重慶市中低海拔村鎮旅游區住宅熱濕環境實測與熱舒適研究*

陳金華，趙福滔，李文強，唐 浩，謝源源，沈舒偉

(1.重慶大學 三峽庫區生態環境教育部重點實驗室，重慶 400045;2.重慶大學 低碳綠色建筑國際聯合研究中心，重慶 400045)

重慶市中低海拔村鎮旅游區住宅熱濕環境實測與熱舒適研究*

陳金華1,2?，趙福滔1,2，李文強1,2，唐 浩1,2，謝源源1,2，沈舒偉1,2

(1.重慶大學 三峽庫區生態環境教育部重點實驗室，重慶 400045;2.重慶大學 低碳綠色建筑國際聯合研究中心，重慶 400045)

通過問卷調研與現場實測的方法，分析了重慶市中低海拔村鎮旅游區住宅各季節的熱濕環境特性，并進行了熱舒適研究.對比國家現行相關規范中的熱舒適限值與實測值，發現旅游區夏季和過渡季溫濕度范圍偏離限值較小，冬季偏離限制最大.通過大樣本問卷調查與實測進一步得到如下結論：各季節預測平均投票數PMV的修正值PMVe分別為夏季+0.67，過渡季+0.32，冬季-1.20；熱感覺投票值TSV分別為夏季+0.63，過渡季-0.64，冬季-1.53；夏季和過渡季的熱舒適度較高，冬季最差.根據APMV、PMVe與TSV值對比發現，影響夏季、過渡季和冬季熱舒適性的最不利因素分別為：室內溫度、室內濕度、室內溫度.因此，為提高村鎮旅游區住宅熱舒適度，可采取的措施為：夏季通風降溫，過渡季在外墻中加入防潮材料建立防潮層，冬季采用“空氣源熱泵+太陽能房”或在條件允許時采用地表水源熱泵.

熱濕環境；熱舒適；PMVe；APMV；TSV

不同地區的不同建筑類型有不同的熱舒適特性要求.國外眾多研究者對世界上不同氣候區城市住宅熱環境與居民熱舒適進行了廣泛的現場調查研究[1-2].我國也有一些研究者對大中城市如北京、上海、長沙、深圳等住宅熱環境與居民熱舒適進行了現場調查研究[3-6]，而對于我國村鎮住宅區的熱舒適環境研究相對城市還較少且起步晚.眾所周知，我國村鎮地區的經濟、生活水平與城市不太一樣，如生活習性、用能習慣、熱經歷過程等.Fanger等人的研究表明常用空調的居民熱期望值要高于不常用空調的居民[7]，且行為調節、過去的熱經歷和熱期望都會影響人體熱舒適[8].解明鏡[9]等通過對我國湘北某傳統居民區夏季室內熱環境的實測研究，提出了可改善夏熱冬冷地區室內熱環境并適用于現代建筑設計的部分原則.韓杰等[10]通過調研實測研究了夏熱冬冷地區村鎮住宅熱環境與居民熱舒適的關系，并提出一些相應的改善措施.李百戰等[11]通過分析非采暖空調環境下人體熱反應的時變特征，研究得到人體客觀生理指標在各季節的影響程度.肖堅等[12]通過模擬對比分析，提出了一個基于夏熱冬冷地區熱舒適的居住建筑室內熱環境評價指標.以上研究進一步證明了村鎮居民的熱舒適與城市居民有較大差別，但目前關于村鎮住宅區的熱舒適研究大都局限于普通農村，而隨著村鎮旅游產業的興起，村鎮旅游已經成為一種新的旅游模式，游客對旅游區住宅熱舒適要求也越來越高.本文通過現場實測和問卷調研的方式對重慶市中低海拔村鎮旅游區住宅的熱濕環境進行研究，結合其建筑圍護結構現狀，找出不同季節下影響旅游區住宅熱舒適的關鍵因素，為提升游客對旅游區住宅的熱舒適滿意度提供科學的方法與決策依據.

1 調研方法與內容

1.1 調研方法

調研采用現場測試與問卷調研相結合的方法.通過對重慶市村鎮旅游區調查發現，很多旅游區平均海拔處在500～1 000 m之間，學術上稱為中低海拔地區.為詳細了解重慶市中低海拔村鎮旅游區各季節熱濕環境狀況和住宅內熱舒適水平，在2013年8月、11月和2014年1月分別對重慶市江津區、永川區及主城周邊3個村鎮旅游區A(海拔1 000 m)、B(海拔600 m)、C(海拔500 m)，共132戶非空調旅游區住宅進行包括夏季、過渡季和冬季的分季節性實地調研.

