摘" 要：針對(duì)高溫極端天氣下輕質(zhì)帳篷內(nèi)部熱環(huán)境問(wèn)題，在開(kāi)門(mén)開(kāi)窗和關(guān)門(mén)關(guān)窗2種模式下，開(kāi)展無(wú)遮陽(yáng)、多孔透光型遮陽(yáng)網(wǎng)、不透光型遮陽(yáng)布3種遮陽(yáng)情況的帳篷內(nèi)部熱環(huán)境實(shí)測(cè)研究，揭示極端高溫天氣下帳篷內(nèi)部熱環(huán)境特征。實(shí)測(cè)結(jié)果表明，在極端高溫天氣情況下，遮陽(yáng)措施可以有效改善帳篷內(nèi)部熱環(huán)境，遮陽(yáng)布優(yōu)于遮陽(yáng)網(wǎng)，但是，帳篷內(nèi)部溫度仍然過(guò)高，在遮陽(yáng)效果較好的情況下，帳篷內(nèi)部最高溫度達(dá)到44 ℃以上，內(nèi)表面溫度達(dá)到46 ℃以上；在測(cè)試條件下，帳篷門(mén)窗開(kāi)閉情況對(duì)內(nèi)部熱環(huán)境影響很大，門(mén)窗全關(guān)情況下內(nèi)部平均氣溫高于門(mén)窗全開(kāi)9.1%～14%。

關(guān)鍵詞：帳篷；熱環(huán)境；極端高溫；遮陽(yáng)；環(huán)境實(shí)測(cè)

中圖分類號(hào)：TS106.4" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2024）35-0081-05

Abstract： In response to the internal thermal environment of lightweight tents under high temperature and extreme weather， under two modes of opening and closing the windows， three types of shading conditions： no sunshade， multihole light-transmitting sunshade net， and light-transmitting sunshade cloth were carried out. The actual measurement study revealed the characteristics of the internal thermal environment of the tent in extreme high temperature weather. The measured results show that， In extreme high temperature weather conditions， sunshade measures can effectively improve the internal thermal environment of the tent. The sunshade cloth is better than the sunshade net. However， the internal temperature of the tent is still too high. Under the condition of good sunshade effect， the maximum temperature inside the tent reaches above 44 °C. The inner surface temperature reaches above 46 °C; under the test conditions， the opening and closing of the tent doors and windows has a great impact on the internal thermal environment. The internal average air temperature when the doors and windows are fully closed is 9.1% to 14% higher than that when the doors and windows are fully opened.

Keywords： tent; thermal environment; extreme high temperature; sunshade; environmental measurement

帳篷是人員野外宿營(yíng)的主要載體，在軍隊(duì)、民用領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。但是由于其熱工性能相對(duì)較差，導(dǎo)致其內(nèi)部熱環(huán)境條件欠佳。特別是夏季，由于太陽(yáng)輻射的影響，其內(nèi)部氣溫和表面溫度遠(yuǎn)高于室外氣溫，阻礙人體向周邊環(huán)境的散熱，甚至環(huán)境可能向人體傳熱，導(dǎo)致夏季帳篷內(nèi)部熱舒適性較差，嚴(yán)重影響人員在內(nèi)部的工作和休息。

