成都某高校教室夏季熱舒適調(diào)查研究

劉曉艷 向 艷

（成都紡織高等專科學(xué)校建筑工程學(xué)院 成都 611731）

成都某高校教室夏季熱舒適調(diào)查研究

劉曉艷 向 艷

（成都紡織高等?？茖W(xué)校建筑工程學(xué)院 成都 611731）

以6月份成都某高校教室為研究對象，在開窗通風(fēng)和可自由開啟吊扇的條件下，現(xiàn)場測試了教室內(nèi)的溫度、相對濕度和風(fēng)速等參數(shù)，通過問卷調(diào)查了學(xué)生對室內(nèi)外熱環(huán)境的主觀熱感覺，并與本地住宅和國內(nèi)其他城市同類建筑的研究成果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明：71.8%的學(xué)生對該時(shí)段內(nèi)的熱感覺表示接受；熱中性溫度為25.96℃，熱期望溫度為25.89℃，熱舒適溫度范圍為25.44～27.26℃，與ISO7730標(biāo)準(zhǔn)中提供的教室推薦設(shè)計(jì)溫度上限基本一致；另外，教室中測試擬合的TSV斜率大于PMV斜率，表明對溫度的敏感性，學(xué)生實(shí)際的感覺比PMV預(yù)測的變化要快，并且人員在教室中比住宅中對溫度的變化感覺更靈敏。

高校教室；熱舒適；熱感覺；現(xiàn)場測試；設(shè)計(jì)溫度

0 引言

熱舒適是居住者對室內(nèi)熱環(huán)境滿意程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)。近年來，隨著人們對生活質(zhì)量要求的提高，對室內(nèi)環(huán)境的舒適性也越來越重視；高校教室作為大學(xué)生的學(xué)習(xí)場所，其熱舒適狀況被學(xué)生和家長所關(guān)注。目前在高校教室中，窗戶通風(fēng)和吊扇開關(guān)是學(xué)生可利用的改善熱環(huán)境的主要方式。為了了解現(xiàn)有條件下成都地區(qū)教室的熱環(huán)境和熱舒適性，本課題組于2014年6月份對成都某高校教室進(jìn)行了熱舒適現(xiàn)場的調(diào)查和研究，并與近幾年國內(nèi)相似的研究相比較，得到了該高校教室夏季的各項(xiàng)熱物理參數(shù)及對此類環(huán)境的評價(jià)結(jié)果。

1 研究方法

本研究采用現(xiàn)場實(shí)測和主觀問卷調(diào)查相結(jié)合的方法。

1.1 測試對象及地點(diǎn)

成都屬于夏熱冬冷地區(qū)，6～8月氣溫較高，測試和問卷調(diào)查為6月中下旬，這段時(shí)期高校學(xué)生仍在教室上課或進(jìn)行實(shí)訓(xùn)，教室內(nèi)熱環(huán)境的好壞關(guān)系到學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和效果；本研究以供熱通風(fēng)與空調(diào)工程專業(yè)的大一及大二學(xué)生（共4個(gè)班，135名學(xué)生，61名女生，74名男生，90%為長期在四川生活居住。）為測試和調(diào)查對象；測試地點(diǎn)為學(xué)校教學(xué)樓和實(shí)訓(xùn)樓兩幢樓中的16間教室；測試時(shí)每班根據(jù)上課時(shí)間和地點(diǎn)選取典型時(shí)段測試，有效測試次數(shù)共計(jì)23次，收集有效樣本724人次。

1.2 測量儀器及測量過程

室內(nèi)空氣溫度、相對濕度采用逸品博洋HTC-1室內(nèi)溫濕度計(jì)；風(fēng)速測量采用BENETECH GM8908數(shù)字風(fēng)速儀。由于儀器的限制，本研究中將平均輻射溫度取值為室內(nèi)環(huán)境溫度。

測試時(shí)，上課鈴響將溫濕度表放置于教室中心課桌上，室內(nèi)吊扇根據(jù)需求由同學(xué)自行開關(guān)，下課鈴響（在教室內(nèi)端坐45分鐘）同學(xué)記錄教室編號、溫濕度、吊扇開關(guān)情況。

1.3 調(diào)查問卷

在現(xiàn)場測試的同時(shí)進(jìn)行主觀問卷調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括姓名、性別、室外氣侯狀況、室外熱感覺和室內(nèi)熱感覺，熱感覺投票值按照ASHRAE 55-2004標(biāo)準(zhǔn)將冷熱感覺分為7級（冷（-3）、涼（-2）、稍涼（-1）、中性（0）、稍暖（1）、暖（2）、熱（3）。