1.2 調研樣本量

本次調研樣本覆蓋3個旅游區，每區樣本量平均分配，按照絕對精度決定樣本量，公式為：

(1)

式中n為樣本總數，u1-α/2為置信水平下的Z統計量，S2為樣本的總體方差，λ為給定的絕對精度.取95%的置信水平Z統計量為1.96，測量要求的精度λ為0.6 ℃.根據調研結果計算可得，冬季室內溫度值總體方差最大，標準偏差為1.3，方差為1.69.因此，取置信度為95%時，樣本總量為：

故本文選取的每個調研點44戶，共132戶的有效樣本量都滿足調研樣本要求.

1.3 調研內容

現場測試內容包括室內外的空氣溫度、相對濕度及圍護結構表面溫度.測量所用儀器見表1．

表1 測試參數及儀器

問卷調查內容主要是游客對旅游區住宅熱濕環境的熱舒適評價.其中包括：1)受試者背景資料(身高、體重、在重慶生活時間、籍貫)；2)受試者此時人體狀態(靜坐、極輕度勞動、輕度勞動、重度勞動)；3)受試者此時熱舒適感覺，包括環境熱感覺，其值采用ASHRAE 7級熱感覺投票(-3很冷，-2冷，-1有點冷，0適中，+1有點熱，+2熱，+3很熱)，環境濕感覺(-3很干，-2干，-1較干，0適中，+1較潮，+2潮，+3很潮)，環境風速感覺(-3很悶，-2悶，-1有點悶，0舒適，+1有點風，+2風速大，+3風速大到無法忍受)；4)對房間熱舒適整體滿意度；5)對各種熱舒適擾量的不滿意程度.

2 數據處理方法

目前國際上廣泛采用的建筑熱環境領域的規范ASHRAE standard 55和ISO Standard 7730均是以Fanger教授的PMV-PPD模型為基礎，設定對象為均衡、穩定且控制良好的采用空調/供熱系統的建筑，而對不同氣象環境下的自然通風建筑并不一定適用.因此，為了使PMV-PPD模型適用于自然通風建筑，Fanger提出擴展的PMV-PPD模型：根據不同的地區氣象條件、建筑形式，將PMV乘上一個熱期望因子(Expectancy Factor)，期望因子e取值范圍為0.5到1，將人員的熱期望分成高中低3個等級，并認為中國的情況e值應取0.7[7].雖然Fanger教授在原有PMV模型基礎上加入人體熱期望因子得到的PMVe模型在自然通風建筑中是適用的，但他給出的0.7熱期望因子并不一定是中國所有地區的最優解[13]，故在此引入重慶大學姚潤明博士[14]建立的適應性預測平均熱感覺模型(Adaptive Predicted Mean Vote，APMV).APMV模型是在非人工冷熱源熱濕環境中，考慮了人們心理、生理與行為適應性等因素后的熱感覺投票預計值，適用于村鎮旅游非空調住宅區.根據PMVe，APMV值與熱感覺投票值TSV進行對比，研究分析旅游區住宅熱濕環境的熱舒適性.

在Fanger方程中，服裝外表面溫度tcl為計算難點，可通過Maple軟件進行編程計算.

在PMV-PPD擴展模型中，PMVe的計算公式為：

PMVe=PMV×e

(2)

式中e為熱期望因子.

在適應性預測平均熱感覺模型中，APMV的計算公式如下：

(3)

式中Kδ為大于0的系數，取決于氣候、季節、建筑形式與功能、社會文化背景以及其他瞬時物理環境中的相關因素；λ為自適應系數，根據《民用建筑室內熱濕環境評價標準GB/T50785-2012》[15]查得：λ夏季取值0.21，過渡季取值0.21，冬季取值-0.49.

3 調查結果統計分析

3.1 室內熱濕環境特征

根據《民用建筑室內熱濕環境評價標準GB/T50785-2012》[15]規定的夏熱冬冷地區非人工冷熱源熱濕環境室內熱濕環境評價等級I級標準，室內溫度范圍為18.0～28.0 ℃；綜合文獻[16]中給出的重慶地區熱舒適范圍，得出室內可接受相對濕度范圍為30%～80%.如表2所示，重慶市中低海拔村鎮旅游區夏季平均溫度剛好接近上限值，濕度適宜；過渡季平均溫濕度分別偏離下限值的19.0%和上限值的5.5%；冬季平均溫度偏離下限值的73.0%，平均相對濕度則接近上限值.