近年來(lái)，為了把握帳篷內(nèi)部熱環(huán)境特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)帳篷熱環(huán)境開(kāi)展了相關(guān)研究工作。趙二慶[1]在不同季節(jié)對(duì)軍用帳篷熱環(huán)境進(jìn)行了實(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)夏季封閉帳篷內(nèi)溫度最高接近45 ℃，開(kāi)啟門(mén)窗通風(fēng)可降低室內(nèi)溫度約5 ℃，采取頂部遮陽(yáng)措施可降低約6～7 ℃。賀柱等[2]提出一種新型外遮陽(yáng)網(wǎng)改善帳篷內(nèi)熱環(huán)境，新型外遮陽(yáng)相比無(wú)遮陽(yáng)和傳統(tǒng)的六針遮陽(yáng)網(wǎng)可以大幅降低帳篷的太陽(yáng)直射輻射得熱和外壁面溫度，從而有效改善帳篷內(nèi)部熱環(huán)境。劉靜波等[3]測(cè)試了“三針”和“六針”2種織物密度遮陽(yáng)網(wǎng)對(duì)帳篷內(nèi)熱濕環(huán)境的影響，發(fā)現(xiàn)遮陽(yáng)網(wǎng)對(duì)帳篷熱環(huán)境改善效果明顯，“六針網(wǎng)”效果好于“三針網(wǎng)”。André等[4]測(cè)試了2種帳篷內(nèi)部熱濕環(huán)境情況，對(duì)比了無(wú)遮陽(yáng)與遮陽(yáng)情況下室內(nèi)溫度變化，發(fā)現(xiàn)遮陽(yáng)對(duì)室內(nèi)溫度影響較大，最高溫度差別接近10 ℃。Cristina等[5]分析了雙層坡屋頂帳篷內(nèi)的熱濕環(huán)境，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)輻射對(duì)帳篷內(nèi)溫度影響很大，室外最高溫度約24 ℃，帳篷內(nèi)最高溫度約45 ℃。Moran等[6]建設(shè)了12種與帳篷具有相似熱工特點(diǎn)的輕質(zhì)板房，測(cè)試發(fā)現(xiàn)白天室內(nèi)最高氣溫可達(dá)到40 ℃以上，研究提出了適合約旦氣候（亞熱帶沙漠氣候）的避難所構(gòu)造及熱環(huán)境改善措施。Prabhu等[7]研究了雙層織物帳篷夾層傳熱特性，提出了帳篷夾層增加層措施，減少帳篷空調(diào)能耗。Xu等[8]研究了光伏驅(qū)動(dòng)通風(fēng)、相變材料和反光材料改善帳篷室內(nèi)熱環(huán)境的方法，建立了帳篷的仿真模型，分析了5個(gè)中國(guó)城市的節(jié)能率，發(fā)現(xiàn)昆明的節(jié)能率最高，約為80%。Kai等[9]開(kāi)發(fā)了一個(gè)帳篷測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，測(cè)量了3種太陽(yáng)輻射水平下帳篷內(nèi)的熱環(huán)境參數(shù)，結(jié)果表明，由于輻射環(huán)境，篷內(nèi)溫度顯著升高，太陽(yáng)輻射600 W/m2時(shí)，頂面最高溫度達(dá)到62 ℃。Jiang等[10-13]研究了帳篷夏季室內(nèi)熱環(huán)境特點(diǎn)，分析了遮陽(yáng)、通風(fēng)等措施對(duì)室內(nèi)溫度的影響，發(fā)現(xiàn)遮陽(yáng)率與是否開(kāi)門(mén)開(kāi)窗對(duì)室內(nèi)溫度影響很大，影響溫差可達(dá)10 ℃以上。

通過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的探索，基本揭示了在夏季一般氣溫（最高溫度在30～35 ℃范圍內(nèi)）條件下，帳篷內(nèi)部熱環(huán)境特征及其遮陽(yáng)通風(fēng)等改善措施對(duì)室內(nèi)環(huán)境的影響規(guī)律。但是，隨著人類對(duì)地球改造活動(dòng)的加劇及工業(yè)化進(jìn)程的加速，全球極端氣溫現(xiàn)象愈發(fā)頻繁[14]，極端氣溫條件下帳篷內(nèi)熱環(huán)境特征尚未見(jiàn)報(bào)道。

中國(guó)重慶位于四川盆地東部，四面環(huán)山，空氣流通較差，室外氣溫較高，易出現(xiàn)極端高溫天氣。據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，重慶地區(qū)40 ℃以上極端高溫天氣呈顯著上升趨勢(shì)[15]。帳篷作為軍隊(duì)作戰(zhàn)、民用野營(yíng)的重要設(shè)施，其在高溫極端天氣影響下的熱環(huán)境特征尚未見(jiàn)報(bào)道，其影響規(guī)律尚未可知。為此，筆者在重慶地區(qū)開(kāi)展了極端高溫天氣情況下帳篷內(nèi)部熱環(huán)境的現(xiàn)地實(shí)測(cè)研究，以期揭示極端高溫天氣下輕質(zhì)帳篷內(nèi)部熱環(huán)境特征。

