农村自然通风建筑冬季人体热适应研究

董梦如

(河南理工大学，河南 焦作 454000)

1 引言

我国相关学科学者最近越来越关注自然通风建筑室内热舒适发展现状，在严寒地区哈尔滨、寒冷地区西安、焦作和夏热冬冷地区广州[1～4]等地都开展了相关的研究，取得了一定的成果。但是，对于这些地区的县级及以下的农村地区鲜有研究。

在这样的背景下，笔者以浙江仙居农村地区为研究对象，在自然通风建筑室内热环境状况下，进行了冬季室内热舒适现场研究，旨在了解仙居农村地区建筑冬季室内热舒适状况，为提高农村建筑热环境、指导被动式建筑设计及空调系统设计提供参考依据。这些结果为气候适应理论提供了支持，可为优化自然通风建筑设计提供参考。

2 仙居县自然气候特征

浙江省仙居县位于浙江东南(28.5°～29°N，120°～121°E)。年平均气温18.3 ℃，1月份平均气温5.6 ℃，7月份平均气温28.5 ℃。雨量充沛，历年平均降水量2000 mm左右，呈双峰型分布，前峰为梅雨，后峰为秋雨，降水的空间分布不均匀，该地区气候属于夏热冬冷气候区。实地调研发现，该地区夏季居民冬季以自然通风为主，且不进行供暖。

3 研究方法

(1)调研时间为冬季2016年1月23～28日(最冷季)对仙居县的农村居民住宅的室内环境进行了测试，得到798套数据。受试者均在仙居地区生活多年，已经适应当地的气候环境。受试者具体情况如表1所示。

表1 受试者基本情况

(2)在调研过程中，对此地区同时碱性冬季室内外环境参数的测量与受试者主观热反应问卷调查。调研中具体使用的仪器见表2。

表2 测试仪器的基本信息

(3)受试者的主观感觉主要包括热感觉、湿感觉等主观选择。这几者的投票均采用ASHRAE[5]通用的7级投票指标。现场调研所用各类感觉投票标尺见表3。

表3 主观热反应和热期望投票标尺

(4)本研究采用操作温度作为热舒适的评价指标[6]。将操作温度按0.5 ℃/1 ℃的区间分组，以每组操作温度平均值为自变量，对影响热感觉的相关因素进行回归分析。

4 室内热环境和主观热反应

4.1 室内外环境参数

表4给出了仙居地区冬季调研期间室内外环境参数的分布情况仙居冬季室外平均温度为4.2 ℃，室内空气温度均值为7.2 ℃，相对湿度均值为65.7%(冬季室外的相对湿度值由于实验的原因丢失)，反映出仙居冬季湿冷的气候特征，即仙居属于夏热冬冷气候区。与GB/T 50824-2013《农村居住建筑节能设计标准》[7]规定的基准温度下限值(夏热冬冷地区的卧室、起居室等主要功能房间冬季基准温度上限值为8℃)相比，仙居地区冬季室内最低温度与空气温度平均值均超出这个范围。

表4 仙居地区室内外环境参数

4.2 服装热阻

图1为受试者服装热阻分布情况。从表1和图1可以看出，居民的服装热阻大多集中在1.15～1.95 clo范围内，平均值为1.51 clo。受试者服装热阻分布比较广，有呈现出较高值或者较低值的情况，主要原因是因为当地人体长期在此地区的生活，在生理、心理、行为上已经产生了较强的适应性，同时室内的温度受外部的影响，室内温度随之变化，导致受试者减少衣物或增加衣物，但是大多数居民频繁地出入室内外，不愿频繁更衣导致；还有一部分年龄在55岁以上的受试者，抗寒能力与青年人有差异，会影响服装热阻的最大值。

图1 冬季与夏季服装热阻分布频率

4.3 主观热反应

图2分别给出了仙居地区冬季热感觉、湿感觉以及风速赶紧投票的分布情况。由图2得出：受试者热感觉、湿感觉以及风速感觉投票均以“中性”(0)为主，其比例分别为58.2%、62.1%、79.7%，这可以看出：仙居农村地区受试者对室内的热环境满意度较高，同时也表明该地区的受试者有着良好的热适应，而湿感觉投票主要是因为当地居民适应了冬季高湿环境，因此湿感觉投票以“中性为主”；“适中”的风速感觉，可能是因为冬季室外温度低，室内关闭门窗所致无吹风感。

