严寒C 区过渡季高校综合教学建筑热舒适研究

徐文文 白叶飞 康晓龙 唐汝宁

内蒙古工业大学土木工程学院

0 引言

为研究严寒C 类地区综合教学类建筑内部不同特征空间区域热舒适差异性，以呼和浩特市内蒙古工业大学建筑馆为研究对象，针对其内部封闭大空间、封闭小空间、半开放空间、过渡空间区域，采用现场调研及正交试验的方法，分析其热中性温度及热舒适影响因素。

1 调研对象

本文以内蒙古工业大学建筑馆为研究对象，针对其内部不同特征空间区域，进行热舒适分析。

建筑馆建筑面积5900 m2，地上三层，一层为图书阅览室、艺术沙龙等，二层为计算机房、行政办公室等，三层为研究生工作室、研究所等。其内部空间结构主要由封闭大空间、封闭小空间、半开放空间、过渡空间等区域组成。各区域的空间结构形式特征具体如表1、图1 所示。

表1 不同区域空间结构形式特征

图1 各空间区域图片

2 实验方案

测试对象选取建筑馆内封闭大空间区域本科设计教室、封闭小空间区域专业小教室、半开放空间区域研究所、过渡区域直走步梯、连廊等区域，进行热环境参数实测和主观问卷调查。

2.1 热环境参数实测

测试时间为2020 年9 月20 日至10 月20 日之间，房间的测试周期为早上8:00 至晚上21:00，测试记录时间间隔为5 min，由测量仪器自动记录。测点布置方案根据房间内实际情况以及《民用建筑室内热湿环境评价标准GB/T 50785-2012》[1]，在测试区域内选择有代表性的地点布置检测点。室内环境参数测试包括空气温度、相对湿度、空气流速、黑球温度。室外参数测试报空气温度、相对湿度。所用测试仪器性能参数如表2 所示。

表2 热环境测试仪器

2.2 主观问卷调查

在热环境参数测试的同时，对建筑馆内各区域学生随机发放问卷，回收有效问卷244 份。调查主要分为受访者基本信息和热湿感受两部分，其中受访者基本信息包括性别、年龄、籍贯、着装情况。热湿感受主要包括热感觉、湿感觉、热环境舒适度、热环境接受程度投票等。

3 热舒适评价

3.1 客观调查统计分析

对建筑馆内不同空间区域热环境参数进行统计分析，如表3 所示。

由表3 可知，建筑馆内各区域空气温度平均值仅封闭小空间区域满足《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范GB/T 50736-2012》[2]中规定的室内热舒适等级Ⅱ级的温度要求，其他区域受供暖末端位置及数量影响，容易造成人员不舒适。各区域相对湿度和空气流速的平均值均满足热舒适Ⅱ级要求。

表3 建筑馆过渡季室内热环境参数

3.2 主观调查问卷结果统计

3.2.1 受试者基本信息统计

主观调查问卷中，随机挑选的受试者主要为本科生及研究生，南北方受试者人群以集中供热区和非集中供热区为界线划分，被调查者的年龄、服装热阻及人体代谢率的详细情况如表4 所示。被调查者的性别比例、南北方受试者人数比例如图2 所示。

表4 过渡季受试者基本信息

图2 性别比例、南北方受试者人数比例

3.2.2 热感觉投票

热感觉投票如图3 所示，各空间区域热感觉投票不同。从热感觉投票百分比来看，封闭小空间区域热感觉评价最高，说明本区域温度较高，室内人员容易感觉到热；过渡空间区域热感觉评价最低，说明本区域温度较低，在本区域停留的人员容易感觉冷。

图3 热感觉投票频率分布图

3.2.3 湿感觉投票

湿感觉投票如图4 所示，各空间区域湿感觉投票呈现出差异性。封闭小空间区域湿感觉评价最高，有三分之一的投票认为本区域湿感觉“适中”；过渡空间区域湿感觉评价最低，有三分之二的投票认为本区域湿感觉“干”和“很干”。

图4 湿感觉投票频率分布图

3.2.4 热环境舒适度投票

热感觉投票和湿感觉投票差异性造成热环境舒适度投票不同，如图5 所示。与热感觉投票和湿感觉投票分布规律相似，各空间区域热环境舒适度呈现出差异性。对于封闭大空间区域投票集中在“比较舒适”、“一般”和“有点不舒适”范围；对于封闭小空间区域投票集中在“舒适”、“比较舒适”和“一般”范围；对于半开放空间区域投票集中在“比较舒适”、“一般”、“有点不舒适”和“不舒适”范围；对于过渡空间区域投票集中在“一般”、“有点不舒适”和“不舒适”范围。从热环境舒适度评价来看，封闭小空间区域评价最高，有近一半投票都给本区域较高的评价；过渡空间区域评价较低，超过三分之二的投票都给本区域较低的评价。