1" 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了探索極端高溫環(huán)境下不同遮陽(yáng)方式對(duì)帳篷內(nèi)部熱環(huán)境的影響，在室外最高溫度40 ℃以上的天氣情況下，采用2種不同的遮陽(yáng)方式，在不同門(mén)窗開(kāi)閉模式下，分別測(cè)試帳篷內(nèi)溫度變化情況。與無(wú)遮陽(yáng)情況進(jìn)行對(duì)比，找出極端高溫環(huán)境下遮陽(yáng)對(duì)帳篷內(nèi)部熱環(huán)境的影響規(guī)律。

1.1" 帳篷結(jié)構(gòu)與布局

選用3頂相同型號(hào)的帳篷（A、B、C），每頂帳篷結(jié)構(gòu)尺寸如圖1所示。帳篷為雙層結(jié)構(gòu)，由外篷、內(nèi)篷、地布和篷架等組成。帳篷長(zhǎng)（L）、寬（W）、高（H）分別為6 560、6 160、2 720 mm。3頂帳篷分開(kāi)布置，全天相互無(wú)陰影遮擋。

1.2" 遮陽(yáng)方式

遮陽(yáng)設(shè)施主要包括多孔透光型遮陽(yáng)網(wǎng)（簡(jiǎn)稱遮陽(yáng)網(wǎng)）和不透光型遮陽(yáng)布（簡(jiǎn)稱遮陽(yáng)布），遮陽(yáng)方式如圖2所示。遮陽(yáng)網(wǎng)和遮陽(yáng)布尺寸相同，均為6 m×8 m。A帳篷無(wú)遮陽(yáng)措施，B帳篷上空支撐遮陽(yáng)網(wǎng)，C帳篷上空支撐遮陽(yáng)布。遮陽(yáng)設(shè)施主要遮擋頂篷面，側(cè)篷面遮擋面積小。遮陽(yáng)設(shè)施與頂篷面的間距在200～400 mm。

1.3" 測(cè)點(diǎn)布置

住宿帳篷一般用于睡覺(jué)休息，重點(diǎn)考慮睡覺(jué)時(shí)人員所在平面的熱環(huán)境情況，根據(jù)床鋪高度等信息，在3個(gè)帳篷內(nèi)距地面0.6 m平面上分別設(shè)置5個(gè)溫度測(cè)點(diǎn)，包括1個(gè)中心測(cè)點(diǎn)（ZX）和四角測(cè)點(diǎn)（DB、DN、XN、XB）。測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

在監(jiān)測(cè)帳篷內(nèi)熱環(huán)境的同時(shí)，在室外帳篷附近布置了氣象站，實(shí)時(shí)記錄了室外太陽(yáng)總輻射強(qiáng)度、氣溫和風(fēng)速。

帳篷內(nèi)表面溫度對(duì)人員熱感覺(jué)影響大，采用紅外槍測(cè)試了帳篷內(nèi)表面溫度。每頂帳篷均測(cè)試了東西2個(gè)篷頂內(nèi)表面溫度、東南西北4個(gè)篷墻內(nèi)表面溫度。

1.4" 門(mén)窗開(kāi)閉模式

2024年8月28日至29日，對(duì)3頂帳篷熱環(huán)境進(jìn)行了為期2 d的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試期間，根據(jù)門(mén)窗開(kāi)閉情況，分為2種模式：門(mén)窗全開(kāi)、門(mén)窗全閉。具體見(jiàn)表1。

2" 結(jié)果及討論

2.1" 極端氣溫條件下典型氣象參數(shù)變化特征

圖4給出了重慶極端天氣下白天室外氣溫動(dòng)態(tài)變化情況。由圖4可知，在為期2 d的測(cè)試期間，室外氣溫先升高后降低，在下午15：00—17：00期間達(dá)到最大值。測(cè)試期間最大值分別為43.4、40.6 ℃，40 ℃以上氣溫可高達(dá)5 h/d。7：00—20：00平均氣溫分別為38.4、36.9 ℃。

