王昭俊，李爱雪，何亚男，杨 威

(哈尔滨工业大学市政环境工程学院，150090哈尔滨)

随着生活水平的提高，人们对室内热环境的热舒适性要求越来越高，暖通空调系统的运行能耗也随之增加.冬季降低室内采暖温度可以节约采暖运行费用，但室内采暖温度的降低不应以牺牲人体热舒适性为代价.研究表明，室外温度越低，人对于冷环境的适应性就越强，对偏热环境的适应性就越差.因此，冬季不宜将室内温度维持过高，这样既不舒适，又浪费能量［1］.冬季居民的热中性温度与室内平均室温接近，说明人的热经历对热中性温度有显著影响［2－5］.不同季节人的热中性温度不同［6－8］.人体与热环境是交互作用的结果，人的热经历会影响人体热反应，而人体也会通过生理调节、行为调节和心理调节主动适应热环境的变化［9-10］.因此，如何充分利用人体对热环境的适应能力，合理设定该地区不同采暖阶段适宜的采暖温度值得考究.此外，严寒地区冬季外窗冷辐射对人体热感觉影响较大，但其对人体不同部位热感觉影响差别尚需系统研究.

1 研究方法

本研究的主要目的是考察哈尔滨市采暖期间冬季与春季教室的室内热环境与热适应性;考察冬季冷辐射对人体局部热感觉的影响.采用随机抽样调查的方法，冬季与春季选择同一所教学楼.在选择样本时，考虑了受试者距外窗距离、教室朝向、楼层等因素.本次调查于2010年12月到2011年1月冬季、2011年4月春季两个阶段进行.冬春季节均处于采暖期.冬季和春季测试期间的室外日平均气温分别为－24.3～-15.1℃和4.0～20.0℃.现场调查包括对哈尔滨市某大学校园教室内热环境参数进行测量，同时对学生进行热感觉与热舒适问卷调查.冬季和春季各收集了200份调查表.

1.1 环境参数测量

本次测试中使用的仪器主要有Testo425热线风速仪，TES1360温湿度计和热电偶温度计.其中，热线风速仪用于测量空气温度和风速，温度测量精度为±0.5℃，风速测量精度±0.03m/s.TES1360温湿度计用于测试空气相对湿度，测量精度为±2%;热电偶温度计用于测试围护结构表面温度，测量精度为±0.2℃.

根据房间或区域面积确定测点数.测点布置距离外墙、外窗应大于或等于0.5m.本次测试测点布置是根据房间面积大小，分别取1～3个测点.测点均匀布置在教室内，若取3个测点，则分别布置在房间的前、中、后3处.测试期间受试者皆处于坐姿，每个测点的空气温度、空气流速分别在距离地面0.1、0.6、1.1m处测量，取平均值.相对湿度在距离地面1.1 m处测量.

窗户、外墙的温度分别测试5个点，取其平均值;内墙和地面在其中心位置各测试1个点;由于测试条件有限，屋顶温度没有测试，取地面温度值.平均辐射温度是采用房间各个墙面、外窗、地面的温度平均值，按其对应的面积加权计算.

1.2 主观调查

请受试者填写调查表并对教室热环境进行主观评价，内容包括:1)背景调查，如性别、年龄、在哈尔滨市居住时间等;2)着衣量和活动量调查;3)总的热感觉，采用ASHRAE 7点标度;4)后背、肩膀、头部、手、脚、腿局部冷感觉;5)湿感觉，采用7点标度;6)改善室内热环境的措施调查，如开门窗通风、增减衣服等.

2 客观调查结果与分析

2.1 人员背景

冬季男性为146名，女性为54名，受试者的平均年龄为19.7岁，在哈尔滨市居住的平均时间为3.3a.春季男性为138名，女性为62名，受试者的平均年龄为19.8岁，在哈尔滨市居住的平均时间为3.6a.

2.2 新陈代谢率

因调查时受试者主要坐着看材料和回答问题，故新陈代谢率定为64W/m2.在调查过程中，详细记录了受试者的衣着情况，并按照文献［11-12］，计算受试者所穿服装的热阻值.调查中受试者的座椅一般为木椅子，其附加的热阻值为0.15clo［13］.冬季和春季受试者服装热阻平均值分别为1.04clo和0.77clo.

2.3 室内环境参数

对室内环境参数的统计结果见表1和表2.其中:ta为室内空气温度，t为外窗表面温度，tr为平均辐射温度，to为操作温度，φ为相对湿度，v为空气流速，Icl为热中性服装及座椅的热阻.

表1 冬季室内环境及服装热阻参数

表2 春季室内环境及服装热阻参数

冬季与春季相比，室内空气温度平均值分别为22.8℃和25.4℃;相对湿度分别为29.8%和19.5%;风速分别为0.12 m/s和0.16 m/s;操作温度分别为21.5℃和24.9℃.冬季外窗表面温度为8.6～13.5℃，平均值为11.2℃;而春季外窗表面温度为20.1～24.1℃，平均值为21.9℃.冬季外窗平均温度比春季的低10.7℃.且冬季外窗表面温度显著低于其室内空气温度;而春季外窗表面温度与其室内空气温度差别不大.

