实测效果导向的居住空间夏季室内热舒适分析与设计优化策略＊

朱珍妮 刘依明 刘念雄

1 研究背景

近年来，随着我国经济社会的发展和人民生活条件的改善，人们对居住空间的要求越来越高，其中室内热舒适逐渐成为相关领域的研究热点。高校公寓作为一种重要的居住建筑类型，有着人均空间小、居住者年龄差异小、活动方式及位置较固定等特点，其室内热舒适的研究也引起了学界的广泛关注。由于高等教育的发展，高校逐年扩招，越来越多的学生进入高校校园，探讨如何为更多的学生提供舒适健康的生活环境具有现实意义。

高校学生公寓是大学生活中最为长期稳定的居住空间，数据表明，大学生在校期间约有40%的时间在公寓度过，公寓环境对学生的学习效率和生活状况具有重要影响。吴越等针对单元式研究生公寓的冬季热舒适性进行了实地调研、问卷调查和现场测试研究，提出了冬季供暖存在的问题。李建华等通过实测以及Ecotect模拟软件，对天津市某高校学生公寓现状及改造方案的室内热舒适进行分析，证明改造方案的有效性。王丽洁等通过实地测量数据结合问卷和访谈，得出影响天津某高校学生公寓热舒适的主要原因，并提出改进建议。张凯歌等对西安某高校学生公寓进行实地调研并对结果进行统计分析，建立了该地区的热适应模型。周志平等对桂林市某高校学生公寓春季热舒适进行调查研究，运用统计学分析法对服装热阻、人体热感觉和操作温度之间的关系进行了回归分析。张虎等通过对安徽省部分高校学生公寓实地调研，提出在炎热季节采取“空调+风扇”联合运行方式改善室内热环境并降低能耗的观点。程卫红等对哈尔滨某高校学生公寓室内热环境参数进行了实地测试，并结合问卷调查得出学生的热中性温度和热期望温度。

综上所述，高校学生公寓热舒适研究基于不同地区的气候特征对室内热环境的影响，使用问卷调查和实地数据测量的方法，其结果能够较好地反映当地学生公寓室内热环境的特征和问题。然而，对于导致同一地区学生公寓室内热舒适差异的其他因素研究较少。本研究以清华大学紫荆公寓4号楼居住空间为例，通过实测数据分析室内热舒适性，并结合问卷调查结果，研究房间的朝向等因素对夏季室内热舒适的影响，为高校学生公寓设计改造提供可行的优化策略。

2 研究方法

2.1 研究对象选择

清华大学位于北京市海淀区，属于温带季风气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热湿润，日夜温差较大，夏季早晚温差最高可达18℃。选取位于校园西北部的紫荆公寓4号楼作为研究对象，北面与5号楼相邻，南面与学生服务中心C楼以绿化小树林相隔。

4号楼共7层，分为6个单元，每单元设一个楼梯间。平面呈L形，为内廊式的空间布局，分正北、正南、西北、东南四种朝向。如图1所示为相邻两间公寓平面，两公寓共享一个中厅，每间公寓配有开放式阳台；共四个床位，采用“上床下桌”模式；设有分体式冷热空调和集中供暖设施（图2）。

2.2 热舒适性调查

首先采用问卷调查的方式对公寓的热舒适性进行研究，调查对象为居住在4号楼的本科生，均为女性，年龄在17～23岁之间，共回收有效问卷35份，内容包括：1）本人及所在公寓的基本情况，包括所在楼层、房间朝向、床位号等；2）本人在公寓的生活习惯，包括平时在公寓的时间、使用空调的习惯、室内过热或过冷时采取的措施等；3）本人所在公寓热舒适性调查，包括平时在公寓的穿着、对室内温湿度和吹风感的感受、整体热舒适的评价、对朝向的满意度，以及期望的室内温度等。其中热舒适等投票采用的标尺及对应点取值如表1所示。

表1 热感觉、湿感觉、吹风感、热舒适评估标尺及对应点取值

1 相邻房间空间及内部床位布置

2 相邻房间轴测图

2.3 室内热环境测试

本次测试的主要参数选取室内的温度和相对湿度，采用WSZY-1温湿度自记仪，连续监测记录温度、相对湿度。仪器参数为：温度-40～100℃，分辨率为0.1℃；相对湿度0～100%，分辨率为0.1%。

对紫荆公寓4号楼一层的两个房间分别进行24h不间断监测，测试时间分别为2021年6月15日20:00—6月16日20:00、2021年6月16日21:00—6月17日21:00。两个房间编号为123A（北朝向）和127A（南朝向），户型和床位布置相同。此外，还测量了123A房间中厅温湿度情况作为室内不使用空调的参照。

3 研究结果

3.1 问卷结果分析

本次问卷的样本基本覆盖所有楼层、各种房间朝向及床位编号类型。从问卷结果中可以看出，在房间过热时大部分学生会选择打开空调，辅以调低空调温度和减少衣物；而在房间过冷时大部分学生会选择增加衣物，其次才是关闭空调和调高空调温度。由此可见使用空调是调节公寓夏季室内热环境的重要手段。

室内空调设定的温度集中在25～26℃，占总样本的85.71%，且温度区间基本符合人体热舒适感要求。在夜间休息习惯的调查中，多数学生选择适当调高空调温度，部分学生选择关闭空调或不调整空调温度，仅有少数学生选择调低空调温度并盖上厚被子来保持体温。

问卷进而统计了学生平时在公寓内的穿着、对室内温湿度和吹风感的感受、整体热舒适的评价、对朝向的满意度以及期望的室内温度等。学生在公寓内穿着多为短袖，可以推断出房间内的温度普遍偏高，穿着情况与上述空调设定温度区间也基本相符。

