上海老旧住区单居室空间冬季热环境实测及分析——以同济新村鸳鸯楼为例

■ 余翔宇 YU Xiangyu 周伊利 ZHOU Yili 宋德萱 SONG Dexuan

截止2020 年，我国存量老旧建筑面积超过500 亿m2，其中，绝大部分老旧住区基础设施落后，建筑能耗居高不下[1]。2017 年，上海市政府将老旧住区改造的理念从“拆改留并举，以拆为主”，转换为“留改拆并举，以保留保护为主”[2]，宣告上海老旧住区正式进入存量改造时代。基于实现“双碳”节能减排目标和打造高质量人居环境等多重背景，老旧住区的改造关注重点已从空间数量逐渐转移到兼顾提升建筑绿色性能和空间环境品质上来。本文聚焦老旧住区单居室户型，通过布点实测的方式，科学呈现冬季典型日的室内热环境特征，尝试探究影响因素并寻求改善对策。

1 相关研究

近年来，国内部分学者聚焦老旧住区的环境问题并开展相关研究，江亿等人对北京88 栋既有居民楼进行实测，并以此对舒适度进行评估[3]；贺启滨等以上海E 朋汇为例，采用实测与模拟的方法，对室外物理环境进行分析并给出改造策略[4]；孙彤宇等人对上海中心城区老旧住区改造出现的问题进行了分析，并提出了可持续更新策略[5]；宋德萱等人通过实测、模拟和模糊综合评价法，对老旧住区环境进行深入分析，并总结出生态修复的实施策略[6]。这些研究虽然对老旧住区的环境提升起到了积极的推动作用，但都集中在室外环境层面。在室内热环境研究层面，杨丽等人借助CFD 软件对夏季室内空调运行下的环境舒适度进行了模拟评估[7]；周伊利等人对夏季室内电扇致凉的效能进行了实测分析[8]。上述研究主要是针对主动设备影响下的空间环境展开的，而且模拟和实测环境为相应的工况条件。因此，实验针对性强且时间较短。而本文将针对老旧住区的室内热环境进行连续多天的热环境实测，在居住空间处于正常使用的工况下，尝试探索单居室空间冬季热环境变化与空间特征、使用者生活习惯的关联性。

2 单居室空间研究意义

上海中心城区拥有大量的老旧住区，其中，职工住宅高达1.54亿 m2[9]，这些建筑大多是20 世纪50—90 年代由政府主导建设的工人新村，多为紧凑小户型，单居室与两居室居多。同济新村的单居室建筑主要建造于20 世纪50 和80 年代（表1），受资金、建材、技术和施工等诸多条件的限制，这些住宅形式主要是半临时性住宅、低层公寓和类似公寓的宿舍，除居室外每户还有一定的辅助生活面积[10]。其中，建于20 世纪50 年代早期的“同楼”和“济字楼”采用公共卫生间，后期虽然完善了卫生设施，但厨卫面积仍然十分狭小，常与玄关、过道共用；20 世纪80 年代建造的单居室户型功能更完备，空间尺寸更合理，以鸳鸯楼和教工住宅最为典型。

表1 同济新村单居室户型结构统计

单居室空间是老旧住区中典型的小户型空间，具有满足基本生活需求的完整功能，有一定的探索价值。此外，在实验过程中，单居室空间具有便于控制参量、使用的实验器材种类和数量较少、测点布置简单等优点。通过对老旧住区单居室空间的研究，可以为老旧住宅生态性能评估提供支撑，也可以为其改造再利用提供环境数据支持，还可以为当代小户型空间设计探寻合理、科学的设计依据。

本研究的实验对象是位于上海市杨浦区的同济新村鸳鸯楼，即83-Ⅱ型教工住宅（图1）。当时，大龄青年结婚无房户较多，上海市为缓解社会矛盾而探索建造了一批小型出租房，作为工作单位正式福利性公房分配前的过渡用房[10]，故称鸳鸯楼。该楼每层四户，一个单元6 层，本文实测对象为其中靠边的户型（图2）。户型包含卧室、阳台、厨房和卫生间各一间，以及连接的交通空间（过厅和玄关）。整个户型南北通透，各个房间都能直接采光，围护结构为240 mm 厚黏土砖墙，表面为水泥抹灰，部分外窗为单层玻璃老式铁窗，没有额外的保温、防潮和保障气密性的措施。北侧的楼梯间并不封闭，窗洞口没有安装窗户，而玄关空间之外通过纱门与楼梯间相连。

图1 实测对象及周边环境鸟瞰图（2020 年7 月航拍）

图2 鸳鸯楼单元平面图[1]