2 測試及調(diào)查結(jié)果

2.1 室外氣候參數(shù)

成都地處川西平原東南部，屬亞熱帶季風(fēng)氣侯，具有日照少、降雨多、濕度大的氣候特征。據(jù)1971～2000年30年累年氣象統(tǒng)計(jì)資料可知，成都地區(qū)6月份月平均氣溫23.7℃，月極端最高氣溫35.2℃，月極端最低氣溫13.2℃，月平均相對濕度81%[1]。夏季感覺悶熱。

2014年6月份成都市以陰雨天氣為主，風(fēng)向以北風(fēng)和南風(fēng)為主，風(fēng)力均為微風(fēng)，氣溫處于14.1～32℃之間，月平均氣溫23.9℃[2]，比30年累年氣象統(tǒng)計(jì)資料中6月平均溫度僅高0.2℃，因此，測試數(shù)據(jù)具有代表性。

2.2 室內(nèi)環(huán)境參數(shù)

本次研究所測得的室內(nèi)溫濕度情況見圖1，平均溫度26.5℃，平均相對溫度63%。其中，室內(nèi)空氣溫度分布在文獻(xiàn)[3]提供的熱舒適溫度設(shè)計(jì)范圍24～28℃[3]之間的占總樣本的80%以上，表明成都6月份室內(nèi)溫度較適宜；室內(nèi)相對濕度處中有接近70%的樣本數(shù)值大于60%，不滿足ISO7730-2005中熱舒適相對濕度40%～60%的要求，表明成都夏季室內(nèi)相對濕度較高。

本研究室內(nèi)風(fēng)速經(jīng)統(tǒng)計(jì)，平均風(fēng)速為0.3m/s。由于測試中，吊扇可自由開啟，且當(dāng)?shù)跎乳_啟時(shí)，人員在吊扇下方的位置不同，風(fēng)速也不同，因此本次測試統(tǒng)計(jì)了吊扇在各溫度區(qū)間的開啟百分比，即處于開啟吊扇附近的同學(xué)占該溫度區(qū)間內(nèi)總共被測試同學(xué)的百分比，數(shù)據(jù)見圖2。隨著溫度的升高，吊扇的開啟數(shù)量越來越多，當(dāng)溫度達(dá)到28℃以上時(shí)，由于處于這一溫度區(qū)間的樣本數(shù)較少，并且有一個(gè)教室測試時(shí)無法打開吊扇，造成開啟比例略有減少。

圖1 測試期間室內(nèi)溫濕度圖Fig.1 The indoor temperature and humidity chart during the test

圖2 處于開啟吊扇附近的同學(xué)占該溫度區(qū)間總共被測試同學(xué)的比例Fig.2 The percentage of the students near the running ceiling fan to the total students

2.3 問卷調(diào)查結(jié)果

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，調(diào)查問卷中熱感覺投票值位于-2～3之間，室內(nèi)外熱感覺投票值TSV見圖3。室內(nèi)TSV統(tǒng)計(jì)見圖4，室內(nèi)TSV處于[-1,1]間的比例為71.8%，平均值為0.16，屬于中性偏暖。

圖3 測試期間室內(nèi)外TSV與室內(nèi)計(jì)算PMVFig.3 The indoor and outdoor TSV and indoor calculating PMV during the test

圖4 室內(nèi)TSV統(tǒng)計(jì)Fig.4 The indoor TSV statistics

3 測試結(jié)果分析

3.1 PMV與TSV比較

采用PMV計(jì)算公式[4]來計(jì)算PMV，得到室內(nèi)計(jì)算PMV見圖3。計(jì)算室內(nèi)PMV時(shí)，由于同學(xué)是在教室座位上學(xué)習(xí)時(shí)填寫調(diào)查表的，故其平均新陳代謝率取1.2met；根據(jù)同學(xué)的著裝情況，夏天以短袖和裙裝為主，服裝熱阻Icl取0.25clo，教室中所坐的木椅，附加熱阻為0[4-6]；計(jì)算中風(fēng)速采用所在教室中所開吊扇的平均風(fēng)速作為計(jì)算數(shù)據(jù)，風(fēng)速處于0～0.5m/s之間，可以使用PMV計(jì)算公式計(jì)算[7]。由于不同地區(qū)的人熱感覺并不一定相同，此處修正系數(shù)取0.7[8,9]。將室內(nèi)空氣溫度、相對濕度、風(fēng)速、服裝熱阻和新陳代謝率等代入PMV計(jì)算程序，計(jì)算出對應(yīng)的預(yù)測熱感覺投票值PMV，具體數(shù)值見圖3。