表2 室內熱濕環境數據

3.2 游客室內的熱感覺

游客對各季節熱感覺的投票頻率如圖1所示.如果將室內熱感覺等級為-1，0和+1認為可以接受，則夏季有74.0%的游客認為可接受，過渡季有88.5%的游客認為可接受，冬季有52.9%的游客認為可接受.由此可知，重慶市中低海拔村鎮旅游區夏季和過渡季的室內熱環境較好，而冬季的室內熱環境較差，僅有半數游客表示接受.

熱感覺

3.3 游客室內的濕感覺

由3.1節的分析可知，重慶市中低海拔村鎮旅游區各季節濕度均偏大，夏季67.5%的相對濕度雖在可接受范圍內，但已接近ASHERE規定相對濕度范圍的上限值.如圖2所示，如果將投票為-1，0和+1的游客認為對濕度可接受，則夏季有80.7%的游客認為可接受，過渡季只有56.0%的游客認為可接受，冬季有82.4%的游客認為可接受.由此可知，重慶市中低海拔村鎮旅游區冬夏兩季室內濕環境較好，而過渡季的室內濕環境較差，近半數的游客表示不能接受.

熱感覺

3.4 游客室內的風速感覺

游客對各季節風速感覺的投票頻率如圖3所示.如果將投票為-1，0和1的游客認為對風速環境可接受，則夏季有77.0%的游客認為可接受；過渡季有79.3%的游客認為可接受，冬季有100%的游客認為可接受.由此可知，重慶市中低海拔村鎮旅游區各季節的室內風環境較好，得到了游客的普遍認可.

熱感覺

3.5 各季節熱濕環境影響因素對比

歸納圖1～圖3中數據，得出游客對不同季節不同熱濕參數的可接受程度，結果見表3．

室內溫度、相對濕度和風速都是熱濕環境評價指標TSV的變量，其中風速影響相對穩定，現分別將TSV與溫濕度進行簡單相關性分析.相關分析是研究現象之間是否存在某種依存關系，并對具體有依存關系的現象探討其相關方向和相關程度，是研究隨機變量之間相關性的一種最常用的統計方法.最為常用的是皮爾遜(Pearson)相關系數法，計算公式為：

(4)

表3 游客對不同季節不同熱濕參數可接受程度

表4 TSV與各變量簡單相關分析

在溫濕度兩個熱濕參數中，夏季、過渡季和冬季與TSV相關性最大(相關系數絕對值最大)的熱濕參數分別為溫度、濕度和溫度，其結果與表3中各季節最不能接受熱濕參數一致.上述結果表明：各季節對旅游區住宅熱舒適影響最大的熱濕參數分別為夏季的溫度、過渡季的濕度和冬季的溫度.

3.6 人體熱舒適性

文中3.2至3.4節中已根據調研結果統計出溫度、濕度和風速感覺投票頻率分布圖，現根據文中第2節的相關公式分別計算出PMVe和APMV值.為簡化計算過程，取M=58.2 W/ m2(人體能量代謝率)，W=0(機械功)，v=0.1 m/s(空氣流速)，Icl夏季=0.067 (m2·℃)/W，Icl過渡季=0.155 (m2·℃)/W，Icl冬季=0.31 (m2·℃)/W(根據實際情況，各季節Icl值在文獻[17]的推薦值上有所增加)，室內輻射溫度Tr等于空氣溫度Ta，熱期望因子e取0.7.圖4給出了各季節PMVe,APMV值與熱感覺投票值(TSV)的對比結果.

圖4 不同季節TSV與PMVe，APMV的比較

如圖4所示，夏季TSV與PMVe值分別為0.63,0.67，表明旅游區夏季游客對熱環境的適應能力比理論上強；過渡季TSV與PMVe值分別為-0.64，0.32，表明過渡季游客對偏冷環境適應能力比理論上弱；冬季TSV與PMVe值分別為-1.53，-1.20，表明游客對較冷環境的適應能力比理論上弱.從TSV值偏離熱中性程度來看，冬季實測偏離程度最大，表明游客對較冷環境的熱感覺最敏感，與PMVe的預測結果一致.同時由圖4可看出，各季節的APMV與PMVe值差別不大，進一步證實PMVe模型在自然通風建筑中適用性良好，而前提是合理選用熱期望因子，但目前針對各季節各地區熱期望因子e的取值還欠缺更科學合理的確定方法，故本文PMVe模型僅作為對比參考.