3 测试方案

3.1 实测时间与气候条件

实测选取的时间是2021 年2月20 日0:00—2021 年2 月24 日23:55，共计5 d。实测地点为亚热带季风气候，属于夏热冬冷的热工分区。实测期间，天气多为晴到多云，气温在7～26℃之间，无明显的降水过程（表2）。测试期间，居住者按照日常习惯使用房间的各类设施，包括房屋的门窗和各类家用电器，以保证实测数据可以代表居室空间日常温湿度情况。

表2 上海市杨浦区实测期间天气情况表

3.2 测点布置与测试内容

实测户型房间较小，但功能齐全且紧凑，测点的布置主要根据房间的功能、停留时间长短及位置代表性来确定，具体如下：阳台的洗衣机旁和窗台上各1 个，卧室的床头、窗前和矮柜上各1 个，过厅的转角和台面各1 个，卫生间窗台1 个，厨房灶台1 个，入门玄关1 个，楼道1 个和阳台外的室外空间1 个，共计12个测点（图3）。本实验采用HOBO UX100-003、HOBO U23-001A 温湿度记录仪，所有测点不间断工作，记录间隔为5 min，包括测点的空气温度和相对湿度。HOBO U23-001A温湿度记录仪带有白色的防雨罩，有一定的防辐射作用，用于记录室外同时刻温湿度变化情况，其它11 个测点均布置HOBO UX100-003 温湿度记录仪。

图3 单居室空间测点位置示意图

3.3 数据处理

本实验从12 个测点总共读取17 280 组温湿度数据，并通过绘制温度和相对湿度的箱形图（图4、5），对数据中的异常值进行初步判断。箱形图的异常值是大于最大值和小于最小值的数值，也可以称为极端值，异常值一般是被错误记录或反常的数值，如果是被错误记录的数值需要进一步修正，而大部分反常的数值是数据真实情况的反应，其变化趋势和幅度符合相关研究规律，因此，在研究过程中需要对异常值加以筛查和分析。从两个箱形图的统计结果来看，总共筛查出空气温度异常值507 个，相对湿度异常值293 个，然后将数据中与前后变化趋势相反，且每5 min温度波动幅度超过1.5℃或相对湿度波动幅度超过3%的异常值挑选出来，得到此类温度异常值5 个，相对湿度异常值12 个，主要出现在20 日和21 日的阳台、过厅和卧室空间。这些数值属于异常值中有错误或不可使用的反常数值，在本研究中视作无效数据。

图4 各测点温度变化箱形图

4 实测结果与分析

本实验在数据处理和分析过程中，将室外01 测点的数据作为对照组，与其他11 个实验组测点的数据进行对比，结合使用者日常生活习惯，对数据出现的变化进行解析。

4.1 室外空间

根据室外01 测点的数据来看（图6），每日温度峰值和相对湿度谷值一般出现在午后14:00，每日温度谷值和相对湿度峰值一般出现在清晨6:00。室外空间温湿度变化的规律性较强，峰值和谷值在每天出现的时间相对稳定，体现了良好的实验外部条件。

图6 室外测点温湿度变化图

室外01测点位于南向阳台外侧，数据采集受太阳辐射的影响明显，尽管温湿度仪器带有防雨罩，在云量较少的天气条件下，太阳辐射对测试仪器探头形成加热，导致测试值高于空气实际温度值。

4.2 卧室空间

卧室01 和02 测点最高温度都出现在午后，三个测点最低气温一般出现在清晨或晚上21:00—22:00，数值为17℃左右，此时正是清晨室外气温出现谷值的时候，以及夜间由于室内温度持续下降，体感较冷且居住者尚未开启空调制暖的时候。从卧室测点温度变化图（图7）来看，三个测点的变化趋势不同，与室外测点的波动变化趋势也存在较大的差异。卧室01 测点位于窗户下的桌面上，变化最为稳定，且受外部温度环境影响较小，卧室02 测点除22 日外，每天下午13:00—15:00的温度明显升高，且与外部温度波动趋势相符合，卧室03 测点每晚22:00—1:00 和每天早上7:00—8:00 温度明显高于其他测点。

图7 卧室空间测点温度变化图

从卧室相对湿度变化图（图8）来看，卧室01 测点相对湿度的变化趋势较为平缓，卧室02 测点的相对湿度在每日中午前后明显降低，卧室03 测点的相对湿度在每晚22:00—1:00 期间大幅降低30%左右，主要是午夜前后居住者使用了电热毯，导致靠近床的局部空气温度显著上升。