图5 热环境舒适度投票频率分布图

3.2.5 热环境接受程度投票

热环境接受程度投票如图6 所示，各空间区域热环境投票呈现出差异性。对于封闭大空间区域，59%的投票认为“可接受”，23.5%的投票认为“较不满意”，17.5%的投票对热环境满意；对于封闭小空间区域，61.2%的投票认为“可接受”，38.8%的投票对热环境满意；对于半开放空间区域，29.7%的投票对热环境不满意，55.3%的投票认为“可接受”，15%的投票对热环境满意；对于过渡空间区域，57.5%的投票对热环境不满意，仅8%的投票对热环境满意。从热环境接受程度评价来看，封闭小空间区域评价最高；过渡空间区域评价最低。

图6 热环境接受程度投票频率分布图

3.3 TSV 模型

根据现场实测数据和主观调查问卷得到的结果，对数据进行整理、统计分析，建立TSV 模型，得出各区域的热舒适差异。

采用温度频率法，将13～22 ℃范围内的标准有效温度[3]以0.5 ℃为间隔，划分为18 个温度区间，以每个温度区间的标准有效温度（SET）为自变量，以每个温度区间的实际测量人员热感觉TSV 值为因变量，得到实际人员测量热感觉随标准有效温度变化的规律，如图7 所示。

图7 TSV 模型

由图7 可知，各空间区域的TSV 模型拟合曲线不同，拟合线的斜率表示不同空间的人群对温度变化的适应能力和敏感程度[4]，过渡空间的拟合线的斜率最小，表明过渡空间人员对温度变化的适应能力最强，对温度变化的敏感程度最低。封闭小空间拟合线的斜率最大，表明封闭小空间人员对温度变化的适应能力最弱，对温度变化的敏感程度最高。拟合线与TSV=0 的交点的SET 值为实际热中性温度，可以看出各空间的热中性温度存在差异，其中封闭小空间的实际热中性温度为19.18 ℃，表明封闭小空间的人员对热的承受能力最强。过渡空间的实际热中性温度为15.86 ℃，表明过渡空间的人员对热的承受能力最弱。

4 人体热舒适影响因素正交分析

为进一步探索不同特征空间区域引起热中性温度和舒适温度区间差异的原因，对影响人体热舒适的环境因素和人体因素进行正交分析。

4.1 人体热舒适影响因素

经过国内外学者多年的研究，发现有六个因素对人体热舒适起着决定性的作用[5]，包含两类：一类环境因素，主要包括空气温度、平均辐射温度、相对湿度以及空气流速。另一类是人体因素，分别是服装热阻和人体代谢率。

4.2 正交分析

通过正交试验，对影响人体热舒适的各因素进行分析，得出影响人体热舒适的显著因素。各区域功能特点不同导致人体代谢率不同。封闭大空间用作本科生的设计教室，人员处于立姿，轻度活动状态，代谢率取1.6 met；封闭小空间用作普通小教室，人员处于坐姿放松状态，代谢率取1.0 met；半开放空间用作研究所，人员处于坐姿及活动状态，代谢率取1.2 met；过渡空间用作休息空间，人员处于坐姿或静止站立状态，代谢率取1.0 met[6]。选取空气温度、平均辐射温度、相对湿度、空气流速及服装热阻5 个因素，每个因素选取9 种水平，利用SPSS 软件进行正交试验，各空间区域影响因素水平设置表如表5 所示。

表5 各空间区域正交试验影响因素水平设置表

将正交试验结果记录在表格中，显著性P＜0.05，说明结果有参考意义，Ⅲ类平方和大小表示该因素对人体热舒适影响程度的强弱，各空间区域主体间效应检验如表6 所示。

表6 各空间区域主体间效应检验

各空间区域人体热舒适影响因素的程度顺序如表7 所示。

表7 各空间区域因素影响程度顺序

由表7 可知，对于封闭大空间区域、半开放空间区域，服装热阻是影响人体热舒适的显著因素。对于封闭小空间区域、过渡空间区域，空气温度是影响人体热舒适的显著因素。

5 结论

本文以内蒙古工业大学建筑馆为研究对象，对其内部封闭大空间、封闭小空间、半开放空间、过渡空间采用现场实测和调查的方法，得到以下结论：

1）由主观问卷调查结果和TSV 模型可知，封闭小空间热环境舒适度评价最高；过渡空间评价最低；过渡空间人员对温度变化的适应能力最强，对温度变化的敏感程度最低；封闭小空间人员对温度变化的适应能力最弱，对温度变化的敏感程度最高；四类空间实际热中性温度分别为17.83、19.18、16.28、15.86 ℃，80%可接受的实际舒适温度区间分别是14.59～21.09℃、16.16～22.18 ℃、12.28～20.29 ℃、8.84～22.88 ℃。

2）对影响人体热舒适的因素进行正交试验可知，封闭大空间和半开放空间人体热舒适受服装热阻影响显著；封闭小空间和过渡空间人体热舒适受空气温度影响显著。