炎热季节高校学生宿舍空调与风扇联合运行节能研究

张虎 ，石文超 （安徽建筑大学环境与能源工程学院，安徽 合肥 230601）

0 前言

高校是各种能源的消耗大户，据统计高校的人均能耗是全国人均能耗值的2倍[1]。随着我国高等教育的不断发展，近些年来全国高校能源消耗快速增长。自2014年安徽省政府决定实施“空调进高校工程”以来，空调进入了安徽高校的不同场所[2]。学生宿舍作为生活场所，其空调日常使用能耗占学校总能耗较高的比例，因此降低以舒适性为目的校园空调能耗是校园节能关注的热点。

电风扇（以下简称风扇）作为炎热季节使用的传统降温设备，长期以来是高校学生宿舍夏季唯一改善室内热舒适度的降温设备。为改善学生生活条件，宿舍普遍安装空调，风扇遭淘汰。在达到室内热舒适要求的前提下宿舍空调和风扇并存，采用“空调+风扇”联合运行方式，能否具有明显的节能潜力，是建筑节能值得关注的问题之一。

通过对安徽省部分高校学生宿舍实地调研，结合学生日常行为习惯，提出“空调+风扇”联合运行方式以降低校园能源消耗。

1 调查问卷设计

根据安徽省高校安排，炎热季节学生在校正常学习时间约3个多月，宿舍空调使用率高。采用空调改善宿舍热环境时间长，能耗大。

本次调查问卷样本分为三个部分，主要内容：在炎热季节宿舍热环境满意度；空调和风扇使用情况；使用者生活用电习惯。调查对象为安徽省部分高校学生。

2 调查样本构成与分析

本次调查从2019年6月29日至7月20日进行实地随机问卷调查，被调查的高校为3所外地1所本地院校，共发放调查问卷283份，收回有效问卷247份，涉及学生宿舍92间，有效问卷的回收率为87.3%。被调查对象性别：男生占59%，女生占41%。被调查的学校分布、人员性别比例具有一定的广泛性和代表性。

2.1 炎热季节宿舍热环境满意度

炎热季节宿舍热环境满意度见表1。

被调查人中，90.3%的学生选择“热”，9.7%的学生选择“暖”，无学生对室内热环境表示满意。说明学生宿舍热环境处于很差的热舒适状态。

2.2 炎热季节空调运行温度设定

炎热季节宿舍空调运行温度设定见表2。

被调查的学生中，宿舍空调运行温度集中在23℃～24℃，占总样本的比例64.8%，同时温度明显低于人体热舒适感的要求。主要原因：大多数学生希望通过设置较低的空调运行温度来达到快速降温的目的。

2.3 空调、风扇使用情况

学生宿舍同时拥有空调和风扇，白天在空调正常运行的同时风扇使用情况见表3。

参与调查的人员中，在空调运行同时经常使用风扇仅占3.3%，没有使用风扇意识占86.6%。显然，学生几乎不知道空调开启运行降温达到一定温度后开动风扇联合工作也能产生舒适的热环境。

2.4 夜间使用空调习惯

学生夜间休息习惯见表4。

接受调查的学生中，选择调低空调温度（产生冷感）增加被褥以保持体温占82.2%，反映了学生不良的生活习惯。

综上所述，炎热季节学生对空调使用存在主要问题：空调运行温度设置过低且降低睡眠质量；空调和电扇使用方式不合理；不良生活习惯和节能意识缺失。

宿舍热环境满意度 表1

宿舍空调运行设定温度 表2

风扇使用情况 表3

3 空调、风扇工作对室内热舒适影响

在热舒适评价指标研究及应用中，最有代表性是由丹麦P.O.Fanger教授研究成果，即表征人体热舒适评价指标预期平均评价PMV和预测不满意百分数PPD指标来描述和评价热环境。PMV指标综合考虑了环境因素和人的因素，包括人体能量代谢率、服装热阻、空气温度、空气相对湿度、空气流速、环境平均辐射温度等6个因素[3]，该指标代表了同一环境下绝大多数人的舒适感觉。