3 主观调查结果与分析

3.1 热感觉

以空气温度作为室内热环境评价指标，冬季对v≤0.15 m/s的样本(占样本总数97.5%)进行回归分析，以空气温度0.5℃为组距，统计在此区间的热感觉投票，并计算平均值［2］.然后进行数据回归统计分析，得到冬季平均热感觉投票值和空气温度线性拟合的结果见图1，线性回归方程为

式中:VMST为平均热感觉度.令VMST=0，可得热中性温度为22.6℃.

由于春季室内的温度较高，人们希望有点风，吹风感投票很低.对200份样本进行回归分析，得到春季平均热感觉投票值和空气温度线性拟合关系为

计算可得热中性温度为21.7℃.用F检验对回归方程(1)、(2)的显著性进行分析，可得冬季和春季的显著性水平分别为0.005和0.1，说明线性回归方程是显著的.用t检验对冬季和春季的热中性温度的差异性进行分析，可得t0=8.37，远远大于2.58(显著性水平为0.01时对应值)，说明冬季与春季的热中性温度有非常显著的差异.

图1 随季节变化热感觉与空气温度的关系

3.2 热适应

人对热环境的适应性与季节性密切相关，图1为冬季和春季平均热感觉随室内空气温度变化.可见，冬季的热中性温度为22.6℃，与冬季室内平均温度22.8℃相近.而春季的热中性温度为21.7℃，与春季室内平均温度25.4℃相差较大.冬季与春季相比，室内温度低2.6℃，但冬季热中性温度比春季的高0.9℃.

由于哈尔滨冬季采暖期长达6个月，人们在生理上和心理上已经逐渐适应了哈尔滨漫长冬季的室内热环境;而哈尔滨的春季短暂，春季由于天气渐渐变暖，而室内供热量未及时进行调整，导致室内温度过高，人们尚未适应偏热的环境.人们期望室内温度低些，热中性温度相对较低.

由图1可见，当空气温度低于24.2℃时，冬季热感觉低于春季热感觉;而当空气温度超过24.2℃时，冬季热感觉高于春季热感觉.这说明在偏暖的环境中，冬季人们更容易感到热.由于哈尔滨市冬季室外温度低，人们对哈尔滨市寒冷的室外气候形成一定的适应性，如果室内温度过高，人们会感觉更加不适.本文研究结果在一定程度上提供了该地区冬季和春季热适应的证据.开门窗、喝热水、活动是受试者首选的调节方式，冬季加衣服、春季减衣服也是选择频率较高的方式.

3.3 冷辐射对人体热感觉的影响

由于冬季测试期间外窗表面的平均温度为11.2℃，明显低于春季外窗表面平均温度21.9℃，而且冬季外窗表面温度显著低于其室内空气温度;而春季外窗表面温度与其室内空气温度差别不大.因此，本文仅分析冬季外窗冷辐射对人体热感觉的影响.按照冬季受试者与外窗的距离，对样本进行分组统计分析.其中距外窗0.7～1.4 m(距外窗的平均距离为1.2 m)设为1组，样本数为105个，占样本总数的52.5%.其他样本作为对照组，样本数95个.

图2为局部冷感觉分布频率图.可见靠窗组受试者的局部冷感觉明显高于对照组受试者的.将两组数据相同部位冷感觉的频率相加，从高到低依次为:肩部(12.88%)、后背(12.78%)、脚(11.53%)、腿 (11.53%)、手 (8.57%)、头(4.76%).原因是肩部和后背对冷感觉比其他部位更加敏感，而头部更适应偏冷的环境.

图2 局部冷感觉分布频率

4 讨论

4.1 室内热环境指标的选取

哈尔滨市冬季室外气温低，外窗、外墙冷辐射对人体热感觉影响较显著.而操作温度反映了人体与空气对流换热以及人体与围护结构辐射换热的综合作用，宜采用操作温度作为室内热环境指标，综合评价室内空气温度和辐射温度对人体热感觉的影响.哈尔滨市春季和秋季室外气温逐渐升高，外窗、外墙冷辐射对人体热感觉影响不明显，采用空气温度作为室内热环境指标，简单、便于操作.以操作温度作为室内热环境评价指标，对冬季v≤0.15 m/s的样本重新进行回归分析，冬季操作温度和平均热感觉线性拟合方程为

热中性温度为20.5℃(以操作温度表示).热中性温度体现了人体对热环境的适应性，故热中性操作温度应与室内操作温度的平均值相近.在哈尔滨地区，由于冬季外窗、外墙冷辐射的影响，操作温度一般比室内空气温度低.因此，计算得到的热中性操作温度20.5℃比热中性空气温度22.6℃低.

