朱清玥 程衛(wèi)紅 程巖松 呂龍飛

(東北林業(yè)大學,黑龍江 哈爾濱 150000)

教室作為大學生日常學習生活的重要場所,室內(nèi)環(huán)境的各種因素都會影響到學生的學習狀態(tài)和學習效率。

被調(diào)研高校地處哈爾濱市,為溫帶季風氣候,冬季漫長,按建筑熱工規(guī)范,處于嚴寒地區(qū),每年供熱時間為10 月20 日- 次年4 月20 日,供熱時間為180 天,該高校采用的是集中供暖,12 月份-1 月份是該地區(qū)一年中最冷時期。

1 研究方法

在2021 年12 月9 號-2021 年12 月15 號對嚴寒地區(qū)某高校教學樓室內(nèi)環(huán)境進行現(xiàn)場實測,測得室內(nèi)的溫度、濕度、PM0.3、PM0.5、PM1.0、PM2.5 等粉塵含量、二氧化碳含量和照度等,并對自習人員進行主觀調(diào)查,得到預測平均熱反應PMV/PPD 評價指標,從主觀和客觀兩方面對教學樓室內(nèi)環(huán)境進行評價,適當提出可行的改進意見。

1.1 測量的教室及教室內(nèi)測點選擇

該高校教學樓共10 層,建于20 世紀70 年代,該樓為框架結(jié)構(gòu),層高約4.6m,樓高約49m,1-8 層為流動上課教室,9 層以上為機房和其他專用教室,因功能教室不具有代表性,1 層為地下層存在多個特殊因素,本次調(diào)研選用2 層(進門層)、5 層、8 層(上課教室最高層)的南向和北向教室各一間。

每個教室的座位數(shù)量在123-128 之間,面積都在128m2左右,教室共有12 排座位。根據(jù)規(guī)范,測點應以對角線或梅花式均勻布置,與墻壁間距大于0.5m。根據(jù)學生上課和自習的座位分布[1],結(jié)合實際情況,本次調(diào)研在每個教室內(nèi)選取9 個測點,包含了教室前部、中部、后方和靠窗側(cè)、中間位置、靠門側(cè)所有位置,具體測點安排如表1。

表1 教室內(nèi)測點布置

1.2 數(shù)據(jù)測量過程

嚴寒地區(qū)冬季為散熱器供暖期,測試期間為散熱器白天供暖狀態(tài),窗戶是關(guān)閉狀態(tài)。為更接近人在自習時的感官體驗,測試時粉塵檢測儀、溫濕度計等氣體檢測儀和照度儀放置于桌面上方30cm 左右高度,測量光照情況時模擬人的書寫狀態(tài)。每個測點停留時間為1min,每個教室每次測量時間約為10min,從早上9:00 到下午17:00 每隔兩小時采集各教室數(shù)據(jù)一次,每個教室的每個測點得到1 組數(shù)據(jù),共54 組數(shù)據(jù)。

1.3 發(fā)放調(diào)查問卷

問卷發(fā)放調(diào)研時間是2021 年12 月11 號,地點是丹青樓2 樓、5 樓、8 樓教室中的自習人員,采取現(xiàn)場掃碼填寫問卷的方式,在學生中得到了較廣泛、真實的主觀調(diào)查結(jié)果。

2 室內(nèi)環(huán)境測量結(jié)果與分析

測量期間基本為降雪天氣,室外溫度與濕度大致如表2 所示。

表2 測試期間室外溫濕度

2.1 教室人員密集情況室內(nèi)環(huán)境情況

教學樓多為上課用,本次調(diào)研在線下課期間,實地測量了高校某教室課前課后氣體環(huán)境變化。本次測量的時間為課前7:45 與課后9:45,教室面積128m2,上課人數(shù)110 人。

根據(jù)粉塵檢測儀結(jié)果,絕大多數(shù)教室所有測點的甲醛、PM10 含量基本為0,在之后的分析中將不考慮這些參數(shù)的影響。為更好地體現(xiàn)室內(nèi)環(huán)境在不同時段變化,在PM0.3-PM5.0 中,選取PM1.0 的測量結(jié)果代表本次調(diào)研室內(nèi)粉塵含量。

2.1.1 上課前后溫濕度變化情況(圖1)

圖1 課前課后室內(nèi)溫濕度變化

課后相比課前溫度略有上升,濕度大幅提高,課前室內(nèi)濕度略低,課前溫度和課后溫濕度都在《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》范圍內(nèi)。

2.1.2 上課前后粉塵和二氧化碳變化(圖2)

圖2 課前課后室內(nèi)粉塵和二氧化碳的變化

課后室內(nèi)粉塵含量和CO2含量約為課前的4 倍,課后室內(nèi)CO2含量超出2000ppm,根據(jù)GB/T18883 要求,我國一般教室需要控制在1000ppm 以下,教室需要在課中增加通風,可以在中間休息期間采用人工開窗、開門換氣,也可以加裝通風系統(tǒng),實時監(jiān)測室內(nèi)CO2含量,與通風系統(tǒng)聯(lián)動,超出要求時啟動換氣。粉塵含量超標時解決方法如上。

