极端高温下遮阳对轻质帐篷内部热环境的影响

摘" 要：针对高温极端天气下轻质帐篷内部热环境问题，在开门开窗和关门关窗2种模式下，开展无遮阳、多孔透光型遮阳网、不透光型遮阳布3种遮阳情况的帐篷内部热环境实测研究，揭示极端高温天气下帐篷内部热环境特征。实测结果表明，在极端高温天气情况下，遮阳措施可以有效改善帐篷内部热环境，遮阳布优于遮阳网，但是，帐篷内部温度仍然过高，在遮阳效果较好的情况下，帐篷内部最高温度达到44 ℃以上，内表面温度达到46 ℃以上；在测试条件下，帐篷门窗开闭情况对内部热环境影响很大，门窗全关情况下内部平均气温高于门窗全开9.1%～14%。

关键词：帐篷；热环境；极端高温；遮阳；环境实测

中图分类号：TS106.4" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2024）35-0081-05

Abstract： In response to the internal thermal environment of lightweight tents under high temperature and extreme weather， under two modes of opening and closing the windows， three types of shading conditions： no sunshade， multihole light-transmitting sunshade net， and light-transmitting sunshade cloth were carried out. The actual measurement study revealed the characteristics of the internal thermal environment of the tent in extreme high temperature weather. The measured results show that， In extreme high temperature weather conditions， sunshade measures can effectively improve the internal thermal environment of the tent. The sunshade cloth is better than the sunshade net. However， the internal temperature of the tent is still too high. Under the condition of good sunshade effect， the maximum temperature inside the tent reaches above 44 °C. The inner surface temperature reaches above 46 °C; under the test conditions， the opening and closing of the tent doors and windows has a great impact on the internal thermal environment. The internal average air temperature when the doors and windows are fully closed is 9.1% to 14% higher than that when the doors and windows are fully opened.

Keywords： tent; thermal environment; extreme high temperature; sunshade; environmental measurement

帐篷是人员野外宿营的主要载体，在军队、民用领域的应用非常广泛。但是由于其热工性能相对较差，导致其内部热环境条件欠佳。特别是夏季，由于太阳辐射的影响，其内部气温和表面温度远高于室外气温，阻碍人体向周边环境的散热，甚至环境可能向人体传热，导致夏季帐篷内部热舒适性较差，严重影响人员在内部的工作和休息。

近年来，为了把握帐篷内部热环境特点，国内外学者针对帐篷热环境开展了相关研究工作。赵二庆[1]在不同季节对军用帐篷热环境进行了实测，发现夏季封闭帐篷内温度最高接近45 ℃，开启门窗通风可降低室内温度约5 ℃，采取顶部遮阳措施可降低约6～7 ℃。贺柱等[2]提出一种新型外遮阳网改善帐篷内热环境，新型外遮阳相比无遮阳和传统的六针遮阳网可以大幅降低帐篷的太阳直射辐射得热和外壁面温度，从而有效改善帐篷内部热环境。刘静波等[3]测试了“三针”和“六针”2种织物密度遮阳网对帐篷内热湿环境的影响，发现遮阳网对帐篷热环境改善效果明显，“六针网”效果好于“三针网”。André等[4]测试了2种帐篷内部热湿环境情况，对比了无遮阳与遮阳情况下室内温度变化，发现遮阳对室内温度影响较大，最高温度差别接近10 ℃。Cristina等[5]分析了双层坡屋顶帐篷内的热湿环境，发现太阳辐射对帐篷内温度影响很大，室外最高温度约24 ℃，帐篷内最高温度约45 ℃。Moran等[6]建设了12种与帐篷具有相似热工特点的轻质板房，测试发现白天室内最高气温可达到40 ℃以上，研究提出了适合约旦气候（亚热带沙漠气候）的避难所构造及热环境改善措施。Prabhu等[7]研究了双层织物帐篷夹层传热特性，提出了帐篷夹层增加层措施，减少帐篷空调能耗。Xu等[8]研究了光伏驱动通风、相变材料和反光材料改善帐篷室内热环境的方法，建立了帐篷的仿真模型，分析了5个中国城市的节能率，发现昆明的节能率最高，约为80%。Kai等[9]开发了一个帐篷测试实验平台，测量了3种太阳辐射水平下帐篷内的热环境参数，结果表明，由于辐射环境，篷内温度显著升高，太阳辐射600 W/m2时，顶面最高温度达到62 ℃。Jiang等[10-13]研究了帐篷夏季室内热环境特点，分析了遮阳、通风等措施对室内温度的影响，发现遮阳率与是否开门开窗对室内温度影响很大，影响温差可达10 ℃以上。

