梁　锐，朱轶韵，刘加平，张　群，，慧善康，吴小翔

(1.西安美术学院 建筑环境艺术系，陕西 西安 710065；2.西安建筑科技大学 建筑学院，陕西 西安 710055；3.西安理工大学 土木建筑学院，陕西 西安 710048；4.苏州市建筑科学研究院有限公司 院士工作站，江苏 苏州 215104)



苏南地区三种典型城乡居住建筑夏季环境实测*

梁锐1，2，朱轶韵3，刘加平2，张群2，4，慧善康4，吴小翔4

(1.西安美术学院 建筑环境艺术系，陕西 西安 710065；2.西安建筑科技大学 建筑学院，陕西 西安 710055；3.西安理工大学 土木建筑学院，陕西 西安 710048；4.苏州市建筑科学研究院有限公司 院士工作站，江苏 苏州 215104)

居住建筑面积由于所占比重大，对于建筑节能和环境改善意义重大。夏热冬冷地区夏季高温高湿、冬季湿冷，居住建筑需要同时处理夏季防热和冬季保暖这一对矛盾，相对严寒、寒冷和夏热冬暖地区单一、明确的任务而言，技术上十分困难，是建筑设计的难点。为掌握解该地区城乡居住建筑夏季热环境的实际状况，在苏州市选择了具有代表性的2种乡村建筑(单层和两层)和一种城市住宅建筑(高层)，采用实地现场测试的方法，对室内温湿度、壁面温度、气流速度等热环境指标进行了测试，经过数据统计分析，结果表明3类建筑在室内热环境营造方面均存在优缺点，提出了改善夏季热环境质量的设计建议。

苏南地区；夏热冬冷地区；居住建筑；夏季热环境；测试分析

2.SchoolofArchitecture，Xi’anUniv.ofArch.&Tech.，Xi’an710055，China；

3.SchoolofCivilEngineeringandArch.，Xi’anUniv.ofTech.，Xi’an710048，China；

4.AcademicianWorkstation，SuzhouAcademyofBuildingResearch，Suzhou215104，China)

0　引　言

目前，中国既有建筑面积已经超过500亿m2[1]，其中居住建筑面积总量占到全社会总存量73%左右[2]，且多数为非绿色建筑，其室内热环境质量直接关系到居住舒适度、能耗水平和节能减排目标实现。

从绿色建筑基本要求出发，只有对气候条件做出充分适应，建筑才能实现舒适和节能的目标[3]。严寒寒冷和夏热冬暖地区分别有其明确、单纯的气候设计目标，居住建筑设计只要控制日照朝向、体形系数、窗墙比、围护结构传热系数、遮阳、换气次数、暖通空调系统效率[4-5]等方面，室内舒适度就可以得到充分保障，研究与工程实践情况较好。但是，对于中国人口稠密、存量和增量建筑规模巨大的夏热冬冷地区而言，居住建筑需要同时处理“夏季防热”和“冬季防寒”这一截然相反的矛盾，兼顾冬夏截然不同的技术需求，问题变得十分困难，在内容上也主要借鉴严寒寒冷地区研究思路和工程做法[6-7]，缺乏简单明确、行之有效的方法，导致夏季室内环境物理并不理想。对此，研究者分别提出了热冬冷地区村镇建筑夏季服装热阻值和温湿度满意度范围[8]；建立了夏热冬冷地区热舒适气候的适应性模型[9]；就居住建筑夏季自然通风情况开展了实测与分析研究，并给出了设计优化建议[10]；但是还缺少从建筑设计专业对多种类型居住建筑实测与设计要点的比较研究。

选择苏南地区的苏州市开展具体实验研究。苏州市位于江苏省南部(东经120.43°，北纬31.07°)，夏季高温高湿、持续时间长(太阳辐射年总量为4 651.1 J/m2，8月平均气温27.7 ℃，8月平均降水133 mm，8月平均日照时数7.8 h)。居住建筑室内热环境控制涉及的要素众多，是建筑设计的难点，对于控制建筑能耗水平也具有重要影响。为了准确了解该地区不同建筑结构、生活方式、空间组织、室内热环境分布等实际情况，选择了2种典型村镇居住建筑和一种城市高层居住建筑，采用热环境测试的方法，掌握了夏季室内物理环境分布特点，发现典型建筑在热环境营造方面的优缺点，为改善该地区夏季室内热环境品质提供了建筑设计建议。