圖5 室內(nèi)PMV、TSV（縱坐標(biāo)）與室內(nèi)溫度ta（橫坐標(biāo)）的線性擬合圖Fig.5 The linear fitting chart of indoor PMV, TSV (vertical) and ta (horizontal)

將室內(nèi)計(jì)算得到的PMV值與問卷調(diào)查得到的室內(nèi)熱感覺投票平均值TSV進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并與室內(nèi)溫度ta相擬合，結(jié)果見圖5（橫坐標(biāo)為室內(nèi)溫度ta，縱坐標(biāo)為PMV和TSV）；得出PMV及TSV的擬合方程式如下：

表1 本研究與北京、西安、南陽等地住宅熱舒適的研究成果的比較Table1 The comparison between this study and the result of residential thermal comfort such as Beijing, Xi,an, Nanyang

從圖5和式（1）和式（2）中可以看出，TSV的斜率0.5593大于PMV的斜率0.1782，說明該地區(qū)學(xué)生對溫度的敏感程度要比PMV預(yù)測的明顯；這與包括成都在內(nèi)的大多數(shù)城市夏季住宅熱舒適研究成果不同[10-15]，與廣州、天津、重慶等地高校建筑內(nèi)的熱舒適的研究成果相近[16-18]，表明在教室內(nèi)的熱感覺與住宅中的熱感覺不同，由于教室人員集中，人體散熱對人員彼此的影響較大，同樣的溫度變化教室中熱感覺的變化要比住宅中大。表1為本研究與北京、西安、南陽等地住宅熱舒適研究成果的比較，表2為本研究與廣州、天津、重慶等地高校教室熱舒適研究成果的比較。

表2 本研究與成都、天津、重慶等地高校教室熱舒適的研究成果的比較Table2 The comparison between this study and the result of the college classrooms thermal comfort such as Chengdu, Tianjin, Chongqing

3.2 熱中性溫度

根據(jù)文獻(xiàn)[19]的論述，熱感覺TS和平均熱感覺MTS相比，MTS可以更好的預(yù)測人體熱感覺[19]。本研究采用溫度頻率法統(tǒng)計(jì)MTS[13]，得出MTS和ta的擬合關(guān)系式見式（3），擬合曲線見圖6。

在式（3）中，令MTS=0，得出實(shí)測的熱中性溫度NT為25.96℃；在式（1）中，令PMV=0，得出預(yù)測熱中性溫度為26.31℃，比實(shí)測的熱中性溫度高0.35℃，可見PMV預(yù)測的熱中性溫度與MTS實(shí)測的熱中性溫度兩者相差不大。

將MTS實(shí)測得到的熱中性溫度25.96℃，與文獻(xiàn)[20]中采用濕度和風(fēng)速計(jì)算修正后的成都6月份自然通風(fēng)評價(jià)溫度（評價(jià)溫度指評價(jià)該地區(qū)熱舒適的溫度標(biāo)準(zhǔn)）25.3℃相比[20]，高了0.66℃，表明使用文獻(xiàn)[20]中夏熱冬冷地區(qū)評價(jià)溫度計(jì)算公式計(jì)算成都市教室評價(jià)溫度時(shí)，仍有一定的差距。

圖6 平均熱感覺MTS與室內(nèi)溫度ta的線性擬合圖Fig.6 The linear fitting chart of MTS and ta

3.3 熱期望溫度

通過概率統(tǒng)計(jì)法獲得熱期望溫度PT，即將期望更熱與期望更冷的人數(shù)百分比畫在同一坐標(biāo)系中，兩條擬合的百分比曲線的交點(diǎn)所對應(yīng)的溫度即為熱期望溫度[21,22]。

圖7 熱期望溫度的計(jì)算Fig.7 The calculation of the thermal expected temperature

圖7 為熱期望溫度回歸結(jié)果。由圖可以計(jì)算出人們所期望的溫度約為25.89℃，比實(shí)測中性溫度低0.07℃，基本持平，受試者認(rèn)為目前溫度比較適宜，這與TSV的統(tǒng)計(jì)結(jié)果相一致。

