某农村夏季室外树荫下人体热舒适调查研究

2021-01-21豆思梦王丽娟孔培婷

建筑热能通风空调 2020年12期

豆思梦王丽娟孔培婷

西安工程大学城市规划与市政工程学院

0 引言

早期热舒适研究主要集中在室内，慢慢的向过渡空间和室外进行延伸，室外热舒适性研究目的是寻找改善热环境措施，而人的主观感受是评价室外热环境的直接途径，通过室外热环境参数实测，结合人体主观感受可以得出有利于室外热环境改善的一般性结论。舒适的室外环境可以增加人们的室外活动吸引人群，减少人们室内停留时间，也相应地减少了空调、照明的使用，有利于节能环保减少热能损耗。我国是一个发展中国家，村镇人口占大多数，研究如何提高农村居民室外热舒适也显得尤为重要。

室外环境的舒适性，一般用居民热感觉来描述，但在不同国家和地域长期生活的居民形成具有地域特征的热感觉，气候环境不可统一而论且热舒适研究具有地区性差异[1]。国外众多研究者对世界不同气候区城市室外热环境与居民热舒适进行了广泛的现场调查研究[1-4]。我国的一些研究者对城市如广州、大连、重庆等地夏季室外热环境进行了研究[5-8]。采用不同的室外热舒适评价指标对城市和高校的室外热环境进行了研究，包括OTCD，WBGT 和PET 等室外热舒适评价指标[9-11]。上述针对城市室外热环境研究较为集中，很少涉及农村室外热环境研究且城市和农村在室外环境布局上有较大的区别。因此，我国的评价体系应适应和满足各种环境各种情况的需求。我国有研究对户外夏季不同遮阳环境下热环境参数进行了实测发现改善夏季户外微环境的最佳遮阳措施是树荫[12-13]。因此，本次测试调研以树荫下热环境进行实测为出发点，采用WBGT 作为室外树荫下热环境评价指标，再结合居民树荫下的主观热感觉，对炎热夏季室外树荫下人体热舒适展开初步研究，鉴于室外热舒适研究具有地域性等诸多差异，本次以寒冷地区咸阳农村为例。研究结论也可以为村镇的室外热环境设计提供了参考。

1 调研测试与调研方案

1.1 调研基本信息

本次调研地点选择咸阳市某农村住宅区，咸阳市地处陕西关中平原腹地，是温暖带大陆性季风气候。在建筑热工气候分区中属于寒冷地区，四季冷热干湿分明。寒冷地带面积基本上占到我国国土面积的30%，因此本次调研地点针对咸阳市某村镇展开初步研究。一年中夏季7 月份为最热月份，因此本次测量时间2020 年夏季7 月份的9 日～8 月2 日08:00-20:00 时间段内进行测量，测量期间包含晴天和阴天。调查对象为在调研地点居住时间超过一年以上的农村住宅区附近居民，受试者基本适应了当地的室外气候，受试者年龄分布16～55 岁之间，男性占43.8%，女性占56.2%。室外受试者的身高，体重，年龄和服装热阻等信息详见表1。

表1 人员基本信息

1.2 调研方法

本次研究采取室外热环境参数测试和主观问卷相结合的方式进行，得到调研样本数据后，再结合数据分析方法得到结论。受试者均在指导下填写问卷，无效问卷较少，本次获得有效数据168 份。室外受试者活动水平多数是慢走（新陈代谢约115 W/m2）问卷调查的信息有：①基本信息：年龄、体重、身高和性别；②活动水平；③热感觉：（+3）热、（+2）暖、（+1）稍暖、（0）适中、（-1）稍凉、（-2）凉、（-3）冷；④详细服装热阻；⑤在生活中人们也经常利用各种行为调整自身的热状态，进而改善热舒适状况，调节方法（如扇子、喝冷饮、调整衣着量，改变活动量和树荫遮阳等等）。

1.3 测量参数和仪器

选择路边行人处的树荫下进行测量，树荫下为水泥砖铺设地面。测量选择1.1 m 处高度测量，间隔时间为5 min，由仪器自动记录数据，受试者在现场指导下填写主观问题，本次测试的室外环境参数包括空气温度，黑球温度，湿度和风速。所用到仪器是Testo400，仪器测量范围和精度见表2。具体仪器和现场如图1。