1　测试对象与仪器

1.1测试对象

测试对象与测点布置。测试共有A，B和C3个样本，建筑主要朝向均为南向，其中A和B位于苏州市太吴中区新峰村，C位于苏州市高新区滨河路。为了减小太阳辐射、壁面辐射等对测点的不利影响，测试房间均不临外墙，保证其东、西和北3侧均由其它房间包围的作为测试对象，最终确定样本A的一层门厅和二层客厅、B的南向卧室和C的南向卧室布置测点，其套型建筑平面图与测点布置分别如图1(a)、1(b)和1(c)所示。为反应实际使用状态、保证测试数据的有效性，测试期间要求住户尽量不改变作息时间，不改变门窗开闭、使用空调和风扇等夏季生活习惯。

1.1.1样本A——二层乡村砖混结构居住建筑

样本A建造于2010年，三层砖混结构。为祖孙三代主干家庭，常住人口5人(祖父祖母、儿子儿媳、孙女)。测试日白天仅仅祖父祖母二人在家，傍晚下班后家庭团聚。

该建筑一二层主要设置有起居室、卧室、卫生间及楼梯间等；一层西侧布置有杂物间一间，存放农业生产工具和部分农产品；第三层整层作为储藏空间，存放日常生活用品使用。一层二层建筑面积分别为132.0m2/层。围护结构墙体为240mm厚实心粘土砖墙、外贴白色瓷砖、内为普通粉刷；钢筋混凝土楼地面；层高4.0m；三层杂物间，小青瓦坡屋面与三层混凝土地面形成了隔热通风间层，最低处净层高约1.2m；木屋架、坡屋顶、瓦屋面(无望瓦、坐浆等做法)，形成密闭性不佳的通风间层；普通木制门窗，无遮阳设施。夏季主要通过自然通风，炎热天辅以风扇和空调，但是空调的使用频率和时间都非常有限。

图1　样本平面图及测点分布Fig.1　Test samples plan and the distribution of measuring places (a)样本A　(b)样本B　(c)样本C

1.1.2样本B——单层乡村砖混结构居住建筑

建于上世纪70年代末，后改造成内走道式出租房，划分成单间对外出租。测试日白天，住户均外出上班，无人滞留；傍晚，住户下班后返回休息。

建筑墙体下侧为卵石砂浆砌筑的条状基础防潮层，主体部分为240实心黏土砖墙、水泥白灰粉刷；木制门窗，无遮阳措施；木屋架坡屋顶，木椽子上空铺望瓦、小青瓦(无坐浆)，屋顶通风条件较好。为适应单间出租隔声需要，改造时在屋架底部下侧、隔墙上部增设了膏板板吊顶，形成行对密闭的空间；各房间净高2.5 m.夏季以自然通风为主，辅以风扇，无空调等调温调湿设备。

1.1.3样本C——城市高层单元式钢筋混凝土剪力墙结构居住建筑

建于2010年，18层钢筋混凝土剪力墙结构单元式住宅建筑。测试期间，此套型用房完全闲置，各房间均无人滞留，门窗等基本保持关闭状态。

测试点位于第3层，上下及左右相邻套型住户均有人居住，不临东西山墙。该建筑围护结构为钢筋混凝土和混凝土空心砌块，外贴EPS保温板，浅赭石色瓷砖贴面；中空玻璃塑钢外窗；室内净高2.85 m.

1.2测试仪器

Swema 3000微风仪，精度±0.1%；Thermo Recorder TR-72U双通道温度湿度自记仪，分辨率0.1 ℃，1%RH，精度为±0.5 ℃，±5%RH(25 ℃，50%RH)；Center 309 Date Logger Thermometer热电偶，分辨率±(0.3% rdg)+1 ℃，精度±0.3% rdg +1 ℃(-200～1 370 ℃)。所有仪器数据记录间隔均设置为0.5 h.

1.3测试时间与内容

测试时间为2014年8月16日8：00～17日8：00，期间天气为阴天，伴随阵性降雨过程。测试记录了对夏季人体热感受直接相关的数据，包括太阳辐射强度、室外空气温度、室内风速、室内空气湿度、室内相对湿度、壁面辐射温度等。文中使用了www.rp5.ru网站提供的8月份气象历史数据，该数据库采集间隔3 h，温度精度0.1 ℃，相对湿度精度1%.

