贛州市居民建筑自然通風(fēng)室內(nèi)熱環(huán)境的測(cè)試分析
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蔣達(dá)華 李瑋 肖棟天 肖梅 費(fèi)華
江西理工大學(xué)建筑與測(cè)繪工程學(xué)院
摘要：在自然通風(fēng)下，測(cè)試了贛州城區(qū)居民建筑室內(nèi)房間的逐時(shí)溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等參數(shù)，計(jì)算房間逐時(shí)PMV-PPD值，給出贛州城區(qū)居民建筑室內(nèi)可接受的有效溫度范圍，分析了夏季贛州市居民建筑室內(nèi)的熱環(huán)境情況和熱舒適指標(biāo)。在沒有外界機(jī)械降溫的情況下，室內(nèi)PMV和有效溫度較高，室內(nèi)的熱環(huán)境基本在ASHRAE舒適區(qū)之外。
關(guān)鍵詞：居民住宅熱環(huán)境有效溫度舒適性指標(biāo)
目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)熱環(huán)境的評(píng)價(jià)主要針對(duì)微氣候室空調(diào)環(huán)境和自然通風(fēng)環(huán)境，熱環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是展開節(jié)能工作的基礎(chǔ)和前提。為了解贛州地區(qū)非空調(diào)工況下室內(nèi)熱環(huán)境及熱舒適狀況，探索該環(huán)境下及未來全球變暖背景下可接受的熱舒適范圍，本次調(diào)查贛州市居民住宅室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和主觀問卷調(diào)查，旨在獲得贛州地區(qū)夏季非空調(diào)環(huán)境民用建筑的熱舒適狀況，為制定該地區(qū)非空調(diào)環(huán)境的熱舒適評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)依據(jù)。贛州市處于我國(guó)南方，屬于夏季炎熱冬季寒冷地區(qū)。贛州市地勢(shì)周高中低，南高北低，使得贛卅市形成了自己獨(dú)特的地理氣候特征。
1 測(cè)試對(duì)象及方法
測(cè)試儀器布置及居民建筑所處地理位置見圖1。
測(cè)試對(duì)象為贛州市城區(qū)中的某一般建筑居民樓，位于單元樓的五樓（共七層），住宅前后皆為同類型的戶型，符合贛州市一般居民的住宅環(huán)境，具有代表性。2014年9月29日對(duì)該住宅室內(nèi)的空氣參數(shù)進(jìn)行了逐時(shí)測(cè)量與記錄。實(shí)驗(yàn)時(shí)間從當(dāng)天8:30至19:00歷經(jīng)12 h，每隔20 min記錄一組數(shù)據(jù)。各房間的門、窗都打開保證室內(nèi)氣流流動(dòng)舒暢，當(dāng)天室外平均溫度為35℃，平均相對(duì)濕度為60%～70%，幾乎無風(fēng)速?zèng)]有明顯吹風(fēng)感。
2 測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析
各房間與室外逐時(shí)溫度測(cè)試結(jié)果見圖2，從圖2可看出室外相對(duì)室內(nèi)空氣溫度變化幅度較大，在14:30-16:30時(shí)間段中溫度較當(dāng)天最高，達(dá)到了34.5℃的高溫�？蛷d的溫度全天相對(duì)較大，比臥室溫度平均高出2℃左右，變化幅度也不如臥室大。
各房間與室外相對(duì)濕度測(cè)試結(jié)果見圖3，從圖3可看出測(cè)量當(dāng)天室外的相對(duì)濕度最大有85%左右，最小有60%，濕度較高；室內(nèi)的相對(duì)濕度變化幅度沒有室外高，在上午時(shí)間段室內(nèi)的相對(duì)濕度大于室外，到了下午室外的相對(duì)濕度逐漸增大�？芍谏衔鐣r(shí)間段客廳的相對(duì)濕度比較大，最大是上午9:00左右為78%，最低在60%以下。
