高校教室室內(nèi)溫濕度測(cè)試及其舒適度評(píng)價(jià)

王海滔 陳雪 宋軍杰 黃慧君 高菁

摘要：高校教室是教師教學(xué)、大學(xué)生學(xué)習(xí)的主要場(chǎng)所，研究教室環(huán)境品質(zhì)的現(xiàn)狀并創(chuàng)造良好的教室環(huán)境品質(zhì)，對(duì)教師和學(xué)生的身體健康、工作學(xué)習(xí)效率意義重大。本文以蘇州大學(xué)建筑學(xué)院教學(xué)樓為研究對(duì)象，通過對(duì)4個(gè)不同方位、樓層的專業(yè)教室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，分析比較各教室的室內(nèi)溫濕度差異，進(jìn)而進(jìn)行教室舒適度評(píng)價(jià)，并提出相應(yīng)的改善措施。

關(guān)鍵詞：溫度；濕度；測(cè)試；舒適度

1.引言

隨著生活水平的提高，人們對(duì)室內(nèi)熱舒適度提出了更高的要求，目前研究主要集中在對(duì)居住、辦公建筑的探索，對(duì)大量存在的高校教室的室內(nèi)環(huán)境問題卻有所忽略[1]。在眾多的高校教室中，建筑學(xué)專業(yè)教室利用率較高，根據(jù)建筑學(xué)院教學(xué)體制，學(xué)生在專業(yè)教室內(nèi)學(xué)習(xí)的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)8-12h，教室已成為學(xué)生的主要活動(dòng)場(chǎng)所之一。因此，教室內(nèi)熱舒適度的好壞直接影響到學(xué)生的身心健康和學(xué)習(xí)效率，監(jiān)測(cè)及改善教室室內(nèi)熱舒適度環(huán)境顯得極為重要。

影響建筑學(xué)院教室室內(nèi)熱環(huán)境的因素有很多，主要包括室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度、氣流速度、環(huán)境輻射以及師生的衣著、活動(dòng)強(qiáng)度等[2]。由于已有研究對(duì)蘇南亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候地區(qū)研究較少，因此，本文選取蘇州大學(xué)建筑學(xué)院的專業(yè)教室為測(cè)試對(duì)象，選取溫度和濕度作為研究熱舒適度的重要監(jiān)測(cè)因子，通過比較與分析不同教室的溫濕度，建立對(duì)熱舒適的客觀評(píng)價(jià)，有助于未來的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)，改善目前對(duì)空調(diào)的依賴和能源的浪費(fèi)。

2 測(cè)試方法與目的

2.1 測(cè)試方法

采用儀器測(cè)試法，實(shí)驗(yàn)設(shè)備為HOBO溫濕度記錄儀，可測(cè)室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度等熱參數(shù)，通過相關(guān)軟件處理，計(jì)算溫濕度變化曲線。為保證測(cè)試對(duì)象具有代表性，實(shí)驗(yàn)依據(jù)相關(guān)規(guī)范，將溫濕度記錄儀測(cè)試高度定為0.7m，測(cè)試點(diǎn)選擇教室內(nèi)四角和中部位置，測(cè)試時(shí)間為連續(xù)性測(cè)試，從早上8：00到晚上8：00，選取有代表性的四個(gè)教室同步開展測(cè)試。

2.2 測(cè)試環(huán)境

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為蘇州大學(xué)建筑學(xué)院南部教學(xué)區(qū)的部分設(shè)計(jì)教室，選取其他條件相同，樓層和方位不同的教室，分別于三樓中部的1303室，五樓西部的1509室，中部的1503室，東部的1505室放置記錄儀（圖1）。教室長(zhǎng)16m，寬8m，單向采光，共四扇窗戶，窗墻比為0.8，教室內(nèi)共有30個(gè)學(xué)生座位，課桌椅均為鋼材。測(cè)試過程中受試者所處的環(huán)境門窗關(guān)閉或自然通風(fēng)，由于教室為單面開窗，測(cè)試期間平均空氣流速較小，受試者在測(cè)試期間內(nèi)均為靜坐休息狀態(tài)。

圖1 測(cè)試教室及HOBO儀器分布圖 （圖片來源：筆者制作）

2.3 測(cè)試目的

蘇州地處北緯31°.3′ 東經(jīng)120°.6′。屬亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)海洋性氣候，四季分明，冬冷夏熱，雨量充沛。年平均氣溫17℃上下，年降水量1300 毫米左右，無霜期230 天左右，日照約2000 小時(shí)。蘇州氣候表現(xiàn)為冬季溫度低，相對(duì)濕度低，夏季溫度高，相對(duì)濕度高，人體感覺不夠舒適，主要通過門窗自然通風(fēng)和空調(diào)調(diào)節(jié)達(dá)到室內(nèi)舒適。5月份的蘇州溫度和濕度均達(dá)到人體舒適度要求，因此，在自然通風(fēng)的狀態(tài)下，分析比較不同教室和單個(gè)教室室內(nèi)溫度與濕度之間的變化關(guān)系，有助于判斷室內(nèi)熱舒適度，為監(jiān)測(cè)和改善室內(nèi)環(huán)境提供依據(jù)。