为避免住户下班后及夜间使用空调降温、风扇机械通风及人员活动对通风测试的影响、反应建筑的实际使用状态、提高数据的有效性和准确性，测点尽量分布在人较少去的房间；在实在无法避免的情况下，仅使用白天时段的有效数据。

2　测试结果与分析

2.1当月大气温湿度变化情况

测试之前，即8月7日苏州地区结束了平均温度超过30 ℃的连续晴朗、高温天气，在下行趋势期中呈现出不规则变化的状态。在8月7日至18日期间，天气为阴、多云和降雨交叉不定，云层较厚，直接影响了水平面太阳辐射强度和空气温度变化，如图2所示(数据采样频率5 h)。8月7日至21日期间，日平均温度相较7日之前有明显降低；同时8月3日至6日期间相对湿度规则性的起伏变化(极大值95%，极小值50%左右)情况消失，取而代之的是75%～95%左右的微幅不规则波动。这是因为，测试期间阴雨和晴间多云天气交叉出现、变化不断，气温和相对湿度随太阳辐射强度出现了不确定的同步变化。

图2　8月份室外温湿度变化曲线图Fig.2　Outdoor temperature and humidity in Aug 左侧为温度　右侧为相对湿度

测试期间，虽然不是典型的苏州夏季气象条件，没有出现高温高湿天气状况。但是，前期建筑围护结构内部积存的热量并没有完全散失，以壁面辐射的形式散发到室内，与空气温湿度和风速共同对人体热感觉产生作用。

2.2水平面太阳辐射强度

图3　测试日水平面太阳辐射强度变化曲线Fig.3　Horizontal solar radiation intensity of the test day

由于测试期间天气条件不典型，总体辐射强度低、辐照时间短是基本特征，如图3所示。测试日水平面辐射强度极大值出现在上午10：30，读数为55 W/m2，下午18时后读数趋近于0.测试期间太阳辐射对建筑围护结构的影响较小，样本A，B和C内表面壁面温度值的时间分布也证明了这一判断，因此壁面温度、室内空气温度更多的反应出建筑围护结构材料的热惰性、蓄热性能等指标的影响和作用。

由于建筑的调节作用，室内环境并非完全与室外天气条件，尤其是太阳辐照强度同步变化，这是因为不同建筑围护结构与材料的蓄热能力和热惰性指标存在差异，加上自然通风因素，导致室内空气温度和壁面辐射温度可以直接地反映出建筑对天气变化的衰减与缓冲、对舒适室内环境营造水平，也就是说能够反映出建筑应对和调节气候的能力。

2.3室内空气温度

图4　空气温度变化曲线Fig.4　Air temperature of curve the test day

测试日，室外空气温度极大值出现在12：20，读数为29.6 ℃；极小值出现在3：30至6：30，读数为22 ℃.对比图3，图4可知，室外空气温度的波动及极大值出现的位置和太阳辐射强度波动基本一致，时间滞后2～3 h.

在室内空气温度变化方面，高层住宅的波动幅度明显大于三层和单层乡村住宅建筑，而三层和单层住宅的温度值和变化趋势基本一致。具体而言，样本A极大值26.6 ℃(出现时间为14：30～18：30)、极小值25.3 ℃(出现时间为17日8：00)、平均值26.3 ℃、极大值和极小值的差1.0 ℃；样本B极大值27.0 ℃(出现时间为12：40～13：50)、极小值24.0 ℃(出现时间为17日8：00)、平均值为26.2 ℃、极大值和极小值的差3 ℃；样本C空气温度极大值27.4 ℃(出现时间为12：30～12：40)、极小值23.2 ℃(出现时间为17日4：10～4：20)、平均值25.8 ℃，极大值和极小值的差为4.2 ℃.具体统计和分析见表1.

表1　测试期间室外及样本空气温度比较

从表中可以看出，样本C(高层建筑)的空气温度极小值和平均值在所有测试样本中都最小，反映出其在夏季具有较好的控制室内温度的能力；样本A(3层)和样本B(单层)的极小值和平均值较大，证明了这类建筑夏季控制室温能力的不足，与通常的认识存在不同。这是因为，样本C(高层建筑)围护结构直接暴露在空气中的面积比例较乡村建筑小、白天关闭门窗以及外墙设置的保温层均提高了夏季隔热能力；另外，B和C为自然通风状态，更易受外界温度波动的影响。

