夏热冬冷地区学校建筑室内温度调查研究

郑 敏 李百毅 赵华堂 廖佳琳

夏热冬冷地区学校建筑室内温度调查研究

郑 敏1李百毅2赵华堂3廖佳琳2

（1.四川省建筑科学研究院有限公司 成都 610000；2.西南交通大学建筑与设计学院 成都 610000；3.四川省产品质量监督检验检测院 成都 610000）

学生1/3的时间在学校中度过，室内热环境质量关乎学生的健康、幸福感以及成绩，因此学校建筑的室内环境热舒适性尤为重要。世界各地气候差异较大，且人体在自然条件下可以通过调节生理、心理以及行为来适应或改变热环境，导致被调查者对热环境的敏感程度和主观热感觉存在差异，为了更好地研究非稳态工况下人体的热反应，针对夏热冬冷地区学校建筑，主要从室内热环境的温度方面进行适宜室内环境指标文献调研。以03年至今夏热冬冷地区以及国外相似气候区关于学校建筑室内环境的文献和规范为分析资料，以主观实地调研成果和客观的规范指标区间值结合分析，总结出适应于夏热冬冷地区学校室内热环境各项指标舒适范围值，夏季与冬季热舒适温度分别应集中在24.4～29℃、15.8～24.6℃。为以后制定夏热冬冷地区学校建筑室内环境参数指标规范提供有利的理论依据，进而改善学校建筑的室内热环境质量，提高室内环境热舒适度。

夏热冬冷地区；学校建筑；室内热环境；热舒适温度范围

0 前言

学生大部分时间在学校度过，室内环境质量（IEQ）直接影响着学生的身心健康、舒适感以及成绩[1]。教室室内环境过冷或者过热，会加剧身体的热应激反应，导致学生生病或者表现不佳[2]。经过Anderson和Hoshiko等人研究发现，过高的室内温度会影响学生的健康，增加如中暑、呼吸和心血管疾病所导致的住院和死亡风险[3,4]。室内环境质量不仅影响学生的健康，还可能影响学生的学习能力以及学习成绩。Corgnat等人分析了采暖期意大利教室的室内环境参数，表明热舒适性可能会影响学生的理解力、注意力和学习水平[5]。Mendell和Heath发现，温度高于24℃会降低学生的执行力，温度低于22℃会降低学生手指的灵活性和速度[6]。谢琳娜测量分析了西安某大学校教室的环境参数，指出脑力劳动在25℃时工作效率最高，在低于18℃或者高于28℃的环境中，学生的注意力低下，学习效率急剧下降[7]。相关文献表明，教室环境质量与学生的表现相关，升高的教室温度会降低学生的舒适性以及对学业成绩产生负面影响，温度和湿度超过舒适范围会降低学生的注意力[6,8]。良好的室内环境质量可以提高学生的表现，降低健康风险。

研究室内热环境的文献很多，大都是关于办公室、住宅等建筑类型的研究，采集数据是以成年人为对象。相较于办公室等建筑，学校建筑是特别的存在，它的主要使用者是未成年人，与成人相比，学生的代谢率较高，热损失速率更快，对温度变化不那么敏感，而且对更高的温度更敏感[9,10]。近年来学校建筑研究的数量有所增加，主要表现在理论方法、教育水平和气候带上的差异[11]。按照所处气候带进行大致分类，关于亚热带国家的研究数量最多，其次是温带国家[12]。中国幅员辽阔，自北向南横跨寒温带、中温带、暖温带、亚热带、热带等气候带，按照柯本气候分类法，我国夏热冬冷地区所对应的气候类型为亚热带季风性湿润气候，属于湿润性温和型气候区冬干温暖型气候[13]。《民用建筑热工设计规范》[14]将我国分为五个气候区：严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区。夏热冬冷地区纬度在北纬25°～34°，位于我国中部的长江流域及其周围广大地区，大致范围为南岭以北，陇海线以南，四川盆地以东，包括重庆、上海、湖北、四川、贵州、安徽、等16个省、市、自治区。该地区夏季闷热，冬季湿冷，昼夜温差小，年降水量大，日照偏小。春末夏初该地区多阴雨天，常伴有大雨或者暴雨。夏季太阳辐射强烈，黄梅季节持续阴雨，因空气中水蒸气含量过高，易造成潮湿闷热。冬季空气温度低，阴雪绵绵，日照不足，日照率远低于北方，由东向西急剧减少，易感到潮湿阴冷[15]。

