老旧住宅加装电梯夏季高温运行热环境调查与测试分析

吴秀琳，黄雪，余晓平，石国兵，吴晓林

（1重庆市建筑科学研究院，重庆 400016；2重庆科技学院建筑工程学院，重庆 401331）

0 引言

据国家统计局和住建部的数据，1980—2000年建成的老旧小区住宅建筑面积达80亿m2，涉及7000万到1亿户居民，约2～3亿人口，占城市总人口约1/3。老旧住宅居住人口绝大部份是老年人，由于他们年事已高，存在上下楼困难，购物回家困难，患病就医犯难等问题，直接影响到他们的生活质量[1]。在城镇化和老龄化进程加速发展的环境下，为老旧住宅加装电梯已成为老年人群的强烈诉求，也是应对老龄化问题的一项重要民生举措，各地政府都在老旧建筑加装电梯的建设中不断探索，积累经验。重庆市在2017年6月公布了《重庆市老旧住宅增设电梯建设管理暂行办法》，该办法主要是对老旧住宅增设电梯行政审批手续办理事宜进行了规定，并在涪陵区和渝中区开展试点工作，部分项目今年陆续投入运行。在今年入夏运行以来，建设方已接到很多居民投诉，反映电梯内十分闷热。而闷热的封闭环境容易引发心脑血管疾病[2,3]，这对许多老年人出行来说，可能诱发新的健康风险。因此，探索加装电梯轿厢过热的影响因素，改善轿厢内的夏季热环境质量十分重要。

老旧住宅加装电梯形式及其运行环境有其特殊性，缺乏对相关工程问题的系统研究，当前不管是国家的设计规范标准还是电梯行业的产品标准，都没有对加装电梯轿厢和井道通风提出很明确的设计要求，这就导致设计师在设计电梯系统时，往往会忽略电梯轿厢和井道的通风设计，造成电梯投入运行后轿厢内空气环境较差，达不到用户使用要求。为深入掌握重庆地区夏季住宅加装电梯运行热环境问题，笔者选择首批试点项目进行现场调研和运行测试分析，研究结论可为住宅加装电梯项目的通风设计提供依据。

1 电梯运行热环境与通风问题

1.1 电梯轿厢

电梯是一个特殊的移动空间，空间小而封闭，人员产热量和产湿量都比较集中。电梯的通风由轿厢通风、井道通风、机房通风共同决定。电梯轿厢通风就是让轿厢内的空气流动起来，从而达到控制温度、湿度，改善轿厢内热湿环境的目的。目前住宅建筑电梯轿厢的通风形式基本上采用的是直流式的通风方式，采用风扇上部机械送风，利用轿厢的缝隙排风，只有极少的新建高档住宅电梯轿厢夏季采用空调送冷风降温。目前电梯轿厢通风普遍存在以下问题[4]：

（1）通风口的位置设置不合理。经常出现靠近电梯内壁的地方风速很大，而其他地方无风，造成了箱内温度分布不均。

（2）轿厢通风量不够。不能完全排除轿厢内的热湿负荷，使得厢内温湿度较高，无法满足舒适性要求。

（3）引入的新风质量不好。轿厢从井道取风，而绝大多数建筑的电梯井道无机械通风系统，电梯井内空气质量极差。

（4）电梯热环境设计标准规范不完善。目前无标准对电梯轿厢内相关空气参数进行规定，所以轿厢内的舒适度往往都无法满足大多数人的要求。

1.2 电梯井道

电梯井道主要采用自然通风、机械通风或两者结合的通风方式。《电梯制造与安装安全规范》GB 7588规定：井道应适当通风，井道不能用于非电梯用房的通风，在没有相关规范或标准的情况下，建议井道顶部的通风口面积至少为井道截面积的1%。

