贺州地区夏季农宅室内热环境与热舒适实测研究

　　摘要: 人体热舒适存在明显的城乡差异特征。为研究夏热冬暖北区夏季农宅室内热环境和居民热舒适，2020 年夏季对广西贺州河西村 105 户自然通风农宅室内外热环境参数进行现场实测，同时对居住其中的 280 位当地居民展开热舒适主观问卷调查，回收有效问卷 560 份。运用统计学分析方法对实测数据和调查问卷进行回归分析，研究操作温度与热感觉、服装热阻等的关系，定量分析热主观感觉的影响因素。结果显示，夏季贺州农村受试者实测中性温度为 25.0℃，预测中性温度为 26.2℃，期望温度为 24.4℃，可接受温度范围为 19.5℃~29.6℃。老年人和成年人的中性温度分别为 25.4℃和 24.5℃，老年人对热的耐受力高于成年人;男性和女性的中性温度分别为 24℃和 24.3℃，不存在统计学上的显著差异。研究结果可为农宅热舒适研究提供参考。

　　关键词：夏热冬暖北区;农宅;室内热环境;热舒适;现场实测

　　随着农村居民生活水平显著改善以及乡村振兴战略的推进，夏热冬暖地区夏季农宅的舒适性逐渐成为人们关注的热点。近年来，有学者对我国夏热冬暖地区建筑夏季的热舒适开展了大量的现场研究，但主要集中在公共建筑[1 3]和城市住宅[4，5]，对农宅的热舒适研究较少[6，7]，特别是关于夏热冬暖北区农宅的热舒适和热适应研究较少。研究表明，人体的实际热舒适需求可以通过热适应模型反映，受地域气候、建筑类型、室内环境、生活习惯等多种因素影响，存在明显的城乡差异[8，9]。

　　而目前世界上影响最大的室内热环境评价标准 ASHRAE 55[10，11]、ISO 7730[12]与不同地区热舒适现场调研的研究成果有所出入，国内现有的热环境评价标准[13]和建筑规范[14]未能针对夏热冬暖北区农民的热舒适需求对农宅热环境改善和节能设计进行准确指导。

　　为全面了解夏热冬暖北区农宅热环境和当地居民热舒适水平，本研究选取该区代表城市(广西贺州市)典型农村(河西村)的住宅进行现场调查与分析，建立贺州地区农宅的热适应模型，为提高当地农宅室内热环境与人体热舒适提供必要的理论依据。

　　1 气候条件与研究区域

　　农宅特点贺州市地处我国夏热冬暖北区建筑热工分区，属亚热带季风气候，气候温和，雨量充沛。2020 年贺州市全年平均气温 20.8℃，最冷为 12 月，月均气温 10.2℃，最热为 7 月，月均气温 29.9℃;年均雨量1 531.6 mm，全年无霜期 328 d。

　　河西村位于广西贺州市八步区中部，是第五批全国重点文物保护单位临贺故城河西城址的核心区域，2019 年被列入第五批中国传统村落名录[15]。这之后，河西村主要街巷的农宅不再新增或拆除重建;既有农宅仅能进行外立面整改修复[16]，原有室内居住环境已难满足居民的热舒适需求。河西村共有农宅 420 栋，其中 2000 年之后建造的占比 63%，均为砖混结构。农宅层数以 2~3 层为主，占比约 77%。外墙为 180 mm 厚普通烧结砖，部分农宅外墙立面贴饰灰色仿古面砖并勾缝，外围护结构均无保温材料。

　　2 研究方法

　　2. 1 样本选择

　　笔者研究团队于 2020 年 7 月 29 日—8 月 3 日对河西村 105 栋农宅的室内热环境和居民热舒适进行现场调查实测，并于 2020 年 10 月 25 日—10 月 28 日进行补充调查。共调查居民 280 人，其中男性 123 人(44%)、女性 157 人(56%)。采用横向加纵向的问卷调查方法，共计回收有效问卷 560 份，考虑受试者样本性别、年龄等因素的均匀分布。在调查过程中，详细记录每位受试者的衣着情况和新陈代谢率。服装热阻为按照 ASHRAE55 2004 标准计算出的受试者所着服装的总热阻值，受试者大多处于站姿放松状态或坐在轻质木椅上，故不考虑附加热阻。受试者为长期生活在此地的居民，在当地居住时长为 4~80 a，初步认为已经可以接受当地气候。

　　2. 2 现场研究

　　本次现场研究采用现场测试与问卷调查相结合的研究方法。室外气象参数测点为 24 h 连续监测;室内热环境参数实测和热舒适主观问卷调查同步进行，分别选取农宅首层、标准层和顶层的主要房间(客厅或卧室)进行现场测试，并对房间内的1~2 名居民进行问卷调查，室内皆处于自然通风状态，不开启空调。

