重庆高校历史建筑室内热环境测试研究
——以重庆交通大学青楼为例

崔倩，蒋林晓

（重庆交通大学 建筑与城市规划学院，重庆 400074）

0 引言

建筑室内热环境对室内使用者的人体舒适度影响较大，许多学者针对建筑室内热环境舒适度做了大量研究。 郭铁明[1]通过试验研究，提出了基于效用函数法的综合舒适度评价方法。 任军、王重等[2]研究了超低能耗既有建筑的绿色改造，通过融合建筑和绿色技术集成，研究创新性整合技术改造方式。 曹彬[3]针对不同地区的公共建筑热舒适性调查，分析了人体热适应理论。 目前，我国建筑室内热环境的研究对象多为现代建筑，对历史建筑室内热环境的研究很少。 本文以重庆交通大学历史建筑“青楼”为例，对高校历史建筑室内热环境开展现场调研和测试研究，通过单一环境控制因素及人体热舒适度评测，解析重庆高校历史建筑室内热环境中，使用者主观评测和仪器测评分析结果的关联度，为历史建筑室内热环境后续研究提供基础。

1 研究对象

在重庆市公布的历史建筑名单中，重庆大学、西南大学、四川美术学院、重庆医科大学、重庆交通大学等高校的十余栋建筑被认定为重庆市历史建筑，本文选取重庆交通大学历史建筑青楼作为主要研究对象。 青楼为重庆交通大学1956 年修建的第一批教学楼，建筑造型简洁大方，具有强烈的时代特色，目前建筑保存完好，作为办公楼仍在使用（图1）。

图1 青楼

2 研究方法及过程

研究团队采取问卷调查和实地数据监测相结合的方法开展研究。 团队对青楼内部使用人员室内热环境的主观感受开展问卷调查， 获取长期使用者对该建筑室内热环境的舒适度评测数据，并结合现场仪器HOBO U12 Logger 测量结果进行对比分析。为便于进行数据对比研究，在同一时间内对重庆交通大学现代教学楼“创新创业园”也进行了使用者调查问卷研究和数据测评分析。

2.1 室内热环境舒适度问卷调查

项目团队在青楼和创新创业楼两栋建筑内各发放调查问卷50 份。 调研对象为两栋建筑的内部教育相关工作人员，年龄约为30～50 岁。 问卷调查内容包括对室内温度、湿度、气流强度、光照强度几个因素的单一感受以及对建筑室内整体舒适度的评价。 共回收调查问卷87 份，其中，在青楼回收有效问卷42 份，在创新创业楼回收有效问卷45 份，问卷有效率87%。

通过对调查问卷进行分析发现， 针对青楼，50%受访者表示室内温度较低，57%受访者表示湿度高或偏高，64%受访者表示通风情况良好，66%受访者明确表示光线不足。 而针对创新创业园，50%受访者表示温度、 湿度适中，64%受访者表示环境适中或干燥，35%受访者表示通风情况较好，73%的受访者表示室内光线适中或明亮。 也就是说，受访者对创新创业园环境的满意度略高于对青楼的环境满意度。 本文根据热舒适标度5 级标尺对调研结果进行分析。 热舒适标度5 级标尺将热舒适程度分为舒适、稍不舒适、不舒适、非常不舒适、无法忍受五种程度，分别用0、+1、+2、+3、+4 分值进行程度区分。 根据调研结果，拟合下列公式，计算分析部分单一因素的主观舒适度，最终计算结果数值较大，则表现为舒适程度较低。

其中：X1、X2、X3、X4、X5分别代表调查问卷中舒适度单一因数中的舒适、稍不舒适、不舒适、非常不舒适、无法忍受五种程度在此因素中的占比。

单一因素的舒适度计算评分结果（图2）显示：（1）在相同的室外环境条件下，建筑温度和湿度的主观评测相关性较强；（2）在主观测评中，现代建筑创新创业园在温度、湿度、光照方面舒适度高，历史建筑在通风方面舒适度高；（3）单一因素平均综合表现和主观综合测评结果都显现出创新创业园室内热环境舒适度更高。

图2 青楼与创新创业园单一因素舒适度评测对比

2.2 室内热环境测试

2.2.1 测试对象

本文在历史建筑青楼和现代建筑创新创业园中分别选取两处相似的测试点进行对比分析。 青楼建筑面积2600m2， 东西长55m，南北宽17m，建筑形态呈一字形，东西朝向，砖混结构，目前一层为办公区域，二层及以上空置。 现代建筑重庆交通大学创新创业园与青楼在建筑形式、平面功能、房间布局上类似。

2.2.2 测试设备

研究团队利用多渠道能源环境监测仪器HOBO U12 Logger（Mult-channel energy & environmental monitoring） 对重庆交通大学青楼和创新创业园进行室内测试。 该仪器可监测多达4 个通道的能源和环境数据，支持测量温度、相对湿度、露点、通风量、光照强度等参数。测温范围为-20℃～70℃，精度为±0.35℃。相对湿度测量范围为5%～95%RH，精度约为±2.5%。 光照强度测量范围为1～3000 lmens/ft2，气流响应时间为1m/s。

2.2.3 测试方法

本文一共选取4 个参考点，分别为青楼301 教室、青楼3 层走廊、创新创业园楼501 教室、创新创业园楼5 层走廊（图3、图4）。 测试项目为温度、相对湿度、气流速度及光照强度，测量频率为1 次/5min。 测试时间为2019 年4 月18 日下午5 点至2019 年4 月25 日下午5 点， 期间最高温度在29℃～34℃， 最低温度在19℃～22℃，4 月18 日、21—23 日为多云，4 月19—20 日为中雨，4月24—25 日晴。 风向多为东南风、东北风，风速为1～2 级。

