夏热冬暖地区冬季高校教室热舒适研究

【摘要】本文以夏热冬暖地区的高校教室热环境为研究对象，在调研高校教室热环境状况的基础上，根据建筑布局对广西大学的教室进行了分类，测量和分析其冬季的热环境，归纳和总结其各自特点。探讨了冬季教室热环境的变化规律，可为进一步研究夏热冬暖地区高校教室热环境设计提供指导。

【关键词】高校教室；热舒适；夏热冬暖地区

1、引言

南方地区的冬季热环境往往是一个被忽视的研究方向。室内冬季热舒适是影响人们对建筑满意程度的关键，高校教室冬季的室内热舒适状况对教学活动有着深刻的影响。作为建筑设计人员有必要掌握冬季教室的热环境控制方法，才能营造舒适的室内热环境。这不仅有利于完善当地建筑技术标准和建筑设计水平的发展，而且对于改善高校教室的热环境有积极的作用。 在教室热环境研究方面Maria Anna Nico[1]对 Politecnico di BAR教室热环境进行测量，通过对Fanger模型和自适应的两种方法进行比较，分析居住者的热感觉和正常的控制环境参数下不同个体与热感觉之间研究。Yu Yang[2]等通过对暖湿气候地区的大量实验数据进行分析后得出：ASHRAE？标准的热舒适温度设置？上限可以由？25.24？℃？增加到？26.84？℃。这种调整将有利于兼顾室内热舒适与节能平衡问题。

国内学者利用现场测试和问卷调查相结合的方式来研究人体热舒适。田元媛、许为全[3]用问卷方式，对热湿环境下人体热感觉等进行了分析，提出了一个对热湿环境中人体热舒适进行预测的数学模型。陈露等[4]对重庆市主城区住宅的夏季室内热环境及热舒适情况进行调查，得出了重庆市主城区居民在夏季改善室内热环境的主要方法。杨晚生，郭晶等[5]通过实测热环境舒适性分析，根据热舒适性方程和 PMV及PPD评价指标，根据所测的温度、相对湿度的实验数据，对该居住建筑室内的热环境舒适性进行评价。

广西大部分地区属于夏热冬暖地区，气候温和，夏长冬短，全区均属于非采暖区。冬季平均气温10℃以上，多阴雨天气。虽气温适中但是生活于此的居民却普遍反映觉得冬季寒冷难耐，也有“寒气浸入骨髓”的说法。所以对该地区非采暖的高校教室冬季热环境的研究有助于各类教学活动的开展。

2、夏热冬暖地区教室的分类

一般而言，夏热冬暖地区教室分为两类：内廊式布局（如广西大学第四教学楼）和北走廊式布局（如广西大学土木学院教学楼）

第四教学楼位于广西大学西校园君武路东侧。教室类型为封闭式庭院型，在多数楼层中包括4个公共课教室，其中三间教室和附属的公共区域围合成一个内部庭院空间，教室为东西向，主要依靠南面进行采光通风（图1）。还有一间教室靠近东面，通风采光主要是靠东面（图2），不与庭院相连而与封闭的楼梯相连（图3），其通风采光的条件较弱。

土木楼位于广西大学西校园君武路西侧。教学楼的布局特点为单一外廊式布局，走廊靠近北边且狭长，每个教室通过走廊连接。单一外廊式布局使得几乎每间教室南北通透，没有遮挡，有比较好的通风和采光条件（图4，5）。没有遮挡的南北通透特点使得冬季教室冷风刺骨，因此冬季只能紧闭门窗来保持室内温度。

3、测量与调研

对广西大学的这两类教室内进行了热环境实测。所测的热工参数有：室内空气温度，空气相对湿度，表面热辐射温度，通过这些参数计算PMV、PPD值。为了使数据更具有实际意义，测试时间为白天和晚上的正常上课时间。

重复测量室内空气温度确定一时段内（测试时间约持续2小时，每间隔10分钟测量一次）空气温度平均值、变化范围与空气温度随时间变化的状况。

测量数据显示：位于土木楼的同一教室环境下午（未开窗）与晚上（开窗）的温度差为1.823℃，所以，被测试教室冬季室内温度变化不大，且是否开窗对室内温度影响也不大。两次测量的结果显示被测量教室室内温度低于14℃，均未能达到冬季人体感到舒适的范围（18℃～25℃）的最低值。

