殷嘉宁 刘依明 刘念雄

高校建筑承载了师生的科研和生活活动，其中学生公寓具有特殊性。一方面，由于人员密度和散热量大，学生停留时间长，因而公寓热环境对学生的生理和心理健康影响更大；另一方面，由于学生性别、热舒适习惯等不同，他们对公寓热环境设计需求存在个体差异。

整体而言，高校建筑的热环境不佳，但学生对此有一定适应性。Nyuk Hien Wong等人在对机械通风教室的热舒适研究中发现，教室热环境较差，但学生的接受范围却相对较宽，并认为冷感觉比热感觉更容易接受。夏博在对西安某高校学生公寓的实测中发现，其热环境并不满足ASHRAE（美国采暖制冷空调工程师协会）的要求，但学生对此有较大的适应性。杨薇等通过调研发现，学生的热舒适明显受到环境温度、风速、衣着热阻等影响，对不同场景的心理预期和调节方式也会影响热感受。王昭俊等研究了哈尔滨某高校供暖期间教室和宿舍的中性温度，发现教室中性温度高于宿舍，原因是学生对教室温度预期高于宿舍，从而影响了他们调节温度的方式。

我国对于高校建筑热舒适的研究往往集中在非空调工况下。李昇翰等采用元分析的方法，总结了近年来关于不同地域高校建筑热环境状况的文章，发现对自然通风和机械通风情况下热环境的比较研究还相对欠缺。是否自然通风与开启空调能影响人的热舒适感受，而人生理的个体差异以及预期也会影响不同模式的效果。Kwok等比较了有空调与自然通风的教室，前者相较于后者低3℃左右，通过热舒适投票发现，两者均处在ASHRAE标准规定的热舒适范围内。汪紫璇等发现宿舍安装空调能够改善夏季热环境，但也会造成干燥和吹风感，此外空调的使用会将偏好行为由使用风扇、冲凉等转变为开空调、打开门窗等。陈勰等关注到用户的个性化特征（如空调使用习惯），并通过对教室热环境和用户热舒适的调研探究用户特征与热舒适规律的关系。Brager等重点比较了空调建筑和自然通风建筑，发现行为调节和期望对热适应的影响很大。Black和Milroy在伦敦开展了空调和自然通风办公建筑的比较，发现对热环境的掌控能力可以影响人的热舒适感受：集中空调建筑的使用者对温度波动忍耐度较低，而自然通风建筑的使用者却能承受更大的温度波动。

综上所述，目前就高校学生公寓空调和自然通风协同的热环境研究较少，特别是由于室内窗扇、空调位置分布带来的人体热舒适感受不同。因此，本研究根据客观物理数据，探究不同的开窗和空调运行模式对不同床位温湿度的影响，采取问卷调查了解学生的主观热环境评价，综合主客观数据为学生公寓设计与改造提出建议。

1 研究方法

1.1 空调和自然通风条件下学生公寓热环境指标收集

清华大学紫荆公寓采取内廊式布局，基本单元为二室一厅，各房间开间3.6m，分为4个床位，采用“上铺下居”的方式。由于各床位和空调、门窗的位置布局相对不均，因此当夏季空调开启或打开门窗自然通风时学生热感受不同。选取清华大学紫荆公寓11号楼南向的某个空房间为研究对象，用温湿度自记仪测量内部不同床位的空气温度和相对湿度，并比较开窗通风和不同空调温度的影响。房间内部4个床位以及门窗、空调的相对位置如图1所示。

实验从6月12日15:00开始到6月17日结束，每隔24h改变实验环境，如密闭、开窗通风，空调温度分别为30、22、26℃。6月12—17日的天气分别经历了多云、雷阵雨、小雨和晴天，每日室外温度存在一定差异，可能会对室内温湿度造成影响。空调22℃条件下受天气影响，打开阳台门导致室内测量数据受到干扰，因此在分析时将其舍去。

1.2 学生主观热环境评价调查

了解问卷填写者的公寓基本情况，并调查其在公寓的热感觉和潮湿觉，以及在学习、睡眠模式下的热环境满意度。学生主观热环境评价问卷共获得46份样本，关键问题：1）你的房间是否经常使用空调？如果是，房间一般采用的温度是；2）室内空调的开启状况是（基本不开/全天开/白天开/晚上开）；3）请对你所在床位对应的热感觉指标做出客观评价；4）请对你所在床位对应的湿感觉指标做出客观评价；5）请对你在公寓内学习的热环境满意度进行打分；6）请对你在公寓内睡眠的热环境满意度进行打分。

2 主客观数据分析方法

2.1 空调和自然通风条件下公寓热环境指标分析

2.1.1 通风条件下床位温湿度变化

在密闭条件结束后进行了房间的自然通风处理，通过对比两种情况下不同床位的温湿度可以发现通风能在一定程度上降低夏季室内温度，并增加湿度，其中夜间通风能明显降低室内温度。