在我国夏热冬冷地区，许多学者对学校建筑的室内热环境进行了研究。罗明智等人研究了夏季重庆某高校自然通风教室的热环境[16]；李百战等人调查分析了冬季重庆无供暖教室的室内热环境[17]；叶晓江等人研究了不同城市自然通风建筑的热舒适状况[18]；刘晶对夏热冬冷地区自然通风教学楼热环境进行了研究[19]。此外，国外学者在与我国夏热冬冷地区气候相似的国家及地区进行了学校建筑室内热环境研究，例如，De Dear等人在澳大利亚的中小学进行了适应性热舒适研究[20]；Zaki等人以夏季马来西亚和日本的三所大学为调查对象进行适应性热舒适研究[21]；Munonye和Ji评估了尼日利亚暖湿气候下自然通风学校的热环境感知[22]；Aghniaey等人对美国一所大学的空调教室进行了热舒适性评价[23]。

目前，国际上通用的预测和评价室内热环境的标准，如ASHRAE 55-2017和ISO 7730等，都是基于热感觉处于中性热舒适，并且主要适用于稳态工况下，根据越来越多的现场研究测试表明，在自然通风或者非空调建筑内，这类模型不能准确预测出人体的热反应。我国夏热冬冷地区夏季闷热高湿、冬季阴冷潮湿，大多数情况属于非稳态工况，在此情况下人体为了达到舒适的状态，会积极主动从生理、心理和行为上对热环境进行调节，此时所预测的人体热反应会与实际情况存在差异[14]。因此有必要对夏热冬冷地区学校建筑的室内热环境进行研究，提高非稳态工况下预测人体热反应的准确度。本文以2003年至今夏热冬冷地区以及国外相似气候区关于学校建筑室内热环境的文献为分析资料，同时参阅国内外关于室内热环境的规范，将文献中的研究数据与规范值进行对比分析。本文将室内热环境指标分为温度、湿度、风速三个方面，对室内热环境现状以及规范值按照指标范围、前置条件等进行列表分析，总结适应于夏热冬冷地区学校室内热环境各项指标舒适范围值，为以后相关规范的修订提供参考与理论依据，进而提高学校建筑的室内环境热舒适度，确保学生的身心健康。

1 室内热环境物理参数适宜范围值研究

通过收集资料、整理和总结现有的国内外规范及研究文献，对比分析规范中的室内热环境参数标准值和文献中的参数建议值，最终获得一个适合于夏热冬冷地区学校室内热环境参数指标的舒适区间值，为以后制定夏热冬冷地区学校建筑室内环境参数指标规范提供有利的理论依据。

1.1 室内温度现状值

对于室内热湿环境来说，室内温度是影响人体在室内环境的舒适程度的重要参数之一。在同一个空间的不同位置，室内温度是存在差异的，造成差异的原因与建筑外的气候环境、建筑本身的围护结构以及建筑使用的设备有关。这些差异会使室内产生水平和垂直方向的温度差，若在有着明显温度差的室内活动，对温度比较敏感的头部、腹部和脚踝三个垂直点能同时感受到温度差异，ASHRAE 55-2017[24]中规定坐着的人员头部和脚踝水平之间的空气温差不得超过3℃，站立人员不得超过4℃，较大的垂直温差可增加人体对环境的不适感，因此垂直温差更能影响室内环境人体的舒适度[18]。

样本选取了室内外调研数据均保留的比较完整的文献。通过观察表格中提取的数据，可以看出室内温度随室外温度的变化而变化，国内外夏季室内温度平均值分布在24～30℃不等；国内6、7月份室内温度偏高，平均值≥30℃，而在1、2月份温度最低，平均值分布在9～12℃不等；相较于国内，国外夏季室内温度较低，平均值≤30℃，马来西亚地区温度稍高，平均值在32℃左右，在降温季节室内温度平均值比中国高，维持在21℃左右。因此，可以确定室内温度的变化主要取决于室外空气温度。对比室内外温度的变化可以发现室内温度普遍高于所对应的室外温度，这也是与室内人群行为活动有着密不可分的关系。