　　2.2.1 热环境参数测试热环境参数测试内容包括室内外空气温湿度、室内黑球温度和室内风速。分别使用 AZ8829S 型自动记录温湿度计、JTSOFT Meter JTR04 型黑球温度计、SENTRY ST733 风速自动监测仪进行测试。测试仪器均满足 ISO 7726 标准[17]要求，且测试前各仪器均按要求进行校核。各仪器记录间隔均为 1 min。测试位置距受试者 0.3 m 以内，高度分别取 0.1、0.6、1.1 m，对 应 坐 姿 人 体 的 脚 踝 、腹 部 和头部。

　　2.2.2 现场问卷调查问卷调查内容涉及 5 个方面，一是农宅概况，包括农宅的建造年代、形式、围护结构材料、保温隔热设计等;二是受试者的基本情况，包括年龄、性别、身高、在此地的居住年限等;三是受试者着衣情况和活动状态;四是受试者改善室内热环境的适应性措施，包括开门窗、开风扇、开空调等有关改变室内环境参数的方式和增减衣物、活动量等自身的适应性行为;五是受试者对室内环境的热感觉、热舒适、热期望、热可接受度等主观投票。调研问卷内容的设置参考 ASHRAE 55 2013，将主观感受量化为主观投票标尺。

　　3 测试结果与分析

　　3. 1 室内外环境实测参数测试

　　期间室外空气温度和相对湿度，其平均值分别为 26.8℃和 72.0%。室外气温昼夜温差较大，温度日波动幅度最大为 11.3℃，最高温度 37.5℃出现在 7 月 30 日中午。相对湿度日波动范围最大为 45.5%~94%，幅度 48.5%，最高相对湿度95.4% 出现在 7 月 31 日凌晨。此数据可基本代表贺州地区夏季室外温湿度的变化，符合夏热冬暖地区夏季高湿高热的气候特征。

　　通过对 560 人次现场测试数据的分析和整理，获取了当地自然通风农宅室内热环境参数的基本特征，室内空气温度和相对湿度的平均值分别为 28.5℃和 63.1%;室内操作温度的平均值为 28.6℃，与空气温度基本持平;室内平均风速为 0.07 m/s。

　　3. 2 问卷调查结果分析

　　当室内相对湿度在舒适范围内且室内空气流速 较 低 时 ，一 般 采 用 操 作 温 度 top 进 行 热 舒 适 分析[18]，以考虑空气温度 ta及平均辐射温度 tmrt对人体热感觉的综合影响。

　　4 讨论

　　4. 1 热感觉与操作温度的关系

　　为分析热感觉与室内操作温度的关系，利用调研数据和 Fanger[20]的 PMV 方程，通过伯克利热舒适计算工具，计算得到预测平均热感觉投票值(pre⁃dicted mean thermal sensation vote，PMV)。MTS 和 PMV 与室内操作温度的关系的对比分析。在 23℃~26℃的操作温度区间内，MTS 变化平稳，趋近于中性，且高于 PMV;PMV 曲线斜率较大，在 26℃~28℃的操作温度区间内，随着操作温度的上升，PMV 和 MTS 趋近相同;当操作温度高于 28℃之后，热感觉投票的预测值大于实测值，即 PMV 模型高估了受试者对温度变化的敏感程度。

　　由此可知，PMV 模型用于预测自然通风条件下居民的热感觉时发生严重的偏离，而且温度偏离中性越多，“剪刀差”现象越明显，这个变化趋势与已有研究相似[21，22]。采用温度频率法将 PMV 和 MTS 分别与操作温度 top进行加权回归分析，得到热感觉投票预测模型以及热感觉投票实测模型为PMV = 0.373 3top - 9.780 6, R2 = 0.975 7 (4)MTS = 0.227 3top - 5.676 1, R2 = 0.821 5 (5)

　　4. 2 中性温度、期望温度和可接受温度范围

　　中性温度是指一定环境中人体热感觉不冷不热的温度，即受试者的热感觉投票为“中性”时所对应的温度。令式(3)、(4)2 个线性回归分析式中的PMV 和 MTS 都等于 0，可以求出预测中性温度为26.2℃、实测中性温度为 25.0℃。同属夏热冬暖热工分区但纬度更低的北海[23]、粤东[24]、海南[7]农村的居民的中性温度分别是 26.1℃、26.7℃和 27.3℃。

　　可以看出，随着纬度的降低中性温度呈升高趋势，这与闫海燕等[25]的研究结论相同。期望温度表达的是居民对当前环境的偏好温度。通过现场询问受试者对当前环境期望“变冷”、“不变”、“变热”获得调查数据，运用线性回归方法加权拟合，期望变冷和期望变热线性回归的交点值即为期望温度。计算得出贺州地区农宅受试者夏季的期望温度为 24.4℃，低于中性温度，符合既往研究的结论[26]。

　　根据 ASHRAE 55 标准和 ISO 7730 标准规定：80% 居民能接受的环境即为热舒适环境，即热不接受率 PD≤20% 的温度为人们可接受的舒适温度。测试过程中，对受试者进行询问“对于此刻的热环境，您是否可以接受?”。通过温频法和回归分析，确定热不接受率和操作温度之间的关系，令 PD=20%，可得到该地区居民夏季可接受温度的上限值为 29.6℃。

