廣東地區農村居住建筑熱環境現狀及改善措施

馬小靜唐珊黃華錕范濟榮丁云飛

1廣州大學土木工程學院

2廣州大學廣東省建筑節能與應用技術重點實驗室

廣東地區農村居住建筑熱環境現狀及改善措施

馬小靜1，2唐珊1，2黃華錕1，2范濟榮1，2丁云飛1，2

1廣州大學土木工程學院

2廣州大學廣東省建筑節能與應用技術重點實驗室

對廣東地區農村居住建筑及其熱環境現狀進行了調查，發現農村居住建筑普遍缺乏有效的遮陽隔熱措施，僅22.1%的居民對熱環境感到滿意，居民普遍期待改善室內溫度。通過對26～30℃條件下、29℃及30℃輔助機械通風條件下的環境進行熱感覺投票實驗，結果表明，當室內溫度在28℃以下時，開啟門窗進行自然通風可達到熱舒適要求；室內溫度在29～30℃時，利用電風扇可達到熱舒適要求。農村地區居住建筑熱環境改善重點在于采用良好的自然通風、建筑遮陽及隔熱措施，有效降低室內溫度。

廣東地區 農村居住建筑 熱舒適 熱感覺投票

0 引言

隨著我國經濟的快速增長和新農村建設的不斷加快，農村居民生活水平日漸提高，空調器的擁有率迅速增長，導致農村居住建筑能耗也在迅猛增長，這勢必將進一步加劇我國能源緊張局面。廣東地區屬夏熱冬暖地區，熱舒適問題主要在于夏季空調制冷和春季梅雨時期的除濕，城市居住建筑目前主要依賴空調器解決，在夏季高峰時段，空調能耗占建筑總能耗的比例超過50%[1]。目前，國內外對城市建筑室內熱環境方面的研究較多，而對農村居住建筑相關研究較少。

本文通過問卷形式對廣東地區農村居住建筑及其熱舒適現狀進行調查，對不同溫度條件下的熱舒適狀況進行實驗分析，提出了改善農村居住建筑熱舒適的方法。

1 農村居住建筑及其熱舒適現狀

1.1 調查內容

于2012年7～8月間，以實地走訪結合問卷形式對梅州、增城、從化、惠州、河源等地的農村居住建筑進行調查，共收回有效問卷111份。內容主要包括建筑外窗類型及遮陽情況、居民對室內熱環境的滿意度及期望的室內溫度等。

1.2 結果分析

1.2.1 農村居住建筑基本情況

本次調查的建筑樣本竣工時間主要集中在1995～2005年間，占總樣本的54%，2005年后新建的占18.7%。1995年以前的占27.3%。調查的建筑中單層占38.3%，兩層的占34.2%，三層的約占19.9%，均為獨棟建筑。建筑面積在100～250m2范圍內的占總樣本的60%。農村居住建筑大部分仍保留傳統的建造方式，以磚混結構居多，外墻墻體以240mm厚磚墻為主，占總樣本的82.8%。

建筑外窗類型主要有固定窗、平開窗、推拉窗、鋁合金窗等，其中2000年之前竣工的主要為平開式木窗，2000年之后新建的一般為推拉窗、鋁合金窗，均為普通單層白玻璃。建筑外窗設有外遮陽的僅占7.8%，45.4%的建筑設置了窗簾作內遮陽，其余46.8%無任何遮陽措施。設外遮陽的建筑均為窗頂混凝土水平外遮陽板，遮陽效果較差。

處于夏熱冬暖地區的傳統嶺南建筑為了追求室內熱舒適，通常均十分重視包括自然通風、建筑遮陽和隔熱措施，但從本次現場調查來看，近年新建的農村居住建筑均未采取有效措施滿足上述要求，導致室內熱環境狀況較差，如果在農村居住建筑中達到目前城鎮居住建筑的熱環境標準的話，其空調能耗將急劇增加。

1.2.2 室內熱環境現狀

1）居民對室內熱環境現狀的滿意度。圖1是農村居民對居住環境熱舒適現狀的滿意程度，從中可以看出，目前大部分農村居民對居住環境的熱舒適感覺一般，有17.5%的居民不滿意，可以預見，隨著生活水平的提高，人們的不滿意率還會逐漸上升。

圖1 室內熱環境現狀的滿意程度

2）對室內熱環境改善的期待。從圖2可以看出，農村居民對夏季室內熱舒適性改善的期待主要集中在降低溫度和良好的自然通風上，這也與本地區的實際情況相吻合。居民對冬季熱環境的改善依次為提高室內溫度、改善墻體保溫隔熱性能和改善外窗性能。