由对温度、湿度和吹风感的统计分析可看出，在夏季室内使用空调制冷的情况下，大多数人认为室内温度适中，部分人认为室内温度偏高。多数人认为室内相对湿度适中，但也有相当一部分人认为相对湿度偏低，显得干燥。半数人感觉室内无风，另外半数人认为有吹风感。

将温度感觉、湿度感觉分别与房间朝向做交叉分析，可以看出各个朝向房间的温度感觉以中性为主，仅有南向房间出现“热”这一评价，其温度感觉明显偏高，可推测朝向对于室内温度感觉有一定影响，且对南向房间影响较大。而湿度感觉与房间朝向无明显关系。将吹风感与床位编号做交叉分析，可以看到位于空调同侧的3、4号床感受多为无风；位于空调对侧的1、2号床对吹风感的感觉明显加强，且2号床相较1号床离空调更近，有更高比例的人认为有明显吹风感（图3-5）。

由对室内整体热舒适、朝向满意度以及期望的室内温度的调查可以看出，大多数人对室内热环境的评价是舒适和稍不舒适，与上文温度适中/偏高、湿度适中/偏低的结果相互印证。从朝向满意度的调查结果可以看出，大多数人对房间朝向持满意及以上的态度，仅有少数人对朝向不满意。从各项交叉分析可以看出，北向和西北向的房间朝向满意度较差，且朝向满意度越低，对热舒适的评价越差（图6）。可推测朝向是影响室内热舒适的原因之一。

此外，问卷调查了学生的期望室内温度，大多数人希望在22～26℃之间。从房间朝向与期望温度的交叉分析中可以推测出，较好的朝向对应的房间期望温度分布范围较广（图7）。

3 温度感觉与房间朝向交叉分析

4 湿度感觉与房间朝向交叉分析

5 吹风感与床位编号交叉分析

6 朝向满意度与室内热舒适交叉分析

7 房间朝向与期望温度交叉分析

3.2 实测数据分析

分别对123A和127A两个房间进行24h不间断的温湿度测量，测量过程中两个房间均使用空调制冷，温度设定均为25℃，123A全天未关空调，127A在16日下午18:00由于室外下雨温度降低关闭空调，直至测量结束并未再开启。

图8和图9分别是两实验房间的温度测量结果，可以看出：1）123A室内平均温度为24.2℃，127A室内平均温度为24.6℃，都在24～25℃之间，推测是因为其空调设定温度相同；2）123A室内温度范围为23.1～24.7℃；127A室内温度范围为22.1～25.7℃，温度波动较大，推测因为其朝向为南向，阳光直射会影响室内温度；3）室内温度波动会受到室外天气、温度变化的影响，例如127A在下午18:00由于室外下雨关闭空调后，室内温度仍呈现下降趋势。

图10和图11分别是两实验房间相对湿度测量结果，可以看出：1）123A室内平均相对湿度为60.7%，127A室内平均相对湿度为61.4%，二者较为接近；2）123A室内相对湿度范围为46.8%～68.7%，127A室内相对湿度范围为48.2%～72%，两者相对湿度波动范围较为接近；3）123A室内相对湿度整体呈现从高到低的变化，127A室内相对湿度整体呈现从低到高的变化，推测是由于16日傍晚到17日凌晨室外下雨所致，说明室外天气对室内相对湿度变化有很大影响。

此外，为了模拟室内不开空调的情况为上述数据提供参照，在2021年6月18日0:00—2021年6月19日0:00对123A房间中厅进行了连续24h温湿度测量。中厅平均温度为26.6℃，波动范围为26～27.4℃；平均相对湿度为47.4%，波动范围为42.1%～52.1%（图12,13）。中厅整体热环境呈现出偏热偏干的特点，不符合人体热舒适的要求，侧面证明了空调对室内热环境调节的重要作用。

4 研究结论

本文针对清华大学紫荆公寓4号楼居住空间的夏季热舒适性进行了问卷调查和现场测试研究。研究表明，学生公寓夏季室内居住空间的整体热舒适性较好，主要依赖空调进行调节，但室外温湿度变化对室内热环境具有一定影响。其中朝向也是影响室内热舒适、学生期望的室内温度等的因素之一。

以实测效果为导向，基于上述分析，提出设计优化策略：1）使用空调是目前调节学生公寓夏季室内热环境的主要手段，但空调使用价格较高且能耗较大，故学生公寓设计中也应当考虑其他途径来优化室内温湿度状况；2）可从外墙、门窗等围护结构入手改善公寓室内的热舒适性，例如增加墙体隔热、改善玻璃性能等；3）即使北向房间夏季室内更为凉爽，学生仍偏好南向等较好的朝向，故学生公寓楼设计中应当予以关注，例如减少北向房间数量，将辅助空间如楼梯间、卫生间、洗漱间等布置在北侧等。

8 123A 温度测量结果

9 127A 温度测量结果

10 123A 相对湿度测量结果

11 127A 相对湿度测量结果

12 中厅温度测量结果

13 中厅相对湿度测量结果

研究受到清华大学（建筑学院）临沂城市建设投资集团有限公司建筑全生命周期品质管理联合研究中心（2021-B2）支持。

＊本研究得到国家自然科学基金面上项目“基于机器学习的寒冷地区绿色住宅空间环境变量耦合机制与数据设计方法研究”（52078262）、国家自然科学基金委员会重点项目“高能效智能建筑环境营造原理与性能化设计新方法”（52130803）资助。

1-13作者自绘

表1作者自绘