　　4. 3 热主观感觉的影响因素

　　4.3.1 年龄研究表明，人体新陈代谢和免疫力随年龄增长而下降，老年人对热环境的感知和对热舒适的需求与年轻人有明显差异[27]。本研究依据世卫组织对老年人年龄划分规定，将受试者分为年龄小于 60 岁的成年人群体(179 人，占比 64%)和大于等于 60 岁的老年人群体(101 人，占比 36%)。不同群体的 MTS、MTC 和热期望投票的分布如表 6 所示。MTC 为 0、+1、+2、+3 表示舒适，由表 6 可知，夏季贺州河西村的自然通风农宅中，分别有 95.1% 的老年人受试者和 82.6% 的成年人受试者感觉舒适;27.9% 的老年人期望温度变凉，71.6%的老年人愿意温度保持不变，这一比例在成年人中分别为 54% 和 46%。结果显示，贺州地区农村的老年人在夏季对热的耐受力比成年人更强。

　　4.3.2 性别研究表明，在相同的室内热环境条件下，不同性别的居民热感觉存在差异[29]。为进一步了解贺州农村男性和女性居民在热感觉和热舒适方面的差异，绘制不同性别的 MTS 和 MTC 频率分布图。将热舒适投票值 0~+3 视为舒适，可知，实测期间 80.2% 的男性感到舒适，这一比例在女性中达到 91.6%。由热感觉投票频率分布可知，女 性 对 热 环 境 的 可 接 受 度 为 79.1%，比 男 性 高1.3%，二者比例接近。

　　将男性和女性的 MTS 分别与操作温度 top进行加 权 回 归 分 析 ，得 到 男 性 和 女 性 的 MTS 模 型 分别为MTS男性 = 0.268 0top - 6.420 2,R2 = 0.893 1(8)MTS女性 = 0.277 1top - 6.722 4,R2 = 0.928 1(9)依据式(8)、(9)计算得出男性和女性的中性温度分别为 24℃和 24.3℃，由此可以认为夏季男性和女性的中性温度不存在统计学上的显著差异。

　　5 结论

　　1)实测期间，贺州地区农宅室内平均空气温度为 28.5℃、平均操作温度为 28.6℃，均高于 ISO 7730标准(26℃)和 ASHRAE 55 标准(27℃)和我国民用建筑室内热湿环境评价标准(28℃)规定的夏季热舒适上限，室内热环境较差。

　　2)夏季服装热阻平均值为 0.4 clo，着装情况与操作温度存在显著线性关系，每升高单位操作温度，服装热阻减少 0.01 clo。3)74.1% 的受试者对当前环境表示可以接受，表明当地农村居民对夏季高温有较强的耐受力。4)该地区夏季实测中性温度为 25.0℃，预测中性温度为 26.2℃，期望温度为 24.4℃，较实测中性温度低 0.6℃，可接受温度范围为 19.5℃~29.6℃。对比夏热冬暖南区的农村，贺州农村居民热中性温度和可接受温度上限都相对较低，这与其所处于夏热冬暖北区有关。

　　5)主观热感觉受到年龄和性别等因素的影响。60 岁及以上的老年人群体有 95.1% 感觉舒适，而小于 60 岁的群体中感觉舒适的比例则为 82.6%;实测中性温度前者为 25.4℃，后者为 24.5℃。这表明贺州地区农村老年人在夏季对热的耐受力更强。6)性别在对热环境的可接受度方面差异不明显，女性为 79.1%，仅比男性高 1.3%，比例接近。二者的实测中性温度分别为 24.3℃和 24.0℃，不存在统计学上的显著差异。

　　参考文献:

　　[1] Peng T, Zhang Y C, Jiang X Y, et al. Investigation ofpregnant women thermal comfort in the waiting area ofthe hospital in South China, Guangzhou[J]. Journal ofBuilding Engineering, 2021, 44: 103254.

　　[2] Zhang Z J, Zhang Y F, Khan A. Thermal comfort ofpeople in a super high rise building with central airconditioning system in the hot humid area of China[J].Energy and Buildings, 2020, 209: 109727.

　　[3] 黄晓丹,刘佳妮,郭文智 . 广州地区自然通风体育馆室内热舒适研究[J].暖通空调,2019,49(4): 133 138.Huang Xiaodan, Liu Jiani, Guo Wenzhi. Field study onindoor thermal comfort of naturally ventilatedgymnasiums in Guangzhou[J]. Heating Ventilating &Air Conditioning, 2019,49(4): 133 138.

　　[4] Zhang Y F. Design criteria of built thermal environmentfor Hot Summer & Warm Winter zone of China[J].Building and Environment, 2015,88: 97 105.

　　作者：巩新枝 1,2，3，陈晨 2