重庆市中低海拔村镇旅游区住宅热湿环境实测与热舒适研究*

陈金华，赵福滔，李文强，唐 浩，谢源源，沈舒伟

(1.重庆大学 三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400045;2.重庆大学 低碳绿色建筑国际联合研究中心，重庆 400045)

重庆市中低海拔村镇旅游区住宅热湿环境实测与热舒适研究*

陈金华1,2†，赵福滔1,2，李文强1,2，唐 浩1,2，谢源源1,2，沈舒伟1,2

(1.重庆大学 三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆 400045;2.重庆大学 低碳绿色建筑国际联合研究中心，重庆 400045)

通过问卷调研与现场实测的方法，分析了重庆市中低海拔村镇旅游区住宅各季节的热湿环境特性，并进行了热舒适研究.对比国家现行相关规范中的热舒适限值与实测值，发现旅游区夏季和过渡季温湿度范围偏离限值较小，冬季偏离限制最大.通过大样本问卷调查与实测进一步得到如下结论：各季节预测平均投票数PMV的修正值PMVe分别为夏季+0.67，过渡季+0.32，冬季-1.20；热感觉投票值TSV分别为夏季+0.63，过渡季-0.64，冬季-1.53；夏季和过渡季的热舒适度较高，冬季最差.根据APMV、PMVe与TSV值对比发现，影响夏季、过渡季和冬季热舒适性的最不利因素分别为：室内温度、室内湿度、室内温度.因此，为提高村镇旅游区住宅热舒适度，可采取的措施为：夏季通风降温，过渡季在外墙中加入防潮材料建立防潮层，冬季采用“空气源热泵+太阳能房”或在条件允许时采用地表水源热泵.

热湿环境；热舒适；PMVe；APMV；TSV

不同地区的不同建筑类型有不同的热舒适特性要求.国外众多研究者对世界上不同气候区城市住宅热环境与居民热舒适进行了广泛的现场调查研究[1-2].我国也有一些研究者对大中城市如北京、上海、长沙、深圳等住宅热环境与居民热舒适进行了现场调查研究[3-6]，而对于我国村镇住宅区的热舒适环境研究相对城市还较少且起步晚.众所周知，我国村镇地区的经济、生活水平与城市不太一样，如生活习性、用能习惯、热经历过程等.Fanger等人的研究表明常用空调的居民热期望值要高于不常用空调的居民[7]，且行为调节、过去的热经历和热期望都会影响人体热舒适[8].解明镜[9]等通过对我国湘北某传统居民区夏季室内热环境的实测研究，提出了可改善夏热冬冷地区室内热环境并适用于现代建筑设计的部分原则.韩杰等[10]通过调研实测研究了夏热冬冷地区村镇住宅热环境与居民热舒适的关系，并提出一些相应的改善措施.李百战等[11]通过分析非采暖空调环境下人体热反应的时变特征，研究得到人体客观生理指标在各季节的影响程度.肖坚等[12]通过模拟对比分析，提出了一个基于夏热冬冷地区热舒适的居住建筑室内热环境评价指标.以上研究进一步证明了村镇居民的热舒适与城市居民有较大差别，但目前关于村镇住宅区的热舒适研究大都局限于普通农村，而随着村镇旅游产业的兴起，村镇旅游已经成为一种新的旅游模式，游客对旅游区住宅热舒适要求也越来越高.本文通过现场实测和问卷调研的方式对重庆市中低海拔村镇旅游区住宅的热湿环境进行研究，结合其建筑围护结构现状，找出不同季节下影响旅游区住宅热舒适的关键因素，为提升游客对旅游区住宅的热舒适满意度提供科学的方法与决策依据.

1 调研方法与内容

1.1 调研方法

调研采用现场测试与问卷调研相结合的方法.通过对重庆市村镇旅游区调查发现，很多旅游区平均海拔处在500～1 000 m之间，学术上称为中低海拔地区.为详细了解重庆市中低海拔村镇旅游区各季节热湿环境状况和住宅内热舒适水平，在2013年8月、11月和2014年1月分别对重庆市江津区、永川区及主城周边3个村镇旅游区A(海拔1 000 m)、B(海拔600 m)、C(海拔500 m)，共132户非空调旅游区住宅进行包括夏季、过渡季和冬季的分季节性实地调研.

