遮陽對帳篷熱環境改善的實驗研究

劉靜波，姜盈霓，胡信布，楊　浩，龔正國（武警后勤學院建筑工程系，天津300309）

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遮陽對帳篷熱環境改善的實驗研究

劉靜波，姜盈霓，胡信布，楊浩，龔正國
（武警后勤學院建筑工程系，天津300309）

摘要：為了改善帳篷內部熱環境，本文分別在兩頂93型軍用棉帳篷上面架設織物密度分別為“三針”和“六針”的黑色遮陽網，對帳篷內部溫度、空氣相對濕度和內壁面溫度進行了測試及分析，結果表明，遮陽網對帳篷熱環境改善效果明顯，且“六針網”效果好于“三針網”。本文研究結論為帳篷熱環境的改善和節能設計提供了依據。

關鍵詞：帳篷；遮陽；熱環境

0　引言

帳篷是部隊重要的野營保障裝備，但存在很大缺陷：熱阻和熱惰性較小[1]，內部環境“悶熱潮濕不透風”，嚴重影響人員休整。目前關于帳篷熱環境改善的研究很多[2-5]，但卻少有學者將遮陽技術應用到帳篷上。筆者結合生活實踐將農用黑色遮陽網架設到帳篷上，對帳篷內部熱環境進行測試及分析，研究遮陽網對帳篷熱環境的改善效果，為帳篷升級改造提供數據參考和理論依據。

遮陽網采用高密度聚乙烯為原料，加入一定比例的色母拉絲精織而成，具有耐熱、耐寒、使用方便、壽命長、價格便宜等特點，在遮光、降溫等方面有良好的實用性。實驗選擇遮陽評價較好、應用較為廣泛的“三針遮陽網”和“六針遮陽網”。織物密度為六針的遮陽網，遮陽率達到96%以上，遮陽效果較好，但織物密度大，不利于網下熱空氣流通替換；三針遮陽網遮光率75%左右，但網下熱空氣流通較好。為得到更好的遮陽效果，本文選用以上材料作為帳篷遮陽網。

1　實驗對象

實驗對象為93型軍用棉帳篷：長4.4m、寬4.6m、頂高2.57m、邊高1.4m。面料：28×2/28×2草綠色滌綸防水帆布；里料：白色牛津布；保暖層：3mm合纖針刺氈。將帳篷門窗置于全開狀態，用支架將兩個面積為10m×10m，織物密度分別為“三針”和“六針”的黑色遮陽網（以下簡稱“三針網”和“六針網”）架設到帳篷頂上約1m高度處，帳篷實物及遮陽網架設方法如圖1所示。通過測試相關參數，研究遮陽網對帳篷熱環境的改善效果。

2　實驗方案

實驗時間為2015年9月8日8：30～16：00，每半小時記錄一次數據。當天天氣為晴轉多云，最高氣溫29℃，最低氣溫20℃，東南方向微風。

實驗地點為天津市東麗區，天津位于北緯38°34′～40°15′，東經116°43′～118°04′之間，地處華北平原東北部，北溫帶半干旱半濕潤季風氣候區，四季分明。大陸性氣候特征，全年平均氣溫在11.4℃～12.9℃之間，1月最冷，月平均氣溫在-5.4℃～3.0℃之間；7月最熱，月平均氣溫在25.9℃～26.7℃之間。冬季寒冷干燥；夏季多偏南風且高溫高濕，雨熱同季[8]。

測試內容為帳篷內部溫度、空氣相對濕度和內壁面溫度。帳篷內部溫度用水銀溫度計測量，為增強數據準確性，選取0.1m層、0.5m層、1.0m層、1.5m層、2.0m層分別測量，且在每層各選取5個代表性位置布置測點，分別讀數并計算每層平均溫度，測點布置如圖2所示；空氣相對濕度采用干濕球溫度計測量，帳篷內測點布置在中央偏上位置，帳篷外測點布置在無陽光直射位置；內壁面溫度采用非接觸式紅外線測溫儀測量，測試面為東、南、西、北四個壁面和頂面、地面，測點布置在各個面的中間位置。各分項實驗儀器見表1。

表1　實驗項目及實驗儀器相關參數

3　實驗結果分析

3.1室內溫度

架設有“三針網”的帳篷內部溫度測試結果如圖3所示。

“三針網”下篷內溫度變化趨勢先升后降，峰值出現在午間11：00左右，隨后溫度回落。其原因為：11：00前天氣晴朗，陽光充足，溫度升高；11：00后天氣由晴轉為多云，陽光不足，溫度回落。

0.1m層受地表溫度影響，溫度較低、變化較小；2.0m層溫度較高，升高速率高于其他溫度層，11：00左右溫度為32.2℃，高于1.5m層約2.6℃，高于室外約3.0℃，其原因在于：“三針網”織物密度較小，有部分陽光透過遮陽網縫隙直射篷頂，篷下積聚熱量使溫度升高。

