湘西地区冬季住宅热环境与老年人热舒适研究

李念平 方雪苗 卫兆欣 申小杭 伍志斌

摘   要：为研究湘西农村地区冬季住宅热环境与老年人热舒适，2018年1月对当地50户住宅与65岁以上老年人进行测试与问卷调查.结果表明，冬季该地区住宅室内温度低，客厅、卧室与厕所的平均温度分别为8.3 ℃、8.5 ℃与7.1 ℃;不同建筑类型中，吊脚楼、木结构瓦房、砖墙建筑室内平均温度依次升高;室内早晚平均温度分别为7.5 ℃和8.5 ℃;分别有约70%与40%的老人有冷感觉，在厕所时产生冷感觉的老人比例最高.当地居民冬季热适应行为主要为增加衣物和使用火桶取暖，老年人冬季服装平均热阻为1.60 clo，作为局部加热装置，火桶对室内整体热环境的改善效果不明显，但对老年人热舒适改善效果明显.利用适应性平均热感觉指标（APMV）模型计算得到该地区老年人冬季对热环境的自适应系数λ=-0.26，舒适区温度范围为16.7～27.1 ℃.

关键词：老年人;热环境;热舒适;农村住宅;热适应行为;APMV模型

中图分类号：TU241.5              文献标志码：A

Abstract： In order to study the thermal environment of residences and the thermal comfort sensation of the elderly in the rural area of western Hunan in winter，tests and questionnaire surveys were performed in 50 local residences among the elderly who are over 65 years old in January 2018. The results show that temperature in this area in winter is low：the average temperature in living rooms，bedrooms and bathrooms are 8.3 ℃， 8.5 ℃ and 7.1 ℃， respectively，and indoor temperature of stilted building， wooden structure house and brick building rises successively. The average temperature in morning and evening are 7.5 ℃ and 8.5 ℃ respectively，corresponding with 70% and 40% of the subjects having cold feelings when they are indoors，and the proportion of the subjects who feel cold in the bathroom is the highest. Residents' adaptive behaviours in winter include adding clothes and using warm barrels， and the average thermal resistance of winter clothing for the elderly is 1.60 clo. As area heating devices，warm bareels can not improve the overall indoor temperature significantly， but they can greatly improve the thermal comfort sensation of the elderly. Using the Adaptive Predicted Mean Vote（APMV） Model， the adaptive coefficient of the elderly in this area in winter is calculated to be -0.26， and the comfort temperature range is 16.7～27.1 ℃.

Key words： elder people;thermal environment;thermal comfort;rural residence;adaptive behaviour;APMV model

国家统计局发布数据显示，2017年末，中国65周岁及以上人口15 831万人，占总人口的11.4%[1]. 由于人口老龄化进一步加快，且老年人长期处于室内，住宅热环境成为影响老年人健康和舒适的一个重要因素.随着年龄的增长，老年人的新陈代谢率和免疫力下降，对热环境的感知与对热舒适的要求与年轻人也有明显差异[2].因此有必要针对老年人住宅热环境与热舒适做进一步的研究.

国内已有部分学者对城市与农村住宅冬季热环境进行研究[3-8]，但针对老年人住宅热环境的研究还很少.马婷等[9]从热生理学的角度探讨了中国老年人的热舒适，并建立了中国老年人热调节模型;李暢等[10]通过上海地区冬季空间转换温度突变实验，对比了老年人和年轻人热感觉的差异;郭飞等[11]对比了大连市老年人与非老年人热中性温度与冬季可接受温度范围的差异，并提出了老年人热适应模型;Jiao等[12]对上海养老院冬季热环境以及老人的热舒适进行研究，指出了老年人冬季与夏季对热环境要求的差异，并分析了不同的行为调节方式对热舒适的影响;Fan等[13]对北京地区城市与农村住宅冬季热环境与老年人热舒适进行研究，得到城乡之间住宅热环境及老年人冬季热舒适的差异. 目前国内针对老年人热舒适的研究主要集中在实验室测试与对养老院场所热环境的研究，对老年人住宅热环境与室内热舒适实测研究较少.本研究调查了湘西少数民族苗族山区住宅热环境与该地区老年人冬季热舒适，建立了夏热冬冷地区老年人冬季热适应模型，为老年人住宅热环境与热舒适的研究提供了基础数据与方法参考，为提高该地区冬季住宅热环境与老年人热舒适提供了必要的理论依据.