1.2 调研样本量

本次调研样本覆盖3个旅游区，每区样本量平均分配，按照绝对精度决定样本量，公式为：

(1)

式中n为样本总数，u1-α/2为置信水平下的Z统计量，S2为样本的总体方差，λ为给定的绝对精度.取95%的置信水平Z统计量为1.96，测量要求的精度λ为0.6 ℃.根据调研结果计算可得，冬季室内温度值总体方差最大，标准偏差为1.3，方差为1.69.因此，取置信度为95%时，样本总量为：

故本文选取的每个调研点44户，共132户的有效样本量都满足调研样本要求.

1.3 调研内容

现场测试内容包括室内外的空气温度、相对湿度及围护结构表面温度.测量所用仪器见表1．

表1 测试参数及仪器

问卷调查内容主要是游客对旅游区住宅热湿环境的热舒适评价.其中包括：1)受试者背景资料(身高、体重、在重庆生活时间、籍贯)；2)受试者此时人体状态(静坐、极轻度劳动、轻度劳动、重度劳动)；3)受试者此时热舒适感觉，包括环境热感觉，其值采用ASHRAE 7级热感觉投票(-3很冷，-2冷，-1有点冷，0适中，+1有点热，+2热，+3很热)，环境湿感觉(-3很干，-2干，-1较干，0适中，+1较潮，+2潮，+3很潮)，环境风速感觉(-3很闷，-2闷，-1有点闷，0舒适，+1有点风，+2风速大，+3风速大到无法忍受)；4)对房间热舒适整体满意度；5)对各种热舒适扰量的不满意程度.

2 数据处理方法

目前国际上广泛采用的建筑热环境领域的规范ASHRAE standard 55和ISO Standard 7730均是以Fanger教授的PMV-PPD模型为基础，设定对象为均衡、稳定且控制良好的采用空调/供热系统的建筑，而对不同气象环境下的自然通风建筑并不一定适用.因此，为了使PMV-PPD模型适用于自然通风建筑，Fanger提出扩展的PMV-PPD模型：根据不同的地区气象条件、建筑形式，将PMV乘上一个热期望因子(Expectancy Factor)，期望因子e取值范围为0.5到1，将人员的热期望分成高中低3个等级，并认为中国的情况e值应取0.7[7].虽然Fanger教授在原有PMV模型基础上加入人体热期望因子得到的PMVe模型在自然通风建筑中是适用的，但他给出的0.7热期望因子并不一定是中国所有地区的最优解[13]，故在此引入重庆大学姚润明博士[14]建立的适应性预测平均热感觉模型(Adaptive Predicted Mean Vote，APMV).APMV模型是在非人工冷热源热湿环境中，考虑了人们心理、生理与行为适应性等因素后的热感觉投票预计值，适用于村镇旅游非空调住宅区.根据PMVe，APMV值与热感觉投票值TSV进行对比，研究分析旅游区住宅热湿环境的热舒适性.

在Fanger方程中，服装外表面温度tcl为计算难点，可通过Maple软件进行编程计算.

在PMV-PPD扩展模型中，PMVe的计算公式为：

PMVe=PMV×e

(2)

式中e为热期望因子.

在适应性预测平均热感觉模型中，APMV的计算公式如下：

(3)

式中Kδ为大于0的系数，取决于气候、季节、建筑形式与功能、社会文化背景以及其他瞬时物理环境中的相关因素；λ为自适应系数，根据《民用建筑室内热湿环境评价标准GB/T50785-2012》[15]查得：λ夏季取值0.21，过渡季取值0.21，冬季取值-0.49.

3 调查结果统计分析

3.1 室内热湿环境特征

根据《民用建筑室内热湿环境评价标准GB/T50785-2012》[15]规定的夏热冬冷地区非人工冷热源热湿环境室内热湿环境评价等级I级标准，室内温度范围为18.0～28.0 ℃；综合文献[16]中给出的重庆地区热舒适范围，得出室内可接受相对湿度范围为30%～80%.如表2所示，重庆市中低海拔村镇旅游区夏季平均温度刚好接近上限值，湿度适宜；过渡季平均温湿度分别偏离下限值的19.0%和上限值的5.5%；冬季平均温度偏离下限值的73.0%，平均相对湿度则接近上限值.

