汪秋刚, 李 靖, 额热艾汗, 任玉成

(石河子大学 水利建筑工程学院，新疆 石河子 832002)

随着生活水平的提高，人们对室内热环境的要求也越来越高，有关研究成为热点。以新疆地区为例，国内外学者主要有以下研究：Yoshino H等人对中国9座城市的室内热环境进行了实测与调查，指出乌鲁木齐冬季室内温度稳定在20 ℃左右[1]；李延俊等对北疆乡村住宅冬季室内热环境进行了实测，表明围护结构热工性能差是造成室内热环境差、采暖能耗高的主要原因[2]；罗清海等人充分了解了北疆气候地理特点，指出利用特有的气象资源，是降低住宅能耗的有效途径，进一步利用Energy Plus对乌鲁木齐一典型住宅在不同通风模式下室内空气温度进行了计算，结果表明充分利用夜间通风可不同程度降低房间温度，同时也提到新疆地区夏季有供冷需求[3]；陈大鹏指出乌鲁木齐与同为严寒地区的哈尔滨相比，夏季气候干燥，且更为炎热[4]；何金春等对乌鲁木齐某高校教学楼不同朝向教室夏季室内热环境进行测试，结果表明窗户朝向和自然通风组织是影响室内热环境的主要原因，室内最高温度达到了33.5 ℃[5]。

综上所述，对新疆地区室内热环境的研究已涉及冬夏两季，冬季由于集中式供暖具有很好的热舒适性，而夏季由于空调系统的缺乏而热舒适性较差，众多学者支持通过自然通风来改善夏季室内热环境的观点。作者对自然通风状态下的室内热环境进行了约6个月的实测，并随机采集夜间人体皮肤表面温度(休息状态)，以期反映不同室内热环境下的人体生理热反应，为各类通风空调设备的运行与管理提供参考，从而在满足室内热舒适性的前提下降低建筑能耗。

1 测试对象及方法

测试对象位于北疆某高校建于2000年的一栋五层宿舍楼，整体正南朝向，四周无遮挡；测试房间位于顶层，其进深5.70 m，宽3.0 m，高3.10 m；南向开窗，尺寸为1.74 m × 1.74 m，采用两普通单框单玻窗加空气夹层的结构，其上布置四扇可独立打开的窗户，门窗相对布置，在其全部打开时，能形成很好的对流。

测点布置参考《民用建筑室内热湿环境评价标准》[6]，各壁面度传感器布置在被测壁面中心，室内环境测点在宿舍中心，距地面1.4 m处，所有的温度传感器以铝箔纸覆盖，以减小周围壁面对其的辐射影响；温湿度一体变送器用来测量室内相对湿度，置于室内环境测点，实测图如图1[7-8]。

图1 室内热环境实测图

温度传感器是三线制、A级精度的PT100；温湿度变送器的型号是壁挂式的MIK-3TH；数据通过NHR-8700B蓝屏无纸记录仪自动采集。

2018年4月16日至10月14日整个非采暖期内，对该房间室内热环境进行了不间断实测。测试期内，房间窗户几乎是全部打开的，当室内有人时门一般也是完全打开的。具体参数包括室内温湿度、室外环境温度以及人体皮肤表面温度；数据每5 min自动保存一次。

2 室内热环境测试结果

2.1 室内空气温度分布特点

测试期内的室内空气温度变化统计情况如图2所示。监测到的室内最低温度18.5 ℃，在7月11日15时最高温度达到了35.4 ℃。4月份，室内平均温度24.1 ℃，20～22 ℃内的占3.9%，22.1～24 ℃和24.1～26 ℃区间内的最多，分别占到了45%和46.5%，26.1～28 ℃内的有4.6%。5月份与4月下旬具有相近的室内环境温度，室内最低温度19.2 ℃，最高28.4 ℃，平均24 ℃，温度低于20 ℃的占1.1%，在22.1～24 ℃和24.1～26 ℃内的最多，分别占到了40.2%和40.4%，有9%的超过了26 ℃。6月份较5月份室内温度有了较大的升高，室内最低温度23.3 ℃，最高33.6 ℃，平均值为29 ℃，仅有6.9%的在26 ℃内，分别有24.2%、35.8%及29%落在了26.1～28 ℃、28.1～30 ℃及30.1～32 ℃内，且有4%的超过了32.1 ℃。7月份室内温度整体最高，室内最低温度23.4 ℃，最高35.4 ℃，平均值为30.7 ℃，仅有6%的在28 ℃内，分别有30%、40.9%及20.5%落在了28.1～30 ℃、30.1～32 ℃及32.1～34 ℃内，且有2.6%的超过了34.1 ℃。8月份与7月份有类似的室内温度，室内最低温度23.3 ℃，最高35.2 ℃，室内平均温度29.8 ℃，仅有0.2%的在26 ℃内，分别有19.3%、25%及12.7%落在了26.1～28 ℃、30.1～32 ℃及32.1～34 ℃内，28.1～30 ℃内的达到了38.9%，且有2.2%的超过了34.1 ℃。9月份温度出现了明显的下降，室内最低温度19.5 ℃，最高28.3 ℃，平均值为23.9 ℃，仅有0.3%的超过了28.1 ℃，落在22.1～24 ℃和24.1～26 ℃内的最多，分别为33.4%和35.5%，19.3%和11.9%的分别在20～22 ℃和26.1～28 ℃内，有0.5%的低于20 ℃。10月初，供暖前的14 d，室内环境温度进一步下降，最低降到了18.5 ℃，平均温度21.8 ℃，20 ℃以下占了13.1%，20～22 ℃和22.1～24 ℃内分别有43.5%和35.4%，有8%的超过了24.1 ℃。

