中国西部科技创新港单元式学生公寓夏季热舒适研究

文／吴 越 西安交通大学人居学院 硕士研究生

王赞社 西安交通大学人居学院 副教授（通讯作者）

贾钊颖 西安交通大学人居学院 硕士研究生

高 琪 西安交通大学人居学院 硕士研究生

引言

人类大部分时间都在室内活动，室内环境对人的生理和心理起着重要作用[1]。高校学生宿舍或公寓作为群体居住环境，其空间应用和舒适性直接影响学习环境和生活质量。

高校学生公寓发展与我国经济和高等教育的发展密切相关。20世纪70年代末的改革开放和高考恢复，80年代的解放思想、经济特区建设和高考热潮，90年代的全面经济发展、“211、985工程”和高校扩招，再到21世纪的“国家中长期教育改革和发展规划纲要”的实施，教育经费占比GDP超过4%和“双一流建设”等改革措施逐步将我国教育水平推向全新的高度。与此同时，高校学生公寓也逐渐从空间紧张的老旧建筑向着标准化、舒适性、个性化和多元化方向发展，更加符合新时代学生的个性化需求，从“宿舍”模式向“公寓”模式发展。表1为我国典型学生宿舍的演变和特点。

表1 典型学生宿舍及特点（表格来源：作者自绘自摄）

目前关于高校宿舍热舒适的研究对象主要集中在传统上床下桌的“多人共居一室”的集体式公寓模式，属于高密度住宅建筑，具有人员密度大、年龄段单一、相对封闭的特点[2]。赵鹏等[3]对成都地区高校宿舍夏季热舒适性的研究发现，宿舍自然通风效果普遍不好，空气流动性差，室内温度比室外普遍高2℃～3℃，同时由于该地区夏季相对湿度较高，宿舍热环境更加恶劣。牛萌萌等[4]对夏季室内热环境研究现状与应用提出了几种改善措施。夏博等[5]对高校学生宿舍夏季热舒适研究中发现居住者对室内的高温有较强的承受能力，能主动采取一些适应行为来改善自身的热感觉。程卫红等[6]对哈尔滨某高校学生宿舍夏季室内热环境实地测试与调查分析，发现哈尔滨地区的学生夏季服装较厚，原因在于该地属于严寒地区气候特征，而气候条件影响了受试者的主观期望。王雪[7]等人在对西安高校教师秋季热舒适的研究中发现，秋季教室受试者可接受的温度范围较宽，在室外温度较低时，高校受试者可接受温度低于ASHARE适应模型的2℃～3℃，而受试者对气流和空气品质的可接受率均低于80%。Samar Thapa等[8]对印度一所大学两个校区的调查研究发现，传统的PMV模型经常低估和高估真实条件下的主观热感觉，导致设定点温度比要求的更极端，导致能耗更高，而实测的室内环境条件与室外环境条件密切相关，室内空气温度与室外空气温度呈强而显著的相关性。Manoj Kumar Singh等[9]研究印度复合气候下夏季自然通风教室热舒适状况，大约80%的受试者的反应出现在舒适带（±1热感觉）中，学生可利用的主动适应方式是换衣服、开窗和调节吊扇风速。Haiying Wang等[10]研究学生情绪状态对热舒适的影响，实验发现情绪状态只影响坐立时的热感觉和舒适度，而不影响运动过程，负面情绪对受试者的生理参数也有显著影响。

综合文献和国内高校学生宿舍的现状，“上床下桌”四人间模式是目前我国学生宿舍的主流配置，但由于空间相对较小、人员密集，普遍存在热舒适性和环境满意度低的问题，表现在自然通风效果差，空间重叠相互影响。在新时代下，随着学生的个性化空间和居住舒适性要求逐渐提高，单元式学生公寓是未来的发展方向。

单元式公寓是一种新型公寓形式，兼具单元式住宅和公寓式住宅的优点，其空间大小适中、布局规范紧凑，经济实用，增加了公共使用面积，户内生活设施更完善，具有极强的发展潜力[11-19]。

目前国内高校单元式学生公寓建成应用较少，本文以西安交通大学2019年建成启用的“中国西部科技创新港”（以下简称创新港）校区的单元式学生公寓为例，着重探讨这种新型公寓在夏季的热舒适情况。研究方法以调查问卷、对照组测量为主，分析公寓内居住环境参数的变化规律和室内热舒适性的关系。

1 创新港单元式学生公寓

创新港位于陕西省西安市西咸新区沣西新城，于2019年9月建成启用，目前已迎来2019级和2020级共计一万四千余名研究生入住。

创新港校区共设置三个宿舍区，全部采用单元式公寓模式，分别采用两单元、三单元和多单元连拼模式，每栋楼11层，每个单元均设置电梯，分为一梯两户对称设置，每一户公寓内部为五室一厅一卫，每个房间面积为6～8平方米，公共客厅为13平方米左右，公寓平面图和房间内部实体图如图1所示。

