡跨度較大且中老年群體居多，共112人，男女人數(shù)比約為1∶1，平均年齡為45歲，已適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂蜃兓?。每天在固定時間段分發(fā)紙質(zhì)問卷進(jìn)行填寫，其中包括居民的身高、體重、年齡、性別和服裝熱阻等基礎(chǔ)信息，以及主觀熱濕感覺七級投票、調(diào)節(jié)措施等，共收回有效問卷416份（圖3）。

圖3 各年齡段問卷數(shù)量

3 結(jié)果與分析

3.1 室內(nèi)外溫度變化

圖4表明：室內(nèi)臥室與餐廳的溫度升降趨勢大致相近，隨著室外溫度的變化而變化，但幅度較小，說明圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫隔熱性能良好，蓄熱系數(shù)較大。雖然南向大面積開窗對臥室造成了一定的熱損失，相較處于偏北位置的餐廳而言，整體溫度還是稍高。室外平均溫度為9.37℃，溫度變化范圍在-0.2～24.5℃之間，臥室與餐廳室內(nèi)平均溫度為11.47℃，溫度變化范圍在8.8～16.3℃之間，溫度過低，不能滿足住戶的熱舒適要求。

圖4 室內(nèi)外溫度變化圖

3.2 室內(nèi)外濕度變化

圖5表明：室內(nèi)臥室與餐廳的濕度變化趨勢大致相近，受室外氣候變化影響，室內(nèi)濕度整體呈上升趨勢，但相較于室外濕度的波動幅度，室內(nèi)濕度整體波動情況較為穩(wěn)定。其中臥室在20日14：00出現(xiàn)了異于變化趨勢的測試數(shù)值，根據(jù)詢問得知是因住戶偶然行為干擾所致，可以予以忽略。臥室與餐廳的平均濕度為58.58%，濕度變化范圍在53.3%～65.4%之間，極差在10%左右，差距較小。大部分時間保持在國家室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)所要求的30%～70%，能夠滿足室內(nèi)濕度要求[6]。室外平均濕度為42.27%，濕度變化范圍在16%～81%之間。室內(nèi)外熱環(huán)境參數(shù)參看表2。

圖5 室內(nèi)外濕度變化圖

表2 冬季室內(nèi)外熱環(huán)境參數(shù)

3.3 問卷調(diào)查結(jié)果

（1）服裝熱阻與新陳代謝率

調(diào)研時間為2月19日—23日，整體氣溫相較于一月份來說逐步回升，但不穩(wěn)定，期間氣象臺發(fā)布過藍(lán)色寒潮預(yù)警，并且由于室內(nèi)未使用采暖設(shè)備進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，因此居民普遍保持冬季的穿衣習(xí)慣。問卷調(diào)查中顯示居民的服裝熱阻范圍在1.17～2.62，數(shù)值波動區(qū)間彈性大，平均值為1.65，分布頻率如圖6所示：服裝熱阻集中在1.5～2.5（約占81.3%）。理論研究表明：在舒適條件下女性新陳代謝率較男性稍低，汗蒸發(fā)量比男性低4g/m2×h，體表溫度低約0.2℃，因此男性服裝熱阻平均值相比于女性而言較高[7]。但從圖6中可以看出，女性服裝熱阻的分布頻率比男性更集中于高數(shù)值階段，這與上述理論成果相悖。究其原因，可以結(jié)合Rohles、Fanger 、Nevins、Johnson的實驗研究結(jié)果來看：不同年齡階段的人群熱舒適結(jié)果并沒有顯著差異，對于老年群體傾向于較高室溫環(huán)境現(xiàn)象的合理解釋是老年群體身體機(jī)能下降、基礎(chǔ)新陳代謝下降、活動量小，寒冷季節(jié)對人體所造成的熱損失需要依靠增加服裝熱阻來平衡。而此次調(diào)研的女性受訪居民中高齡群體所占整體比例稍高，所以出現(xiàn)了服裝熱阻高數(shù)值集聚現(xiàn)象。此外，還應(yīng)該考慮到座椅本身對人體的附加熱阻，但受試居民在接受調(diào)查問卷時所坐的大多是無復(fù)雜造型、無特殊材質(zhì)的座椅，因此座椅的熱阻增值可以忽略不計。