表2 室内热湿环境数据

3.2 游客室内的热感觉

游客对各季节热感觉的投票频率如图1所示.如果将室内热感觉等级为-1，0和+1认为可以接受，则夏季有74.0%的游客认为可接受，过渡季有88.5%的游客认为可接受，冬季有52.9%的游客认为可接受.由此可知，重庆市中低海拔村镇旅游区夏季和过渡季的室内热环境较好，而冬季的室内热环境较差，仅有半数游客表示接受.

热感觉

3.3 游客室内的湿感觉

由3.1节的分析可知，重庆市中低海拔村镇旅游区各季节湿度均偏大，夏季67.5%的相对湿度虽在可接受范围内，但已接近ASHERE规定相对湿度范围的上限值.如图2所示，如果将投票为-1，0和+1的游客认为对湿度可接受，则夏季有80.7%的游客认为可接受，过渡季只有56.0%的游客认为可接受，冬季有82.4%的游客认为可接受.由此可知，重庆市中低海拔村镇旅游区冬夏两季室内湿环境较好，而过渡季的室内湿环境较差，近半数的游客表示不能接受.

热感觉

3.4 游客室内的风速感觉

游客对各季节风速感觉的投票频率如图3所示.如果将投票为-1，0和1的游客认为对风速环境可接受，则夏季有77.0%的游客认为可接受；过渡季有79.3%的游客认为可接受，冬季有100%的游客认为可接受.由此可知，重庆市中低海拔村镇旅游区各季节的室内风环境较好，得到了游客的普遍认可.

热感觉

3.5 各季节热湿环境影响因素对比

归纳图1～图3中数据，得出游客对不同季节不同热湿参数的可接受程度，结果见表3．

室内温度、相对湿度和风速都是热湿环境评价指标TSV的变量，其中风速影响相对稳定，现分别将TSV与温湿度进行简单相关性分析.相关分析是研究现象之间是否存在某种依存关系，并对具体有依存关系的现象探讨其相关方向和相关程度，是研究随机变量之间相关性的一种最常用的统计方法.最为常用的是皮尔逊(Pearson)相关系数法，计算公式为：

(4)

表3 游客对不同季节不同热湿参数可接受程度

表4 TSV与各变量简单相关分析

在温湿度两个热湿参数中，夏季、过渡季和冬季与TSV相关性最大(相关系数绝对值最大)的热湿参数分别为温度、湿度和温度，其结果与表3中各季节最不能接受热湿参数一致.上述结果表明：各季节对旅游区住宅热舒适影响最大的热湿参数分别为夏季的温度、过渡季的湿度和冬季的温度.

3.6 人体热舒适性

文中3.2至3.4节中已根据调研结果统计出温度、湿度和风速感觉投票频率分布图，现根据文中第2节的相关公式分别计算出PMVe和APMV值.为简化计算过程，取M=58.2 W/ m2(人体能量代谢率)，W=0(机械功)，v=0.1 m/s(空气流速)，Icl夏季=0.067 (m2·℃)/W，Icl过渡季=0.155 (m2·℃)/W，Icl冬季=0.31 (m2·℃)/W(根据实际情况，各季节Icl值在文献[17]的推荐值上有所增加)，室内辐射温度Tr等于空气温度Ta，热期望因子e取0.7.图4给出了各季节PMVe,APMV值与热感觉投票值(TSV)的对比结果.

图4 不同季节TSV与PMVe，APMV的比较

如图4所示，夏季TSV与PMVe值分别为0.63,0.67，表明旅游区夏季游客对热环境的适应能力比理论上强；过渡季TSV与PMVe值分别为-0.64，0.32，表明过渡季游客对偏冷环境适应能力比理论上弱；冬季TSV与PMVe值分别为-1.53，-1.20，表明游客对较冷环境的适应能力比理论上弱.从TSV值偏离热中性程度来看，冬季实测偏离程度最大，表明游客对较冷环境的热感觉最敏感，与PMVe的预测结果一致.同时由图4可看出，各季节的APMV与PMVe值差别不大，进一步证实PMVe模型在自然通风建筑中适用性良好，而前提是合理选用热期望因子，但目前针对各季节各地区热期望因子e的取值还欠缺更科学合理的确定方法，故本文PMVe模型仅作为对比参考.