图1 单元式学生公寓平面及内部实体图（图片来源：作者自绘自摄）

公寓内每个房间都设置独立窗户（窗扇左右可开15°），房间设有分体式空调，夏季主要通过空调调节温度，手动门窗开启换气。

2 热舒适性调查

2.1 问卷调查内容

本次问卷调查于2020年7月15日开始，目标群体是创新港单元式公寓中居住的研究生，问卷调查采用客观选择与主观描述的形式。

客观条件调查内容包括宿舍基本信息、受试者基本情况、服装、开窗通风习惯、生活学习习惯、空调开启习惯和时间段、声环境和光环境等。要求被调查者在19∶00—21∶00之间集中填写问卷，30min内无剧烈运动，以确保热感觉的一致性。根据创新港地区的实际情况，将影响热舒适性因素汇总为：温度、湿度、风速、空气质量和噪声六个部分。

热感觉主观调查采用ASHRAE标准7级指标：热（+3），较热（+2），温暖（+1），适中（0），凉（-1），较冷（-2），冷（-3）；热舒适投票分为5级指标：舒适（0），稍不舒适（1），不舒适（2），很不舒适（3），不可忍受（4）；公寓综合满意程度采用5级指标：很不满意（1），不太满意（2），无所谓（3），比较满意（4），非常满意（5）。

2.2 问卷热舒适评价及分析

2.2.1 调查对象分布情况和公寓基本概况

选择2个朝北房间，3个朝南房间，为统计及后续测试标记方便，每个房间在公寓中的编号如图 1（a）所示。本次共收集有效样本368份，其中男生比例54%，女生比例46%。调查对象90%处于2～10层，10%处于1层和11层（顶层）。填写问卷的同学所居住房间比例如图 2所示，分布较均匀。

图2 房间分布比例（图片来源：作者自绘）

2.2.2 主观热感觉调查结果及分析

图3和图4分别是热感觉和湿感觉调查结果，超过80%同学认为公寓稍偏热，男女生热感觉投票平均值分别为1.14和1.45，可以看出男生比女生更耐热，且受试者大多偏离热中性温度，即偏热状态。湿感觉投票结果比较分散，女生对湿度更敏感；图 5是吹风感投票结果，由于房间面积狭小，在没有开启空调的前提下，即使开窗室内风速也较小，总体表现风感小且闷的感觉；图 6和图 7是热舒适和宿舍满意度的投票统计情况，结果显示总体处于较舒适状态，对宿舍满意度较高，性别因素影响较弱。根据图 8热舒适性最高时间段的投票结果显示，近50%的同学认为最舒适的时间段集中在早上8∶00以前。

图3 宿舍热感觉投票情况（图片来源：作者自绘）

图4 宿舍湿度感觉投票情况（图片来源：作者自绘）

图5 吹风感投票情况（图片来源：作者自绘）

图6 热舒适性投票情况（图片来源：作者自绘）

图7 宿舍满意程度投票情况（图片来源：作者自绘）

图8 热舒适性最高时间段投票（图片来源：作者自绘）

与此同时，对公寓内的采光、噪音、空气质量以及期望适宜温度情况进行了问卷统计，结果如表2所示。超过50%同学满意宿舍自然采光效果；约60%同学认为宿舍的声环境差，噪声主要来源于室外传递；超过85%同学满意宿舍的空气质量；大部分同学认为最适宜的温度在20℃～25℃的温度区间，相对湿度在50%～60%之间。

表2 采光、噪音、空气质量和期望温湿度统计（表格来源：作者自绘）

对于夏季室内热环境的调控，90%同学选择采用空调和开窗通风的方式进行降温调节，10%同学会选择风扇降温，其中18∶00—24∶00是集中开启空调的时间。在开窗习惯上，超过50%的同学一回宿舍就开启窗户，这显示了小空间更需要及时自然换气。

对于空调的使用情况，超过85%同学认为，公寓房间空间狭小，开启空调后，室内温度波动剧烈，容易出现忽冷忽热的感觉，难以维持比较稳定的室内环境。

2.2.3 学习生活习惯与环境的适应性

调查内容包括睡眠时间、宿舍科研时间段以及自主选择的热环境调控措施，比如采取的开窗通风和空调开启等方式。结果如图9—图12所示。

图9 最晚睡眠时间统计（图片来源：作者自绘）

图10 科研时间段统计（图片来源：作者自绘）

图11 开窗通风情况统计（图片来源：作者自绘）

图12 空调开启时间段统计（图片来源：作者自绘）

图9显示超过80%的同学睡眠时间晚于午夜12点，而男生更倾向于晚上12点后入睡。同时，由于单人间的便利，如图10所示，超过60%同学选择晚上在公寓内学习，其中约20%的同学在午夜12∶00后仍然进行学习活动，尤其是部分男生选择通宵熬夜学习。这与图9的最晚睡眠时间相吻合。男女生的作息习惯具有明显差异，也显示了个人独立空间所带来的学习和生活习惯的多样性。

