沈真真

（中國(guó)礦業(yè)大學(xué)建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 徐州 221116）

0 引言

隨著城市化進(jìn)程加快，交通堵塞、土地稀缺、環(huán)境污染等城市問(wèn)題日益突出。城市地下空間的開(kāi)發(fā)利用是緩解城市現(xiàn)有發(fā)展困局的重要途徑，東京國(guó)際會(huì)議也提出“21世紀(jì)是地下空間開(kāi)發(fā)利用的世紀(jì)”。地下空間是指地表以下的土地空間，在建筑領(lǐng)域，地下空間是指地下商城、地下停車場(chǎng)、地鐵等建筑空間，即地表以下經(jīng)過(guò)人工開(kāi)發(fā)而形成的空間。

基于當(dāng)前城市發(fā)展現(xiàn)狀及未來(lái)規(guī)劃，地下空間具有極大的發(fā)展?jié)摿Γ坏褪褂矛F(xiàn)狀而言，人們對(duì)地下空間的主觀感受普遍不佳。因此，有必要結(jié)合使用者的需求和地下空間物理環(huán)境現(xiàn)狀，對(duì)地下空間熱濕環(huán)境進(jìn)行參數(shù)研究和優(yōu)化設(shè)計(jì)。本文通過(guò)對(duì)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)文昌校區(qū)體育館的地下熱濕環(huán)境進(jìn)行主觀感受調(diào)研和現(xiàn)狀環(huán)境實(shí)測(cè)，從熱舒適角度出發(fā)，通過(guò)實(shí)地調(diào)研和軟件模擬的方法，對(duì)比不同優(yōu)化方案對(duì)地下空間熱濕環(huán)境的調(diào)控效果，為徐州市地下空間開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供優(yōu)化策略及參考。

1 熱濕環(huán)境主觀感受研究與分析

1.1 調(diào)研對(duì)象及方法

1）調(diào)研對(duì)象 熱舒適的研究主要集中在空調(diào)建筑的空調(diào)季節(jié)及自然通風(fēng)建筑夏季自然通風(fēng)狀況，但空調(diào)建筑非空調(diào)季節(jié)（即過(guò)渡季）的熱舒適很少有人研究，特別是對(duì)于地下空間，使用者在建筑過(guò)渡季的熱舒適問(wèn)題值得關(guān)注。綜合考慮地下空間現(xiàn)階段研究成果的不完整性及半地下體育館的功能特殊性，選取位于徐州的中國(guó)礦業(yè)大學(xué)文昌校區(qū)體育館為典型研究對(duì)象。

2）調(diào)研方法 為得到體育館內(nèi)使用者熱舒適狀況，實(shí)地調(diào)研中采用主觀問(wèn)卷調(diào)查和熱濕環(huán)境實(shí)測(cè)相結(jié)合的方式，將調(diào)研人員分為兩組，在選定的測(cè)點(diǎn)采用相關(guān)儀器記錄客觀熱濕環(huán)境參數(shù)，并隨機(jī)對(duì)測(cè)點(diǎn)周圍的使用者發(fā)放問(wèn)卷。

空調(diào)建筑非空調(diào)季是一種普遍存在卻缺乏關(guān)注的熱舒適研究對(duì)象，特別是對(duì)于寒冷地區(qū)的公共建筑，其制冷和供暖時(shí)間并非根據(jù)實(shí)際情況而是由規(guī)范決定。根據(jù)規(guī)范，寒冷地區(qū)公共建筑空調(diào)期為5月15日至9月15日，采暖期為11月15日到次年3月31日。主觀問(wèn)卷調(diào)研時(shí)間為2021年4月和10月，均包含工作日和休息日，問(wèn)卷發(fā)放時(shí)段為每天的10：00-16：00，以避免人員密度差異對(duì)最終結(jié)果的影響。

1.2 調(diào)研問(wèn)卷設(shè)計(jì)