另外，各季節APMV與TSV值的絕對差值分別為夏季0.16，過渡季1.05，冬季0.6，其中過渡季和冬季的絕對差值較大，分析原因主要有兩點：海拔和熱經歷過程.由于調研區域為中低海拔旅游區，室內外氣溫比低海拔地區偏低；另外游客多數來自低海拔城區，其熱經歷環境多為空調區，故短時間對非空調旅游區偏冷環境的適應能力較慢且弱，致使實測值與預測值偏差較大.

對比3個季節，夏季和過渡季的熱舒適性較高，最適合游客旅游，但游客不滿意因素主要分別為較高的溫度和濕度，故需采取適當的降溫、除濕措施，以達到熱舒適標準；冬季熱舒適度最差，游客不滿意因素主要來自于過低的室內溫度，故需加強供暖措施的運用.

3.7 室內溫度與室外氣溫關系

通過前文分析得出各季節在村鎮旅游區的室內熱濕環境特性，以及游客對各季節熱濕環境可接受度與影響因素的對比.為進一步研究重慶中低海拔村鎮旅游區各季節獨特熱濕環境的成因，以過渡季為例，用線性回歸分析法對室內外氣溫進行作圖分析，結果見圖5.

如圖5所示，室內外氣溫的相關系數平方值為0.927 4，表明室內外溫度緊密相關，室外溫度每升高1 ℃，室內溫度即升高0.78 ℃.另外，李永兵等以重慶地區氣候特點及典型氣象年月平均溫度，建立了全年室外月平均溫度與室內中性溫度線性相關的回歸方程[18]．對比分析圖5的線性相關回歸方程可知，重慶市村鎮旅游區室外氣溫對室內溫度影響波動大于全年平均水平，進一步說明村鎮旅游區旅游住房的外墻保溫性能也達不到重慶市平均水平.

室外氣溫/℃

4 改善措施

圖6，圖7分別是旅游地區夏季降溫和冬季供暖措施現狀分布圖．夏季有80%的業主采用通風措施調節室內熱濕環境，這與該地區夏季室內溫度不高有直接關系；冬季熱舒適度最差，要提高冬季熱舒適度主要是改善冬季熱環境，而該旅游區森林資源較豐富，故業主多采用炭火取暖.根據重慶旅游區的降溫、供暖方式現狀，提出如下改善重點與措施．

夏季以降低室內溫度為改善重點．由于室內溫度偏離熱中性不多，可采用外墻保溫和被動降溫措施解決.按照《農村居住建筑節能設計標準(GB/T50824-2013)》[19]夏熱冬冷地區外墻傳熱系數K[W/(m2.K)]和熱惰性指標D需要達到如下標準：K≤1.8，D≥2.5；K≤1.5，D<2.5.在外墻保溫滿足規范的前提下，通過增強通風達到降溫目的，可采用穿堂風與隔熱通風屋頂.在夏季室外氣溫不高時，可直接打開門窗利用穿堂風改善室內熱環境；而在室外氣溫較高的局部時間，可采用加強夜間通風的方式降溫.隔熱通風屋頂是把實體屋面改為帶封閉或通風空氣夾層結構的屋頂，可極大提高屋頂的隔熱能力，達到隔熱降溫的目的.

過渡季以降低室內相對濕度為改善重點．重慶地區夏季和過渡季氣候潮濕，在中低海拔旅游地區更是如此，因此在外墻中可加入防潮材料建立防潮層進行改善；另外應減少門窗開啟時間，并可購買一些干燥劑或木炭置于室內適當改善濕環境.

圖6 旅游地區夏季降溫措施分布

圖7 旅游地區冬季供暖措施分布

冬季以提高室內溫度為改善重點，可采取合適的供暖措施，其中可根據當地資源優先采用較為節能環保的供暖方式.現村鎮可采用的供暖方式主要有：家用電暖器供暖、火墻供暖、炭火供暖、重力循環熱水供暖、被動式太陽能房供暖、三聯供空氣源熱泵供暖.旅游地區住宅游客人員密集，考慮到安全與節能環保問題，不建議采用電暖器、炭火與火墻供暖；而重力循環熱水供暖系統相較其他復雜，對于單層或兩層旅游住宅建筑，由于安裝條件受限，散熱器和供暖爐中心高差較小，作用壓力有限，綜合考慮經濟性與實用性，故建議采用“太陽能房+三聯供空氣源熱泵”供暖系統.被動式太陽能房是一種最簡單、有效的冬季供暖方式，而三聯供空氣源熱泵能效高，針對旅游住宅需要大量的生活洗浴熱水的特點，采用該方式既能在夏季極端炎熱天氣有主動降溫措施，又能全年保證足量的生活洗浴熱水供應；另外若條件允許，地表水源熱泵與直供式空調系統等可作為高效節能系統優先考慮.