通过国内外学者的探索，基本揭示了在夏季一般气温（最高温度在30～35 ℃范围内）条件下，帐篷内部热环境特征及其遮阳通风等改善措施对室内环境的影响规律。但是，随着人类对地球改造活动的加剧及工业化进程的加速，全球极端气温现象愈发频繁[14]，极端气温条件下帐篷内热环境特征尚未见报道。

中国重庆位于四川盆地东部，四面环山，空气流通较差，室外气温较高，易出现极端高温天气。据统计表明，重庆地区40 ℃以上极端高温天气呈显著上升趋势[15]。帐篷作为军队作战、民用野营的重要设施，其在高温极端天气影响下的热环境特征尚未见报道，其影响规律尚未可知。为此，笔者在重庆地区开展了极端高温天气情况下帐篷内部热环境的现地实测研究，以期揭示极端高温天气下轻质帐篷内部热环境特征。

1" 实验设计

为了探索极端高温环境下不同遮阳方式对帐篷内部热环境的影响，在室外最高温度40 ℃以上的天气情况下，采用2种不同的遮阳方式，在不同门窗开闭模式下，分别测试帐篷内温度变化情况。与无遮阳情况进行对比，找出极端高温环境下遮阳对帐篷内部热环境的影响规律。

1.1" 帐篷结构与布局

选用3顶相同型号的帐篷（A、B、C），每顶帐篷结构尺寸如图1所示。帐篷为双层结构，由外篷、内篷、地布和篷架等组成。帐篷长（L）、宽（W）、高（H）分别为6 560、6 160、2 720 mm。3顶帐篷分开布置，全天相互无阴影遮挡。

1.2" 遮阳方式

遮阳设施主要包括多孔透光型遮阳网（简称遮阳网）和不透光型遮阳布（简称遮阳布），遮阳方式如图2所示。遮阳网和遮阳布尺寸相同，均为6 m×8 m。A帐篷无遮阳措施，B帐篷上空支撑遮阳网，C帐篷上空支撑遮阳布。遮阳设施主要遮挡顶篷面，侧篷面遮挡面积小。遮阳设施与顶篷面的间距在200～400 mm。

1.3" 测点布置

住宿帐篷一般用于睡觉休息，重点考虑睡觉时人员所在平面的热环境情况，根据床铺高度等信息，在3个帐篷内距地面0.6 m平面上分别设置5个温度测点，包括1个中心测点（ZX）和四角测点（DB、DN、XN、XB）。测点布置如图3所示。

在监测帐篷内热环境的同时，在室外帐篷附近布置了气象站，实时记录了室外太阳总辐射强度、气温和风速。

帐篷内表面温度对人员热感觉影响大，采用红外枪测试了帐篷内表面温度。每顶帐篷均测试了东西2个篷顶内表面温度、东南西北4个篷墙内表面温度。

1.4" 门窗开闭模式

2024年8月28日至29日，对3顶帐篷热环境进行了为期2 d的现场测试。测试期间，根据门窗开闭情况，分为2种模式：门窗全开、门窗全闭。具体见表1。

2" 结果及讨论

2.1" 极端气温条件下典型气象参数变化特征

图4给出了重庆极端天气下白天室外气温动态变化情况。由图4可知，在为期2 d的测试期间，室外气温先升高后降低，在下午15：00—17：00期间达到最大值。测试期间最大值分别为43.4、40.6 ℃，40 ℃以上气温可高达5 h/d。7：00—20：00平均气温分别为38.4、36.9 ℃。

图5给出了测试期间太阳总辐射情况。由图5可知，测试期间太阳辐射的日变化规律类似，在7：00左右开始逐渐升高，13：00左右达到最大值，分别为895、912 W/m2。而后逐渐降低，19：00左右为0。因云层变化，测试期间太阳辐射值存在一定波动。测试期间平均太阳辐射分别534、536 W/m2。

图6给出了测试期间室外风速情况。由图6可知，室外风速随机波动较大，日最高风速分别为4.4、4.2 m/s，开门开窗模式和关门关窗模式下室外平均风速分别为0.9、1.2 m/s。