2.1.2 空调对床位温湿度的影响

实验第一天和第五天开启空调，分别设定温度为30℃和26℃。由于室内形成一个相对密闭的环境，因而每个床位温湿度变化都较为平缓。通过对4条曲线比较发现，2号床位受到空调的影响较大，其温度更接近于空调的设定温度，且在空调温度改变时出现高频率的波动；而3号床位温湿度变化则相对平缓，可能是因为相对2号离窗和空调较远，相较于1号、4号离门较远（表1）。

曹彬等人的研究发现北京夏季室内中性工作温度为26.8℃。《室内空气质量标准》（GB/T 18883−2002）规定，在夏季空调环境下，室内湿度要在40%～80%之间。通过实测数据与标准的比较可以发现相较于空调开启，自然通风条件下的温度虽然波动较大，但更符合人的热舒适需求；而在两种模式下，学生公寓内的湿度均处在一个相对合适的水平。

2.2 问卷数据分析

2.2.1 空调使用频率数据

通过问卷调查可以发现，空调在夏季学生公寓温湿度调节中起到较为关键的作用。相较于采取自然通风调节室内温湿度，大部分学生倾向于通过空调控制（图2,3）。超过一半的学生将空调设定为人体最佳舒适温度26℃，其他人设定低于26℃，在一定程度上证实了Nyuk Hien Wong等关于学生对冷感觉接受度更高的研究结果。在空调的开启时间上，接近50%的人全天都开空调，近30%的人只在白天开空调，学生公寓夏季热环境不通过空调调节的较少。

2.2.2 公寓主观热环境评价

约50%的被访者认为学生公寓热感觉、湿感觉以及学习、睡眠热环境可以接受，约40%的人认为公寓更凉爽，说明空调在炎热夏日对调节公寓温度起到了显著作用。超过30%的人认为公寓有些干燥，说明空调在调节室内温度时会带来室内湿度降低的问题（图4,5）。

2.2.3 床位对热环境评价的影响

利用回归分析总结以上调研结果，床位与热感觉的相关系数为0.288，存在弱相关，其模型R值为0.077，表明床位布置可以解释热感觉指标的7.7%变化原因。

1 公寓床位与门窗、空调位置

2 空调使用习惯

3 空调开启时间

4 室内热感觉指标

5 室内湿感觉指标

表1 床位温湿度变化情况

床位与学习和睡眠时的热评价相关系数分别为0.017和0.018，说明二者几乎不存在相关性（表2）。因此，虽然床位能对学生主观热感受造成一定影响，但对学习和睡眠不会产生太大干扰，这与夏博提到的相比于ASHRAE舒适区学生可接受的温湿度范围更宽相契合。

表2 床位对热感觉、学习热环境、睡眠热环境满意度的影响

3 基于空调与自然通风协同的居住热环境调节策略

通过对学生公寓居住空间内部物理环境的实测以及学生主观热感受评价的问卷调查，发现夏季学生公寓居住空间空调开启与自然通风对不同床位的影响：1）相较于自然通风，空调开启模式下不同床位的温湿度变化区间较小，但会造成干燥的感受。自然通风更有利于将室内温度控制在舒适的范围内，但由于学生对于冷感受更不敏感，因而他们更倾向于通过空调调节室内温度；2）相较于其他床位，2号床位在自然通风和空调开启条件下温湿度更易受到干扰，特别是在空调刚刚开启或者温度调整时，2号床位的温湿度会出现较高频率波动；3）2号床位的同学在夏季更容易产生较凉的感受，但室内学习和睡眠的热评价并不容易受到床位的影响，这说明学生对温湿度有较大的舒适接受区间；4）在未来学生公寓分配中，可以通过预先问卷调查，将2号床位分配给对温湿度较不敏感的同学，以更好匹配相对个性化的需求（图6）。

基于夏季自然通风和空调调节带来的温湿度特性，虽然空调能够较恒定地将室内温度控制在人体舒适的范围内，但同样需要适时引入自然通风降低空调开启带来的干燥感。在未来学生公寓设计层面上，亦可以通过合理布置空调，避免对某一床位直吹，改善调节过程中温湿度波动较大的问题。

4 结论与展望

本研究对密闭、开窗通风和不同空调温度设定条件下不同床位的温湿度变化进行实测，并通过主观热评价问卷对学生在公寓内学习、睡眠的热感受进行调研分析，探讨了基于空调与自然通风协同的居住空间热环境的调节方法。研究发现，虽然采用空调调节是目前学生公寓降低室内温度的主要方式，但协同自然通风和空调调节将起到更好的热环境改善作用。此外，在设计过程中应避免将空调直吹床位，防止室内温湿度分布不均匀。

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。

1-6作者自绘

表1,2作者自绘