3 測(cè)試過程與數(shù)據(jù)分析

測(cè)試過程：測(cè)試從四個(gè)方面進(jìn)行溫濕度的分析對(duì)比，即同樓層不同方位、同方位不同樓層、同教室不同測(cè)點(diǎn)以及某測(cè)點(diǎn)情況。

3.1 同樓層不同方位的溫濕度分析

根據(jù)1509、1503和1505三個(gè)教室中五個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均溫度值、濕度值對(duì)比分析，繪制折線圖表如圖2所示。分析結(jié)果顯示：

圖2 1503、1505、1509教室溫濕度折線圖（圖片來源：筆者制作）

（1）8：00-20：00，三個(gè)教室內(nèi)溫度總體呈上升趨勢(shì)，并逐漸趨于平緩，最高值出現(xiàn)在14：00-15：00左右。溫度變化主要受光照影響較多，與教室的通風(fēng)情況也有一定關(guān)系。其中，8：00-11：00，1505教室溫度較其他兩個(gè)教室高，1503教室最低。三個(gè)教室在11：00時(shí)溫度達(dá)到統(tǒng)一，均為24.1℃。在之后的11：00-20：00，1509教室溫度顯然高于其他兩個(gè)教室。分析原因可知，1505教室朝東，在8：00-11：00接受到的光照顯然高于其余兩個(gè)教室。而11：00，太陽(yáng)位置逐漸發(fā)生變化，處于朝西方向的1509教室西曬情況增強(qiáng)，溫度也隨之升高。處于中間位置，朝南的1503教室相對(duì)溫度則較平穩(wěn)，受光照影響不大。

（2）8：00-20：00時(shí)間段內(nèi)，三個(gè)教室內(nèi)的濕度變化總體呈先降后升的趨勢(shì)。主要與教室受光照情況、溫度以及通風(fēng)情況等有關(guān)。其中，11：00時(shí)，三個(gè)教室的濕度達(dá)到統(tǒng)一，為47%。11：00以后，1509教室的濕度顯然低于其他兩個(gè)教室，主要與1509教室朝向?yàn)槲饔嘘P(guān)。

（3）三個(gè)教室的溫度與濕度關(guān)系密切，溫度升高時(shí)，其濕度相對(duì)降低；溫度降低時(shí)，其濕度相對(duì)升高。

3.2 同方位不同樓層的溫濕度分析

根據(jù)1303和1503兩個(gè)教室中五個(gè)測(cè)點(diǎn)的平均溫度值、濕度值對(duì)比分析，繪制折線圖表如圖3所示。分析結(jié)果顯示：

圖3 1303、1503教室溫濕度折線圖（圖片來源：筆者制作）

（1）8：00-20：00，兩個(gè)教室內(nèi)的溫度總體呈上升趨勢(shì)，并逐漸趨向平緩，最高值出現(xiàn)在14：00-15：00左右。其中，8：00-11：00，1303教室溫度高于1503。兩個(gè)教室在12：00時(shí)溫度達(dá)到統(tǒng)一，均為24.1℃。在之后的12：00-20：00時(shí)間段內(nèi)， 1503教室的溫度顯著高于1303。主要與太陽(yáng)高度、太陽(yáng)照射，以及師生的進(jìn)入有關(guān)。12：00后，1503教室人流開始增多，體熱也對(duì)溫度產(chǎn)生了一定影響。

（2）8：00-20：00，兩個(gè)教室內(nèi)的濕度變化總體呈先降后升的趨勢(shì)。主要與教室受光照情況、溫度以及通風(fēng)情況等有關(guān)。其中，9：00時(shí)，兩個(gè)教室的濕度達(dá)到統(tǒng)一，為53%。9：00以后，1503教室的濕度低于1303。主要與1303教室樓層較低，空氣流通緩慢有關(guān)。

（3）兩個(gè)教室的溫度與其濕度關(guān)系密切。一般溫度升高時(shí)，其濕度相對(duì)降低；溫度降低時(shí)，其濕度相對(duì)升高。

3.3 同教室不同測(cè)點(diǎn)的溫濕度分析

選取1303教室，測(cè)試12小時(shí)內(nèi)整點(diǎn)時(shí)刻五個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)作為分析的基本數(shù)據(jù)，經(jīng)整理可繪制1303室內(nèi)不同測(cè)點(diǎn)間的溫濕度對(duì)比，如圖4所示。通過測(cè)量對(duì)比發(fā)現(xiàn)，同一教室五個(gè)測(cè)量點(diǎn)在相同時(shí)刻所處環(huán)境的溫濕度各異。具體情況如下：