5 結 論

本文通過對重慶市中低海拔村鎮旅游區住宅熱濕環境的調研實測與分析研究，得到如下結論：

1)重慶市中低海拔旅游區夏季住宅室內平均溫度為27.26 ℃，平均相對濕度為67.5%，室內溫度偏高；過渡季平均溫度為14.56 ℃，相對濕度為84.4%，室內溫度偏低，相對濕度偏大；冬季平均氣溫為4.76 ℃，相對濕度為75.3%，室內溫度嚴重偏離熱舒適范圍；而游客對各季節室內風速感覺較為滿意，即室內風環境較好.

2)夏季、過渡季整體熱舒適度相對較高，冬季較差，從各熱濕參數分析，夏季熱濕環境的最不利因素是室內溫度，有74.0%的游客可接受；過渡季的最不利因素是相對濕度，僅有56.0%的游客可接受；冬季的最不利因素是室內溫度，僅有52.9%的游客可接受.

3)對比PMVe,APMV與TSV值，發現夏季游客對熱環境的適應能力比理論上強；過渡季游客對偏冷環境適應能力比理論上弱，但較接近熱舒適狀態，而游客對濕度帶來的影響最為敏感；冬季游客對偏冷環境適應能力比理論上弱，室內溫度對熱舒適起著決定性作用.

4)從TSV偏離熱中性程度來看，冬季實測偏離程度最大，游客對較冷環境的熱感覺最敏感，與PMVe的預測結果一致.而各季節的APMV與PMVe值差別不大，證實PMVe模型在自然通風建筑中適用性良好.

5)村鎮旅游區熱濕環境改善重點在于提高冬季室內溫度，建議采用較為節能環保的“太陽能房+三聯供空氣源熱泵”供暖系統；而夏季和過渡季的熱舒適度可以通過一些適當的被動措施進行改善，如穿堂風、隔熱通風屋頂、墻體防潮層等.

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Field Study of Thermal and Humidity Environment and Thermal Comfort Study of Residences in Mid and Low Altitude Rural Tourism Area of Chongqing

CHEN Jin-hua1，2?, ZHAO Fu-tao1，2, LI Wen-qiang1，2, TANG Hao1，2, XIE Yuan-yuan1，2, SHEN Shu-wei1，2

(1.Key Laboratory of Three Gorges Reservoir Region’s Eco-Environment, Ministry of Education， Chongqing Univ, Chongqing 400045,China;2.National Centre for International Research of Low-carbon and Green Buildings, Chongqing Univ, Chongqing 400045, China)

Using the methods of questionnaire and field measurement, this paper analysed the characteristics of the thermal and humidity environment of every season in mid and low altitude rural tourist areas of Chongqing. By comparing the measured value with the thermal comfort limit value of the national standards, we find out that the departure degree of temperature and humidity range is small in summer and the transition season and the large in winter. Through large-scale sample questionnaire survey, we conclude that, in each season the PMVe values are +0.67 in summer, +0.32 in the transition season and -1.20 in winter. The TSV values are +0.63 in summer, -0.64 in transition season and -1.53 in winter respectively. The thermal comfort is better in summer and transition season and the worst in winter. Through further calculation of APMV and contrast with PMVe, TSV values, we find out that the most unfavorable factors to impact thermal comfort in summer, transition season and winter are indoor temperature, indoor humidity and indoor temperature respectively. Therefore, in order to improve the thermal comfort of residences in rural tourist areas, we can take the following measures: ventilation cooling in summer, adding moisture-proof material in the exterior wall in the transition season and adopting the air source heat pump with solar house or the surface water source heat pump when conditions permit.

thermal and humidity environment; thermal comfort; PMVe; APMV; TSV

1674-2974(2015)07-0128-07

2014-08-14

國家科技支撐計劃項目(2013BAJ11B00)

陳金華(1973-)，男，四川宜賓人，重慶大學副教授，博士

?通訊聯系人，E-mail: c66578899@126.com

TU83

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