图2 主观热反应投票分布

5 环境参数对主观热反应的影响

5.1 环境参数对热感觉的影响

5.1.1 操作温度对热感觉的影响

受试者对热感觉的大小投票可间接反映出其所处环境的冷热情况。将仙居冬季的操作温度以1 ℃为间隔进行分组，将求得每1 ℃内的操作温度均值和实测热感觉均值进行权重回归，得到仙居农村地区冬季热感觉投票和操作温度的关系，如图3所示。

经回归分析方法得到冬季的平均热感觉与操作温度的关系式是：

冬季：MTS=0.09to-1.165 (P=0.001<0.05)

平均热感觉(MTS)与操作温度存在明显的线性关系，这说明随着操作温度的升高，人体热感觉逐渐增加，不利于人体的热舒适感觉。令MTS=0，得到冬季热中性温度12.9 ℃，处于较低的水平。从而可得：仙居地区自然通风建筑居民长期居住在此地区，对当地的气候适应性较强，13.0 ℃便可达到舒适水平。

图3 平均热感觉投票与操作温度的关系

5.1.2 湿度对热感觉的影响

由于仙居是夏热冬冷气候区，季室内相对湿度大多在50%以上。故对冬季相对湿度≤50%及>50%情况下对热感觉与操作温度关系进行分析。回归结果如图4所示。

冬季不同湿度水平回归方程：

相对湿度≤50%：MTS=0.12to-1.686

(P=0.000<0.001，R2=0.641)。

相对湿度>50%：MTS=0.058to-0.811

(P=0.003<0.05，R2=0.284)。

在仙居地区，分别对冬季热感觉投票与操作温度关系在不同湿度水平下进行研究。研究发现：在同一季节的不同湿度水平下的回归线差异较小。这说明，在夏热冬冷气候区，环境相对湿度对人们热感觉投票结果影响较小。或许这一发现在研究夏热冬冷地区农村居民室内热舒适时，可减少室内湿度对其影响比重。

图4 不同湿度水平下冬季热感觉和操作温度的关系

5.2 操作温度对热期望的影响

采用相同的方法，分析每0.5 ℃操作温度区间内热期望变凉/变暖的投票占全部投票的百分比与相应的平均操作温度进行Probit回归，得到如图5所示的曲线。得到仙居地区居民期望夏季变凉的频率随着温度的上升逐渐增加，可达到100%；冬季期望变暖的频率随着温度的上升逐渐降低，可达到0.00%，但是期望变暖的百分比并不会随着室内温度的升高有显著性变化。这可以看出，仙居农村居民对于夏季期望变凉、冬季期望变暖的强烈愿望。求得冬季热期望温度ET=21.0 ℃。当冬季80%的居民期望温度变暖时，对应的操作温度为5.6 ℃。80%的居民期望温度值从侧面说明在受试者冬季抗寒性是比较强的。但是居民仍旧期待更好的生活环境。

图5 期望变暖的百分比和操作温度的关系

6 讨论

受试者均在仙居地区生活5年以上，对此地区热湿环境有着较强的心理适应、行为适应。由图6可以看出，冬季的数据均落在ASHRAE 55标准舒适区之外，而且受试者的中性温度为12.9 ℃，说明受试者对冬季低温环境的耐受力以及强适应性；冬季可以通过增减衣物进行行为调节，有较强的行为适应。结果表明：ASHRAE 55标准低估了仙居农村居民可接受程度的上下限，并不适用于评价夏热冬冷地区冬季自然通风环境。

图6 冬季室内外温度与ASHRAE 55-2017标准的比较

7 结论

仙居农村地区测得的冬季人体热中性温度为12.9 ℃，具有较强的耐热及耐寒能力。在预测夏热冬冷地区人体热舒适时，应考虑加入建筑环境、生活习惯、经济条件和对环境的可调节程度等因素的影响，可以看出湿度的影响比重占到最小。这是因为本次调研的受试者均适应了该地区的空气湿度情况，在研究湿度对热感觉的影响时，冬季热感觉投票与操作温度在不同湿度水平下的回归线无显著差异性。我国夏热冬冷地区人群对长期生活的冬季湿冷环境具有较强的适应能力。