農村自然通風建筑人體熱適應對比研究
——以吐魯番和仙居為例

董夢如

(河南理工大學，河南 焦作 454000)

1 引言

氣候對人體適應的影響越來越受到學者們的廣泛關注，在國內外均開展了相關的研究[1～7]，并取得了一定的研究成果。在干濕熱氣候區開展的多項研究證明了氣候方面存在的差異對人體的適應性有不同程度的影響。但在我國干熱和濕熱地區，對其熱環境和人們的熱反應狀況如何，兩者是否有差異的研究較少。

為此，本文選擇干熱和濕熱地區的代表吐魯番和仙居農村進行炎熱夏季環境參數對人體熱反應與熱舒適的影響分析。此研究為氣候適應理論提供了支持，可為不同氣候區的熱環境設計提供參考。

2 研究方法

2.1 氣候特征

吐魯番是我國夏季氣溫最高的地方，平均氣溫達到30 ℃，吐魯番地區由于其干熱的氣候，當地村民夏季大多生活在院落形成的半室外空間[8]，夏季炎熱少雨，該地區年降水量約16 mm，蒸發量3000 mm以上，是干熱氣候區的典型代表；浙江省仙居縣位于浙江東南，夏季炎熱多雨，7月份平均氣溫28.5 ℃，雨量充沛，歷年平均降水量2000 mm左右，是濕熱氣候區的典型代表。

2.2 樣本選擇與測試儀器的選用

對于吐魯番農村地區的調研時間為2011年和2016年8月，共獲518套有效數據，對于仙居農村地區的調研時間為夏季2015年8月5～9日，對仙居縣的農村居民住宅的室內環境進行了測試，共獲645套數據。受試者均身體良好，且居住在當地1年以上，已經適應當地的氣候特征，具體情況見表1。

現場調研主要包括對兩個地區夏季室內外環境參數的收集及對受試者的主觀熱反應兩部分，并同時進行。環境參數測試儀器見表2。受試者的主觀感覺投票均采用ASHRAE通用的7級投票指標[9]，具體見表3。

表1 受試者基本情況

表2 儀器相關信息

表3 主觀熱反應和熱期望投票標尺

3 室內熱環境和主觀熱反應

3.1 室內外環境參數

表4給出了兩個地區夏季調研期間室內外環境參數的分布情況。吐魯番夏季室內外環境參數情況反映了吐魯番顯著的干熱氣候特點，相應地，同時也可以反映出仙居顯著的濕熱氣候特點。吐魯番地區夏季居住空間平均空氣溫度比仙居高出6.0 ℃，而平均相對濕度比后者低了45.8%，說明干熱氣候溫度相比較濕熱地區，更高一些；相對濕度相比，干熱氣候區的遠低于濕熱氣候區。

表4 吐魯番和仙居地區室內外環境參數

3.2 服裝熱阻

對兩個地區受試者地服裝熱阻與操作溫度進行權重線性回歸，如圖1所示，均發現服裝熱阻和操作溫度之間的相關性均具有統計學上的顯著意義(P=0.037和P=0.018)，吐魯番地區居民夏季的服裝熱阻隨室內操作溫度的增加而增加，而仙居地區居民夏季的服裝熱阻隨室內操作溫度的增加有下降的趨勢，這說明干熱、濕熱地區居民行為調節的不同：干熱地區人們為了防止皮膚表層的水分蒸發，會因為周圍環境溫度的升高，增加服裝來降低皮膚與周圍環境的接觸面積；濕熱地區由于濕度值較高，會增加皮膚與周圍環境的接觸面積從而減少衣物。

圖1 吐魯番和仙居服裝熱阻和操作溫度的關系

4 環境參數對主觀熱反應的影響

4.1 環境參數對熱感覺的影響

4.1.1 操作溫度對熱感覺的影響

熱感覺投票是受試者對熱環境的間接反應。將兩個地區操作溫度進行以1.0 ℃的間隔分組，對兩個地區的平均操作溫度和平均熱感覺進行權重回歸，關系如圖2所示。兩地區的回歸直接相交于31.9 ℃，當溫度在31.9 ℃以下時，相同空氣溫度情況下，仙居地區居民的熱感覺投票值要低于吐魯番地區；當溫度超過31.9 ℃，相同空氣溫度作用下，仙居地區居民的投票值要高于吐魯番地區。這說明濕熱氣候居民的耐熱能力要低于干熱氣候區。