4.2 与哈尔滨市其他现场研究比较

近20a哈尔滨市冬季热舒适现场研究统计结果见表3，其中tw为室外空气平均温度.可见2000年冬季是近40a最寒冷的冬季，测试期间室外气温为－29.5～-15.5℃;2010年冬季测试期间室外气温为－24.3～15.1℃，较冷;2009年冬季测试期间室外气温为-16.8～10.5℃，较暖.室内空气温度平均值由1990年的17.47℃提高到了2010年的22.8℃，提高了约5.3℃.1990年热中性温度为17.69℃;2000年热中性操作温度为21.5℃;2010年热中性操作温度为20.5℃，热中性空气温度为22.6℃.

表3 哈尔滨市冬季热舒适现场研究结果

由于20a前冬季采暖期间室内空气温度普遍较低，为17.47℃，人们期望提高冬季的室内空气温度.随着生活水平的提高，2000年冬季采暖期间平均室内空气温度提高到20.1℃，由于人的热适应性，此时的热中性温度也比10a前提高了约3.8℃.到2010年，冬季采暖期间平均室内空气温度提高到22.8℃，热中性空气温度又上升了1.1℃.近20a随着室内空气温度的升高，服装热阻由1.74clo下降到了1.04clo.

4.3 冬季热适应模型

将1990年、2000年、2009年和2010年冬季测试的室内平均温度和计算得到的热中性温度进行回归分析，得到冬季热适应模型见图3.拟合方程如下为

由表3和图3可见，在热舒适温度范围内，冬季的热中性温度与测试期间室内平均温度呈线性关系，即随室内平均温度升高而增加.说明人们以往的热经历和热暴露对人体热感觉有很大影响.由于哈尔滨冬季漫长，人们已经从生理上和心理上充分适应其所处的热环境了.但当春季室内温度明显超出热舒适范围时，热中性温度与室内平均温度便不成正相关的关系.

图3 热中性温度与室内平均温度的关系

图4为服装热阻与室内平均温度的关系图.图中的4个点分别表示1990年、2000年、2009年和2010年冬季的测试结果.拟合方程为

图4 服装热阻与室内空气温度的关系

可见，冬季的服装热阻与测试期间室内平均温度呈线性关系，即随室内平均温度升高而减少.这说明人们可采取增减衣物的措施主动适应室内热环境的变化，这是行为调节的直接形式.

4.4 不同采暖阶段适宜的采暖温度

基于以上调查，2000年冬季的热中性操作温度为21.5℃.本次调查冬季的热中性操作温度为20.5℃，下降了1.0℃;热中性空气温度为22.6℃，上升了1.1℃.

由于我国采暖通风与空气调节设计规范中仅对冬季采暖房间的空气温度有要求，而对平均辐射温度没有要求，且实际应用中也不能控制辐射温度，故本文重点分析以空气温度作为热环境评价指标.冬季热中性温度的提高，主要由于近年来冬季室内温度提高了.在热舒适温度范围内，由于人的热适应性，冬季热中性温度与平均室内空气温度很接近.由于哈尔滨冬季漫长，人们已经从生理上和心理上充分适应其所处的热环境了.由前面分析可知，当空气温度超过24.2℃时，冬季热感觉高于春季热感觉.这说明在偏暖的环境中，冬季人们更容易感到热.由于冬季室外温度低，人们对哈尔滨市寒冷的室外气候形成一定的适应性，如果室内温度过高，人们会感觉更加不适.这与文献［1］的结论一致.

而在春季，由于室外温度提高，而供热量不变，故室内空气温度较高，人们普遍感觉偏热，因此人们期望室内温度降低，热中性温度偏低.此外，由于春季室内空气温度比冬季的高，春季平均相对湿度比冬季低10.3%，从而也引发了人们的不适感.另一方面，冬季和春季由于室内过热，人们主要通过开窗降温，既不舒适，又浪费能源.为了节能降耗，同时也可充分发挥人的适应性，可适当降低冬季和春季采暖末期室内温度.

由于秋季采暖前，人们心理期望室内温度高些［6，8］，因此热中性温度偏高，建议采暖初期适当提高室内温度.

5 结论

1)冬季热中性温度为22.6℃，与冬季室内平均温度22.8℃很接近.春季热中性温度为21.7℃，而春季室内平均温度为25.4℃.

2)当空气温度超过24.2℃时，冬季热感觉高于春季热感觉.在偏暖的环境中，冬季人们更容易感到热.

3)靠窗组受试者的局部冷感觉明显高于对照组受试者.人体局部冷感觉出现的频率从高到低依次为:肩部、后背、脚、腿、手、头.

4)因冬季采暖中期和春季采暖末期室温过高，既不舒适，又浪费能源.宜充分利用人对热环境的适应性，适当降低冬季和春季采暖末期室内温度.秋季人们心理期望室内温度高些，建议采暖初期适当提高室内温度.

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