微气候环境的人因分析与改善

蔡晓玲 尤婷 李琴 黄小燕 范姝 高泽明

摘要：传统教室设计的窗户也存在一些问题，既是通风窗口，也成为了噪声的通道，不合理的设计，导致学生在密不透风或者噪音巨大的环境中学习，都会使身心疲惫，不仅仅影响学生，还会影响老师，最后降低学习效率。所以在进行教室的改善和优化设计时，要充分到考虑人的因素，合理的设计出各项尺寸，设计出最理想的教学环境。使学生在舒适、安全、高效的环境中学习。

关键词：人因工程学； 微气候环境； 优化设计

一、前言

本课题以某高校一个多媒体阶梯教室为研究对象。教室长度是18米，宽度为14米，总的面积是252平方米，总的容纳量为230人。该教室类型是多媒体阶梯教室，室内的各项设施基本齐全。本论文利用人因工程学原理对该教室的微气候环境因素进行了分析，并提出了优化改善的措施。

二、室内微气候环境现状分析与优化改善

微气候是指小范围环境如工作或生活场所中的局部气候条件，其组成部分主要包括空气温度、空气湿度、气流速度和热辐射四个参数。发现这些参数的控制因素主要是窗户和室内吊扇。因此本章研究的对象间接的成为了对教室窗户和吊扇的改善。

（一）与微气候相关的设施现状描述

1.室内的微气候环境主要由教室窗户来决定，窗户既是空气出入口，也是噪声的通道，自然光的来源。教室是学生学习的场所，为使教室内的微气候处于合理的状态，应充分发挥通风效果和采光效果，尽量的去防止噪声入侵。目前教室窗户设计为：总共有12扇，均分在教室墙的两侧。填充在框架水泥柱间。窗户是边长为2.2m的正方形。左右两边最前端的窗户小些，窗户的总面积为56平米。

2.吊扇是控制气流的主要设施，间接的也影响着人体温度。因此也是决定微气候环境的设施之一。目前该教室吊扇的数量为9只，呈3*3的排列方式均匀分布在教室内。

（二）对设施的现状问题分析

根据调查问卷结果显示，目前存在下边的系列问题。

1.由窗户引起的问题；

（1）教室内的通风效果不理想，大部分窗户经常处于紧闭状态，导致室内外空气不能交换，学生在教室内呆一段时间后会感到胸闷，学习精神状态下降。二氧化碳含量超标，温室效应严重。每到冬季，开窗的频率减少，学生上完两小时的自习后大部分会出现脸发烫、发红的情况，另外人体本身就是热辐射源，热量不能传递开。

（2）从窗户透进去的阳光，或者有时从对面楼的窗户反射过来的阳光会直接照射到桌面上，甚至还照到学生的脸上，产生剧烈的眩光，并且会导致室内温度上升，使学生极为不适。

（3）窗户的隔音效果不好，即使在关闭的状态下，当教室外施工或者娱乐活动传来的噪音不能有效的隔绝，影响学生学习，降低学习效率。

（4）教室前排地方的窗台位置过高，即便打开窗户，座位上的学生也不能感觉到从窗户进来的风。而大多数学生入座时选择的是前排，因此窗户利用效果不好。

2.由吊扇引起的问题：

（1）吊扇的数量偏少，目前仅有9只，覆盖面不足，不能使整个教室的气流速度加快，散热效果不理想，导致舒适度低，降低学生的学习效率。

（2）由于吊扇数量的不足，导致学生在夏季总是去寻找吊扇下的位子，大部分的有效观看黑板的位置都被空着，造成座次的混乱，影响老师教学。

（3）讲台上方没有风扇，老师站立上课本来就很疲劳，没有吊扇，夏季炎热的天气将加快老师体力消耗。

（三）对室内微环境的优化改善

微环境的改善主要是对空气温度、湿度、气流及热辐射四个条件进行控制。本论文中研究的对象为窗户和吊扇。

1.对窗户进行改善。

窗户原因导致了教室通风不良现象，通过分析发现，教室并非是因为窗户面积小导致，由以下计算可以证明。

现在窗户的总面积为56平方米，教室的总面积为252平方米，根据《高校教室窗户的设计标准》，玻地比（窗户总面积与室内地面总面积之比）应该大于等于1/6，而目前其比值为：56/252=0.222>1/6。故窗户在面积上设计是合理的。

根据调查问卷和实地考察发现，教室窗户经常处于关闭的状态，主要原因是窗台位置较高，所以本论文中改进的措施就是将窗户的位置降低，按照人因工程学原理，窗台高度最高不超过肩高。

对于窗户引起的问题，现设计一种新型的百叶窗，它的外观同传统的百叶窗类似，不同的是不再使用木板片作为百叶窗的鳞片，而是使用中空的玻璃片。根据计算窗户大小设计是合理的，故面积大小仍然设为2.2m，安装位置随地板高度走勢而变化，与地面相对高度设为1.5m左右。由于采用真空玻璃片，该窗户在关闭的状态下能隔绝室内外的热传递，有效的隔绝噪音；打开时能透气、透光，并且灵活的鳞片角度调整，既能防止了太阳光直接照射到室内，又能随意的改变气流方向。开关控制也极易简单，几乎解决了传统窗户出现的困难。

2.对吊扇进行改善。

增加教室内风扇的数量。目前教室只有9个吊扇，成3x3的排列方式。通过查阅《教室环境设计科技报告》指出，旋转直径（扇叶转动形成的圆的直径）为1.2m-1.3m的范围，悬挂在高度为1.7-2.0m的范围时，使人能感受到有明显气流的覆盖范围是15平方米，而该教室，面积为252平方米，因此吊扇数量的理论值为：252/15=16.8≈17只。所以应该增加吊扇的数量到17只。另外讲台上方需增设一只吊扇，并考虑到攀枝花的天气温度偏高等实际问题，所在此方案中设计的吊扇数量增至20只。才能使的室内各个位置能感觉到有流动气流。这样设计出5x4的吊扇排列方式。另外吊扇开关应该局部独立，以方便灵活控制，比如学生因为身体因素需将风扇关闭，但是又不能影响其他较大范围的正常使用。

三、结论

本章的微气候环境改善，实质是对教室窗户和吊扇的设计，通过设计出的新型百叶窗，可以解决微气候中遇到的大部分问题。主要对室内温度，气流速度控制，因为它是人能直接、明显感受到的因素。比如将温度控制到人体的舒适温度，可能人就会觉得这个微气候环境基本合理。另外对噪声的防控能力提高了，眩光问题也得到改善，学生整体的舒适感就得到提高。只有提供一个安全、舒适的工作学习环境，才能进行高效的工作和学习。

参考文献：

[1]郭伏，杨学涵. 人因工程学[M]. 沈阳：东北大学出版社，2009：1-11，313-362

[2]童时中.人机工程设计与应用手册[M].北京：中国标准出版社，2007：34-38

[3]孔庆华.人因工程基础与案例[M].北京：化学工业出版社，2008：1-8