杨凯中

(合肥工业大学建筑与艺术学院，安徽 合肥 230601)

1 基于热舒适度的初步改造理论

1.1 热舒适度相关概念介绍

1.1.1 建筑热舒适度的研究意义

在建造技术高速发展的今天,人们虽然产生了对空间体验的多样化需求，但是对于建筑所营造和提供的微气候环境(物理环境)要求却始终排在考虑范围前列。人体与环境热交换会影响人的生理活动，而生理活动会产生心理活动，形成热感觉，最终影响热舒适程度。通过对相关影响因素的研究，我们能够对现存建筑进行热环境改造，使其能够指导更新设计。

1.1.2 热舒适度的影响因素

经过相关资料的研究，将影响人体热舒适的因素总结为两大方面，即4个环境因素和2个人体因素，环境因素包括：室内空气温度、空气湿度、空气流速及平均辐射温度；人体因素即人的活动量(新陈代谢率)和衣着情况(服饰热阻)。

除了上述因素以外，人体还通过新陈代谢产生热量，从而维持一定体温，因而新陈代谢率是影响人体热舒适的重要因素之一。同时，服饰热阻也是影响人体热感觉的重要因素，影响人体与周围环境的辐射和对流换热。由于个体之间的差异化以及地区自然气候等既定条件，本文的研究内容主要从影响热舒适度的环境因素入手，基于合肥工业大学翡翠湖校区宿舍楼的建筑单体维度，尝试提出相应的改善措施。

1.2 合肥地区气候特征分析

1.2.1 主要气候特征分析

合肥工业大学翡翠湖校区位于安徽省合肥市蜀山区，为亚热带湿润季风气候，年均温15.7 ℃，降雨近1 000 mm，日照2 100 h。其气候特征如表1所示，主要气候特点是季风明显、梅雨显著。

地区年气温变化较大，属夏热冬冷地区，应进行夏季防热与冬季保温措施考量。由太阳辐射形式分析，6月～9月为合肥市的太阳光照射最强月份，光照情况与其明显的季风性气候相吻合。通过Ecotect软件气候分析，得出不同方位太阳辐射量分布特点，其南向、东南向与西南向的太阳辐射量较大，太阳能资源也相对丰富，应充分考虑到对太阳辐射的隔离与利用。

表1 气候特征统计表

1.2.2 风速与风向特征分析

合肥市季节性风向变化较为明显。冬季在偏北风季风主导下，由于大别山区阻挡以及皖南山区对风导流，形成冬季主导东北风；夏季主导偏南风的季风，合肥地区全年都较少出现西风和西南风，且静风比例较高。

结合风图可以得出，风向相对集中且风速也比较可观，结合五号宿舍楼的位置，其北侧的被遮挡情况相对严重，南侧无遮挡，东侧有部分遮挡。以其焓湿图与最佳朝向(见图1，图2)，可以充分利用夏季的东风与东南季风来保证自然通风。

1.3 室内热环境现存问题与措施设想

1.3.1 区位现状

研究所选建筑区位如图3所示，宿舍楼位于建筑群中部，南面无建筑遮挡，东西向宿舍楼斜向分布，影响略小。本文研究选择一定程度风力受周围建筑与环境影响，主要拟采用改造措施为建筑单体维度上，包括围护结构、建筑形态和设备技术等主要切入方向。

1.3.2 基于grasshopper的热舒适度分析

经过日照时长分析(见图4，图5)，夏季北楼屋面结构会接受更多太阳直射，南楼其得热量更多，需要更多的防热措施；冬季时相似的北楼屋面结构会有更多得热量，需要对南楼顶部进行特别保温措施考量。如图6所示，对于南北楼房间(墙体)而言，其日照时长差别不大，需要进一步对太阳辐射量进行考量。

对于楼体太阳辐射分析中(见图7)，主要太阳辐射集中在屋面结构，会产生高楼层夏季热舒适度较差问题，且同为南向房间，北楼低楼层会被南楼遮挡，造成阴暗、潮湿的环境，需要应对措施考虑。