層間溫差大：午間溫差大，早晚溫差小，峰值出現在11：00左右，2.0m層高于0.1m層約5.8℃；整個測試時段內溫度變化大，2.0m層最高溫度約32.2℃，0.1m層最低溫度溫約22.7℃，溫差約9.5℃，人體難以適應。

架設有“六針網”的帳篷內部溫度測試結果如圖4所示。

“六針網”下篷內溫度變化趨勢同樣先升后降，但較為平穩：在7：30～9：00之間篷內溫度逐漸上升；在14：30～16：00之間，溫度逐漸降低；在9：00～14：30之間，篷內溫度變化較小，并沒有受陽光影響出現大幅度波動。

0.1m層溫度與“三針網”帳篷一致，受地表溫度影響，溫度較低、變化較小；2.0m層溫度雖高于其它層，但相對于“三針網”，空氣得熱較少，其原因在于：“六針網”織物密度較大，能穿過遮陽網直射篷頂的陽光較少，輻射量較“三針網”低。

層間溫差小，在0.5℃上下浮動。1.0m層與1.5m層溫度較為接近，溫差小于其它層，在11：30～14：30時間段內最為明顯。其原因在于：帳篷在此高度處設有窗口，內外空氣發生對流換熱，使1.0m層與1.5m層溫度均接近室外氣溫。

結果分析：

（1）篷內晝夜溫差大。原因在于篷布熱阻和熱惰性小于常規建筑，外界環境很容易影響篷內氣溫，早晚溫度低、午間溫度高，變化較大，不利于人員休息和睡眠。

（2）篷內垂直溫差大。原因在于篷內各層溫度受不同條件影響，頂層溫度受陽光輻射影響較多，底層溫度受地面溫度影響較多，中間層接近窗口，溫度受室外氣溫影響較多。

（3）篷內空氣與外界對流能力弱。原因在于帳篷各窗口高度一致，開口面積較小，影響空氣對流。盡管棉帳篷隔熱性強于單帳篷，但通風性較差，會體感“悶熱”。如果在夏季和過渡季使用，建議對窗口大小和位置進行升級改造，增強通風性。

（4）“六針網”遮陽效果好于“三針網”。原因在于：“六針網”織物密度相對較大，能更多的阻擋陽光直射篷頂，降低輻射量，改善帳篷熱環境。若采取遮陽技術改善篷內溫度，建議選擇遮光性強的織物作為遮陽網。

3.2空氣相對濕度

本實驗空氣相對濕度測試結果如圖5所示。

帳篷外相對濕度變化趨勢為先降后升，早晚較高，午間較低。其原因在于：在7：30～8：30之間草地上露水蒸發，相對濕度緩慢升高；在8：30～14：00之間空氣的水汽含量變化不大，但空氣溫度較高，相對濕度隨之降低；在14：00～16：00之間天氣多云，空氣溫度逐步降低，相對濕度逐步升高。

“三針網”下篷內相對濕度較高，變化幅度較大。在7：30～8：30之間，帳篷底面露水蒸發，相對濕度較高；在8：30～11：30之間，篷內空氣與外界對流較弱，水汽含量變化不大，但帳篷內溫度升高，相對濕度整體上為降低趨勢；在11：30之間，篷內溫度逐漸降低，相對濕度逐漸升高。

“六針網”下篷內相對濕度變化趨勢與外界趨同，但較為平穩。最高濕度73%，最低濕度38%，平均相對濕度為56%，空氣較為濕潤。篷內濕度高于外界，其原因在于：內部空氣與外界對流較弱，下底面泛出的潮氣聚在帳篷內，增大了相對濕度。

三條濕度曲線變化趨勢較為一致，早晚濕度高，午間時段濕度較低。兩種帳篷內部濕度均高于外界濕度，但變化幅度略有不同：“六針網”下濕度變化較小，“三針網”下濕度變化較大。原因在于“三針網”較“六針網”織物密度較小，遮光性較弱，受陽光輻射影響相對較大。在水汽含量相對恒定的情況下，隨著“三針網”下篷內溫度的大幅度波動，相對濕度隨之升降。

結果分析：

（1）篷內空氣濕度較高。內部空氣濕度主要影響因素為下底面，地表露水和土壤中的潮氣會提升篷內濕度，尤其在早晚更為明顯。建議為帳篷增設地布，起到防潮作用。

（2）篷內空氣與外界對流較弱。表現在外界空氣相對濕度較低，帳篷內空氣濕度較高。由于窗口原因，帳篷內空氣不能與外界進行良好對流，潮氣在帳篷內積聚，使濕度變高。建議調整帳篷窗口位置和大小，起到降濕作用。

（3）遮光量可以影響篷內相對濕度。織物密度較大的“六針網”有較強的遮光性，穿過遮陽網的陽光較少，篷內溫度和相對濕度受輻射影響較小，變化較小。若采取遮陽技術改善篷內濕度，建議選擇遮光性強的織物作為遮陽網。