图8 卧室空间测点相对湿度变化图

通过对比室内外温湿度波峰与波谷的出现时刻，可以看出，室内测点的波峰和波谷有轻微的迟滞现象，迟滞时间一般在0.5 h 以内。

4.3 厨卫空间

厨房的最高温度出现在21 日午后14:00（22℃），卫生间的最高温度出现在22 日午后14:00（23℃），温度谷值一般在6:00 前后，厨房的最低温度为15℃左右，卫生间的最低温度在11℃左右。从厨卫测点温度变化图（图9）来看，两个测点的温度变化平缓，但受环境条件波动影响，测点温度曲线有较小的短时震荡。在绝大多数情况下，厨房01 测点的温度高于卫生间01 测点的温度，且波动性更小。

图9 厨卫空间测点温度变化图

两个测点的相对湿度变化幅度较大，厨房和卫生间的湿度峰值都出现午夜或早晨，厨房最大相对湿度为80%左右，卫生间的相对湿度最大值为100%，谷值一般出现在午后。从厨卫相对湿度变化图（图10）来看，其曲线变化活跃度明显强于温度变化图，两个测点的变化趋势有同频特征，但变化的幅度差异较大。厨房01 测点变化趋势与室外环境相似，但受居住者日餐烹饪情况的影响，湿度变化图时常出现瞬时性的温度变化；卫生间01 测点的湿度变化幅度远大于室外测点和厨房，波峰主要出现在0:00左右，早上8:00 左右也会有较小的上升波动，主要原因是夜间睡前洗浴和早上洗漱行为。

图10 厨卫空间测点相对湿度变化图

对比室内外温湿度的波峰与波谷的出现时刻可知，厨卫测点存在较明显的迟滞现象，厨卫空间温度比室外迟滞1 h 左右。

卫生间和厨房位于居室北侧，基本不受太阳直接辐射。卫生间为保持干燥和排除异味，外窗长时间保持小角度开启状态，且布局紧邻半开放的楼道空间，导致其温度在大多数时间明显低于厨房。厨房、卫生间作为主要的服务功能房间，温湿度的变化与居住者的行为也有密切的联系，如卫生间在洗浴期间相对湿度可达100%，使用热水时出现短时间升温，随后，空气温度迅速恢复至较低水平。而厨房在做饭、烹饪、热水器使用等时间段内，温度也有明显波动。

4.4 阳台空间

封闭阳台的温度数据受室外热环境变化的影响显著，2 月20 日和21 日晴朗午后最高温度接近40℃，比多云和阴天最高气温高出10℃，但天气对于日最低气温影响相对较小，数值控制在11～16℃之间，导致这一明显差异的原因，主要是仪器探头受太阳直接热辐射加热，从而造成温度值稍高于实际温度。阳台两个测点得出的温度变化图（图11）差异较小，二者变化趋势几乎相同。与室外测点温度数据相比，阳台测点温度在夜间受到的干扰较小，阳台01测点的温度变化幅度比阳台02 测点略大。

图11 阳台空间测点温度变化图

天气变化对相对湿度也有显著影响，如2 月24 日为阴天，测点相对湿度在24 日清晨和午夜达到最大值65%左右，而在 2 月20 日和21日天气晴朗时，相对湿度最大值仅为40%。阳台两个测点的相对湿度变化趋势（图12）几乎一致，温湿度波动趋势也与室外十分接近，基本不存在时滞现象，说明封闭阳台玻璃窗的气密性、隔热保温等性能均较差。

图12 阳台空间测点相对湿度变化图

阳台两测点靠近卧室与阳台之间的墙体而远离阳台外侧，温湿度波动幅度明显小于室外环境。阳台02 测点比01 测点更贴近卧室窗户，夜间受到室内热辐射较多，这可能是造成阳台02 测点夜间温度略高于01 测点的原因。整体来看，阳台空间的温湿度变化趋势介于室外空间和卧室空间之间，在室内外热量传递中起到了一定的缓冲作用。

4.5 交通空间

过厅温度峰值一般出现在午后14:00 左右，数值最高为24℃，温度谷值一般出现在黎明前，为15～16℃。楼道和玄关测点温度峰值在午后，其中，22 日午后温度达到22℃，温度谷值一般在早晨7:00，楼道最低温度为10℃，玄关最低温度为12℃。过厅两个测点的温度变化一致，整体变化相对平稳，在外界气温变化较大时会产生一定的趋同波动，且在早晚时间段也会产生瞬时性的波动（图13）。楼道和玄关测点的温度变化趋势相同，且由于处于半开放空间中，在外界气温变化较大时也会产生一定的趋同波动，玄关01 测点的温度在多数时间段内都略高于楼道01 测点。