此外，针对太阳辐射量，北向房间的辐射量明显不够，同时西面太阳辐射过强，所以应对北面房间进行光热补偿且对西晒问题进行有效防热与防眩光相关处理。

结合grasshopperladybug日照时长与太阳辐射分析，为改善楼内热舒适度，夏季隔离太阳辐射热，减少与外界高温环境换热，利用通风带走多余湿气而降低湿度，优化宿舍闷热、潮湿问题；冬季保温防风为主要措施，充分利用太阳辐射热能，防止冷风进入带走热量，改善室内的阴冷状况。以围护结构、建筑形体等被动式节能措施为主。

2 围护结构改造

2.1 屋面的热舒适改造理论与应用

根据宿舍楼体日照时长与太阳辐射分析，屋顶传热比墙体热强度大，建筑屋面节能隔热尤为重要。根据测算，温度每降低1 ℃，空调减少能耗10%，并在多层围护结构中，屋顶能耗约占总能耗的8%～10%。因此，加强屋顶保温与隔热节能对建筑造价影响不大，但节能效益明显且人体舒适性会大幅提升。

宿舍楼采用坡屋顶，太阳高度角最大时光线对坡屋面斜射，对平屋面正射。保持屋面形式，内置保温隔热材料提高屋面热工性能，提供新空间利于防水，改善屋面热工性能、降低造价。利用通风间层、布设太阳能集热板等措施，降低辐射热对室内影响和保护屋顶材料(见图8)。利用热压和风压作用带走大部分进入间层的辐射热，可有效地降低下层围护结构室内传热，利于热环境塑造。

2.2 附架式绿化拟改造策略

本次改造策略考虑在建筑东西墙面种植攀缘植物，在夏季利用植物阻隔太阳辐射热，有效遮挡太阳辐射，而在冬季，植物凋谢，墙面可直接受热，从而使墙面起到良好的保温隔热作用(见图9)。墙面种植降温隔热、美化环境、改善局部小气候。作为补偿建筑占用的绿化地面,提升校园宿舍绿化覆盖率。与造价高昂的刻板印象不同，恰恰相反，种植攀缘植物墙面是经济且环保的全生命周期隔热措施。

3 平面布局的改造策略

3.1 底楼层改造

宿舍楼南北向布置，但大多数时候南北向各个宿舍的门都是要闭合的，虽然有副窗可以开启以供通风，但是开启率较低。为增加南北向通风和走廊的采光，可利用房间结构改造方式进行改善。

如图10首层平面形式，将长廊布局形式打破，来优化通风与采光。将原有宿舍房间改成走廊一部分，一定程度内收可形成“文丘里管效应”，增加南北贯通自然通风量，同时可增加走廊采光量，增加冬季底层温度；将一层仓库的一部分改为半开放外廊，使得宿舍走廊能够直接接触到室外环境，以增加通风量。

三层为代表的中高楼层改造现有楼梯间是由窗洞与室外直接连通的空间，夏天会使室外的高温气体进入，冬天会使楼内的热量散失，是造成楼道内部热舒适度低的主要原因，且随着楼层数增加西端走廊房间日晒严重，热舒适度极差。主要改造策略如图11所示，内收房间扩充丰富走廊形式，增加走廊采光通风；将西边的端头房间改造成阳光房，以对强西晒进行缓冲作用且防止冬季墙角热量散失；同时将楼梯间凸出形体封闭，并通至顶部，形成热压通风井功能作用。

3.2 宿舍贴建拟改造策略

宿舍楼纵深较长的走廊为东西向，而合肥市风向以东向风为主导，但东西向上由于走廊较大深度，其通风程度很低，所以除自然风压通风之外，还可利用图12所示贴建烟囱来利用热压通风原理。烟囱实际上起到了通风井的作用，将原来利用率较低的室外阳台用烟囱取代。烟囱可以由槽型钢板围合而成，置于建筑西侧墙体处，西向的太阳辐射使得管腔内气体升温，东西向走廊利用了烟囱垂直高差产生了热气流的上升，从而增加走廊空气流动并改善空气质量。

4 结语

翡翠湖校区于2010年左右正式投入使用，其学生宿舍建设相对较早，本文选取五号宿舍楼进行实例分析与拟改建策略的研究。基于建筑单体维度，结合问卷反馈与grasshopper，Ecotect的科学软件分析，笔者针对热舒适度方向，经过相关资料与3D建模推演，提出相应拟改造策略，希望对宿舍舒适度可持续改造相关研究提供参考意义。