1.3 加装电梯运行热环境与通风的特殊性

由于老旧住宅加装电梯受到原来建筑结构的限制，大部分加装电梯的井道独立安置在建筑外，井道四周均暴露在室外环境中，且多采用无机房电梯。一方面考虑到工程造价、施工难易等因素，加装电梯井道外围护结构的传热系数很难达到与常规墙体相同的性能，其外围护结构的传热系数是很高的；另一方面，无机房电梯由于主机、设备及电缆等均安置在井道内，井道就成为了电梯的机房。《电梯制造与安装安全规范》GB 7588要求电梯机房中的环境温度应保持在5℃～40℃之间，而规范中对电梯井道通风口面积的建议主要还是针对新建住宅有机房电梯，而且新建住宅电梯一般都是位于建筑内部，其井道受室外天气的影响较小。所以在设计老旧住宅建筑加装电梯时井道通风口面积按《电梯制造与安装安全规范》要求来进行常规设计的话，井道内热环境是满足不了标准要求的。

2 重庆市老旧住宅加装电梯运行热环境调查与测试

针对老旧住宅加装电梯在夏季高温环境下运行时，居民投诉电梯轿厢内过热的情况，笔者对重庆市沙坪坝区某项目进行了现场调研和运行环境实测。

2.1 重庆市夏季气温情况

从重庆市气象局查到重庆市沙坪坝区2018年6月至8月气温情况，经统计，重庆市7月出现35℃以上高温天数较多，沙坪坝高温日数达20天，其中有19天气温超过37℃，并有7天气温达到40℃以上。可见老旧住宅加装电梯在夏季运行的外部环境是十分恶劣的。

此次现场调研活动于2017年7月25日开始，此时重庆已进入三伏天，最高气温达到39℃，选择这段时间进行调研实测更能体现夏季电梯内的热环境情况，选择典型日7月25日现场测量数据进行分析，当天最低温度30℃，最高温度39℃。

2.2 加装电梯项目情况

本次调研的加装电梯工程包括三栋楼，均采用无机房电梯，具体结构形式对比见表1。

表1 加装电梯结构形式对比情况表

此次调研的三栋楼加装电梯均采用钢结构，钢结构外侧采用10mm厚纤维水泥增强板，其传热系数超过4 W/（m2·K），屋顶的传热系数达到1.54W/（m2·K），可见加装电梯井道外围护结构的传热系数均高于常规住宅墙体、屋顶。

2#、3#楼井道设置和井道通风方式一致，区别主要是轿厢内通风系统差异；1#、2#轿厢通风系统相同，区别主要是电梯井道设置和井道通风系统有差异。对比分析三栋楼井道设置、井道通风和轿厢通风方式，可知2#楼的电梯运行环境和轿厢内通风情况最差，现场调研和测试重点针对2#楼的电梯进行。

2.3 电梯轿厢热舒适调研

本次调研采用入户访谈和问卷调查相结合的方式，2#楼共8层32户，此次共访谈调查有45人左右，深入一对一交流填写有效问卷18份，调查对象年龄分布见图1，本次调研的人员中，40岁以上的中老年人员占比为67%。

图1 调查对象年龄分布情况

表2 人员舒适度调查情况表

由表2可知，有将近80%的人员反映2#楼电梯轿厢内很闷和过热，超过50%人员反映轿厢内空气质量差，33%人员感觉厢内湿度大。居民乘坐电梯出行时段主要集中在早上7:00—9:00及下午19:00以后，大部分人员出行时段轿厢内人数在2人左右，但有6份问卷反应住户高峰出行时段轿厢内人员数量可达5～7人。

2.4 电梯运行热环境实测

（1）测试仪器

本次测试参数主要包括井道外壁面温度、轿厢内壁面温度、箱内空气温湿度和轿厢内风速。测试仪器详见表3。

表3 测试仪器介绍

（2）测点布置

根据现有仪器和现场实际情况，考虑到需手持仪器进行测试，因此选取电梯厢体位于第4层时作为固定测试点，手持仪器高度为距轿厢地面1.5m高，轿厢中心点处（即为图2所示4号测点位置）。每30min测试一次电梯轿厢内温度、湿度，以及电梯井道壁面四个方向的温度。