而位于第四教学楼的教室下午（关窗）与晚上（关窗）的温度差比较明显，平均4.015℃。两次测量的结果相较于土木楼同时段测量的结果都偏高，但其温度仍处于较低的水平，产生了较强的不舒适感。

室内相对湿度在开窗与关窗状态下分别为80.708%和74.423%，同一教室环境中开窗状态下比关窗状态下的相对湿度更高，但是两组测试数据中的相对湿度都处于较高水平，开窗状态下的相对湿度更是高于了人感到舒适的范围（20%～80%）。同一时段中，相对湿度变化较为明显，且关窗状态的波动程度高于开窗状态，其原因可能是使用者的活动或其开关门造成的。

问卷调查时随着教学楼现场测试同时进行，时间为2014年12月，地点为土木楼。问卷调查的目的是为了研究自然调节下使用者热舒适情况以及使用情况。此问卷共发放了60份，有效问卷58份，回收率96.67% 。调查的主要内容包括：（1）教室的热环境状况；（2）人体热舒适状况；（3）热环境对人体影响程度

如图8，本次测试中对被测教室使用者日常使用时（非开窗状态）的满意度调查，其中感到环境不舒适（不舒适、非常不舒适）的使用者占到59%。

在对不舒适原因调查中选择空气不流通、采光差、潮湿等因素的被调查者较多，但在同时对日常开窗通风频率的调查中（图9）59%的被调查者开窗通风的频率较低，其原因是开窗虽然可以提升空气的交换率，但同时室内的温度降低、空气

流速增加会加剧冬季人体的冷感，使环境热舒适度大幅下降，于是使用者更愿意选择空气污浊带来的轻微不舒适感而提高体感温度从而提高热舒适性。

4、冬季高校教室的PMV与PPD计算值

测量时段为12月中旬至次年一月上旬，为冬季时段，当时人们大多穿着毛衣、棉衣等较为保暖的衣物，根据计算表查询得，冬大衣、毛衣组合时服装热阻值为1.5clo，服装影响因子取值1.15clo。

两间被测试教室均位于5楼以上，但被测试教室所处的楼栋均有电梯，使用者多乘坐电梯直达，抵达前运动状态基本为步行或站立，其对抵达教室后代谢率变化影响较小时间也较短。在教室中主要从事教学与绘制图纸等脑力或轻体力活动，根据计算表查询，代谢率在40～60kcal/hr・m2之间，计算时取平均值50 kcal/hr・m2。

现在PMV-PPD指标是国际上衡量环境热舒适的重要指标，PMV值为正时人体普遍感觉偏热，PMV值为负数时偏冷，以往研究中显示PMV于±0.5之间是属于舒适的范围。PPD值越高表示越多人对该环境的热舒适表示不满意，反之，PPD值越低表示该环境热舒适性越好。PPD值不会为0，当PPD值小于20%时可以认为大多数人对该环境感到满意，并可以表示该环境的热舒适性良好。

在关窗情况下，PMV平均值为-0.284，PPD为6.751，相对于开窗状态，其值在-0.5～0.5的范围内，属于适宜的范围。但是，由于空气湿度较大，教室内学生人数较多，密度大；在关窗状态下学生会感觉烦闷，呼吸不舒服，而在开窗状态下因为冬季风的影响室内空气流速过大，此时又会让人感觉阴冷难受。

5、结语

根据实验，冬天时，广西大学两种不同类型教室，无论是在开窗或是关窗状态下，PMV平均值大多在±0.5之间，PPD平均值大多也都小于20%；即人们应处于较舒适的状态。但根据问卷调查显示，南宁的冬天是不舒适的，寒冷的。这两者的差异说明：我国夏热冬暖地区的热舒适性与现行的ISO标准有差异。其原因可能是PMV-PPD受计算中高湿度抑制体内水分蒸发使人感到温暖弥补了地温带来的不适感的影响。实际上从问卷与测量的数据显示，对于我国冬暖夏热地区，在温度不变的情况下，湿度的增高，反而加大了PPD值，加剧不适感受。

根据我国夏热冬暖地区环境、气候的特殊性，其相适应的建筑环境的热适应有待确定。应该根据当地热气候标准和当地建筑使用者的热感觉提出相应的热舒适评价方法。

基金项目： 广西大学2014年度“大学生创新创业训练计划”自治区级创新训练立项资助项目（201410593095），广西壮族自治区教育厅2014 年度广西高校科研项目（LX2014009）

作者简介： 黄雅婷（1993-），女，本科在读，广西大学土木建筑工程学院建筑学

参考文献

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