圖5給出了測(cè)試期間太陽(yáng)總輻射情況。由圖5可知，測(cè)試期間太陽(yáng)輻射的日變化規(guī)律類似，在7：00左右開(kāi)始逐漸升高，13：00左右達(dá)到最大值，分別為895、912 W/m2。而后逐漸降低，19：00左右為0。因云層變化，測(cè)試期間太陽(yáng)輻射值存在一定波動(dòng)。測(cè)試期間平均太陽(yáng)輻射分別534、536 W/m2。

圖6給出了測(cè)試期間室外風(fēng)速情況。由圖6可知，室外風(fēng)速隨機(jī)波動(dòng)較大，日最高風(fēng)速分別為4.4、4.2 m/s，開(kāi)門(mén)開(kāi)窗模式和關(guān)門(mén)關(guān)窗模式下室外平均風(fēng)速分別為0.9、1.2 m/s。

2.2" 門(mén)窗開(kāi)啟條件下遮陽(yáng)對(duì)帳篷熱環(huán)境的影響

圖7和圖8給出了帳篷門(mén)窗均開(kāi)啟時(shí)，不同遮陽(yáng)條件下帳篷內(nèi)氣溫的變化情況。由圖7可知，總體而言，在不同遮陽(yáng)方式下，帳篷內(nèi)氣溫均逐漸升高后降低，在16：00—17：00達(dá)到最高氣溫。門(mén)窗均開(kāi)啟時(shí)，無(wú)遮陽(yáng)、遮陽(yáng)網(wǎng)、遮陽(yáng)布3種情況下帳篷內(nèi)最高氣溫分別為45.9、45.7、44.7 ℃，平均氣溫分別為40.8、40.1、39.4 ℃。

由圖8分析可知，在門(mén)窗均開(kāi)啟時(shí)，在風(fēng)壓和熱壓共同作用下，帳篷內(nèi)自然通風(fēng)效果良好，帳篷內(nèi)空氣溫度與室外氣溫十分接近，不同遮陽(yáng)方式對(duì)帳篷內(nèi)溫度影響較小。在無(wú)遮陽(yáng)、遮陽(yáng)網(wǎng)、遮陽(yáng)布3種情況下，帳篷內(nèi)與室外空氣溫差平均值分別為2.4、1.7、1.0 ℃。

圖9給出了開(kāi)門(mén)開(kāi)窗條件下16：00帳篷內(nèi)表面溫度與室溫情況。分析可知，下午16：00左右，帳篷內(nèi)外氣溫達(dá)到最高，此時(shí)，內(nèi)表面溫度明顯高于室內(nèi)氣溫。在無(wú)遮陽(yáng)、遮陽(yáng)網(wǎng)、遮陽(yáng)布3種情況下，內(nèi)表面溫度分別為48.4、46.9、46.1 ℃，較室內(nèi)氣溫分別高出2.7、2.2、1.6 ℃。

2.3" 門(mén)窗關(guān)閉條件下遮陽(yáng)對(duì)帳篷熱環(huán)境的影響

圖10和圖11給出了關(guān)門(mén)關(guān)窗條件下不同遮陽(yáng)條件帳篷內(nèi)的氣溫情況。對(duì)于單頂帳篷而言，內(nèi)部氣溫變化趨勢(shì)與開(kāi)門(mén)開(kāi)窗情況下相似，均為先升高后降低。但是，與開(kāi)門(mén)開(kāi)窗模式不同之處在于，關(guān)門(mén)關(guān)窗模式下，不同遮陽(yáng)方式下對(duì)帳篷內(nèi)最高溫度影響較大。在無(wú)遮陽(yáng)、遮陽(yáng)網(wǎng)、遮陽(yáng)布3種情況下，帳篷內(nèi)最高氣溫分別達(dá)到53.9、51.0、47.9 ℃，平均氣溫分別達(dá)到46.5、44.9、43.0 ℃，說(shuō)明遮陽(yáng)對(duì)關(guān)門(mén)關(guān)窗通風(fēng)不暢情況下的帳篷內(nèi)部溫度影響很大。這是由于在關(guān)門(mén)關(guān)窗情況下，帳篷內(nèi)部空氣流動(dòng)性差，與外界空氣交換甚少，被太陽(yáng)輻射加熱帳篷表面后進(jìn)入帳篷內(nèi)部的熱量無(wú)法有效排除室外，導(dǎo)致內(nèi)部溫度嚴(yán)重過(guò)高。而遮陽(yáng)效果直接決定帳篷表面獲得的太陽(yáng)輻射多少，遮陽(yáng)效果越好，帳篷內(nèi)部溫度變化越低，與室外空氣溫度差異越大。在無(wú)遮陽(yáng)、遮陽(yáng)網(wǎng)、遮陽(yáng)布3種情況下，帳篷內(nèi)氣溫與室外氣溫最大差值分別為14.9、12.1、10.3 ℃。