2.2 人員不密集情況室內(nèi)環(huán)境情況

因疫情原因,數(shù)據(jù)測量調(diào)研期間,該高校大部分時間采用線上授課模式,一日中教室內(nèi)人員皆在自習,單個教室的自習人數(shù)在8-12 人,人員數(shù)量相對少且穩(wěn)定,對室內(nèi)熱環(huán)境的影響都也相對穩(wěn)定。

2.2.1 溫濕度測量結(jié)果和分析

對教室每個時間段各測點處的溫濕度,采用多次測量取中間值的方法,并取9 個測點的平均值作為教室該時間下的溫濕度值(圖3)。

圖3 南向與北向教室的溫濕度值

由測量數(shù)據(jù)可得,在自習人數(shù)基本一致的情況下,南向教室日間溫度大于北向教室,主要原因為朝向不同,但是不同位置和朝向?qū)τ诮ㄖ昴芎牡南鄬τ绊懛秶^小[2]。數(shù)據(jù)顯示,該棟樓兩層教室室內(nèi)溫度遠低于5 層和8 層的教室的溫度,主要原因有兩點：

第一,供熱工程中的垂直失調(diào)；

第二,兩層連接外門,在散熱器片數(shù)與其他層教室布置相同情況下兩層室內(nèi)溫度較低。

通過折線可知,一天中教室內(nèi)的日間濕度較穩(wěn)定,早晨相對較低,后慢慢升高,室內(nèi)濕度低于室外濕度。

2.2.2 CO2含量與PM1.0 測量結(jié)果和分析(圖4)

圖4 南向與北向教室的粉塵和二氧化碳含量

由折線可知,日間教室內(nèi)的CO2含量呈上升趨勢,都在舒適范圍內(nèi)。

2.3 日間照度測量結(jié)果與分析

人員密集與否對室內(nèi)光照基本無影響。室內(nèi)照度上午9：00 時約在400-500lux,中午11:00 與下午13:00 有所上升,均值在600-900lux,下午15:00 與17:00 照度在400-600lux。某教室同個時間段的9 個測點照度分別為583.1、673.12、595.5、526.8、562.3、552.3、463.9、348.5、339.1lux。因日間教室室內(nèi)日光燈不是全部打開的狀態(tài),測點間的照度相差較大,教室內(nèi)光照不均勻,并且低樓層室內(nèi)照度低于同時段的高樓層。

2.4 結(jié)論與改進

教室內(nèi)人員密集情況一天中各數(shù)據(jù)波動較人員較少情況劇烈很多,為給學生提供更好的上課環(huán)境,我們做出提出建議：課間打開教室前部和后部各一扇窗戶與一扇門,并保持打開狀態(tài)5min(以下簡稱開窗情況),并實測該情況下課前課后的室內(nèi)環(huán)境。

溫濕度變化差異不明顯,課前溫度基本相同時,課后溫度開窗情況比課間不開窗情況低1℃左右,濕度低6%左右,粉塵與CO2含量有很大不同,如圖5 所示。

圖5 中途通風時課前課后室內(nèi)溫濕度變化

對于開窗情況課后的粉塵與CO2含量是中途無通風的一半左右,說明課中開門窗換氣的措施能極大降低人員密集場所粉塵與CO2含量大幅升高對室內(nèi)的人帶來的影響。

繼續(xù)改變中途通風時間進行測量對比,發(fā)現(xiàn)當課中通風時間超過8min 時,溫度和濕度收到影響較大,可能是引起不適。建議中途換氣時間不超過8min,打開的窗戶數(shù)量與換氣時間可根據(jù)教室內(nèi)人數(shù)與人數(shù)/空座數(shù)跳整。

3 基于客觀數(shù)據(jù)的熱環(huán)境舒適分析

3.1 預測平均評價

為了量化人的冷熱感,本次調(diào)研采用具有代表性的熱環(huán)境綜合性評價指標——預測平均熱反應PMV 評價指標[3],其中人的熱感覺與人體熱負荷之間關(guān)系的實驗回歸公式[4]：

PMV=[0.303exp(-0.036M)+0.0275]TL

因供暖時期窗戶緊閉,取風速v=1.0m/s,每個教室溫度與濕度取一天中不同時間段的平均值作為該教室日間溫濕度,得到每個教室的PPD 數(shù)值,見表3。

表3 各教室的PMV 值

3.2 預測不滿意百分比

為了預測教室室內(nèi)環(huán)境中所有人群的感受情況,本次調(diào)研采用預測不滿意百分比PPD 指標進行分析,其中不滿意百分比PPD 采用公式：

PPD=100-95exp[-(0.3353÷PMV4+0.2179PMV2)]