3.3內壁面溫度

“三針網”和“六針網”下帳篷內壁面溫度如圖6、圖7所示。

內壁面溫度受陽光輻射量的影響：陽光輻射量充足時，溫度升高；輻射量不足時，溫度降低。從圖5、圖6可以看出篷壁溫度走勢趨同，但受遮陽網性能影響，“三針網”下篷壁溫度變化波動性較大；“六針網”溫度變化較為穩定。

東壁面在7：30～10：00之間受陽光直射，溫度較高，遠遠高于其他壁面溫度；南壁面溫度較高，北壁面溫度較低，其差異來源為：南面受陽光輻射多，北面受陽光輻射少；西壁面不同于東壁面，下午陽光不足，溫度升高不明顯；底面不受陽光輻射，溫度無明顯變化，約為大地溫度23℃；“三針網”頂篷溫度在9：30～11：00之間溫度較高，其原因在于篷頂此刻受較多陽光輻射，溫度升高較快。14：30以后，陽光不足，各壁面受輻射較弱，溫度趨于一致。

結果分析：

（1）篷壁受陽光輻射影響大。表現在隨著太陽方位的變化，同一壁面在一天內受到陽光輻射量不同，溫度隨之變化；而不同壁面在同一時間內，各壁面受到的陽光輻射量不同，溫度也不同。其原因在于：篷布材料熱阻和熱惰性較小，極易受外界環境影響。建議研發新型材料和遮陽技術，減少太陽輻射的影響。

（2）篷壁各面溫度差異較大。東壁面上午受到的陽光輻射量多，溫度較高；頂篷在正午時間溫度較高；且可以推測在陽光充足的下午，西壁面溫度較高；底面溫度較低，為大地溫度。對比于圖1、圖2，篷壁溫度與篷內空氣溫度差異較大，帳篷熱環境受篷壁熱輻射影響，體感舒適性較差。

（3）遮陽網能改善篷壁溫度。表現在“六針網”各篷壁溫度并沒有隨太陽方位的變化而出現較大波動；“三針網”有一定透光性，在9：30～11：00之間陽光充足，篷頂溫度變化明顯。證明遮陽網較強的遮光性能穩定篷壁溫度。

（4）帳篷東西壁面需加強遮陽。架設在頂部的遮陽網能夠遮住陽光，防止陽光直射篷頂，但東、西壁面遮陽效果卻有限。建議在東西兩面增設遮陽網，減少東、西壁面輻射量；北方地區建議將頂部遮陽網適當南移，減少南壁面輻射量。

4　結語

帳篷內部熱環境受外界影響較大，

且篷內空氣與外界對流能力較弱，架設遮陽網能有效改善篷內熱環境。建議選擇遮光性強的材料作為遮陽網，架設方法上需在帳篷東西兩面加強遮陽且北方地區需將遮陽網適當南移，增加南面遮陽程度。另外，適當調整窗口位置和大小，能提高帳篷內外空氣對流能力；為帳篷加設地布，能起到防潮作用，降低帳篷內相對濕度。

參考文獻：

[1]胡紹華，孟慶林，王超民.淋水對帳篷熱環境改善的實驗研究[J].后勤工程學院學報，2007，（02）：81～83，87.

[2]王濤，龍恩深，袁琦，等.雙頂帳篷隔熱效果的研究[J].建筑科學，2010，（12）：59～63.

[3]文靜雅，金玉鳳，陳勝男，等.救災帳篷的改良設計[J].科技視界，2014，（17）：13，80.

[4]許若飛，杜國福.發展野戰充氣式衛生帳篷的探討[J].醫療衛生裝備，2013，（04）：85～87.

[5]王文芳，劉來運，劉光燁.帳篷用軍綠色熱反射涂料的研究[J].涂料工業，2008，（09）：22～24.

[6]蘇長偉.基本情況[A].天津區縣年鑒[M].天津：社會科學院出版社，2014：35，36.

修回日期：2016-01-18

Experiment Research on Shading to Improve the Thermal Environment of Tents

LIU Jing-bo，JIANG Ying-ni，HU Xin-bu，YANG Hao，GONG Zheng-guo
（Architecture Engineering Department，Logistics University of PAP，Tianjin 300309，China）

Abstract：In this paper，in order to improve the thermal environment of tents，the different black agricultural sun-shade nets were erected on the 93 type tents. The inner tempareture，relative air humidity and inside wall temperature were measured. Experimental results show that the shading nets can make a difference on the improvement of inner environment and the 6 needle fabric density net is better than the 3 needle fabric density net. The principle was suggested to be used in energy—saving design and the improvement of inner thermal environment of tents.

Key words：tents；shading；thermal environment

收稿日期：2015-12-07

作者簡介：劉靜波（1991-），男，河北唐山人，研究生在讀，研究方向：武警營房勤務。

中圖分類號：TU111

文獻標識碼：B

文章編號：2095-3429（2016）01-0087-04

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.01.020