赣州市居民建筑自然通风室内热环境的测试分析

 蒋达华 李玮 肖栋天 肖梅 费华

 江西理工大学建筑与测绘工程学院

摘要：在自然通风下，测试了赣州城区居民建筑室内房间的逐时温度、风速、相对湿度等参数，计算房间逐时PMV-PPD值，给出赣州城区居民建筑室内可接受的有效温度范围，分析了夏季赣州市居民建筑室内的热环境情况和热舒适指标。在没有外界机械降温的情况下，室内PMV和有效温度较高，室内的热环境基本在ASHRAE舒适区之外。

关键词：居民住宅热环境有效温度舒适性指标

 目前，国内外对热环境的评价主要针对微气候室空调环境和自然通风环境，热环境评价标准是展开节能工作的基础和前提。为了解赣州地区非空调工况下室内热环境及热舒适状况，探索该环境下及未来全球变暖背景下可接受的热舒适范围，本次调查赣州市居民住宅室内热环境进行现场实测和主观问卷调查，旨在获得赣州地区夏季非空调环境民用建筑的热舒适状况，为制定该地区非空调环境的热舒适评价标准提供科学依据。赣州市处于我国南方，属于夏季炎热冬季寒冷地区。赣州市地势周高中低，南高北低，使得赣卅市形成了自己独特的地理气候特征。

1  测试对象及方法

测试仪器布置及居民建筑所处地理位置见图1。

 测试对象为赣州市城区中的某一般建筑居民楼，位于单元楼的五楼（共七层），住宅前后皆为同类型的户型，符合赣州市一般居民的住宅环境，具有代表性。2014年9月29日对该住宅室内的空气参数进行了逐时测量与记录。实验时间从当天8:30至19:00历经12 h，每隔20 min记录一组数据。各房间的门、窗都打开保证室内气流流动舒畅，当天室外平均温度为35℃，平均相对湿度为60%～70%，几乎无风速没有明显吹风感。

2  测试结果统计分析

 各房间与室外逐时温度测试结果见图2，从图2可看出室外相对室内空气温度变化幅度较大，在14:30-16:30时间段中温度较当天最高，达到了34.5℃的高温。客厅的温度全天相对较大，比卧室温度平均高出2℃左右，变化幅度也不如卧室大。

 各房间与室外相对湿度测试结果见图3，从图3可看出测量当天室外的相对湿度最大有85%左右，最小有60%，湿度较高；室内的相对湿度变化幅度没有室外高，在上午时间段室内的相对湿度大于室外，到了下午室外的相对湿度逐渐增大。可知在上午时间段客厅的相对湿度比较大，最大是上午9:00左右为78%，最低在60%以下。

 各房间内空气流动速度与室外风速测试结果图4。从图4可知，室外风速变化波动大，上午速度比较大，最大值达到近0.5 m/s;由于客厅中间有一堵隔墙导致通风效果不好，风速都在0.1 m/s以内，几乎没有自然通风，是客厅内比其他室内房间温度高的主要原因；由于所测卧室有一个靠近室外打开的窗户，所以卧室内的风速相比客厅较大，风速也受室外影响而波动。

 从图5可知，在一天最热的时间段内外墙壁的温差最大，说明该卧室墙体材料的传热性能很好，很容易受外界温度的变化而变化，也可看出其保温隔热性能不好，没有很好地隔绝外界的高温；这也是影响当天卧室气温最高的原因之一。

3  室内热环境统计分析

3.1有效温度t0的计算

 有效温度t0是综合考虑空气温度和平均辐射温度对人体热感觉的影响而得出的合成温度，即该指标综合考虑了环境与人体的对流换热与辐射换热。有效温度t0可由下式计算得出：

  米森纳尔德曾证明了人在静止空气时，辐射换热对人体的影响中辐射与表面传热系数之比为1：0.9；当空气流动时，表面传热系数增加，对流换热对人体的影响加剧，当表面传热系数等于辐射传热系数时，式(1)变为：

 本文统计出的客厅空气流速（如图4）很小，卧室的平均空气流速也比较小，所以为了简便本次的研究，用空气温度代替平均辐射温度造成的平均误差在4.5%左右，所以本次实验研究使平均辐射温度等于空气温度，计算出各房间的有效温度图如图6。