圖2 對室內熱環境改善的期待

廣東地區氣候潮濕，居民對空氣濕度的敏感度較低，農村地區居民最關心的是溫度的變化，因此，本文主要結合農村實際情況，研究溫度變化對居民熱舒適的影響。

2 實驗測試

2.1 熱舒適評價

關于熱舒適條件，丹麥學者Fanger教授[2]從20世紀60年代開始就進行大量研究，提出熱舒適性PMV-PPD指標體系。其中，PMV指標是度量熱感覺的尺度，其值在-3至+3之間變動，PPD指標表示某環境條件下人群不滿意百分數，但此體系適用于穩態的熱舒適條件。根據農村居住建筑實際使用現狀，本文按照ASHRAE的熱感覺7級標度（-3冷，-2涼，-1微涼，0適中，+1微暖，+2暖，+3熱）設計了調查問卷，通過現場調查得到實測熱感覺投票值 TSV（Thermal Sensation Vote）[3]，從而對居民熱舒適感覺狀況進行評價分析。

同時，適應性模型指出，當溫度升高時人們可通過增大氣流速度來改善熱舒適，因為增加空氣流動能增加人體汗液蒸發量以及人體與周圍空氣的對流換熱量，使人體在相對較熱的環境下也能感覺舒適，這就是所謂的風速補償。本文在實驗測試過程中，針對高溫（29℃、30℃）條件引入了機械通風模式，探討此模式下人體熱舒適感覺。

2.2 測試條件

本次測試于2013年7～8月進行，選取符合要求的受試人員在統一房間內進行，利用空調調節室內溫度，在高溫段以農村常用的電風扇實現機械通風模式，風扇檔位分為自然風（搖頭模式）和1、2、3檔，調節風扇的檔位從而改變風速，讓受試者在不同溫度和風速下按要求記錄熱感覺等，收回有效問卷100份。測試過程中，受試者先在房間靜坐10min，以減少外界環境對其熱感覺的影響，待穩定后填寫問卷，記錄該溫度下的熱感覺。其間，受試者都以放松的姿勢進行測試，著裝大多為廣東地區典型的夏裝，短袖、短褲及涼鞋。

本次測試中使用熱球式風速儀測量風速，精度±0.03m/s，TES1360溫濕度計測試空氣溫度和相對濕度，精度為±2%；風扇1、2、3檔對應風速分別為1.19 m/s、1.41m/s、1.58m/s。

2.3 結果分析

2.3.1 室溫26-30℃條件下的熱舒適狀況

圖3是室溫在26～30℃條件下的TSV分布情況。通常認為投票位于-1至+1之間的受試者是認為其所處熱環境為可接受的[4]，ASHRAE55標準規定了80%的居民可接受的熱環境條件可視為處于熱舒適區。從圖中可以看出，26～30℃分別對應有82.8%、94.5%、89.1%、68.4%和38.7%的受試者的熱感覺投票值在-1至+1之間。各工況下熱感覺投票值的分布近似服從正態分布，這與文獻[5]中所得結果相一致。本次實驗中，26～28℃工況下受試者的熱環境可接受率都在80%以上，說明室內溫度在26～28℃處于熱舒適區；29℃熱環境的可接受率為68.4%，說明多數人認為29℃環境是可以接受的；30℃的熱可接受率較低，僅為38.7%。

圖3 26～30℃條件下實測熱感覺投票（TSV）分布

上述分析可知，在廣東地區農村居住建筑中，當室內溫度在28℃以下時，開啟門窗進行自然通風即可達到較好的熱舒適要求。

2.3.2 29℃、30℃輔助電風扇條件下室內熱舒適狀況

由上分析可知，當室溫在29℃、30℃時，居民的熱接受率相對較低，但ASHRAE55-92[4]標準指出，當溫度偏離舒適區時，可適當增加風速（在工作地點，風速不超過0.25m/s）來滿足熱舒適要求。另一方面，有實驗研究表明，風速在一定程度上可以補償環境溫度的升高，最高溫度可以達到29.5℃，甚至31℃[6]。本文針對室溫在29℃、30℃時，輔助電風扇提高室內風速，獲得實測熱感覺投票（TSV）分布，實測熱感覺投票（TSV）分布如圖4和5所示。