圖2 平均熱感覺和操作溫度的關系

4.1.2 風速對熱感覺的影響

采用相同的方法對兩個地區的實測得到的風速劃為<0.2 m/s、0.2～0.6 m/s、>0.6 m/s 3種情況，對3組工況進行空氣溫度和平均熱感覺的回歸分析，如圖3。吐魯番夏季，風速<0.2 m/s和風速在0.2～0.6 m/s時中性溫度相差不大，風速>0.6 m/s時居民的中性溫度最高，達到31.0 ℃，比風速小時要高出5 ℃左右。但當溫度超過30 ℃時，風速越高，同樣空氣溫度的情況下，人們的熱感覺值越低，這說明干熱地區的夏季較高的風速(>0.6 m/s)可有效改善熱感覺。但當操作溫度為35.6 ℃時，風速較大時也不能很有效改善熱感覺，這說明風速改善有一定的溫度范圍限制。仙居夏季，當風速小于0.2 m/s時，相比于其他兩種風速工況，有較低的中性溫度。當溫度大于28.5 ℃時，相同溫度的情況下，熱感覺隨著風速的提高而降低。這說明在濕熱氣候區人們的熱感覺在較大的風速下較低，提高人們的中性溫度。

圖3 不同風速水平下熱感覺和操作溫度的關系

4.2 操作溫度對熱可接受度的影響

采用相同的方法，將可接受百分比與相應的平均溫度進行回歸，得到如圖4所示的曲線。則吐魯番和仙居80%可接受的溫度上限分別為33.5 ℃和33.3 ℃，兩地區差別不大。

可以看出，當操作溫度<33.0 ℃時，兩個地區的熱可接受度情況較為接近；但當操作溫度>33.0 ℃，仙居地區居民的熱可接受度的比例下降速度快，而吐魯番地區居民在較寬的溫度范圍內均對所處的環境的熱可接受百分比處在70%左右。以上說明濕熱氣候區居民對33.0 ℃以上的高溫環境的熱接受能力要低于干熱地區。

圖4 熱可接受度與操作溫度的關系

4.3 操作溫度對熱期望的影響

經對調研數據的分析，得到吐魯番和仙居兩個地區的居民期望溫度變暖的頻率分別是：4.85%、0.93%。因此繼續采用4.2中的方法得到預測吐魯番與仙居地區居民期望變涼頻率為80%的操作溫度值分別為37.4 ℃和30.9 ℃，如圖5所示。隨著溫度的增加，吐魯番地區受試者期望變量的百分比相比仙居地區增長較慢，說明在溫度越高，濕熱地區的們期望溫度降低的意愿比干熱地區更為強烈。

圖5 期望溫度降低的百分比和操作溫度的關系

5 結論

通過對我國吐魯番和仙居農村地區現場調研，并采用數理統計分析方法進行分析環境參數與主觀熱反應的關系，得出以下結論。

(1)吐魯番居住空間空氣溫度均值達到34.8 ℃，濕度均值為31.7%，反映了其干熱的氣候特征；而仙居居住空間空氣溫度均值為28.8 ℃，相對濕度均值為77.1%，反映出其濕熱的氣候特征。

(2)吐魯番和仙居夏季服裝熱阻均值分別為0.40clo和0.34clo，濕熱地區人們的著裝要顯著低于干熱地區。

(3)吐魯番和仙居80%可接受的溫度上限分別為33.5 ℃和33.3 ℃。但在偏高溫環境下，濕熱氣候人們的耐熱能力以及對高溫的接受能力要低于干熱地區。溫度越高，濕熱地區的人們期望溫度降低的意愿比干熱地區更為強烈。