1   调查方法与调查对象

1.1   调查方法

调查方法包括现场测试和问卷调查两个方面. 在测试住宅的客厅、卧室及厕所距地面约1 m左右，避开阳光直射和水源的位置安装温湿度记录仪TR-76Ui T&D Corp，该仪器测量的有效温度范围为0～55 ℃，有效湿度范围是10%～95%RH，测量精度分别为±0.5 ℃、±5%RH，仪器每间隔5 min采集记录1次房间温湿度数据，总测试时间为1周.

调查问卷的主要内容包括：1）老年人基本生理信息（性别，年龄，身高，体重）;2）住宅基本信息（建筑类型，修建日期，围护结构材料，客厅日照情况及门窗类型等）;3）老年人热感觉;4）老年人冬季衣着热阻;5）采暖装置使用情况等.

1.2   调查对象

本次调查的对象为湘西某农村地区50户住宅与65岁以上的老年人，最终共回收有效问卷92份，调查对象的男女比例为2 ∶ 1，受试者年龄，身高，体重分布如表1所示.

调查地点为湘西城步苗族自治县某农村，该地区农宅均为自然通风条件下的独立式建筑.其中93.5%的住宅为2层或2层以上建筑，6.5%的住宅為平房;78.3%的住宅修建时间已超过10 年，其中58.6%的住宅修建时间已超过20 年;由于调查地点为苗族聚居地，55%的住宅为木质围护结构的吊脚楼与木结构瓦房，剩余住宅均为砖墙建筑，所有住宅均未使用保温材料;87.0%的住宅使用单层玻璃，13.0%的住宅窗户为木格子窗格，无玻璃且无法控制开关;95.7%的住宅客厅冬季日照情况良好，但80.4%的老人感觉到客厅存在门窗漏风情况.

我们选取5户住宅对其热环境与老年人热感觉进行连续监测，其中，1号和2号住宅为典型苗寨吊脚楼，共3层，1层蓄养家禽家畜或堆放杂物，2层为居住层，3层为存储间;3号和4号住宅为木结构瓦房建筑，共2层，1层为居住层，2层为存储间;5号住宅为现代砖墙建筑，共2层，1层为主要居住层.各测试住宅外观图如图1所示.

2   结果与讨论

2.1   室内温度分布

2.1.1   不同房间早晚温度分布

住宅不同房间早晚温度分布如图2所示. 客厅、 卧室与厕所早晨的平均温度分别为7.8 ℃、8.0 ℃与6.7 ℃，晚上平均温度分别为8.7 ℃、9.0 ℃与7.5 ℃，可以看出，早晨温度比晚上温度低约1 ℃，且厕所温度比客厅与卧室低1.1～1.5 ℃.室内温度随室外气候变化波动明显，这是由于当地大部分住宅围护结构为木材且由于修建年限已久，所有住宅均未采用保温材料，维护结构热惰性与保温性能较差，加上当地居民通常有敞开客厅大门的习惯，因此室外气象参数是影响室内热环境的主要因素之一.客厅和卧室是居民在室内的主要活动范围，也是居民使用采暖设备的主要场所，因此平均温度比厕所高.总体而言，该地区冬季室内平均温度低于10 ℃.已有研究表明，低于15 ℃的环境会增加老年人身体循环系统压力，对健康造成不利影响[12].因此，在设计该地区住宅时，应注意使用合适的建筑围护结构材料，保证门窗的密闭性，以改善该地区冬季室内热环境.

2.1.2   不同类型建筑室内温度分布

连续监测的5户住宅客厅一周内温度分布如图3所示.

1号与2号吊脚楼平均温度分别为8.2 ℃与8.3 ℃，3号和4号木结构瓦房平均温度分别为10.1 ℃与9.6 ℃，5号砖墙建筑平均温度为10.9 ℃.木结构建筑（1～4号）室内温度比砖墙建筑（5号）温度低;且由于吊脚楼通风作用强，其温度低于围护结构同为木结构的瓦房建筑. 此外，由不同建筑室内温度的波动范围可以看出，木结构建筑室内温度波动范围明显大于砖墙建筑，这与木结构建筑维护结构热惰性与保温性能差有关.总体而言，建筑室内平均温度均低于11 ℃，该地区冬季室内热环境较差.

2.2   热感觉

采用ASHRAE55-2013通用的7级投票标准（+3热，+2暖，+1 稍暖，0中性，-1稍凉，-2 凉，-3冷）对该地区老年人热感觉进行问卷调查[14]，得到受试者早晚在不同房间的热感觉投票频率分布如图4所示. 由于早晨室内温度较低且老人服装热阻和活动量都较小，大部分受试者有冷感觉，晚餐前后到睡觉前老人开始使用取暖装置，室内平均温度有所升高，有冷感觉的人数比例显著降低. 在厕所时老人最容易产生冷感觉，这与厕所平均温度低、无采暖设备且进入厕所时受试者衣着较少有关. 此外，由于厕所与客厅存在明显温差，从客厅进入厕所时，76.1%的老人感觉冷，因此，改善该地区冬季室内热环境、提高老年人热舒适，除了提高室内总体平均温度外，减小各房间之间的温差也是一个重要方面.