圖6 居民服裝熱阻分布頻率

人體的新陳代謝值與活動強(qiáng)度成正比，根據(jù)統(tǒng)計受試居民各時段的活動強(qiáng)度可知，大多保持著輕微活動狀態(tài)，因此根據(jù)ASHRAE 55-2004的活動水平表格圖7，選擇1.2met作為受試居民的新陳代謝率[8]。

圖7 不同活動強(qiáng)度下的代謝率

（2）熱中性溫度及熱感覺

為分析居民實際熱感覺和熱環(huán)境參數(shù)之間的聯(lián)系，將調(diào)查樣本以溫度頻率法進(jìn)行分組，將MTS（Mean Thermal Sensation）設(shè)定為因變量，操作溫度t0設(shè)定為自變量[9]。操作溫度根據(jù)ASHRAE Standard 55-2013中規(guī)定：當(dāng)人體新陳代謝率在1.0～1.3met的數(shù)值區(qū)間，且無陽光直射、平均空氣流速小于0.2m/s、平均輻射溫度和平均空氣溫度相差小于4℃時，操作溫度可以按照下列計算[10]。計算公式為：

式中：t0為操作溫度；tmr為平均輻射溫度；ta為室內(nèi)空氣溫度；tg為黑球溫度；由于冬季室外溫度低且室內(nèi)未采暖，居民為了御寒而緊閉門窗，所測得的空氣流速V在0.15以下，符合ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，但由于人體對空氣流速的最低感覺閾限為0.2m/s，低于此數(shù)值不會對人體形成吹風(fēng)感，故風(fēng)速對人體熱感覺的影響程度可以忽略不計。

MTS與t0的關(guān)系通過線性擬合得到方程式：

從圖8可以看出，PW V的斜率明顯低于MTS。當(dāng)MTS=0時，實測熱中性溫度為13.6℃；當(dāng)PWV=0時，預(yù)測熱中性溫度為14.2℃，預(yù)測比實測高0.6℃。由以上結(jié)果可得知：無論實測還是預(yù)測的熱中性溫度均未達(dá)到國家對于冬季室內(nèi)熱舒適溫度所要求的16℃，主要原因是受試居民普遍通過增加服裝熱阻來調(diào)節(jié)，再輔之以周期性的行為調(diào)節(jié)和心理適應(yīng)，對于偏冷環(huán)境形成了一定程度的低溫適應(yīng)性，如果室內(nèi)溫度升高反而會有不舒適的感受[11]。

圖8 冬季熱感覺與操作溫度to關(guān)系圖

3.3 濕感覺

將受試居民對冬季住宅室內(nèi)相對濕度的濕感覺HVS（Humidity Sensation Vote）設(shè)定為因變量，室內(nèi)相對濕度設(shè)定為自變量，關(guān)系對比如圖9所示，通過線性擬合分別得到Ⅰ區(qū)臥室、Ⅱ區(qū)餐廳的方程式：

圖9 冬季濕感覺與室內(nèi)相對濕度關(guān)系圖

從圖中不難看出，測試期間臥室、餐廳的受試居民濕感覺投票值與室內(nèi)相對濕度的線性擬合斜率數(shù)值低，相關(guān)性不強(qiáng)，投票值集中在±1區(qū)間內(nèi)，這表明受試居民對其所處熱環(huán)境的相對濕度為適中感受[6]。這也從側(cè)面印證了文獻(xiàn)結(jié)論的正確性：僅極端條件下相對濕度變化會影響人體產(chǎn)生熱感覺[12]。