代入PMV 數(shù)據(jù)得到PPD 值如表4 所示。

表4 各教室的PPD 值

4 主觀調(diào)查結(jié)果與分析

本次調(diào)研參考相關(guān)資料,結(jié)合教室室內(nèi)環(huán)境情況,最終選用“問卷星”平臺,發(fā)布了關(guān)于“某高校丹青樓教室室內(nèi)環(huán)境舒適度調(diào)查表”的調(diào)查問卷,內(nèi)容包括了熱感覺、濕感覺、異味、光照等,通過掃描二維碼進入填寫頁面。本次調(diào)研共收到110 份有效問卷,110 名被調(diào)查者都為學生,男性占39.09%,女性占60.91%。

4.1 熱感覺調(diào)查結(jié)果

本次調(diào)研采用ASHRAE 7 點標度,-3、-2、-1、0、+1、+2、+3 分別為冷、涼、較涼、適中、較暖、暖、熱。熱感覺調(diào)研結(jié)果：36.36%的人認為教室內(nèi)熱環(huán)境適中,16.36%的人認為較涼,10%的人認為涼,21.82%的人認為冷,10.91%的人認為較暖,3.64%的人認為暖,0.91%的人認為熱。

4.2 濕感覺調(diào)查結(jié)果

與熱感覺一樣,濕感覺采用ASHARE 7 點標度表示,-3、-2、-1、0、+1、+2、+3 分別為很干燥、干燥、較干燥、舒適、較潮濕、潮濕、很潮濕。濕感覺調(diào)查結(jié)果：11.82%的受試者認為很干燥,17.27%的人認為干燥,40.91%的人認為較干燥,24.55%的人認為舒適,5.45%的人認為較潮濕,大多數(shù)受試者覺得教學樓室內(nèi)環(huán)境偏干燥。

4.3 教室室內(nèi)異味

因調(diào)研時間處于嚴寒地區(qū)冬季供暖期間,教室窗戶緊閉,通風相對較差,空氣流通減少,有53.64%的人認為教室內(nèi)存在輕微異味,16.36%的人認為教室內(nèi)存在較強的異味,30%的人認為教室內(nèi)沒有異味。

4.4 教室室內(nèi)粉塵

該教學樓每天有保潔人員進行1-2 次定時清掃,39.09%的受試者覺得教室內(nèi)無粉塵感,50%的受試者覺得教室內(nèi)存在輕微灰塵,10.91%的受試者覺得教室內(nèi)異物感明顯,該教學樓清掃工作基本符合學生需求。

4.5 教室室內(nèi)光照情況

關(guān)于教室內(nèi)明暗程度,本次調(diào)研,7.27%受試者認為室內(nèi)過暗,40.91%的受試者認為有些暗,45.45%的受試者認為亮度適中,看室內(nèi)黑板比較清晰,6.36%的受試者認為過亮。

4.6 教室室內(nèi)環(huán)境總體滿意度調(diào)查結(jié)果與分析

對教室室內(nèi)環(huán)境總體滿意度調(diào)查中,學生對教室室內(nèi)環(huán)境的滿意度總體較高,比較認可,具體數(shù)據(jù)如圖6。

圖6 教室室內(nèi)環(huán)境總體滿意度調(diào)查結(jié)果

4.7 結(jié)論與改進

通過本次對哈爾濱某高校室內(nèi)熱環(huán)境實測中可以發(fā)現(xiàn),學生對教室室內(nèi)環(huán)境總體滿意度較高,根據(jù)調(diào)查結(jié)果,具體建議如下：

4.7.1 教室室內(nèi)異味方面需要關(guān)注,建議每日保持一定次數(shù)的開窗通風,課中保持一定時間的通風后67%的學生認為沒有異味,總體滿意度上升15%。

4.7.2 教室室內(nèi)溫度偏低,不滿足大多同學的熱舒適要求,尤其是2 樓教室溫度偏低,建議加強外門處入口的防冷風滲透,可以加裝熱空氣幕等。

4.7.3 學生普遍反映室內(nèi)偏暗,可以根據(jù)實際要求調(diào)整感應燈的靈敏度,延長照明時間,或調(diào)整人工照明的布置。

5 結(jié)論

5.1 結(jié)合主觀與客觀結(jié)果分析,人員密集情況下,中途保持通風換氣對室內(nèi)空氣質(zhì)量改善較明顯,該做法可以應用至日常上課。

5.2 室內(nèi)熱環(huán)境預測滿意度和實際調(diào)研滿意度不夠理想,PMV 值較低,PPD 值較高根據(jù)實測結(jié)果主要是溫度偏低,結(jié)合主觀客觀調(diào)查結(jié)果分析得,需適當加強冬季教學樓供暖。

5.3 冬季供熱期間室內(nèi)相對濕度較低,學生感覺較干燥,可采取適當加濕方式(如加設(shè)加濕器、灑水等策略)提高室內(nèi)相對濕度,使室內(nèi)環(huán)境更加舒適。