熱舒適是室內(nèi)熱環(huán)境最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一，是一種“建筑內(nèi)用戶對(duì)建筑室內(nèi)熱環(huán)境是否滿意的主觀評(píng)價(jià)”。參照ASHRAE Standard 55—2004，結(jié)合地下體育館建筑類型特點(diǎn)進(jìn)行熱舒適調(diào)查問(wèn)卷的制定。問(wèn)卷基本內(nèi)容包括受訪者性別、年齡、著裝及服裝熱阻；受訪者對(duì)體育館熱濕環(huán)境的感受，包括春秋季熱感覺(jué)值投票、熱舒適投票，對(duì)春秋季濕度及風(fēng)速的感知。其中熱感覺(jué)投票值采用FANGER P O的熱感覺(jué)7級(jí)標(biāo)尺，即冷（-3），涼（-2），稍涼（-1），中性（0），稍暖（1），暖（2），熱（3）。熱舒適投票值采用5級(jí)標(biāo)尺，即舒適（2），稍不舒適（1），不舒適（0），很不舒適（-1），不能忍受（-2）。

1.3 調(diào)研結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)熱感覺(jué)和熱舒適的統(tǒng)計(jì)分析，可得到過(guò)渡季中國(guó)礦業(yè)大學(xué)文昌校區(qū)體育館內(nèi)人員對(duì)熱環(huán)境的滿意程度。

1.3.1 過(guò)渡季體育館室內(nèi)熱環(huán)境統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析

1）由受訪者的總體熱舒適投票統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，在春季和秋季受訪者的熱舒適頻率相似，投票主要集中在舒適區(qū)間，分別占總投票數(shù)的43%和40%，大多數(shù)受訪者對(duì)體育館內(nèi)過(guò)渡季的熱環(huán)境比較滿意。其中，春季有34%的受訪者感覺(jué)所處體育館熱環(huán)境稍不舒適，有16%的受訪者感覺(jué)所處體育館熱環(huán)境不舒適，有2%和5%的受訪者感覺(jué)所處體育館熱環(huán)境很不舒適甚至不能忍受；秋季有37%的受訪者感覺(jué)所處體育館熱環(huán)境稍不舒適，有16%的受訪者感覺(jué)所處體育館熱環(huán)境不舒適，有4%和3%的受訪者感覺(jué)所處體育館熱環(huán)境很不舒適甚至不能忍受。

2）由熱感覺(jué)投票統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，春秋季受訪者的熱感覺(jué)有較大差別。在春季，得票率最高的是熱（42%），秋季得票率最高的是適中（中性，37%）。以ISO推薦的熱感覺(jué)區(qū)間（-1，1）作為標(biāo)準(zhǔn)，春季42%的受訪者熱感覺(jué)投票值在-1（稍涼）到1（稍熱）之間，在秋季則是62%。

通過(guò)結(jié)果分析可知，過(guò)渡季體育館室內(nèi)熱環(huán)境不能滿足使用者的需求，特別是在春季，有約58%的受訪者熱感覺(jué)投票超出ISO推薦的熱舒適區(qū)間（-1，1）。春季的體育館室內(nèi)熱濕環(huán)境也成為儀器實(shí)測(cè)階段的重點(diǎn)研究對(duì)象。

1.3.2 過(guò)渡季體育館室內(nèi)濕環(huán)境及風(fēng)速統(tǒng)計(jì)結(jié)果分析

1）由濕度主觀問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果可知，受訪者對(duì)濕度的感覺(jué)主要集中在舒適區(qū)間，春季和秋季各占總問(wèn)卷數(shù)的44%和46%。對(duì)比數(shù)據(jù)得出，體育館內(nèi)春季偏潮濕，秋季偏干燥。