2.2" 门窗开启条件下遮阳对帐篷热环境的影响

图7和图8给出了帐篷门窗均开启时，不同遮阳条件下帐篷内气温的变化情况。由图7可知，总体而言，在不同遮阳方式下，帐篷内气温均逐渐升高后降低，在16：00—17：00达到最高气温。门窗均开启时，无遮阳、遮阳网、遮阳布3种情况下帐篷内最高气温分别为45.9、45.7、44.7 ℃，平均气温分别为40.8、40.1、39.4 ℃。

由图8分析可知，在门窗均开启时，在风压和热压共同作用下，帐篷内自然通风效果良好，帐篷内空气温度与室外气温十分接近，不同遮阳方式对帐篷内温度影响较小。在无遮阳、遮阳网、遮阳布3种情况下，帐篷内与室外空气温差平均值分别为2.4、1.7、1.0 ℃。

图9给出了开门开窗条件下16：00帐篷内表面温度与室温情况。分析可知，下午16：00左右，帐篷内外气温达到最高，此时，内表面温度明显高于室内气温。在无遮阳、遮阳网、遮阳布3种情况下，内表面温度分别为48.4、46.9、46.1 ℃，较室内气温分别高出2.7、2.2、1.6 ℃。

2.3" 门窗关闭条件下遮阳对帐篷热环境的影响

图10和图11给出了关门关窗条件下不同遮阳条件帐篷内的气温情况。对于单顶帐篷而言，内部气温变化趋势与开门开窗情况下相似，均为先升高后降低。但是，与开门开窗模式不同之处在于，关门关窗模式下，不同遮阳方式下对帐篷内最高温度影响较大。在无遮阳、遮阳网、遮阳布3种情况下，帐篷内最高气温分别达到53.9、51.0、47.9 ℃，平均气温分别达到46.5、44.9、43.0 ℃，说明遮阳对关门关窗通风不畅情况下的帐篷内部温度影响很大。这是由于在关门关窗情况下，帐篷内部空气流动性差，与外界空气交换甚少，被太阳辐射加热帐篷表面后进入帐篷内部的热量无法有效排除室外，导致内部温度严重过高。而遮阳效果直接决定帐篷表面获得的太阳辐射多少，遮阳效果越好，帐篷内部温度变化越低，与室外空气温度差异越大。在无遮阳、遮阳网、遮阳布3种情况下，帐篷内气温与室外气温最大差值分别为14.9、12.1、10.3 ℃。

图12给出了关门关窗条件下帐篷内表面温度与室内气温的对比情况。分析可知，在关门关窗模式下，由于帐篷内外空气流动性差，内部温度很高。在无遮阳、遮阳网、遮阳布3种情况下，其内表面温度分别达到53.5、48.8、46.5 ℃。与开门开窗模式相对，在无遮阳、遮阳网、遮阳布3种情况下，内表面温度升高约10.5%、4.0%、0.9%，说明遮阳对控制帐篷内表面温度具有十分重要的作用，遮阳效果越好，门窗开闭情况对帐篷内表面温度影响越小。

3" 结论

为了掌握极端高温天气下帐篷内部热环境特征，在中国重庆地区极端高温天气下开展了现场实测研究，分析了无遮阳、遮阳网、遮阳布3种情况下帐篷内部气温和内表面温度变化规律，探索了开门开窗通风良好、关门关窗通风不畅2种模式下遮阳对帐篷内部热环境的影响。主要得出以下结论：

1）重庆地区极端高温天气下室外最高气温可达40 ℃以上，白天平均气温在36 ℃以上，40 ℃以上气温时长高达5 h/d。

2）在开门开窗模式下，因室内空气流动性较好，帐篷内部温度受遮阳情况影响较小、与室外气温接近。在室外平均气温38.4 ℃，最高气温43.4 ℃，无遮阳、遮阳网、遮阳布3种情况下，帐篷内部气温和内表面温度先升高再降低，最高内部气温约44.7～45.9 ℃，平均气温约39.4～40.8 ℃，内表面温度约46.1～48.4 ℃。

3）在关门关窗模式下，遮阳对帐篷内部温度影响较大，其内部空气温度和内表面温度明显高于开门开窗模式。在室外平均气温36.9 ℃，最高气温40.6 ℃情况下，无遮阳、遮阳网、遮阳布3种情况，帐篷内部最高气温约47.9～53.9 ℃，平均气温约43.0～46.5 ℃，内表面温度约为46.5～53.5 ℃。

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