表1 学校建筑样本室内温度值

续表1 学校建筑样本室内温度值

1.2 室内温度规范值

根据现行关于教学楼室内温度要求的各类规范统计，国内规范夏季室内温度给出的最低值为22℃，最高值为28℃，冬季室内温度最低值为12℃（非空调房间）和16℃（空调房间），最高值为26℃；国外规范夏季室内温度给出的最低值为23℃，最高值为28℃，冬季室内温度最低值为19℃，最高值为26℃。国内规范夏季室内舒适温度在24～28℃，冬季适宜温度在16～24℃，而对于由采暖系统的房间来说，室内设计温度值在16～22℃之间；国外规范夏季室内舒适温度在23～26℃，冬季适宜温度在20～24℃。研究文献对于夏季室内可接受温度的给出的最低值为19.5℃，最高值为31.5℃；冬季温度最低值为14.04℃，最高值为24.2℃。统计后，夏季可接受范围值为25～30℃，冬季可接受温度值为15～24℃。通过与国内外规范的标准值（夏季24～28℃，冬季16～24℃，ASHRAE 55 23～26℃）对比，可以发现实际调研得出的主观数据人体可接受温度范围要宽于标准值，这与人体自我调节能力有不可或缺的关系，根据“适应性理论”，人不是热环境的被动接受者，而是根据自我需求通过调整生理、心理和行为来改变或适应环境。对标准值和实测建议值进行整合，夏季热舒适温度集中在24.4～29℃，冬季室内热舒适温度集中于15.8～24.6℃。

表2 学校建筑室内温度规范值

2 结语

学生每天在学校度过的时间不低于8小时，学校建筑的热不适会降低学生的注意力，影响学生的健康以及成绩，因此通过研究室内热环境，探究可接受温度范围和中性温度来提高室内热舒适性是很重要的。通过对夏热冬冷地区学校建筑室内热环境的现场研究成果和现行国内外室内热舒适标准的数据整理和分析，总结出夏热冬冷地区教学建筑室内热舒适温度的分布范围，夏季热舒适温度集中在24.4～29℃，冬季室内热舒适温度集中于15.8～24.6℃，为以后制定夏热冬冷地区学校建筑室内环境参数指标规范提供有利的参考和理论依据，进而提高学校建筑的室内环境热舒适度。

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Investigation on Indoor Temperature of School Building in Hot Summer and Cold Winter Area

Zheng Min1Li Baiyi2Zhao Huatang3Liao Jialing2

( 1.Sichuan Institute of Building Research, Chengdu, 61000; 2.Southwest jiaotong university, Chengdu, 61000;3.Sichuan Institute of Product Quality Supervision and Inspection, Chengdu, 61000 )

Students spend 1/3 of their time in the school, the quality of indoor thermal environment of classroom is related to the health, happiness and performance of students. Therefore, the thermal comfort degree of indoor environment of the school building is particularly important. Climates around the world vary greatly, and the human body can adapt or change the thermal environment by adjusting physiology, psychology, and behavior under natural conditions, resulting in differences in the sensitivity and subjective thermal perception of the respondents to the thermal environment. In order to research the thermal response of the human body under non-steady-state conditions, taken the school buildings in hot summer and cold winter areas as research object, this paper conduct a literature survey mainly on the suitable temperature indicator of indoor thermal environment . The literature and norms of school building indoor environment in hot summer and cold winter areas and foreign similar climate regions from 2003 to present is taken as analysis data, combined analysis of subjective field survey results and objective normative index interval values, the comfort range values of the various indicators of the indoor thermal environment of the regional school in hot summer and cold winter area can be concluded out: the thermal comfort temperature in summer and winter area should be concentrated at 24.4～29℃ and 15.8～24.6℃ respectively. This study will provide a favorable theoretical basis for the future formulation of school building indoor environmental parameter index specifications in hot summer and cold winter areas, thereby improving the indoor thermal environment quality of school buildings and improving the thermal comfort of the indoor environment.

Hot summer and cold winter area; School building; Indoor thermal environment; Thermal comfort temperature range

TU111.19+1

A

1671-6612（2020）05-565-06

郑 敏（1976-），女，博士，高级工程师，E-mail：894248768@qq.com

赵华堂（1962-），男，硕士，高级工程师，E-mail：sczhaoht@163.com

2020-08-17