另外，各季节APMV与TSV值的绝对差值分别为夏季0.16，过渡季1.05，冬季0.6，其中过渡季和冬季的绝对差值较大，分析原因主要有两点：海拔和热经历过程.由于调研区域为中低海拔旅游区，室内外气温比低海拔地区偏低；另外游客多数来自低海拔城区，其热经历环境多为空调区，故短时间对非空调旅游区偏冷环境的适应能力较慢且弱，致使实测值与预测值偏差较大.

对比3个季节，夏季和过渡季的热舒适性较高，最适合游客旅游，但游客不满意因素主要分别为较高的温度和湿度，故需采取适当的降温、除湿措施，以达到热舒适标准；冬季热舒适度最差，游客不满意因素主要来自于过低的室内温度，故需加强供暖措施的运用.

3.7 室内温度与室外气温关系

通过前文分析得出各季节在村镇旅游区的室内热湿环境特性，以及游客对各季节热湿环境可接受度与影响因素的对比.为进一步研究重庆中低海拔村镇旅游区各季节独特热湿环境的成因，以过渡季为例，用线性回归分析法对室内外气温进行作图分析，结果见图5.

如图5所示，室内外气温的相关系数平方值为0.927 4，表明室内外温度紧密相关，室外温度每升高1 ℃，室内温度即升高0.78 ℃.另外，李永兵等以重庆地区气候特点及典型气象年月平均温度，建立了全年室外月平均温度与室内中性温度线性相关的回归方程[18]．对比分析图5的线性相关回归方程可知，重庆市村镇旅游区室外气温对室内温度影响波动大于全年平均水平，进一步说明村镇旅游区旅游住房的外墙保温性能也达不到重庆市平均水平.

室外气温/℃

4 改善措施

图6，图7分别是旅游地区夏季降温和冬季供暖措施现状分布图．夏季有80%的业主采用通风措施调节室内热湿环境，这与该地区夏季室内温度不高有直接关系；冬季热舒适度最差，要提高冬季热舒适度主要是改善冬季热环境，而该旅游区森林资源较丰富，故业主多采用炭火取暖.根据重庆旅游区的降温、供暖方式现状，提出如下改善重点与措施．

夏季以降低室内温度为改善重点．由于室内温度偏离热中性不多，可采用外墙保温和被动降温措施解决.按照《农村居住建筑节能设计标准(GB/T50824-2013)》[19]夏热冬冷地区外墙传热系数K[W/(m2.K)]和热惰性指标D需要达到如下标准：K≤1.8，D≥2.5；K≤1.5，D<2.5.在外墙保温满足规范的前提下，通过增强通风达到降温目的，可采用穿堂风与隔热通风屋顶.在夏季室外气温不高时，可直接打开门窗利用穿堂风改善室内热环境；而在室外气温较高的局部时间，可采用加强夜间通风的方式降温.隔热通风屋顶是把实体屋面改为带封闭或通风空气夹层结构的屋顶，可极大提高屋顶的隔热能力，达到隔热降温的目的.

过渡季以降低室内相对湿度为改善重点．重庆地区夏季和过渡季气候潮湿，在中低海拔旅游地区更是如此，因此在外墙中可加入防潮材料建立防潮层进行改善；另外应减少门窗开启时间，并可购买一些干燥剂或木炭置于室内适当改善湿环境.

图6 旅游地区夏季降温措施分布

图7 旅游地区冬季供暖措施分布

冬季以提高室内温度为改善重点，可采取合适的供暖措施，其中可根据当地资源优先采用较为节能环保的供暖方式.现村镇可采用的供暖方式主要有：家用电暖器供暖、火墙供暖、炭火供暖、重力循环热水供暖、被动式太阳能房供暖、三联供空气源热泵供暖.旅游地区住宅游客人员密集，考虑到安全与节能环保问题，不建议采用电暖器、炭火与火墙供暖；而重力循环热水供暖系统相较其他复杂，对于单层或两层旅游住宅建筑，由于安装条件受限，散热器和供暖炉中心高差较小，作用压力有限，综合考虑经济性与实用性，故建议采用“太阳能房+三联供空气源热泵”供暖系统.被动式太阳能房是一种最简单、有效的冬季供暖方式，而三联供空气源热泵能效高，针对旅游住宅需要大量的生活洗浴热水的特点，采用该方式既能在夏季极端炎热天气有主动降温措施，又能全年保证足量的生活洗浴热水供应；另外若条件允许，地表水源热泵与直供式空调系统等可作为高效节能系统优先考虑.