各房間內(nèi)空氣流動(dòng)速度與室外風(fēng)速測(cè)試結(jié)果圖4。從圖4可知，室外風(fēng)速變化波動(dòng)大，上午速度比較大，最大值達(dá)到近0.5 m/s;由于客廳中間有一堵隔墻導(dǎo)致通風(fēng)效果不好，風(fēng)速都在0.1 m/s以內(nèi)，幾乎沒有自然通風(fēng)，是客廳內(nèi)比其他室內(nèi)房間溫度高的主要原因；由于所測(cè)臥室有一個(gè)靠近室外打開的窗戶，所以臥室內(nèi)的風(fēng)速相比客廳較大，風(fēng)速也受室外影響而波動(dòng)。
從圖5可知，在一天最熱的時(shí)間段內(nèi)外墻壁的溫差最大，說明該臥室墻體材料的傳熱性能很好，很容易受外界溫度的變化而變化，也可看出其保溫隔熱性能不好，沒有很好地隔絕外界的高溫；這也是影響當(dāng)天臥室氣溫最高的原因之一。
3 室內(nèi)熱環(huán)境統(tǒng)計(jì)分析
3.1有效溫度t0的計(jì)算
有效溫度t0是綜合考慮空氣溫度和平均輻射溫度對(duì)人體熱感覺的影響而得出的合成溫度，即該指標(biāo)綜合考慮了環(huán)境與人體的對(duì)流換熱與輻射換熱。有效溫度t0可由下式計(jì)算得出：
米森納爾德曾證明了人在靜止空氣時(shí)，輻射換熱對(duì)人體的影響中輻射與表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)之比為1：0.9；當(dāng)空氣流動(dòng)時(shí)，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)增加，對(duì)流換熱對(duì)人體的影響加劇，當(dāng)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)等于輻射傳熱系數(shù)時(shí)，式(1)變?yōu)椋?
本文統(tǒng)計(jì)出的客廳空氣流速（如圖4）很小，臥室的平均空氣流速也比較小，所以為了簡(jiǎn)便本次的研究，用空氣溫度代替平均輻射溫度造成的平均誤差在4.5%左右，所以本次實(shí)驗(yàn)研究使平均輻射溫度等于空氣溫度，計(jì)算出各房間的有效溫度圖如圖6。
從圖6中可看出在自然通風(fēng)情況下贛州地區(qū)居民建筑室內(nèi)的溫度比較高，且自然通風(fēng)效果不是很好的客廳的有效溫度更高，從圖中可知臥室有效溫度t0最低28℃，最高34℃；客廳的t0最低30℃，比臥室高。
3.2 PMV-PPD的測(cè)試計(jì)算分析
參考我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)《中等熱環(huán)境PMV和PPD指數(shù)的測(cè)定及熱舒適條件的規(guī)定》GB/T 18049-2000中的PMV計(jì)算公式，在本文計(jì)算PMV時(shí)，考慮夏季住宅室內(nèi)人員活動(dòng)量一般為坐著休息或輕量活動(dòng)，故將室內(nèi)人員活動(dòng)新陳代謝率M定為65 W/m2，人體對(duì)外做的功消耗的熱量w定為0；夏季室內(nèi)人員著衣一般為短襯衫和薄長(zhǎng)褲，著衣熱阻定為0.25 clo，fcl可由衣服熱阻求出。計(jì)算得出各房間的逐時(shí)PMV值如圖7。
從圖7中可以看出客廳PMV值變化幅度不如臥室的大，且客廳的PMV值普遍偏高，幾乎都在1以上；而臥室的值波動(dòng)范圍較大，最小值在早上8:30左右為負(fù)值，最大值在一天最熱時(shí)間點(diǎn)14:30處，且在下午時(shí)各房間的PMV值普遍比較大。結(jié)合實(shí)測(cè)出的熱舒適性指標(biāo)與問卷調(diào)查的熱感覺不滿意度得出贛州地區(qū)PMV-PPD關(guān)系曲線與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)下的關(guān)系曲線圖見圖8。從圖8中可看出在PMV值相等時(shí)，贛州市PPD值總會(huì)比國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)下的值小，即同等環(huán)境下贛州地區(qū)居民的主觀不滿意度更低；圖中可見標(biāo)準(zhǔn)下舒適區(qū)為PMV在-0.5～0.5間，贛州地區(qū)的熱舒適區(qū)下PMV約在-0.7～0.7之間。