表2 测试探头技术参数表

图1 测量仪器与现场示意图

2 结果分析

2.1 环境参数统计分析

测量时间2020 年夏季7 月份的9、10、19 和20 日和8 月份的2 日共计5 天时间测量，在08:00-20:00 选择时间段，对受试者所处室外环境参数进行测量，数据具体如表3。

表3 环境要素统计表

2.2 热环境评价指标

WBGT 是综合考虑空气温度，湿度，风速和辐射热四个因素的综合评价指标，安全性评价指标也称为热应力指标，是确保人体在高热环境下不受到热损伤的一种安全技术指标，最著名的是湿黑球温度WBGT，据ISO7243，WBGT 的定义为：

式中：Tnwb为自然湿球温度，℃；Tg为黑球温度，℃；Ta为空气温度，℃。

夏季户外温度较高，仅用热感觉作为生理应变的指标往往不够，因此本次采用WBGT 作为热应力指标作为评价室外热环境的指标，阈值见表4。本次室外调研的WBGT 的分布范围是22.3～32.9 ℃，平均值为28.2 ℃，整个测量期间WBGT 分布频率直方图，如图2。以7 月9 日全天的夏季树荫下的室外热环境WBGT 逐时变化为例，如图3，可以看出WBGT 温度在11:00～12:00 出现最高峰值31 ℃，但并未超过休闲状态下人的安全WBGT 限值，说明在一天的最热时刻，树荫下的热环境是较好的。研究发现树荫下所测黑球温度和空气温度的相关性较强，如图4。

表4 WBGT 评价表

图2 WBGT 分布频率直方图

图3 WBGT 逐时变化图（7 月9 日树荫下）

图4 室外空气温度和黑球温度关系（7 月9 日树荫下）

2.3 客观环境与人体热感觉

2.3.1 热中性值与可接受温度范围

为了分析室外人体热感觉和室外温度的关系（如图3），采用温度频率法（Bin 法）将室外温度以0.5 ℃间隔分为若干个有效温度区间，以每一个温度区间中心温度为自变量与平均热感觉进行线性分析，建立函数关系式如图5，由此可得：当MTSV=0 时，得到室外热中性温度t0=27.4 ℃。平均热感觉投票MTSV 在-1～1之间时，认为该温度范围是可接受的，代入本次研究得到的MTSV 模型计算可得到可接受的温度范围为23～31.8 ℃，其他各地区建立的实测热感觉回归方程结果对比，如表5 所示。

图5 热感觉随空气温度变化关系图

表5 夏季室外现场研究结果对比

2.3.2 风速与热感觉

在测试中，室外的风速较小，但是也能在一定程度上改善人体的热感觉。仿照温度频率法，将风速按照0.2 m/s 的间隔进行区间划分与热感觉线性回归，如图6，在偏热的环境中，适当的空气流动能够改善人体的热感觉。

图6 热感觉随风速变化关系图

2.4 热适应行为分析

2.4.1 适应性服装热阻模型建立

人们善于调整自身的服装水平来应对不同的室外热环境，图7 可以看出，无论是男性还是女性均具有相同的服装热阻适应性调节特征，服装热阻和室外温度呈现负相关，通过对比发现女性服装热阻略低于男性，可能是夏季女性穿衣比较偏向于轻薄。

图7 服装热阻随室外空气温度变化关系

2.4.2 热适应性行为统计分析

在室内，人们主要通过控制或改变周围的环境来提高自身的舒适性。比如，开门窗、空调的使用等，但室外空间的热适应调节方法不像室内可以有较多选择。在炎热夏季服装热阻基本不变，服装调节作用到达极限。夏季室外对女性来说，最为常见的是使用遮阳伞来避免太阳直射，调节热感觉。在本次问卷调查统计中发现也有39%的人员选择树荫处来提高自身的热舒适性，如图8。因此通过改善绿化设计对夏季室外人群的热舒适具有良好且直接的提升效果。