3.4 熱接受率

統(tǒng)計(jì)各溫度區(qū)間熱感覺在[-1,1]間的人數(shù)占總?cè)藬?shù)的百分比，作為該溫度區(qū)間受試者的熱接受率，并將熱接受率與ta進(jìn)行擬合，結(jié)果如圖8所示。對于自然通風(fēng)建筑，80%居民能接受的環(huán)境即為熱舒適環(huán)境[1]。

圖8 熱接受率與ta的擬合曲線Fig.8 The fitting curve of the thermal accept rate and ta

由圖8可得，該高校教室內(nèi)受試者可接受的溫度范圍為25.44～27.26℃。ISO7730標(biāo)準(zhǔn)[2,3]中提供的教室溫度推薦設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)24.5±2.5℃（最大平均風(fēng)速0.24m/s），與本次研究的溫度上限基本一致。

3.5 室內(nèi)外TSV間關(guān)系

室內(nèi)的熱感覺與室內(nèi)熱感覺是互相關(guān)聯(lián)的。本次調(diào)查時(shí)，同學(xué)在進(jìn)入教室前將在室外的熱感覺先進(jìn)行記錄，統(tǒng)計(jì)后得出室外TSV值；本研究將室外獲得的TSV值和室內(nèi)測試獲得的TSV進(jìn)行回歸，得到回歸方程式（4）。從式中可以看出，室外TSV每變化1個(gè)單位，室內(nèi)變化0.58個(gè)單位。

擬合曲線如圖9所示，該圖中橫坐標(biāo)為室外TSVOUT，縱坐標(biāo)為室內(nèi)TSVIN。

圖9 室內(nèi)外TSV間的線性擬合Fig.9 The linear fitting chart of indoor TSV and outdoor TSV

4 結(jié)論

（1）成都地區(qū)教室，在6月份上課時(shí)段內(nèi)室內(nèi)平均溫度為26.5℃、平均相對溫度63%、平均風(fēng)速0.3m/s，熱感覺處于中性偏暖，71.8%的同學(xué)認(rèn)為該段時(shí)間熱感覺在可接受范圍內(nèi)。

（2）在教室中，同學(xué)通過開窗通風(fēng)和使用吊扇來改善室內(nèi)熱環(huán)境，并且該時(shí)段在使用吊扇后風(fēng)速處于可接受范圍內(nèi)，對同學(xué)學(xué)習(xí)沒有顯著的影響[23]。

（3）測試結(jié)果顯示，成都地區(qū)該時(shí)段教室內(nèi)熱舒適中性溫度為25.96℃，熱期望溫度為25.89℃，兩者相差不大，表明該段時(shí)期內(nèi)教室內(nèi)溫度較適宜，這與調(diào)查獲得的TSV統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致?？山邮艿臒岘h(huán)境溫度上限為27.26℃，與ISO7730標(biāo)準(zhǔn)中提供的教室類建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度上限基本一致。

（4）與大多數(shù)城市夏季住宅熱舒適研究成果不同，教室中TSV的斜率一般大于PMV的斜率，表明對溫度的敏感性教室中要比住宅中高的多，即教室中溫度的變化對人體的熱舒適影響較大。

（5）成都地區(qū)教室的室內(nèi)外熱感覺的變化系數(shù)為0.5808，即當(dāng)室外熱感覺變化1個(gè)單位時(shí)，室內(nèi)熱感覺變化0.58個(gè)單位，測試時(shí)段室內(nèi)熱穩(wěn)定性較室外強(qiáng)，舒適度比室外好。

[1] 城市氣象服務(wù)中心.成都市主城區(qū)2014年6月氣象數(shù)據(jù)[EB/OL].(2014-7-8)[2012-02-12].http:// www. cdtq.gov. cn/index. php/archive/detail/979.html

[2] 孟慶林,趙立華,李瓊,等.泛亞熱帶地區(qū)可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)與技術(shù):華南及香港實(shí)例[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006:170-175.

[3] GB/T18049-2000,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[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2000.

[4] ASHRAE,ANSI/ASHRAE Standard 55-2004 Thermal environm ental conditions for human occupancy[S]. Atlanta:American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers, 2004.

[5] International Standard Organization. ISO 7730: 2005. Ergonomics of the thermal environment analytical determ ination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria[S]. International Standard Organization, 2005.

[6] 景勝藍(lán),李百戰(zhàn),李楠,等.基于熱感覺指標(biāo)確定熱舒適判據(jù)的一項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)簡介[J].暖通空調(diào),2010,40(8): 110-113,95.