图3 青楼三层平面图（圆点为测点位置）

图4 创新创业园五层平面图（圆点为测点位置）

2.2.4 测试结果分析

根据现场仪器进行测试，室内每日平均温度如图5 所示。 由图5 可知，在相同的室外气候条件下，青楼和创新创业园温度表现均较为平稳。 4 月19 日至22 日期间，重庆气温出现波动下行，室外气温波动较大，在4 月23 日后室外温度平稳。 在历史建筑青楼中，两个测试点在相同时间，室内温度测试结果基本一致，室内温度随室外温度波动较大，和室外温度波动趋势基本一致，但温度显示有一定滞后。 创新创业园两个测试点的室内温度表现相对稳定，受室外温度波动影响小，同时间与青楼测试点最大温差达到5℃。

图5 青楼与创新创业园温度对比图

室内湿度测试显示，4 月18 日至25 日，青楼301 室相对湿度平均值为77.54%， 青楼走廊相对湿度平均值为71.99%， 创新创业园501 室相对湿度平均值为57.28%， 外侧走廊相对湿度平均值为61.67%。4 月19 日至20 日重庆降雨期间，测量结果显示，青楼室内湿度受室外降雨影响较大。 室外天气转晴后，各个测试点相对湿度逐渐趋于平缓（图6）。

图6 青楼与创新创业楼相对湿度对比图

由图5、 图6 可知， 建筑室内湿度随着室外温度的增加而减小，存在近似的线性关系。 在同一室外环境下，历史建筑青楼的室内温湿度变化与室外环境变化基本一致，创新创业园由于具备较好的维护保温结构，体现出较强的保温和抗湿性能。

光照强度方面，由于青楼测试楼层闲置，测量期间未使用人工照明，仅采用天然采光，整体光环境较差，白天照度不足5 lum/ft2（55 lx）；创新创业园在白天天然采光和少量人工照明下，测试照度为13lum/ft2（144 lx），晚上有室内灯光照明，光照强度增大（图7）。测量结果显示，青楼天然光环境差，白天光照变化不明显。结合周边环境进行分析可知，这主要由于其整体区域周边植被茂盛，遮挡了光线进入室内（图8）。

表7 青楼与创新创业楼光照强度对比图

图8 青楼外侧植被遮挡光照

气流速度方面， 青楼301 室内空气流速维持在60～70fpm 之间，远高于青楼走廊（两侧窗关闭）和创新创业园的两个测试点（图9）。据现场分析，这主要是由于青楼301 教室两侧设有较大平开窗，与走廊另一侧的教室形成穿堂风，故气流速度较其他测试点快（图10）。

图9 青楼与创新创业园气流速度对比图

图10 青楼301教室与走廊另一侧教室形成穿堂风

在上述单一因素舒适度评测分析后， 本文采用丹麦学者Fanger 在20 世纪70 年代提出的热感觉指数PMV 作为分析标准。 PMV 指标通过求解人体在稳态条件下达到热平衡的舒适方程，将空气温度ta、平均辐射温度tr 、相对湿度Rh、风速V、衣着量Icl、活动量M 这六个参数换算为人体热感觉[3]。 PMV 是目前预测室内热环境模型中应用最为广泛的参数， 体现人体对某种环境因素组合的热感觉，该指数与人体热感觉之间的关系如表1所示， 国际标准化组织推荐的室内环境热舒适标准的PMV 值在-0.5～0.5 之间[4]。

表1 PMV值与热感觉的关系[4]

根据PMV 计算式 （BS EN ISO 7730—2005 建筑热湿环境领域的标准）， 创新创业园的PMV 计算数值主要集中在-1～1 之间，属舒适区。 青楼整体数值波动明显，受室外温度影响较大，4 月18日至21 日期间PMV 计算数值有明显的下降， 整体舒适度不佳。可以得出：（1）青楼走廊窗封闭、气密性较好，整体PMV 数值表现较青楼301 室好；（2）创新创业园由于外墙保温性能较好，教室和走廊表现基本一致，总体保温性能大幅度高于青楼教室和走廊。

3 结论与探讨

本文通过对重庆高校历史建筑青楼进行调研， 并结合现代建筑创新创业园进行数据分析， 阐述了基于单一因素和整体舒适度下的历史建筑和现代建筑的室内热环境测评对比结果。结果显示：（1）在相同的室外环境，且单一因素作用下，和现代建筑相比，历史建筑室内热环境受室外环境影响明显；（2）加强室内密闭性，可以增强历史建筑内部空间的热环境舒适度；（3）相比仪器测量的具体数值， 历史建筑内使用者对室内热环境舒适程度主观感受敏锐度偏低。

测评结果可为后续继续深入研究历史建筑室内热环境舒适度提供基础，现对本文的研究结果进行探讨：（1）测试误差的控制。 本文选取两栋建筑的室内热环境进行比对，建筑尺度和测试点均采取了近似处理， 在后续研究中将针对原始环境进行预处理和系数折减，进一步优化误差处理和结果分析；（2）后续研究将持续进行历史建筑室内热环境的改造模拟， 研究建筑热传递系数、密闭性等单一设计因素和室内舒适度的相关性，以便提出历史建筑的改造优化策略。