由于轿厢通风孔仅设置在靠南壁面处，测量出风处宽约40mm，选择6个测点对轿厢内风速进行测量，各测点距离轿厢地面为1.5m，1号测点主要测通风口风速，2—6号测点主要测轿厢内人员站立区域的风速情况，测点布置见图2。

图2 轿厢风速测点布置图

（2）测试方法

考虑到电梯主要为白天运行，因此选取9:00—20:00作为测试时间段，在此期间每30min测试一组数据，考虑到白天有人员出入，尽量保证测试时间的准确度，以不超过10min内为有效数据。

（3）测试结果及分析

笔者从早上9:00到晚上20:00，每间隔30min对电梯井道周围室外温湿度、电梯井道外壁四面温度和电梯内温湿度、风速进行了测试记录。各测点温度变化如图3所示。

图3 电梯运行环境各时段温度对比

电梯轿厢内空气温度从早上9点持续超过31℃，在中午12点到下午17点之间温度持续在35℃以上。从早上9点到下午13点之间，轿厢内空气温度均比同时刻室外空气温度高0.3℃左右。电梯轿厢内壁面四面温度相差不大，壁面温度随着时间的推移持续升高，最高温度达到37℃以上，并且始终比轿厢内空气温度高，最大温差达到1.6℃。

电梯井道外围护结构由于受到太阳暴晒，不同朝向井道四个壁面的温度变化趋势有所不同。井道东外壁面温度早上9点就达到33℃以上，到11点温度达到近38℃，11:30之后温度开始降低，到晚上20点降至31℃左右；而井道西外壁面温度从30.7℃一直升高，在下午15点时达到最高，超过45℃，然后开始降低，晚上20点时降至32.2℃；井道南外面壁面温度从早上32.6℃到中午升高至39.6℃后略有下降，下午南壁面温度维持在38.5℃左右，直到晚上20点才降至31.8℃；井道北外壁面温度从早上9点开始，一直升高，最高温度达到36.6℃，下午16点后开始下降，晚上20点降至31.4℃。

电梯运行环境室外湿度和轿厢内湿度对比变化情况如图4所示。

图4 轿厢内外空气湿度对比

从图4可以看出，轿厢内湿度始终比室外空气温湿度高，平均高出5.5%左右，测试时轿厢内只有测试人员2名，若人员数量超过两名时，人员散湿量增加，轿厢内湿度会比室外空气湿度更高。

根据轿厢内风速测试结果，轿厢通风口正下方1#测点的风速为0.95m/s，2#和3#测点风速0.32 m/s，其余测点风速为零，而在距离轿厢通风口所在壁面大于0.3m的区域风速为0m/s。可见电梯轿厢内的风速分布是十分不均匀的，存在大面积的无风区域，只有在通风口下方人员才可以感受到气体的流动。另外，根据《电梯制造与安装安全规范》GB 7588中对轿厢通风口设置要求，“用一根直径为10mm的坚硬直棒，不可能从轿厢内经过通风孔穿过轿壁”，轿厢净尺寸为1350×1400×2300mm，测得出风口外形宽40mm，可以测算2#楼轿厢通风孔面积约0.006m2，通风量约21.6m3/h。

3 加装电梯高温环境运行过热原因及对策

3.1 井道热环境

根据以上测试结果，2#楼电梯井道壁面温度最高达到45℃以上，而电梯外围护结构仅仅只采用了10mm的纤维水泥增强板，导致井道过热，从而影响轿厢热环境，因此在井道设计时，电梯的位置在有选择余地的情况下，要尽量将电梯井道设置在有树荫遮阳的地方，避免太阳直射时间太长，从而可以减少电梯井道的冷负荷，另外应避免选用观光电梯，井道外墙、屋顶应选用保温性能较好的材料，减少室外对井道内热环境的影响，保证电梯轿厢通风取风的空气质量。