圖4 29℃各風速下實測熱感覺投票（TSV）分布

圖5 30℃各風速下實測熱感覺投票（TSV）分布

由圖4及圖5可知，29℃和30℃條件下加設風扇后，室內熱舒適條件大大改善，各風速下熱感覺投票值都大多集中在-1至+1之間，熱可接受率都在80%以上，且其分布也近似服從正態分布。這說明室內溫度在29℃、30℃時，利用電風扇可較好地改善室內熱舒適條件。其中，29℃下風速1（1.19m/s）最舒適，30℃下風速2（1.41m/s）舒適度最高。因此在夏季高溫期，當溫度偏離舒適區時，可以通過開啟風扇來滿足熱舒適要求。

2.4 農村居住建筑熱環境改善措施分析

隨著人民生活水平的不斷提高，人們對農村居住建筑的熱舒適性要求也必將越來越高，從上述分析可知，當室溫低于28℃時，采用自然通風即可滿足熱舒適要求，29～30℃之間輔以機械通風也能較好地改善室內熱舒適狀況，當室溫高于30℃時，可以預見將會有越來越多的人會選擇使用空調器來改善室內熱環境。

從廣州地區標準年溫度頻率分布可知，該地區室外氣溫高于30℃的時間僅為846h，約占全年的9.6%，全年絕大多數時間室外氣溫是低于30℃的。因此，通過采取的良好的自然通風、建筑遮陽及隔熱措施，將室內溫度控制在30℃以內，可以減少居民對空調的依賴性，從而達到節能的目的。

3 結論

對廣東地區農村居住建筑及其熱環境現狀進行了調查，發現農村居住建筑普遍缺乏有效的遮陽隔熱措施，僅22.1%的居民對熱環境感到滿意，居民普遍期待改善室內溫度。通過對26～30℃條件下、29℃及30℃輔助機械通風條件下的環境進行熱感覺投票實驗，結果表明，當室內溫度在28℃以下時，開啟門窗進行自然通風可達到熱舒適要求；室內溫度在29℃、30℃時，利用電風扇可達到較好的熱舒適條件。農村地區建筑節能的重點在于改善建筑熱工條件，采用良好的自然通風、建筑遮陽及隔熱措施，有效降低室內溫度，減少居民對空調的依賴性，從而可以達到節能的目的。

[1]何敏嫦,丁云飛,徐曉寧.廣州市區居住建筑能耗現狀與節能措施分析[J].建筑熱能通風空調,2013,32(2):39-41

[2]石小容,伍川輝.熱舒適性PMV-PPD指標在高速列車上的應用[J].制冷與空調,2013,27(3):249-252

[3]楊薇.夏熱冬冷地區住宅夏季熱舒適狀況以及適應性研究[D].長沙:湖南大學,2007

[4]Schiller G E.A comparison of measured and predicted comfort in office buildings[J].ASHRAE Transactions,1990,96(1):609 -622

[5]ASHRAE.Thermal Environmental Conditions for Human Occup -ancy(ASHRAE Standard 55-92)[S].Atlanta:American Society of Heating,Refrigerating and Air Conditioning Engineers,Inc, 1992

[6]夏一哉,牛建磊,趙榮義.空氣流動對熱舒適影響的實驗研究:總結與分析[J].暖通空調,2000,30(3):41-45

Rura l Re s ide ntia l Hous e s The rm a l Environm e nt Sta tus a nd Im prove m e nt Me a s ure s in Gua ngdong Are a

MA Xiao-jing1，2,TANG Shan1，2,HUANG Hua-kun1，2,FAN Ji-rong1，2,DING Yun-fei1，2
1 School of Civil Engineering,Guangzhou University
2 Guangdong Key Laboratory of Building Efficiency and Application Techniques,Guangzhou University

Investigated the present situation of rural residential houses and its thermal environment,and found that it are generally lack of effective sun-shade and heat insulation measures,and only 22.1%of the residents are satisfied with the thermal environment,and look forward to improving indoor temperature.Thermal Sensation Vote(TSV)experiment were carried out in the 26～30℃,29℃and 30℃with auxiliary mechanical ventilation,the results show that it can meet thermal comfort requirements by opening doors and windows for natural ventilation when indoor temperature is below 28℃,and achieve thermal comfort by combining electric fan and natural ventilation when indoor temperature is 29 and 30℃ too.Key point of improving the thermal environment of rural residential houses effectively reduces the indoor temperature though natural ventilation,windows shading and wall heat insulation measures.

Guangdong area,rural residential house,thermal comfort,TSV

1003-0344（2015）02-005-4

2013-12-28

丁云飛（1967～），男，博士，教授；廣州市廣州大學土木工程學院（510006）；020-39366651；E-mail:dingyf@126.com

廣東省重大科技專項項目（2012A010800048）；國家大學生創新訓練項目（201211078038）