2）由風(fēng)速主觀問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果可知，受訪者對(duì)風(fēng)速的感覺(jué)主要集中在風(fēng)正好區(qū)間，春季和秋季各占總問(wèn)卷數(shù)的44%和43%。過(guò)渡季風(fēng)速感覺(jué)整體偏大，其中由于春季體育館內(nèi)的熱感覺(jué)偏熱而秋季偏冷，春季風(fēng)速感覺(jué)小于秋季。

2 文昌校區(qū)體育館熱濕環(huán)境調(diào)研

2.1 現(xiàn)狀調(diào)研及建模模擬

中國(guó)礦業(yè)大學(xué)文昌校區(qū)體育館為半地下空間，其平面為東西向的矩形，長(zhǎng)寬比大于2∶1。地下室僅有北側(cè)開(kāi)窗，只能通過(guò)單側(cè)窗與門(mén)進(jìn)行通風(fēng)，室內(nèi)采光及通風(fēng)條件差。

2.2 熱濕環(huán)境實(shí)測(cè)

2.2.1 測(cè)試對(duì)象及測(cè)試時(shí)間

實(shí)地測(cè)試對(duì)象為中國(guó)礦業(yè)大學(xué)文昌校區(qū)半地下體育館，分為多點(diǎn)位和多時(shí)段測(cè)試。多時(shí)段測(cè)試的測(cè)試時(shí)間為 2020年4月15日的 10：00，15：00，16：00，17：00，多點(diǎn)位測(cè)試在體育館室內(nèi)（不包括黑房間）按照柱網(wǎng)分布選擇了20個(gè)間距相等的點(diǎn)位，平面及選點(diǎn)位置如圖1所示。

圖1 體育館平面及選點(diǎn)位置

2.2.2 測(cè)試參數(shù)及測(cè)試儀器

實(shí)地測(cè)試的熱環(huán)境參數(shù)包括體育館內(nèi)的空氣溫度、相對(duì)濕度、CO2和PM2.5濃度等。儀器均需人工手持測(cè)試并記錄，測(cè)試點(diǎn)距離地面1.5m。其中，空氣溫度和相對(duì)濕度采用DT-172溫濕度測(cè)量器；風(fēng)速采用DT1332A光照度測(cè)量器；CO2和PM2.5濃度采用PCS3空氣質(zhì)量測(cè)量器。

2.3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

2.3.1 多點(diǎn)位實(shí)測(cè)結(jié)果

在多點(diǎn)位實(shí)測(cè)中，體育館室內(nèi)溫度和相對(duì)濕度數(shù)據(jù)結(jié)果如圖2，3所示，由此可看出，體育館空間內(nèi)部熱濕環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，溫度穩(wěn)定在21℃左右，相對(duì)濕度保持在42%。但從體育館入口到最深處，溫度呈升高趨勢(shì)，相對(duì)濕度也略有增大，有悶熱潮濕的體感，存在優(yōu)化可能性。體育館內(nèi)CO2濃度和PM2.5濃度數(shù)據(jù)結(jié)果如圖4，5所示，空氣質(zhì)量方面，由于缺乏對(duì)流通風(fēng)，半地下體育館內(nèi)空氣質(zhì)量很差，不同點(diǎn)位的CO2濃度相差不大，平均值為 527.40ppm，15號(hào)點(diǎn)位的 CO2濃度高達(dá)698.00ppm，PM2.5 濃度在 13～24μg/m3。

圖2 體育館室內(nèi)溫度

圖3 體育館室內(nèi)相對(duì)濕度

圖4 體育館室內(nèi)CO2濃度

圖5 體育館室內(nèi)PM2.5濃度

2.3.2 多時(shí)段實(shí)測(cè)結(jié)果

在多時(shí)段測(cè)量中，體育館內(nèi)春季熱環(huán)境參數(shù)如圖6所示，體育館室內(nèi)平均相對(duì)濕度為33.20%，室外平均相對(duì)濕度為18.37%，室內(nèi)相對(duì)濕度遠(yuǎn)高于室外，尤其是黑房間內(nèi)缺少通風(fēng)和日照，平均相對(duì)濕度達(dá)45.20%。室內(nèi)平均溫度為17.73℃，室外平均溫度為20.67℃，比室內(nèi)高約3.00℃；黑房間的溫度略低于有開(kāi)窗的室內(nèi)空間的溫度，平均溫度為16.41℃。室內(nèi)不同點(diǎn)位的溫度隨時(shí)間變化差異較大，黑房間內(nèi)溫度受時(shí)間變化影響較小。