圖12給出了關(guān)門(mén)關(guān)窗條件下帳篷內(nèi)表面溫度與室內(nèi)氣溫的對(duì)比情況。分析可知，在關(guān)門(mén)關(guān)窗模式下，由于帳篷內(nèi)外空氣流動(dòng)性差，內(nèi)部溫度很高。在無(wú)遮陽(yáng)、遮陽(yáng)網(wǎng)、遮陽(yáng)布3種情況下，其內(nèi)表面溫度分別達(dá)到53.5、48.8、46.5 ℃。與開(kāi)門(mén)開(kāi)窗模式相對(duì)，在無(wú)遮陽(yáng)、遮陽(yáng)網(wǎng)、遮陽(yáng)布3種情況下，內(nèi)表面溫度升高約10.5%、4.0%、0.9%，說(shuō)明遮陽(yáng)對(duì)控制帳篷內(nèi)表面溫度具有十分重要的作用，遮陽(yáng)效果越好，門(mén)窗開(kāi)閉情況對(duì)帳篷內(nèi)表面溫度影響越小。

3" 結(jié)論

為了掌握極端高溫天氣下帳篷內(nèi)部熱環(huán)境特征，在中國(guó)重慶地區(qū)極端高溫天氣下開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)研究，分析了無(wú)遮陽(yáng)、遮陽(yáng)網(wǎng)、遮陽(yáng)布3種情況下帳篷內(nèi)部氣溫和內(nèi)表面溫度變化規(guī)律，探索了開(kāi)門(mén)開(kāi)窗通風(fēng)良好、關(guān)門(mén)關(guān)窗通風(fēng)不暢2種模式下遮陽(yáng)對(duì)帳篷內(nèi)部熱環(huán)境的影響。主要得出以下結(jié)論：

1）重慶地區(qū)極端高溫天氣下室外最高氣溫可達(dá)40 ℃以上，白天平均氣溫在36 ℃以上，40 ℃以上氣溫時(shí)長(zhǎng)高達(dá)5 h/d。

2）在開(kāi)門(mén)開(kāi)窗模式下，因室內(nèi)空氣流動(dòng)性較好，帳篷內(nèi)部溫度受遮陽(yáng)情況影響較小、與室外氣溫接近。在室外平均氣溫38.4 ℃，最高氣溫43.4 ℃，無(wú)遮陽(yáng)、遮陽(yáng)網(wǎng)、遮陽(yáng)布3種情況下，帳篷內(nèi)部氣溫和內(nèi)表面溫度先升高再降低，最高內(nèi)部氣溫約44.7～45.9 ℃，平均氣溫約39.4～40.8 ℃，內(nèi)表面溫度約46.1～48.4 ℃。

3）在關(guān)門(mén)關(guān)窗模式下，遮陽(yáng)對(duì)帳篷內(nèi)部溫度影響較大，其內(nèi)部空氣溫度和內(nèi)表面溫度明顯高于開(kāi)門(mén)開(kāi)窗模式。在室外平均氣溫36.9 ℃，最高氣溫40.6 ℃情況下，無(wú)遮陽(yáng)、遮陽(yáng)網(wǎng)、遮陽(yáng)布3種情況，帳篷內(nèi)部最高氣溫約47.9～53.9 ℃，平均氣溫約43.0～46.5 ℃，內(nèi)表面溫度約為46.5～53.5 ℃。

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