利用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織提出的室內(nèi)熱環(huán)境評(píng)價(jià)與測(cè)量的新標(biāo)準(zhǔn)化方法IS07730制作出的PMV(熱舒適性指標(biāo))與PPD(預(yù)計(jì)不滿意者的百分比)之間的關(guān)系曲線可看出，當(dāng)贛州地區(qū)的PMV在1.5以上時(shí)，可看出PPD大約在52%左右。對(duì)照ASHRAE 55-92中的舒適區(qū)要求，t0值應(yīng)在23℃到26℃之間，相對(duì)濕度小于60%，可以看出夏季贛州地區(qū)住宅建筑的熱環(huán)境基本在ASHRAE舒適區(qū)之外。從以上實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分析可知：建筑墻體材料的保溫性能的好壞和室內(nèi)房間的自然通風(fēng)情況都會(huì)對(duì)室內(nèi)的熱環(huán)境和熱舒適性指標(biāo)產(chǎn)生一定的影響。結(jié)合圖2、圖4、圖8可分析了解到房間自然通風(fēng)性能對(duì)房間的溫度和PMV值產(chǎn)生負(fù)相關(guān)的關(guān)系，通風(fēng)不好的客廳的溫度和PMV值明顯大于通風(fēng)較好的臥室，在下午通風(fēng)最不好的時(shí)間段14:00-16:30之間，各房間溫度較高，PMV值也較大；在早上8:30-10:00的風(fēng)速大時(shí)，溫度和PMV值較小，可見，室內(nèi)自然通風(fēng)的性能是影響室內(nèi)熱環(huán)境的一個(gè)重要指標(biāo)。結(jié)合圖2和圖4可知道，在下午14:00-16:30間墻體內(nèi)外壁溫差最大，而室外溫度又最高，從而對(duì)臥室的溫度也造成影響，使得臥室的溫度跟隨室外溫度的波動(dòng)而波動(dòng)，可知，墻體保溫性能對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境影響也比較大；在沒有外界機(jī)械降溫的自然通風(fēng)情況下，測(cè)量出的PMV指標(biāo)比較大和有效溫度值t0也比較高，室內(nèi)的熱環(huán)境基本在ASHRAE舒適區(qū)之外。
4 結(jié)論
1)在夏季溫度較高且晴朗時(shí)，贛州地區(qū)室外平均風(fēng)速不大，偶爾有吹風(fēng)感，大于0.2 m/s時(shí)的時(shí)間段很短，一般在上午；因此導(dǎo)致室內(nèi)的自然風(fēng)很小，且當(dāng)通風(fēng)效果不好時(shí)使得室內(nèi)情況更惡劣，溫度更高（如客廳），可看出在居民建筑室內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該多考慮室內(nèi)的通風(fēng)設(shè)計(jì)，合理規(guī)劃室內(nèi)進(jìn)、出風(fēng)口，充分利用室外自然風(fēng)，有利于改善室內(nèi)熱環(huán)境。
2)通過實(shí)驗(yàn)調(diào)查得出該住宅夏季時(shí)段在完全自然通風(fēng)條件下，室內(nèi)的PMV指標(biāo)在1.5～2之間，為熱不舒適狀況；贛州市的有效溫度普遍比較高，平均室內(nèi)有效溫度在30℃以上，基本在ASHRAE舒適區(qū)之外。由于贛州氣候原因，大部分居民已經(jīng)對(duì)當(dāng)?shù)貧夂虍a(chǎn)生了適應(yīng)性，耐熱更強(qiáng)，則推薦贛州地區(qū)PMV值在-0.7-0.7之間。
3)贛州市住宅自然通風(fēng)下的熱舒適性指標(biāo)PMV值和室內(nèi)的平均有效溫度值可很好地指導(dǎo)贛州地區(qū)熱舒適指標(biāo)評(píng)價(jià)，為今后贛州市建筑節(jié)能設(shè)計(jì)提供參考數(shù)據(jù)。