[7] GB50736-2012,民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[8] Fanger PO, Toftum J. Extension of the PMV model tonon-air-conditioned buildings in warm climates[J]. Energy and Buildings,2002, 34(6): 533-536.

[9] Fanger P O, Toftum J. Prediction of thermal sensation in non-air-conditioned buildings in warm climates[C]. The 9th International Conference on Indoor Air Quality and Climate. Monterey, California, USA, 2002:92-97.

[10] 夏一哉,趙榮義,江億.北京市住宅環(huán)境熱舒適研究[J].暖通空調(diào),1999,29(2):1-5.

[11] 楊茜,楊柳,劉加平.西安市夏季住宅室內(nèi)熱舒適調(diào)查研究[J].制冷與空調(diào),2011,25(1):49-52.

[12] 李俊鴿,楊柳,劉加平.夏熱冬冷地區(qū)夏季住宅室內(nèi)適應(yīng)性熱舒適調(diào)查研究[J].四川建筑科學(xué)研究,2008,34(4): 200-205.

[13] 閆海燕,楊柳.焦作夏季居住建筑人體熱舒適現(xiàn)場研究[J].暖通空調(diào),2012,42(4):96-103.

[14] 楊柳,杜曉磊,鄭武幸,等.吐魯番地區(qū)夏季農(nóng)村住宅熱舒適研究[J].暖通空調(diào),2014,44(4):132-136.

[15] 王宇,馮煉.成都地區(qū)農(nóng)村住宅夏季熱舒適調(diào)查研究[C].2008鐵路暖通空調(diào)學(xué)術(shù)年會論文集,2008.

[16] 陳慧梅,張宇峰,王進(jìn)勇,等.我國濕熱地區(qū)自然通風(fēng)建筑夏季熱舒適研究[J].暖通空調(diào),2010, 40(2):96-101.

[17] 李莎,錢曉明,王瑞,等.天津初夏某大學(xué)復(fù)合通風(fēng)教室著裝習(xí)慣和熱舒適的調(diào)查研究(1):自然通風(fēng)模式[J].制冷與空調(diào),2014,28(2):223-227.

[18] 張華玲,張敏飛.重慶地區(qū)夏季非空調(diào)室內(nèi)環(huán)境的熱舒適研究[J].長江流域資源與環(huán)境,2012,21(8):96-101.

[19] 王昭俊.現(xiàn)場研究中熱舒適指標(biāo)的選取問題[J].暖通空調(diào),2004,34(12):39-42.

[20] 王宇,易小楠.成都地區(qū)氣候條件對人體熱舒適影響的研究[J].制冷與空調(diào),2011,25(1):19-22.

[21] de Dear R J, Brager G S. Developing an adaptive model of thermal comfort and preference[J]. ASHRAE Trans., 1998,104(1):145-167.

[22] 王劍,王樹剛.哈爾濱某高校學(xué)生寢室熱舒適性研究[J].暖通空調(diào),2013,43(10):96-99,69.

[23] 崔惟霖,歐陽沁,余娟,等.相同熱感覺條件下不同環(huán)境溫度與風(fēng)速組合對人體舒適性及工作效率的影響[J].暖通空調(diào),2013,43(7):68-72.

Thermal Comfort Investigation of College Classrooms in Summer of Chengdu

Liu Xiaoyan Xian Yan
( Architectural Engineering Institute, Chengdu Textile College, Chengdu, 611731 )

Tests the indoor temperature, relative humidity and air velcity in the college classrooms in June of Chengdu. Surveys the subjective assessment of students on the indoor and outdoor thermal environment by questionnaires. The results show, 71.8% of the students accept the thermal sensation in this period; the thermal neutral temperature is 25.96℃and the thermal preferred temperature is 25.89℃, the thermal comfort temperature range of 80% is 25.44～27.26℃, the upper limit is consistence with the recommended classroom design temperature limit in ISO7730 standard; thermal sensation of the actual test is more sensitive than thermal sensation of PMV prediction in the classroom, and thermal sensation of in the classroom is more sensitive than thermal sensation of the residence.

college classrooms; tehermal comfort; thermal sensation; field survey; design temperature

TU83

A

1671-6612（2017）01-096-06

校級自然科學(xué)科研項(xiàng)目《成都地區(qū)夏季人體熱舒適狀況調(diào)查研究》項(xiàng)目（編號：2010fzlk05）

作者（通訊作者）簡介：劉曉艷（1979-），女，講師，工程師，碩士研究生，E-mail：180843428@qq.com

2015-09-21