2.4室内空气相对湿度

图5　空气相对湿度变化曲线Fig.5　Curve on air humidity

室内空气相对湿度变化方面，从极大值、极小值和平均值等方面看，城市住宅C明显优于乡村住宅建筑A和B，而A和B的温度值和变化趋势基本一致，且A在数值上略低于B，如图5所示。从曲线线形变化方面看，A和B的线性较为平直，而C的变化较为剧烈。样本ABC的平均值依次为77.5%，78.6%和76.9%，极大值依次为82.4%，84.6%和88%，极小值依次为73.2%，74.8%和66.0%，极大值和极小值的差依次为9.2%，9.8%和22.0%.出现在下午13：00和14：10，读数为69.0%，湿度波动值达22%.具体见表2.

表2　测试期间室外及样本空气相对湿度比较

从表2中可以看出，在所有测试样本中，C的空气相对极小值和平均值都最小、波幅最大，反映出C在夏季具有较好的控制室内湿度的能力。A和B的平均值较大，证明了这类建筑夏季控制室内湿度能力存在不足。分析原因，可能是因为在测试期间，C住户外出上班，关闭了门窗，从而形成相对封闭的空间、受室外相对湿度的影响较小，室内空气湿度变化与空气温度变化存在显著的负相关。而A和B在测试期间有人逗留，且开启门窗对流空气，因此其室内空气相对湿度平均值较大。

2.5室内风速

图6　风速变化曲线Fig.6　Anemograph curve of the test day

为避免傍晚下班后住户居住生活行为(如：开启风扇等)对室内风速的影响，本研究仅对16日白天室外和室内风速进行了测试和人工数据记录，如图6所示。气象台站数据表明，测试期间风向主要为“东南偏南”，研究记录到的室外风速极大值0.29 m/s(出现在14：00)、极小值0.07 m/s，平均值0.17 m/s.具体见表3.

A和B2个测试样本室内风速值及变化没有明确规律。测试期间，样本A风速极大值0.27 m/s，极小值0.04 m/s，平均值为0.13 m/s；B风速极大值0.25 m/s，极小值0.05 m/s，平均值为0.13 m/s.

受到高层居住建筑标准层套型平面布置的限制，样本C北侧均为实墙面、无法开窗，仅在南向立面上设置有窗户，因此不具备形成风压自然通风的条件；并且在测试期间由于门窗关闭，基本不具备自然通风条件；另外且由于测试仪器设备故障，数据丢失，因此数据暂缺。

从表3中可以看出，样本A和B室内自然通风风速参数基本相同，其与室外风速及变化之间不存在明确关联关系，且各测点数据分布表现出较强的离散性。反应出，尽管乡村住宅夏季宜以自然通风降温手段为主，但是在设计和建造阶段由于缺乏科学合理的分析工具，在建筑朝向、周边风环境组织、房间分布与空间组织等方面尚存在极大的提升空间。

表3　测试期间室内风速比较

2.6室内壁面温度

测试期间，天气为阴间多云、偶尔出现降雨，太阳辐射不强、作用时间不连续，各测试房间内表面温度受太阳影响不大，因此3个样本各个方向墙面的壁面温度分布的变化基本一致，如图7所示。需要说明的是，受套型位置的限制，C的南向窗墙比很大，墙面面积小，难以保证平壁传热，故没有对其进行壁面温度测试。

样本A和B平时采用自然通风方式，测试期间室外平均空气温度25.6 ℃，因此其壁面温度较低，且变化趋势基本接近；而C由于白天门窗关闭，形成了相对密闭的空间，不能通过自然通风降低围护结构温度，因此C测得的几个方向的壁面温度普遍高于A和B.

图7　测试日白天室内墙面壁面温度曲线Fig.7　Curves on indoor wall temperature of the test day

为简化问题，文中选取东和北向壁面温度进行统计分析。就室内东向壁面温度而言，ABC的平均温度依次为26.5，26.0和27.7 ℃，极大值温度依次为26.9(出现时间16：00)、26.6(出现时间12：30)和27.8 ℃(出现时间15：00及之后)，极小值温度依次为26.2(出现时间8：00)、25.6(出现时间9：30及以前)和27.5 ℃出现时间8：30；C较A和B的平均温度分别高出1.2和1.2摄氏度。就室内北向壁面温度而言，ABC的平均温度依次为26.5，26.2和28.1 ℃，极大值依次为26.8(出现时间12：30～16：00)、26.9(出现时间16：00)和28.3 ℃(出现时间14：30～17：30)，极小值依次为25.8(出现时间8：00)、25.6(出现时间9：30)和27.7 ℃(出现时间8：00)。数据分析见表4和表5.

