彭力夫 刘依明 刘念雄

学生公寓作为集课外学习、课下交流、课余生活等功能于一体的复合功能载体，已不再局限于满足学生的基本住宿需求，共享空间、多功能空间的植入成为新的关注点。公共空间的出现也对学生公寓设计提出了更高的要求，一方面需要为学生营造良好的建筑热环境以促进身心健康，另一方面也需要兼顾节能的需求。因此，以自然通风的方式进行室内热环境调节是学生公寓公共空间设计时应当考虑的重要因素。

现有关于学生公寓节能研究大多集中在重庆、山东，较少关注北京。从具体研究对象上划分，多聚焦公寓本身而非公寓中的公共空间。本研究以学生公寓公共空间节能和提高室内热舒适性为目标，基于样本公共起居空间夏季自然通风不同工况下的室内外温度实测，评估实际使用过程中的通风效果并提出优化策略，为学生公寓公共空间的建筑设计提供借鉴与参考。

1 案例概况

选取清华大学紫荆学生公寓的中厅公共起居空间（后文简称为中厅）作为研究对象。公寓位于清华大学校区北部，占地28.4万m，总建筑面积35万m。内部寝室沿走廊两侧分布，可按朝向简单分为南向与北向。寝室为4人间，设置有上床下桌，相邻两间共用一个中厅公共起居空间。每间寝室层高3m，面积17.1m。中厅平面为对称的五边形，面积12.6m，内设桌椅，为学生的会客交流、学习讨论等活动创造了条件（图1）。

中厅有暖气管，未设空调，主要依赖自然通风，在使用过程中中厅与两侧寝室间的门通常处于关闭状态，因此主要为单侧通风。按开窗数量可将通风模式细分为单侧单通风口自然通风和单侧双通风口自然通风（图2）。

2 研究方法

通过采集样本中厅不同工况条件下的热环境实测数据，结合问卷调研对学生使用行为和主观评价进行相关性研究，对比分析不同工况的实际通风效果。选取紫荆公寓11 号楼R604（北向）和R701（南向）房间样本中厅（图3），连续测试不同工况条件下室内温湿度以及相对应的室外温湿度数据。通过数据及问卷结果的比较分析，识别和比较不同通风方式下中厅的通风效果，从而为中厅设计优化提供策略和依据。

样本中厅的室内温度受到住宅建筑因素（平面、楼层和朝向等）、围护结构性能参数（围护结构K值、窗墙比）、用户生活习惯因素（通风方式、日常生活节律和室内活动类型等）的综合影响。实测数据期间保持中厅出入口密闭、无人使用、无湿源，且所选测试点楼层相近。通风方式依据问卷调研结果中学生使用习惯及生活节律进行个性化设置，在控制混杂因素的前提下，保证各变量组之间可进行相互对照。

2.1 实测数据采集方法

采用四台温湿度自记仪（测量精度为0.1℃）测量R701南中厅、R604北中厅以及对应室外阳台的温湿度。实验房间内仪器放置在几何中心，室外阳台仪器放于同一水平高度、无阳光直射处。设置采集数据的时间间隔为30s，连续测量并记录各时刻的温度和相对湿度值，结束后导入电脑保存。

在工况的设置上，遵循控制变量和对照实验的原则，考虑到学生自主调节的生活行为习惯，实测时间内中厅均采用全天通风的方式，最终选定寝室朝向、开窗数量、开窗面积三个变量，以闭窗环境作为对照组设置5组工况，实测数据如表1所示。

2.2 问卷调研及主观评价

对夏季紫荆公寓生活起居共享中厅的学生使用状况展开问卷调研，共回收有效答卷105份。综合问卷结果可归纳出：1）对于中厅热环境，同学普遍认为夏季中厅热环境的体验感较差，仅依赖自然通风并未缓解室内的炎热感。相较于南向寝室，北向寝室的同学更不愿意选择在中厅学习，日照和风向对此结果有一定影响；2）关于中厅自然通风行为，夏季中厅普遍采用全天开窗的方式进行通风换气，南侧寝室的同学以开窗通风降低室内温度的意愿更加强烈。同时，同学们对开窗数量及开窗时间对通风效果的影响尚不明确，无法最大程度发挥自然通风的优势。

3 数据分析

实测所得数据（温度T、湿度RH）按照时间和日期记录，绘制温湿度曲线图进行图形化识别与比较（图4,5）。利用焓湿图衡量南北朝向中厅温湿度时空变化差异，并结合过热度和过热时间的对比分析，综合问卷调研中不同朝向居住学生对中厅热环境的主观评价，比较南北中厅的热舒适并初步识别不同工况下单侧中厅的通风效果差异。相似外部环境条件（气象参数及时间）下的室内外温度曲线变化则用于比较不同工况下单侧中厅的通风效果差异，结合使用行为及学生生活节律的特点，了解不同开窗方式对中厅空间使用模式及不同时段室内热环境参数变化的影响，最终优化现有条件下的通风效果及热舒适，为建筑师优化设计学生公寓共享空间提供依据。

室内温湿度曲线能够反映朝向、平面特点、围护结构性能、实验控制通风方式对室内热湿环境调节的共同作用，本次实测结论关注朝向及通风方式因素。通过将实测数据中南北样本中厅室内及室外热湿度值三条曲线叠加分析，进而得到温湿度值随时间和空间变化的特征信息。此实验主要针对夏季自然通风模式下学生公寓共享起居空间过热问题，探究室内温度时空分布特征。