图11和图12的统计结果显示，狭小空间内学生更愿意回到宿舍就开窗换气，这与空调开启时间段和晚上学习时间相吻合。此外，男生开空调比例明显高于女生，与上述调查所得的男生平均热感觉值低于女生的结果互相吻合。

3 公寓物理环境参数测量

为反映单元式公寓的客观物理环境，对公寓进行了持续的参数测量。测试时间为2020年7月14日00∶00开始至2020年8月5日18∶00结束，共计22d。测量参数主要包括温度、相对湿度、风速等。为了对测量参数进行对照，图13是测量期间创新港自动气象站（Davis-6162）记录的室外参数。

图13 测试期间气象站参数（图片来源：作者自绘）

3.1 测量仪器

Testo 175H1型温湿度测量仪，相对湿度：0%～100%RH，精度等级±2%RH，分辨率0.1%RH；温度：-20℃～55℃，精度等级±0.4℃，分辨率0.1℃。NK5000型风速仪，0.2～40m/s，精度±3%，分辨率0.1m/s。

3.2 仪器布置和测量方式

分别选取男女生宿舍各3间。考虑低层、中层和顶层的环境差异，选取第2层、5层和11层（顶层）公寓；每个公寓都有南向和北向房间，共放置12个温湿度记录仪。每1min自动测量1次。测试条件与图 11和图12的空调开启和开窗条件一致。

3.3 测试结果

为方便标记测试结果，Testo175H1型温湿度测量仪标号No.1、No.3、No.5分别对应三套女生公寓的北向（阴面）房间，No.2、No.4、No.6分别对应三套女生公寓的南向（阳面）房间；No.8、No.10、No.12分别对应三套男生公寓的北向（阴面）房间，No.7、No.9、No.11分别对应三套男生公寓的南向（阳面）房间。

3.3.1 温度测量结果

图14是女生公寓和男生公寓温度测量结果，综合来看，所有房间的温度变化规律相似，与图13所示的室外温度的变化趋势一致，平均温度均在26℃以上，偏离ASHARE建议的舒适标准23℃～26℃，其中南向房间平均温度略高于北向房间平均温度。由于公寓房间面积狭窄，温度场极易混合均匀，夏季普遍偏好开窗换气，男女生宿舍的温度波动均较大。

图14 公寓温度测量结果（图片来源：作者自绘）

3.3.2 湿度测量结果

图15是女生公寓和男生公寓22d的相对湿度测量结果。从图中可以看出，被测房间的相对湿度均高于55%，属于中等偏高，但也在舒适区，这与主观调查结果和西安市季节特性相吻合。南向和北向房间的相对湿度变化规律总体一致，但是南向房间的波动更大，尤其是男生宿舍，这与男生性格好动、新陈代谢旺盛以及开窗和开关空调有关。女生公寓房间的湿度波动较大的原因在于夏季开窗频次更高。

图15 公寓相对湿度测量结果（图片来源：作者自绘）

3.3.3 风速测量结果

图16是在门窗关闭，空调开启情况下室内风速的测量结果。结果显示，在距离地面垂直高度为200cm处，风速均很小，接近于零；在距离地面高度为150cm时，风速随着远离空调的方向开始逐渐减小；在距离地面高度为100cm时，空调风速值的波动最大，风速最大值1.1m/s出现在距离空调平行距离为120cm时；在距离地面50cm高度时，风速变化较为平稳，平均风速为0.42m/s。

图16 空调风速测量结果（图片来源：作者自绘）

可以看出，由于房间空间较小，空调风速存在局部强劲，人站立高度范围下全覆盖的情况，风速极易波动。总体来看空调风速较大的区域集中在距离地面高度100cm和150cm之间，房间里人体活动范围内吹风感明显，产生局部不舒适感，因此风速的不均匀影响了热舒适性，需要更加精确地调控空调送风模式的风速和温度。

结语

本文针对创新港新型单元式学生公寓模式，通过采用问卷调查和实地测量方式对公寓的热环境进行研究，结果表明：

（1）五室一厅的单元式公寓形式相较于传统集中式宿舍，兼顾了个人空间与公共空间的划分，热舒适性大大提高，公寓总体的满意度普遍较高。

（2）由于公寓内各房间紧凑面积小，又有独立开窗，其室内热湿环境很容易波动，室内温湿度波动范围均较明显，需要更加精确的热湿环境调节模式。

（3）夏季过程，人体对室内热湿环境和热舒适性更敏感，在缺少其他调控措施的条件下，自然通风效果较差，同时由于房间空间相对狭小，空调风速的不均分布加剧了室内空间参数的震荡，具有明显的温度和风速梯度，影响室内人员的热舒适性，需要更加精确的空调温度和风速调控模式。