表4　东向墙体内表面壁面温度比较

表5　北向墙体内表面壁面温度比较

样本C极值和平均值均较大的原因在于：一是由于门窗关闭，不利于利用室外较低温度的自然空气进行通风降温；二是因为钢筋混凝土结构的蓄热能力和热惰性指标较大的缘故，导致壁面温度滞后于砖混结构材料；三是因为该建筑做了外墙保温，阻碍了建筑外墙对外的散热过程。

3　结　论

1)在白天，相较无隔热措施、开启门窗自然通风的建筑而言，外墙有隔热构造措施，且关闭门窗的居住建筑室内空气温度低约0.5 ℃，同时湿度低0.7～1.7%；

2)未经过专门自然通风设计的居住建筑，即使开窗通风，但其室内风速的时空分布也呈现出离散状态，实际通风效果不佳；

3)常规的外墙外保温构造不利于建筑围护结构在室外空气温度较低的条件下(如下雨时、夜间等)自然通风降温，并且围护结构内表面温度高出0.3～2 ℃，对室内的辐射散热相较无保温措施的建筑严重。

分析得到苏南地区建筑节能设计的优化建议

1)为获得较好的室内自然通风效果，建筑必须进行专门的自然通风设计，分析热压和风压通风潜力，确定选址、朝向、洞口位置与大小等；

2)就围护结构自然通风降温而言，夏热冬冷地区应放弃外保温做法，而采取外部遮阳隔热的措施，减小太阳辐射得热、强化自然通风降低围护结构温度的效果；

3)在白天高温时间段内，应关闭门窗、减小室外热湿空气进入室内。

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第四届行为安全与安全管理国际会议

暨第二届安全管理理论与实践国际会议

由中国职业安全健康协会行为安全专委会、西安科技大学等主办，西安科技大学等承办的“第四届行为安全与安全管理国际会议暨第二届安全管理理论与实践国际会议”(会议主席：宋振骐院士，冯长根副主席(中国科协))将于2016年9月24～25日在十三朝古都西安召开，欢迎大家积极投稿、参会，莅临指导！会议网址： http://bsm.xust.edu.cn

重要日期：2016年6月10日，全文投稿截止；

2016年7月10日，论文修改稿投稿截止；

2016年9月23日，会议报到；

2016年9月24-25日，会议交流。

Summer thermal environment test on 3 types of residential buildings in southern Jiangsu Province

LIANG Rui1，2，ZHU Yi-yun3，LIU Jia-ping2，ZHANG Qun2，4，HUI Shan-kang4，WU Xiao-xiang4

(1.DepartmentofEnvironmentArt，Xi’anFineArtofAcademy，Xi’an710065，China；

In the cold winter and hot summer zone，the typical weather characteristics is hot and humid in summer，cold and wet in winter.Consequently，residential buildings need to deal with the contradiction at the same time，heat-resistant in summer and keep warm in winter.In this situation，the architecture design become very difficult in technical measurements compared with the unique and definite task，such as in the severe cold and cold zone，hot summer and warm winter.In order to master the actual thermal environment situation in summer about residential buildings in this zone，three kinds of typical residential buildings have been chosen to investigate and measure in Suzhou City of Jiangsu Province，that is two kinds of layers buildings in the village and one kind of high-rise residential building in the city.We measured the thermal environment parameters，including the horizontal solar radiation intensity，the air temperature，air humidity，inner wall temperature of enclosure structure，air flow velocity，etc.The advantages and disadvantages have been discovered upon three kinds of buildings in terms of the indoor thermal environment.Through data statistics，analysis and discussion，architectural design proposals has been provided to emphatically improve the thermal environmental quality in the zone.

southern Jiangsu province；cold winter and hot summer zone；residential buildings；thermal environment in summer；test analysis

10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2016.0310

1672-9315(2016)03-0356-08

2016-01-21责任编辑：李克永

国家自然科学基金(51408474，51378424，51278414，51178369)；中国博士后科学基金(2014M552418)；苏州吴中区创新创业人才计划项目(WC201507)

梁锐(1977-)，女，湖北武汉人，博士，副教授，E-mail：liangruirui@126.com

TU 241.1

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