2.3   热适应行为

2.3.1   增加衣物

由于该地区冬季室内温度较低，且居民白天常需外出劳作，为抵御寒冷，通常着较厚的服装.冬季老年人上身一般穿秋衣、毛衣和棉袄，下身穿秋裤及棉裤.参与调查的老年人服装热阻分布如表2所示，男性平均服装热阻为1.56 clo，女性平均服装热阻为1.64 clo，其中1 clo = 0.155 m2·K/W[14]. 可以看出，为适应该地区冬季的寒冷环境，老年人冬季服装热阻值普遍很大.

2.3.2   使用采暖设备

11月下旬到3月下旬为该地区使用采暖装置的高峰期，这与北方供暖期（11月15日到3月15日）基本相同.当地居民使用的主要采暖装置是火桶，其外观图如图5所示. 火桶前部有一个大开口，用于放入炭盆以及添加木炭，顶部设几个小开口，对使用者下半身进行加热，由于火桶取暖效果较好，轻巧便携且经济实惠，因此得到广泛应用.据调查，89.3%的老人习惯在客厅使用火桶采暖，使用时间一般为晚餐前后;在卧室时分别有45.6%、28.3%的居民习惯使用火桶与电热毯进行采暖，采暖时间一般为睡觉时;93.5%的住宅厕所无采暖装置.

作为一种局部加热装置，火桶对房间整体的加热效果不明显，使用了火桶的客厅、卧室温度仅比未使用取暖装置的厕所温度高1.1～1.5 ℃. 但使用火桶后，有冷感觉的老人人数比例约下降了30%，火桶对老年人热舒适的改善效果较好.

2.4   舒适区温度

由图6可知，老人实际热感觉投票值（MTS）高于PMV模型预测得到的热感觉投票值，即老人实际冷感觉弱于PMV模型预测值.与PMV模型相比，APMV模型预测值更接近实际热感觉投票值（MTS）.这是因为老人已经在当地生活了几十年，习惯了当地冬季相对恶劣的热环境，因此心理上对热环境的期望值较低，且冬季老人服装热阻很大，并经常使用火桶取暖，这些对非稳态环境的适应性行为使得APMV模型可以更加准确预测老人热感觉.该地区老年人冬季自适应系数λ = -0.26，其绝对值小于《民用建筑室内热湿环境评价标准》[16]提出的夏热冬冷地区居住建筑偏冷环境下的自适应系数λ = -0.49的绝对值，与标准条件相比，该地区老年人对冷环境的适应性较差.这主要与老年人生理机能下降以及当地行为调节方式有限有关.

MTS、PMV与APMV值随室内空气温度变化的斜率反映了老人对温度變化的敏感度，由图6中MTS线性拟合结果可以看出，冬季该地区老人对室内温度变化很敏感，因此在设计该地区老年人住宅热环境时，应注意保证室内环境的稳定性，减少因非稳态热环境引起的热不舒适.由于APMV模型可以更加准确地预测当地老人冬季实际热感觉投票值，可根据此模型计算得到冬季湘西农村地区住宅舒适区温度范围为16.7～27.1 ℃.

3   结   论

1）湘西农村地区住宅冬季室内平均温度低于10 ℃且随室外气候变化波动明显，住宅不同房间温差明显，且吊脚楼、木结构瓦房、砖墙建筑的室内平均温度依次增加.

2）住宅内早晚有冷感觉的老人比例分别为70%与40%，在厕所时有冷感觉的老人比例最高，且由于厕所与客厅存在温差，76.1%的老人在从客厅进入厕所时有冷感觉.为改善该地区冬季室内热环境，提高老年人热舒适，除了提高室内总体平均温度外，减小不同房间之间的温差也是一个重要方面.

3）当地居民冬季热适应行为主要为增加衣物以及使用火桶采暖，老年人冬季服装平均热阻为1.60 clo，火桶对室内整体热环境的改善作用不大，但对老年人热感觉有明显的改善效果.

4）结合湘西农村地区气候条件以及当地老年人生理状况与热适应行为，利用APMV模型对当地居民热感觉进行模拟，得到该地区冬季老人自适应系数λ=-0.26，住宅舒适区温度范围为16.7～27.1 ℃.

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