4 討論

4.1 改善室外環(huán)境

室內(nèi)空間布局與居民的個人習(xí)慣、生活作息相關(guān)，難以給出統(tǒng)一改進(jìn)措施，提升空間有限，但是能夠從室外小區(qū)環(huán)境的景觀、綠化、公共空間設(shè)計等層面提出具有可操作性的建議[13]。首先，可以通過改善小區(qū)風(fēng)環(huán)境。目前該小區(qū)內(nèi)的綠化建設(shè)基本是以草地為主，樹木基本未種植，既缺少觀賞性，又缺少能夠抵御冬季季風(fēng)的屏障。鹽城地區(qū)位于江蘇省中東部，冬季盛行來自亞洲大陸內(nèi)部的西北風(fēng)，可以在此方向上多種植常青樹進(jìn)行遮擋，也可以起到一定的隔聲作用。

另一方面，通過改善公共空間設(shè)計來有效提高居民，特別是中老年居民的熱適應(yīng)能力。調(diào)研顯示，社區(qū)居民里中老年人群所占比例較高，考慮到他們代謝機(jī)能下降，御寒能力衰退等原因，應(yīng)該適當(dāng)增加鄰里交流互動空間，提供休憩娛樂的場地，有效提高他們生理、心理的適應(yīng)性，例如可以將樓棟之間的閑置空間充分利用，設(shè)計為這樣的交流空間。

4.2 窗戶改進(jìn)措施

調(diào)研對象的窗墻比偏高，應(yīng)選用氣密性好的厚12mm的中空雙層玻璃和傳熱系數(shù)小的窗框，減少冬季大面積開窗所造成的冷風(fēng)滲透和冷輻射，增強(qiáng)保溫性能，維持室內(nèi)舒適溫度[14]。調(diào)研中發(fā)現(xiàn)由于冬季寒冷的室外氣溫，居民大多時間緊閉門窗，長此以往室內(nèi)空氣流動性低，污染物濃度升高，空氣品質(zhì)降低，對于老年人、兒童以及患有心肺疾病的敏感人群存在潛在風(fēng)險，所以在氣溫適宜的情況下需要勤開窗通風(fēng)。另受試居民使用的大多為推拉窗，有效利用率低，開啟面積只有一半，可以在活動頻率高的房間安裝平開窗，增加開啟面積、加強(qiáng)通風(fēng)效果的同時還能夠縮短通風(fēng)時間。

4.3 采暖設(shè)備設(shè)置

此次冬季調(diào)研中，受試居民未采用懸掛式空調(diào)進(jìn)行技術(shù)調(diào)節(jié)，詢問以往的使用頻率和情況得知：這類設(shè)備服務(wù)區(qū)域有限，每戶需要安裝多個才能夠保證不同空間溫度的適宜性，水平方向溫度分布不均，極易出現(xiàn)局部區(qū)域過熱，能源浪費的情況。除了調(diào)低設(shè)定溫度減少能耗、均勻溫度的傳統(tǒng)方法之外，還可以采用熱舒適指標(biāo)控制空調(diào)的方式進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)[15]。

結(jié)語

①冬季調(diào)研期間鹽城市室外天氣狀況復(fù)雜、室內(nèi)外溫差較大，室內(nèi)未采取自采暖措施，且受試居民因年齡增長新陳代謝率有所下降，使得居民平均服裝熱阻保持在1.65clo，高于ASHRAE-2013中0.9clo的冬季標(biāo)準(zhǔn)服裝熱阻值。

②受試居民對于冬季室內(nèi)熱環(huán)境的不滿意率較高，室內(nèi)熱中性溫度低于國家冬季規(guī)定的16℃，但通過服裝熱阻、心理期望等調(diào)節(jié)措施，居民對于偏冷的室內(nèi)環(huán)境具備一定的耐受性。

③受試居民預(yù)測熱中性溫度為14.2℃，實測熱中性溫度為13.6℃，如果通過PMV模型來預(yù)測居民冬季室內(nèi)的熱舒適溫度，會出現(xiàn)一定程度的偏離；且居民對實測中存在的10%～12%的濕度差別不敏感，因此不需要進(jìn)行濕度修正。

資料來源：

文中圖表均為作者自繪。