由于老旧住宅加装的电梯大多采用的是无机房电梯，电梯的控制柜、设备及电缆等均安置在井道内，此时井道就成为了电梯的机房，设备散热量也会增加井道内冷负荷。而《电梯制造与安装安全规范》GB 7588规定：为了保证机房中设备的正常运行，机房中的环境温度应保持在5℃～40℃之间。在这种情况下，再结合重庆地区夏季高温天气出现频繁，时常会超过40℃，因此在进行加装电梯设计时一定要经过计算分析采取合理的通风方式对电梯井道进行通风[5]，在自然通风或风扇通风无法满足无机房电梯井道的要求时，要考虑采用空调对井道进行降温，保证无机房电梯井道内温度在40℃以下。一方面是为了保证电梯的正常运行，另一方面也可以保证轿厢取风的空气质量。

3.2 轿厢通风设计

分析调研和测试结果可知，在轿厢内温湿度和室外空气温湿度相差不大的情况下，人员明显感觉轿厢内闷热，这主要是因为室外空气是流动的，而轿厢内人员站立区内空气基本无流动。研究表明，风速频谱也是影响人体热舒适性的一个重要参数，风速频谱曲线越接近自然风则吹风越易被接受[6]。因此，合理进行电梯轿厢通风气流组织设计，对轿厢内人体热舒适性也十分重要，在进行轿厢通风设计时，通风口应均匀设置在人站立区域上方，这样才能充分让轿厢内空气流动起来，改善轿厢内人员舒适性。

绝大多数调查对象一致感觉轿厢内很闷热，空气质量很差，这主要是由于轿厢通风仅仅只是利用轿厢一侧的缝隙进行机械通风，通风量不足造成的。有33%的人员感觉轿厢内湿度较大，结合实测数值和问卷调查分析，造成这一现象的主要原因是这些住户乘坐电梯时，轿厢内人员数量在5～7人，人员密度较高影响了轿厢内人员的热舒适性。有研究发现[7]，电梯轿厢人员密度对厢内热舒适性指标影响十分明显，并且提出满足电梯轿厢内人体热感觉舒适性的临界通风量，如载客8人、10人电梯，通风量不宜小于0.048m3/s；载客13人电梯，通风量不宜小于0.064m3/s，2#楼电梯额定载客11人，而通风量最大不超过0.006m3/s，可见2#楼电梯轿厢的通风量是远远不够的。

老旧住宅加装电梯轿厢的工作环境就是井道，同时电梯轿厢的取风来自井道，因此，轿厢内的热环境就由井道内热环境和轿厢的通风情况共同来决定，而对于无机房电梯来说，井道就是电梯机房。所以，为保证电梯正常运行和轿厢内热环境质量，在设计时一定要考虑好电梯井道和轿厢通风设计。

4 结语

住宅加装电梯的通风设计影响着轿厢内人员的舒适和健康，随着试点项目的推进，项目运行中出现的问题将会得到重视，相关规范必将随之完善。要想改善老旧住宅加装电梯轿厢内热环境，保障电梯安全、舒适和健康的运行环境，主要应从三个方面着手:井道围护结构、井道通风以及轿厢通风设计。其中，井道围护结构的设计主要还是考虑施工难易程度和投资，建议采用热工性能较好的材料和做法，避免选用观光电梯。而针对重庆市老旧住宅加装电梯井道通风和轿厢通风设计，建议如下：

（1）设计师在对老旧建筑加装电梯进行设计时，要结合实际情况分析计算来进行井道的通风设计，在自然通风或风扇通风无法满足无机房电梯井道的要求时，要考虑采用空调对井道进行降温，保证无机房电梯井道内温度在40℃以下；

（2）电梯轿厢的通风设计，要综合考虑井道通风设计、轿厢内人员密度、厢内风速分布的均匀性，来确定轿厢通风量和风口个数、面积。