西安地區大學宿舍夏季夜間室內熱環境測試研究

張 進 （西安建筑科技大學建筑學院，陜西 西安 710055）

0 前 言

夏季的西安，酷暑難耐，而又以7月最熱，月平均氣溫26.1～26.3℃，月平均最高氣溫32℃左右。由于建筑物的蓄熱作用，到了夜晚，室內墻體依然向室內空氣散發著熱量。大學宿舍更是如此，不少學生熱得夜不能寐。而一般學校到7月中下旬才會放假，于是這些學生夜晚紛紛爬上宿舍樓頂露天就寢，以擺脫室內不舒適的熱環境。那么在大暑時節的夜晚，相對于宿舍室內熱環境來說，室外熱環境真的就舒適很多嗎？

人體與其周圍環境之間保持熱平衡，對人的健康與舒適來說是首要的條件之一。取得這種平衡的條件以及身體與周圍環境達到平衡時的狀態，取決于許多因素的綜合作用。其中一些屬于個人的性質，如活動量、適應力及衣著情況等；另外與此有關的是室內熱環境構成要素，包括室內空氣溫度、空氣濕度、氣流速度及環境輻射溫度[1]。

本文就以這四個熱環境構成要素為評價指標，從學生的日常實際生活出發，在對夏末夜晚的宿舍室內熱環境和室外熱環境分別進行測試得出相關數據的基礎之上，得出室內熱環境與相關規范要求的差距，并提出被動式設計對策。

1 測試概況

1.1 測試對象

西安建筑科技大學1號學生公寓是一棟本科生和研究生共用的宿舍樓，共8層（圖1）。選擇其樓頂和室內熱環境相對較差的宿舍進行測試研究。

1.2 測試方法

利用測試儀器對宿舍室內和室外的空氣溫度、空氣濕度、氣流速度和環境輻射溫度進行測量，觀察不同熱環境的評價指標數值上的差異。

1.3 測試儀器

圖1 號學生公寓

圖2 測試宿舍的平面圖（其中實心圓點即測點）

本文中，采用TES-1360A溫濕度計測量室內外空氣溫度和空氣相對濕度，其中空氣溫度的測量范圍在-20℃～+60℃，準確度為±0.8℃；空氣相對濕度的測量范圍在10%～95%RH，準確度為±3%RH(at30-95%RH)。室內外氣流速度測試儀器采用N962G袖珍式微風速儀，測量范圍為0～10m/s；經過校核，在溫度0～40℃、濕度0～85%RH的使用環境下，風速儀的測量精度可達到±5%。室內外環境輻射溫度測試儀器采用FLUKE-66紅外溫度計，溫度范圍為-40℃～260℃；在溫度0℃～50℃、相對濕度10%～90%RH的使用環境下，準確度為讀數的±1%或±1℃(目標溫度23℃～510℃)。

1.4 測試條件

1.4.1 測試位置

本文的測試目的是研究宿舍室內熱環境與相關規范要求的差距，應盡可能選取室內熱環境最差的宿舍進行測試，所以測試房間為頂層南向最西邊的房間。氣流速度測試位置選在緊挨床鋪凌空一側，環境輻射溫度測試位置選在床鋪緊挨的兩面墻——外墻和隔墻與床鋪同高的位置以及床鋪本身（見圖2）；室外氣流速度測試位置選在距樓頂表面0.3m高處（人躺下的高度），環境輻射溫度測試位置選在樓頂表面正中心處。

1.4.2 測試時間

于2013年7月24日晚至2013年7月25日早分別對宿舍室內和室外的熱環境進行了測試，具體測試時間選擇在頭天晚上10點到第二天早上7點間，即大多數人從入睡到起床的這段時間內。測試總過程時長9h，每小時記錄一次數據。

1.4.3 其它條件

測試當晚天氣狀況良好，無雨水冰雹干擾。宿舍內窗戶為夜間通風模式，始終保持全開狀態。保持室內熱環境設備（風扇）為關閉狀態，其他設備（電腦、電燈等）也都為關閉狀態。測試時宿舍室內人數始終為一人。