3.1 实验方案

3.1.1 实验仪器及精度

测试采用德图testo480室内舒适度综合测试仪，其PPD与PMV的计算是根据《中等热环境PMV和PPD指数的测定及热舒适条件的规定》（GB/T18049-2000），见表 5。

3.1.2 实验简介

选择被调查的合肥某高校典型学生宿舍（长3.6m×宽4.8m×高3.0m）南北朝向的房间A、房间B，每个房间安装空调器（制冷量3500W）1台。房间A安装具有风量、风速和风向调节功能的风扇（额定功率为40W，最大风量为1m3/s，风速约 0.1m/s～1.2m/s）1 台，房间B无风扇。采用实验仪器进行不同工况下的测量，并结合被测试宿舍学生满意度调查。

合肥地区夏季最热月七月份月平均最高气温高达34℃，月最高气温达39℃，日均最高气温32℃；夏季（六月至八月）月平均最高气温在27℃～34℃之间[4]。在2019年7月14日-15日，进行了一个测量周期的连续测试。测试期间天空晴朗少云，能够充分体现合肥地区炎热季节的气候特征。

3.2 测试结果分析

白天学生在宿舍主要活动为学习和上网，人体活动代谢率为1.2met，夏季常规服装热阻0.5clo；

图1 空调运行室内空气温度和PMV指数关系图

学生夜间休息习惯 表4

测试仪器及精度 表5

夜间学生在宿舍主要活动为睡眠，人体活动代谢率为0.7met，常规服装热阻0.3clo[3]。

3.2.1 宿舍在空调运行状态下室内热舒适性

在空调制冷开启运行的状态下，对实验房间热环境参数测试，收集整理测试数据计算PMV值[5]，空调运行时室内空气温度和PMV指数关系，见图1。

从室内空气温度和PMV指数关系图看出：

①PMV指数与室内空气温度大致呈线性关系。

②空调运行时，能满足热舒适要求（PMV=0.5）：

a.白天学生在宿舍空气温度为25.6℃。

b.夜间学生宿舍空气温度为26.8℃。

3.2.2 宿舍在空调+风扇联合运行状态下室内热舒适性

空调制冷开启运行后，风扇以风速0.6m/s进行工作。对实验房间热环境参数测试，收集整理测试数据计算PMV值[5][6]，空调+风扇联合运行时室内空气温度和PMV指数关系，见图2。

图2 空调+风扇联合运行室内空气温度和PMV指数关系图

从室内空气温度和PMV指数关系图看出：

①PMV指数与室内空气温度呈非线性关系。

②空调+风扇联合运行时，能满足热舒适要求（PMV=0.5）：

a.白天学生在宿舍空气温度为27.4℃。

b.夜间学生宿舍空气温度为28.3℃。

③实验发现：提高空气速度可弥补较高的作用温度对人体影响，室内空气流速超过0.30 m/s，人们可以接受的热舒适的作用温度有所提高。

3.3 主观调查与分析

测试期间对被测试宿舍的学生发放调查问卷，通过热感觉投票TSV的方式对室内热舒适性进行调查。调查结果表明：采用空调+风扇联合运行时，室内空气温度场分布比较均匀，垂直温差几乎无感觉，感到不满意的比例占0%；采用空调运行，室内空气温度较低时才能满足热舒适要求，但垂直温差较大造成站立时头足感觉不舒服，感到不满意的比例达33%。表明了炎热季节在空调+风扇联合运行的状态下室内空气温度较高也能满足人们对室内热舒适的要求。

4 结论

①通过对典型学生宿舍室内热舒适性的现场测试和调查问卷分析，在炎热季节学生宿舍采用空调+风扇联合运行，不但在室内空气温度较高时能够满足人们对室内热舒适的要求，而且降低电能消耗；

②炎热季节，空调+风扇联合运行方式可广泛运用到安装有空调的场所。