图2 室内温度分布图

2.2 室内相对湿度分布特点

室内相对湿度分布如图3所示。其最小值为13.3%RH，最大值是54.6%RH。4月，相对湿度最低值为21.7%RH，最大为39.3%RH，25.1%～30%RH内的占54.8%，30.1%～35%RH内的有32.7%。5月，相对湿度最低值为18.9%RH，最大为48.3%RH，小于20%RH的有2.5%，20%～30%RH内的占到了67.4%，30.1%～35%RH内的有18.8%，大于40%RH的占5.4%。6月，相对湿度最低值为13.3%RH，最大为49%RH，小于20%RH的有8%，20%～25%RH内的占28.1%，25.1%～30%RH内的有35.5%，30.1%～35%RH内的有17.1%，大于40%RH的占3.7%。7月，相对湿度最低值为14.1%RH，最大为45.1%RH，小于20%RH的有11.1%，20%～30%RH内的占到了74.8%，大于40%RH的有1.4%。8月，相对湿度最低值为17%RH，最大为54.6%RH，小于20%RH的有3.1%，20%～25%RH内的占17.3%，25.1%～30%RH和30.1%～35%RH内的分别有27.2%和27.1%，大于40%RH的占12.3%。9月相对湿度最低值为16.3%RH，最大为50.8%RH，在20%～25%RH内的最多为45.4%，25.1%～30%RH内的31.1%，小于20%RH的占9.8%，大于40%RH的有2.1%。10月，相对湿度最大为36.7%RH，最小为17.4%RH，平均值为24.6%RH，20%～30%RH占到了83.3%。室内相对湿度受室外环境与室内人为活动影响较大，可以看出，其值整体处于较低水平，大多都在20%～30%RH的范围内。

图3 室内相对湿度分布图

2.3 皮肤表面温度变化

人体对热环境的反映可以通过皮肤表面温度的变化来体现，人体通过调节皮肤温度来平衡自身热量的得失，将皮肤温度作为人体热感觉的指标是具有重要的意义[10]。图4是测试期夜间皮肤表面温度变化情况。对比图2和图4，可以看出，皮肤表面温度与室内环境温度具有相似的变化趋势。4月，皮肤表面温度最低为29.1 ℃，最高为35.6 ℃，低于31 ℃的占12.2%，31.1～32 ℃内的有22.9%，32.1～33 ℃内的占到了35.6%，33.1～34 ℃内的有13.9%，34.1～35 ℃内的有9.7%，有5.7%的超过了35 ℃。5月，其最低为28.7 ℃，最高为35.7 ℃，低于31 ℃的占14.4%，31.1～32 ℃内的占了29.4%，32.1～33 ℃内的有26.7%，33.1～34 ℃内的有14.4%，34.1～35 ℃内的有13.2%，有1.8%的超过了35 ℃。6月，其最低为29.1 ℃，最高为35.9 ℃，低于31 ℃的有3.4%，31.1～32 ℃内的有14.2%，32.1～33 ℃内的占到了35%，33.1～34 ℃内的有32.8%，34.1～35 ℃内的有12.1%，有2.3%的超过了35 ℃。7月，其最低为29.8 ℃，最高为35.5 ℃，低于31℃的有0.7%，31.1～32 ℃内的有3.7%，32.1～33 ℃内的有17.4%，55.2%的在33.1～34 ℃范围内，34.1～35 ℃内的有21.5%，有1.4%的超过了35 ℃。8月，其最低为30.4 ℃，最高达到了36.3 ℃，低于31 ℃的有0.6%，31.1～32 ℃内的有7.1%，32.1～33 ℃内的有25.4%，42.8%的在33.1～34 ℃范围内，34.1～35 ℃内的有21.8%，有2.3%的超过了35 ℃。9月，其最低为28.5 ℃，最高为35.6 ℃，低于31 ℃的有15.9%，31.1～32 ℃内的占27.4%，32.1～33 ℃内的有17%，33.1～34 ℃内的有16.9%，34.1～35 ℃内的有19.7%，有3.2%的超过了35 ℃。10月，其最低为30.1 ℃，最高为35.7 ℃，低于31 ℃的有13.5%，31.1～32 ℃内的有11.9%，32.1～33 ℃内的有8.6%，33.1～34 ℃内的有16.9%，34.1～35 ℃内的占到了41.4%，有7.7%的超过了35 ℃。可以看出，室内环境温度对皮肤表面温度有较大影响，当室内温度较低时，皮肤表面温度主要在31.1～33 ℃的范围内，当室内温度较高时，皮肤温度主要在33.1～35 ℃内。