2 測試結果及其分析

2.1 室外測試結果及其分析

以下圖3～圖5便是室外熱環境各要素的測試結果。

圖3 室外溫度測試情況

圖4 室外濕度測試情況

圖5 室外風速測試情況

從以上的測試結果可以看出，隨著夜晚時間的推移，室外空氣溫度呈現逐漸下降的趨勢，這是整個地表向天空長波輻射的結果；但當到了凌晨4點多時，氣溫就不再下降，因為此時太陽輻射開始發揮作用，于是室外氣溫開始回升。室外環境輻射溫度也基本呈現上述規律，但因建筑的熱惰性，建筑表面溫度的回升明顯延遲于空氣溫度的回升。

從圖中還可看出，室外空氣溫度始終低于室外環境輻射溫度，可見建筑表面整晚都在向室外空氣傳遞著熱量。

2.2 宿舍室內測試結果及其分析

以下圖6～圖8便是宿舍室內熱環境各要素的測試結果。

從以上的測試結果可以看出，隨著夜晚時間的推移，宿舍內的空氣溫度呈現逐漸下降的趨勢，這是室內氣溫隨室外氣溫波動的結果；但當到了黎明5點多時，氣溫就不再下降，因為此時太陽輻射開始發揮作用，室外氣溫已經開始回升，室內氣溫也已到達了波谷。床鋪周圍的環境輻射溫度也基本呈現上述規律，但因墻體、床板的熱惰性，它們對室外氣溫變化的敏感性明顯不如室內空氣以及室外建筑表面，所以即使到了早晨7點，環境輻射溫度仍有繼續下降的趨勢。

圖6 室內溫度測試情況

圖7 室內濕度測試情況

圖8 室內風速測試情況

從圖中還可看出，宿舍內的空氣溫度始終低于床鋪周圍的環境輻射溫度，可見室內固體環境整晚都在向室內空氣傳遞著熱量，而室內空氣又以對流換熱的方式將熱量傳遞給室外空氣。

《住宅設計規范》（GB 50096-2011）中對室內溫度的要求為：臥室、起居室室內設計溫度宜為26℃[2]。通過觀察宿舍室內熱環境測試數據，可以看出這樣一個客觀事實：測試對象的室內空氣溫度在測試時間段里的十個整點時刻都是大于26℃的，且至少高出4.9℃，這離適宜的室內熱環境有不小的差距。

3 對改善宿舍室內熱環境的建議

要改善夏夜宿舍室內熱環境，當然最簡便的方法就是加裝空調等空氣調節設備。但出于對節能環保的考慮，若能采取相應的綠色被動式技術措施并且運用合理，不僅可以達到提高室內熱舒適的目的，從長遠來看，還具有相當優越的經濟性。建議的技術措施如下：設計之初就依據主導風向合理規劃宿舍整體布局，建筑間形成能引導夏風的開敞庭院；利用樓梯間的煙囪效應，改善公寓內的通風[3]；設置既隔熱又遮陽的封閉陽臺；采用單框雙層玻璃或單層玻璃粘貼窗薄膜，減少白天由窗戶進入室內的熱量；對宿舍的屋頂和墻面進行綠化處理，削弱白天墻體和屋頂的蓄熱；宿舍外墻表面宜選用光潔、色彩淡雅的表面材料，以利反射太陽輻射，盡量減少墻體吸熱量[4]。相信通過這些被動式技術措施的綜合應用，大學宿舍在不增加運行能耗的情況下，室內熱環境就能得到大幅度的改善。

[1]劉加平.建筑物理(第三版)[M].北京:中國建筑工業出版社,2000.

[2]GB 50096-2011,住宅設計規范[S].北京:中國建筑工業出版社,2011.

[3]夏博.高校學生公寓室內熱環境研究[D].西安:西安建筑科技大學,2003.

[4]王進.高校學生住區生態化研究[D].西安:西安建筑科技大學,2004.