1 学生公寓建筑几何参数和中厅通风模式

2,3 公寓及测试房间位置示意图

表1 工况设置及温度变化

4 温度实测数据曲线图5 湿度实测数据曲线图

3.1 夏季自然通风模式下学生公寓共享起居空间过热问题

3.1.1 基于过热度和过热时间的南北向中厅室内热环境对比分析

综合实测数据及学生主观评价，过热问题是影响学生夏季使用中厅的主要因素。为进行量化研究，引入过热度T与过热时间τ。我国《采暖通风与空气调节设计规范》（GB 50019-2003）中，夏季空调房间室内设计温度为24～28℃。北京属于温带大陆性季风气候，选择28℃作为夏季非空调房间热舒适温度，并采用温湿度自记仪每30s记录一次温度，计算各工况下南北向寝室的过热时间与总记录时间的比值。由表2可知，夏季中厅空间内已经产生了较为明显的过热，三种工况下南向中厅基本均比北向中厅过热时间更长、过热度更大。

3.1.2 基于焓湿图的南北向中厅室内热湿环境对比分析

依据气候特点，将湿空气各参数之间的关系用图线表示，绘制焓湿图并将所测数据按不同工况分类，以散点图形式叠加绘制（图6）。

通过对比，不同工况条件下的夏季中厅空间内热舒适性均较差，北向中厅优于南向中厅。对比工况3、5，可发现单侧双通风口自然通风（开双窗）能适当提升中厅的热舒适性。在室内封闭条件下，南向中厅受影响较大，过热问题较为突出，不适宜学生使用。

表2 不同工况下南北房间过热时间与过热度对比

3.2 不同通风模式下学生公寓共享起居空间室内温度时空变化特征

夏季中厅空间的使用与学生生活节律联系紧密，通过改变通风方式调节室内热环境。从实测数据来看，对于北向中厅来说，开窗会使白天室内温度产生明显峰值，而不开窗时温度较为平缓；对于南向中厅来说，开窗有利于降低室内温度峰值，不开窗则室内外温度接近。为进一步对比不同通风方式的效果，提取具有代表性且在相似外部环境条件下的数据进行对比分析（图7）。

对比图8、9可以看出，在日间温度出现峰值时段G1内，南中厅开单窗、北中厅开双窗对缓解室内过热效率更高；在日落之后温度下降阶段G2内，开窗面积的差异对南北中厅降温效果的影响并不显著，这与中厅通风口相距较近、通风面积差异较小有关。

4 基于样本空间的通风优化解决方案

4.1 夏季共享空间分时分区的通风调节控制

由以上实测数据可知，在单侧通风条件下，朝向和通风时段在室内热湿环境的调节控制下存在关联性，建议进行分区分时段热环境控制（图10）。

（1）从朝向上看，夏季北向共享空间室内热舒适优于南向，可以容纳更多活动；在室内封闭条件下，南向共享空间受影响较大，建议开窗通风。

（2）从使用时段上看，在日间温度出现峰值时段内，南向采用单侧单通道口自然通风、北向采用单侧双通道口自然通风对缓解室内过热效率更高。中午之前及日落之后，共享空间过热时间占比低，可仅依靠自然通风调节室内热环境，该时段也更适宜学生学习和使用。

4.2 通风自主调节模式与设计相结合

在共享空间的外立面设计上可对通风口的数量设置加以考量。为更好地方便学生进行自主调节，采用单侧通风的共享空间可设置至少两个通风口以实现单/双通道口自然通风的切换，同时尽量使开窗面积可调节。对于不同朝向的共享空间，南向空间可设置更多通风口方便调节；北向空间热舒适性相对较好，但结合问卷调研北向日照条件较差，可设置天窗等辅助采光。

6 不同工况焓湿图分析示意图

7 样本中厅温度曲线叠加分析示意图

8 G1 时段工况3 温度曲线图（上）G1 时段工况5 温度曲线图（下）

9 G2 时段工况3 温度曲线图（上）G2 时段工况4 温度曲线图（下）

10 夏季共享空间分时分区的通风调节控制

5 研究结论

本研究通过对样本学生公寓共享起居空间的使用行为、主观评价及室内热环境参数进行量化分析，发现夏季共享起居空间存在过热问题，并结合室内温度时空分布特征分时分区匹配不同的通风模式，提供环境控制建议及设计优化依据。由于受实测条件及时间周期限制，本研究并未对优化通风方式进行验证。后续研究如有条件可对实测分析结果进行重复实验及对比分析，对学生公寓共享空间的设计优化提出更加全面精确的指导建议。

研究受到清华大学（建筑学院）临沂城市建设投资集团有限公司建筑全生命周期品质管理联合研究中心（2021-B2）支持。

＊ 本研究得到国家自然科学基金委员会重点项目“高能效智能建筑环境营造原理与性能化设计新方法”（52130803）、国家自然科学基金面上项目“基于机器学习的寒冷地区绿色住宅空间环境变量耦合机制与数据设计方法研究”（52078262）资助。

1-10作者自绘

表1,2作者自绘