图4 皮肤表面温度分布图

3 分析与讨论

3.1 室内、外温度相互关系

图5 室内、外温度相互关系

3.2 室内热湿环境评价

测试期内各月室内热湿环境如图6所示，图中热舒适区域范围根据ASHRAE Standard (ASHRAE 55—2017)确定[9]。可以看出，测试期内室内环境湿度始终满足小于12 g/kg(AD)的标准要求，室内温度的变化是导致热舒适性变化的唯一因素。4月份15 d的室内热环境全部在热舒适区域内，其中12 d在服装热阻为1.0 clo的区域内，即在这一段时间内只要衣着得当就能得到良好的热舒适性，但要注意保暖。5月份31 d的室内热环境全部在热舒适区域范围内，其中29 d在服装热阻为1.0 clo的区域内，5月份大多时间内仍然要注意衣服的保暖性能。6月与5月相比较，室内热环境发生了较大的变化，仅有6 d在热舒适区域范围内，其余24 d仅靠改变服装热阻难以获得良好的热舒适性。7月份的31 d全部在热舒适性区域以外，需要通过增加外界辅助设备来改善室内热环境，如电风扇、空调等。8月份中的29 d在热舒适区域以外，同样需要外界辅助设施来改善室内热环境。9月和10月44 d，37 d在服装热阻为1.0 clo的热舒适区域内，需要注意服装的保暖性能，其余7 d在0.5 clo区域内。

图6 各月室内热湿环境图

3.3 皮肤表面温度与室内环境相互关系

图7是测试者皮肤表面温度随室内环境温度的变化情况。可以看出，室内温度越高，人体皮肤表面与环境温度差越小，最大时达到了16 ℃，最小时瞬时值低于0 ℃。在室内环境温度较低时(4、5、9和10月)，其回归线具有较大的斜率，即皮肤温度受室内环境温度变化的影响较大，人体自主调节功能并不显著；室内环境温度较高时(6、7和8月)，回归线的斜率有了较大的下降，人体皮肤温度对于室内环境温度变化的敏感程度降低，室内环境温度对其的影响逐渐减小，人体自主的调节功能作用越来越大。从人体自主调节功能的参与程度来评价室内环境的热舒适程度，4、5、9和10月热舒适性更好，而6、7、8月的热舒适性较差，这与ASHRAE Standard图评价方法结果相一致，参考图6。

图7 皮肤表面温度与室内环境温度相互关系

4 结论与建议

4.1 结论

(1)实测结果表明，2018年4月16日至10月14日，室内温度最低18.5 ℃，最高35.4 ℃，6、7及8月室内平均温度分别达到了29 ℃、30.7 ℃和29.8 ℃；室内相对湿度受室外环境与室内人为活动影响较大，整体处于较低水平，大多都在20%～30%RH的范围内；室内环境温度对皮肤表面温度有较大影响，当室内温度较低时，皮肤表面温度主要在31.1～33 ℃的范围内，当室内温度较高时，皮肤温度主要在33.1～35 ℃内。

(2)通过线性回归的方法讨论室内环境温度随室外环境的变化关系，夜间室内温度对室外环境温度的变化更为敏感，6、7和8月室外环境温度变化对室内温度的影响大于4、5、9及10月。

(3)运用ASHRAE Standard图对测试期内各月的热环境进行评价，4、5、9及10月基本全部在标准规定的热舒适区域内，但要注意衣服的保暖；而6、7和8月基本不在热舒适区域内，需要通过采取额外的降温措施来改善室内热环境。

(4)对人体皮肤表面的测试结果进行分析，室内环境对皮肤表面温度的影响随室内环境温度的增加而减小，且显示的热舒适性与ASHRAE Standard图结果相一致。

4.2 建议

随着气候的变化，严寒地区夏季炎热的特点越来越突出，降温措施不得不认真考虑；另一方面，太阳能制冷技术日益成熟，其推广的经济性和可靠性逐渐得到了保障。综合考虑，若将太阳能制冷系统的集热部分装于屋顶上，既可以防止屋面被直接暴晒，也可以充分利用太阳能资源，是很有前景的清洁能源利用技术，值得进一步研究。