5 结 论

本文通过对重庆市中低海拔村镇旅游区住宅热湿环境的调研实测与分析研究，得到如下结论：

1)重庆市中低海拔旅游区夏季住宅室内平均温度为27.26 ℃，平均相对湿度为67.5%，室内温度偏高；过渡季平均温度为14.56 ℃，相对湿度为84.4%，室内温度偏低，相对湿度偏大；冬季平均气温为4.76 ℃，相对湿度为75.3%，室内温度严重偏离热舒适范围；而游客对各季节室内风速感觉较为满意，即室内风环境较好.

2)夏季、过渡季整体热舒适度相对较高，冬季较差，从各热湿参数分析，夏季热湿环境的最不利因素是室内温度，有74.0%的游客可接受；过渡季的最不利因素是相对湿度，仅有56.0%的游客可接受；冬季的最不利因素是室内温度，仅有52.9%的游客可接受.

3)对比PMVe,APMV与TSV值，发现夏季游客对热环境的适应能力比理论上强；过渡季游客对偏冷环境适应能力比理论上弱，但较接近热舒适状态，而游客对湿度带来的影响最为敏感；冬季游客对偏冷环境适应能力比理论上弱，室内温度对热舒适起着决定性作用.

4)从TSV偏离热中性程度来看，冬季实测偏离程度最大，游客对较冷环境的热感觉最敏感，与PMVe的预测结果一致.而各季节的APMV与PMVe值差别不大，证实PMVe模型在自然通风建筑中适用性良好.

5)村镇旅游区热湿环境改善重点在于提高冬季室内温度，建议采用较为节能环保的“太阳能房+三联供空气源热泵”供暖系统；而夏季和过渡季的热舒适度可以通过一些适当的被动措施进行改善，如穿堂风、隔热通风屋顶、墙体防潮层等.

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Field Study of Thermal and Humidity Environment and Thermal Comfort Study of Residences in Mid and Low Altitude Rural Tourism Area of Chongqing

CHEN Jin-hua1，2†, ZHAO Fu-tao1，2, LI Wen-qiang1，2, TANG Hao1，2, XIE Yuan-yuan1，2, SHEN Shu-wei1，2

(1.Key Laboratory of Three Gorges Reservoir Region’s Eco-Environment, Ministry of Education， Chongqing Univ, Chongqing 400045,China;2.National Centre for International Research of Low-carbon and Green Buildings, Chongqing Univ, Chongqing 400045, China)

Using the methods of questionnaire and field measurement, this paper analysed the characteristics of the thermal and humidity environment of every season in mid and low altitude rural tourist areas of Chongqing. By comparing the measured value with the thermal comfort limit value of the national standards, we find out that the departure degree of temperature and humidity range is small in summer and the transition season and the large in winter. Through large-scale sample questionnaire survey, we conclude that, in each season the PMVe values are +0.67 in summer, +0.32 in the transition season and -1.20 in winter. The TSV values are +0.63 in summer, -0.64 in transition season and -1.53 in winter respectively. The thermal comfort is better in summer and transition season and the worst in winter. Through further calculation of APMV and contrast with PMVe, TSV values, we find out that the most unfavorable factors to impact thermal comfort in summer, transition season and winter are indoor temperature, indoor humidity and indoor temperature respectively. Therefore, in order to improve the thermal comfort of residences in rural tourist areas, we can take the following measures: ventilation cooling in summer, adding moisture-proof material in the exterior wall in the transition season and adopting the air source heat pump with solar house or the surface water source heat pump when conditions permit.

thermal and humidity environment; thermal comfort; PMVe; APMV; TSV

1674-2974(2015)07-0128-07

2014-08-14

国家科技支撑计划项目(2013BAJ11B00)

陈金华(1973-)，男，四川宜宾人，重庆大学副教授，博士

†通讯联系人，E-mail: c66578899@126.com

TU83

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