 从图6中可看出在自然通风情况下赣州地区居民建筑室内的温度比较高，且自然通风效果不是很好的客厅的有效温度更高，从图中可知卧室有效温度t0最低28℃，最高34℃；客厅的t0最低30℃，比卧室高。

3.2 PMV-PPD的测试计算分析

 参考我国标准《中等热环境PMV和PPD指数的测定及热舒适条件的规定》GB/T 18049-2000中的PMV计算公式，在本文计算PMV时，考虑夏季住宅室内人员活动量一般为坐着休息或轻量活动，故将室内人员活动新陈代谢率M定为65 W/m2，人体对外做的功消耗的热量w定为0；夏季室内人员着衣一般为短衬衫和薄长裤，着衣热阻定为0.25 clo，fcl可由衣服热阻求出。计算得出各房间的逐时PMV值如图7。

 从图7中可以看出客厅PMV值变化幅度不如卧室的大，且客厅的PMV值普遍偏高，几乎都在1以上；而卧室的值波动范围较大，最小值在早上8:30左右为负值，最大值在一天最热时间点14:30处，且在下午时各房间的PMV值普遍比较大。结合实测出的热舒适性指标与问卷调查的热感觉不满意度得出赣州地区PMV-PPD关系曲线与国际标准下的关系曲线图见图8。从图8中可看出在PMV值相等时，赣州市PPD值总会比国际标准下的值小，即同等环境下赣州地区居民的主观不满意度更低；图中可见标准下舒适区为PMV在-0.5～0.5间，赣州地区的热舒适区下PMV约在-0.7～0.7之间。

 利用国际标准化组织提出的室内热环境评价与测量的新标准化方法IS07730制作出的PMV(热舒适性指标)与PPD(预计不满意者的百分比)之间的关系曲线可看出，当赣州地区的PMV在1.5以上时，可看出PPD大约在52%左右。对照ASHRAE 55-92中的舒适区要求，t0值应在23℃到26℃之间，相对湿度小于60%，可以看出夏季赣州地区住宅建筑的热环境基本在ASHRAE舒适区之外。从以上实验的结果分析可知：建筑墙体材料的保温性能的好坏和室内房间的自然通风情况都会对室内的热环境和热舒适性指标产生一定的影响。结合图2、图4、图8可分析了解到房间自然通风性能对房间的温度和PMV值产生负相关的关系，通风不好的客厅的温度和PMV值明显大于通风较好的卧室，在下午通风最不好的时间段14:00-16:30之间，各房间温度较高，PMV值也较大；在早上8:30-10:00的风速大时，温度和PMV值较小，可见，室内自然通风的性能是影响室内热环境的一个重要指标。结合图2和图4可知道，在下午14:00-16:30间墙体内外壁温差最大，而室外温度又最高，从而对卧室的温度也造成影响，使得卧室的温度跟随室外温度的波动而波动，可知，墙体保温性能对室内热环境影响也比较大；在没有外界机械降温的自然通风情况下，测量出的PMV指标比较大和有效温度值t0也比较高，室内的热环境基本在ASHRAE舒适区之外。

4  结论

 1)在夏季温度较高且晴朗时，赣州地区室外平均风速不大，偶尔有吹风感，大于0.2 m/s时的时间段很短，一般在上午；因此导致室内的自然风很小，且当通风效果不好时使得室内情况更恶劣，温度更高（如客厅），可看出在居民建筑室内设计时应该多考虑室内的通风设计，合理规划室内进、出风口，充分利用室外自然风，有利于改善室内热环境。

 2)通过实验调查得出该住宅夏季时段在完全自然通风条件下，室内的PMV指标在1.5～2之间，为热不舒适状况；赣州市的有效温度普遍比较高，平均室内有效温度在30℃以上，基本在ASHRAE舒适区之外。由于赣州气候原因，大部分居民已经对当地气候产生了适应性，耐热更强，则推荐赣州地区PMV值在-0.7-0.7之间。

 3)赣州市住宅自然通风下的热舒适性指标PMV值和室内的平均有效温度值可很好地指导赣州地区热舒适指标评价，为今后赣州市建筑节能设计提供参考数据。