圖6 體育館內(nèi)春季熱環(huán)境參數(shù)

體育館內(nèi)氣體環(huán)境參數(shù)如圖7所示，統(tǒng)計(jì)分析多時(shí)段測(cè)量的CO2和PM2.5濃度數(shù)據(jù)可得出：體育館內(nèi)CO2濃度遠(yuǎn)高于室外CO2濃度，平均濃度達(dá)477.83ppm，而黑房間內(nèi)由于人的活動(dòng)較少，主要作為器材存放的空間，CO2濃度較低，平均值為418.86ppm，和室外接近。然而體育館內(nèi)的PM2.5濃度小于室外，室內(nèi)PM2.5濃度范圍在6～10μg/m3，室外PM2.5濃度范圍在9～12μg/m3；黑房間內(nèi)的PM2.5濃度隨時(shí)間變化范圍較小，在6～8μg/m3。由此可知，體育館內(nèi)由于人的活動(dòng)和缺少通風(fēng)等原因，CO2濃度較高，但空氣質(zhì)量稍好于室外。

圖7 體育館內(nèi)氣體環(huán)境參數(shù)

3 優(yōu)化策略

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析和調(diào)研實(shí)測(cè)可發(fā)現(xiàn)，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)文昌校區(qū)的半地下體育館空間在熱濕環(huán)境上存在較大優(yōu)化空間。其中，體育館的溫度、相對(duì)濕度、CO2濃度和PM2.5濃度可從通風(fēng)方面改善，其方法包括熱壓通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)。

目前體育館開(kāi)窗面積小且均為高窗，由于地下室東側(cè)在室外地面以下，不具備開(kāi)窗條件，只能在房間頂部設(shè)計(jì)開(kāi)窗；而西側(cè)與外界相通，可在底部設(shè)置開(kāi)窗。房間東側(cè)大氣壓力小，溫度低；西側(cè)大氣壓力大，溫度高。因此在不同高度開(kāi)窗有助于形成垂直方向上密度梯度的壓差，從而形成熱壓通風(fēng)。在此基礎(chǔ)上，增加外接的機(jī)械通風(fēng)裝置，使熱壓通風(fēng)的中和面上升，可改良室內(nèi)通風(fēng)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

1）過(guò)渡季體育館室內(nèi)熱環(huán)境不能完全滿足使用者需求，特別是在春季，有約58%的受訪者熱感覺(jué)投票超出ISO推薦的熱舒適區(qū)間（-1，1）。相較秋季，春季的濕度偏高，風(fēng)速感覺(jué)偏小。

2）多點(diǎn)位實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，由于缺乏對(duì)流通風(fēng)，室內(nèi)潮濕悶熱；多時(shí)段實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，有無(wú)開(kāi)窗對(duì)室內(nèi)溫度、相對(duì)濕度及空氣質(zhì)量影響較大。因此主要在通風(fēng)方面對(duì)半地下體育館進(jìn)行熱濕環(huán)境的優(yōu)化，增加開(kāi)窗面積，提高熱壓通風(fēng)效率。

本文對(duì)缺乏關(guān)注的過(guò)渡季地下空間熱濕環(huán)境進(jìn)行研究，希望在沒(méi)有空調(diào)的前提下，充分利用自然通風(fēng)方式改善和調(diào)節(jié)室內(nèi)熱濕環(huán)境，通過(guò)優(yōu)化措施提高地下建筑中使用者的熱舒適度。