图13 交通空间测点温度变化图

过厅相对湿度的峰值一般出现在午夜0:00 前后，数值为80%左右，最小值出现在20 日和21 日午后，为18%。楼道和玄关相对湿度的最大值出现在25 日中午，为85%左右，楼道01 测点最小值在21 日午后，为29%，玄关01 测点的最小值在20 日下午，为32%。过厅测点两根曲线的趋势（图14）变化几乎相同，整体波动范围在20%～80%之间，与外部环境波幅相近，但在0:00 前后，受卫生间洗浴时湿度变化的影响，产生短时的剧烈升高。楼道和玄关测点与室外环境湿度变化趋势几乎相同，但波动幅度的差异明显，其中，玄关处较小，楼道次之。

图14 交通空间测点相对湿度变化图

过厅测点位于居室中间，温湿度同时受到厨卫空间、卧室及室外的影响，如卫生间湿度较大、卧室使用空调或阳台门开敞时，都会引起明显的数据变化。玄关01 测点和楼道01 测点都位于居室外部空间，受到外界环境的影响更明显，尤其是离建筑外沿更近的楼道01 测点，温湿度变化幅度更大。但由于两个测点都位于居室北侧，几乎不受太阳辐射和发热设备的影响，因此，温湿度变化曲线呈现出的波峰较弱。

5 结论

（1）空间温湿度梯度效应明显。从箱形图（图4）的温度变化范围和幅度来看，大小规律为：南侧室外＞南侧向阳室内（阳台）＞半室外＞其他室内。其中，室外和阳台在实测时间段内的温差达到30℃以上，而过厅和厨房温度变化在12℃以内。从箱形图（图5）的相对湿度变化范围和幅度来看，大小规律为：潮湿空间（室外、厨卫空间）＞过渡空间（交通空间）＞干燥空间（卧室空间）。室外空间受外部大气的影响，厨卫空间常有洗浴、做饭、晾晒等活动，相对湿度变化幅度都达到60%以上，而卧室测点远离室外和卫生间等相对湿度较大的空间，相对湿度数值主要在30%～50%之间波动，变化幅度在40%左右。可见，温度和相对湿度在不同空间都呈现出梯度性的变化差异。

图5 各测点相对湿度变化箱形图

（2）围护结构保温隔湿性能差。各测点温度平均值主要控制在14～21℃之间，其中，室内主要测点的平均温度值在15～21℃之间，室内和室外的平均温度差异不大，且室内空间跟随室外空间震荡的趋势明显，说明冬季室内外热传递频繁，也进一步反映出围护结构的保温性、门窗的密封性较差。从相对湿度数据值变化来看，大部分测点的平均值、最大值和最小值的变化趋势相似，而且不受室内外空间差异的影响，可见建筑的外围护结构的隔湿效果并不明显。

（3）行为活动对空间影响显著。居住者的行为和生活习惯也是影响室内物理环境的主要因素。开窗通风或者使用空调、电扇等行为，可以直接影响到室内舒适度。在实测期间，临近阳台门的卧室02 测点和卫生间测点受门窗开闭带来的直接影响，导致温度波动明显大于周边测点；由于夜间使用制暖设备，卧室03 测点的温度显著上升，湿度降低。也有些居住者的行为是为了满足生活需求而间接影响到室内热环境，主要体现在厨卫空间，如在厨房做饭烹饪提升了室内温度，在卫生间洗浴增加了空间的相对湿度。

6 结语

老旧住区室内环境的稳定性差主要体现在两个层面：一是外围护结构的保温隔湿性能差，二是室内空间相互影响严重。保温隔湿性能的问题涉及到外围护结构的改造，但受到产权、施工等因素的影响，很难在老旧住宅的现状基础上进行整体的保温隔湿处理。因此，在单居室户型外围护结构性能提升上，需要找到更高效的路径。室内空间相互影响的问题，主要是因为单居室功能布局紧凑的原因，在空间分割不明晰或采用开敞式组合的情况下，室内活动对于温湿度的影响有极强的传导效应。因此，在使用过程中，需要对易引起温湿度变化的空间行为进行有效地分隔，或者对具体的操纵过程进行调控。

空间使用者行为也是影响节能效果和空间舒适性的重要因素，室内外空间的热传递、被动形式调控和室内耗能设备的使用，主要取决于使用者的日常行为模式。我国在推行节能环保政策时，一般会制定相应的公众参与内容，通过合理改善使用者的日常行为，保障政策的高效实施。因此，在老旧住区的节能和舒适性改善过程中，也需要通过社区宣传的方式来引导居住者的行为。