圖4 1303教室溫濕度折線圖（圖片來源：筆者制作）

（1）室內(nèi)溫度介于23.0-25.7℃之間，平均溫度為24.4℃。隨著日出后測(cè)試時(shí)長(zhǎng)增加，測(cè)點(diǎn)溫度均呈上升狀態(tài)，測(cè)點(diǎn)3先于其他測(cè)點(diǎn)變化，呈較快上升趨勢(shì)至11：00，隨后平緩下降，其余測(cè)點(diǎn)則呈平緩狀態(tài)至17：00時(shí)達(dá)到最高值，而后逐漸降低。測(cè)點(diǎn)3溫度波動(dòng)最大，平均溫差為0.2℃，而測(cè)點(diǎn)2與3位置相似，同靠南窗且正對(duì)兩扇出入門，但由于測(cè)點(diǎn)3處出入頻率小于測(cè)點(diǎn)2，空氣流動(dòng)較小，使得局部空氣積聚，溫度更易于升高。測(cè)點(diǎn)1、4位置相似，均為北向靠門處，但由于測(cè)點(diǎn)1出入頻率大，受外界溫度影響較大，隨著外界溫度的升高，溫度較4高。除測(cè)點(diǎn)3外，其他測(cè)點(diǎn)幾乎處于同一溫度變化幅度范圍內(nèi)，除測(cè)點(diǎn)5于17：00后溫度有小幅度迅速增長(zhǎng)而高于測(cè)點(diǎn)1、2外，其余時(shí)段相差不大。

（2）隨著日照時(shí)間與日照強(qiáng)度的增加，五個(gè)測(cè)點(diǎn)所測(cè)濕度值均呈下降趨勢(shì)，并于14：00降至最低。由于測(cè)點(diǎn)3靠南窗處，受日照影響較大，區(qū)域內(nèi)空氣溫度較高且不流通，致使其濕度值最低，平均為45.0%，而測(cè)點(diǎn)1、2、4、5濕度值相差不大，平均濕度值為49.5%、51.3%、49.7%、51.3%，但測(cè)點(diǎn)1、4濕度較測(cè)點(diǎn)2、5低2%左右，測(cè)點(diǎn)1、4處于門口位置，測(cè)點(diǎn)2處于正對(duì)門口的靠南窗位置，測(cè)點(diǎn)5處于教室中心位置，由此說明空氣流通導(dǎo)致濕度減小。隨著日照強(qiáng)度降低，空氣溫度下降，室內(nèi)濕度略有上升，但在14：00-17：00時(shí)間內(nèi)保持穩(wěn)定。至17：00后，伴隨著日落，空氣漸冷，所測(cè)室內(nèi)的濕度值呈直線上升趨勢(shì)。

（3）總體而言，受太陽(yáng)直射影響，教室內(nèi)南部方位處溫度高于北部方位、濕度低于北部方位，室內(nèi)中心區(qū)域位置溫度高于北部而低于南部；而在同一方位情況下，受人員流動(dòng)而導(dǎo)致的空氣流通影響，出入頻繁處溫度明顯高于不頻繁處溫度，濕度則較出入不頻繁處濕度低。

3.4 某測(cè)點(diǎn)的溫濕度分析

選取1505教室中間節(jié)點(diǎn)位置的10號(hào)測(cè)試點(diǎn)分析其溫濕度變化，經(jīng)整理繪制溫濕度變化狀況如圖5所示。分析結(jié)果顯示：

圖5 1505中間節(jié)點(diǎn)10溫濕度變化圖（圖片來源：筆者制作）

（1）測(cè)點(diǎn)10處室內(nèi)溫度介于22.9-23.9℃之間，最低溫度為8：00時(shí)22.9℃，最高溫為16：00時(shí) 23.9℃，平均溫度為23.9℃。由圖看出，8：00-16：00，溫度基本處于上升狀態(tài)，16：30左右，開始下降，至17：00時(shí)基本保持恒定狀態(tài)，隨后由于在18：00后，教室內(nèi)人數(shù)陸續(xù)增加，且出入頻率逐漸增大，空氣流動(dòng)較為強(qiáng)烈，故而溫度趨于下降；而在19：00后，教室內(nèi)人數(shù)固定，人員活動(dòng)范圍趨于穩(wěn)定，于19：00-20：00間溫度又有所回升。

（2）測(cè)點(diǎn)10處室內(nèi)濕度介于23.0-24.4%之間，最高濕度值為8：00時(shí)24.4%，最低濕度為16：30時(shí)23.0%，平均濕度為23.7%。由圖看出，隨著太陽(yáng)升起，溫度逐漸增加，室內(nèi)濕度呈平緩下降，至16：30左右降至最低。而后，隨著日照強(qiáng)度減弱，室內(nèi)外溫度降低，空氣濕度逐漸增加，室內(nèi)測(cè)試點(diǎn)濕度以較快的速率呈直線上升，于19：15時(shí)趨于穩(wěn)定，濕度值為24.3%。

（3）測(cè)點(diǎn)處溫度和濕度，在8：00時(shí)分別處于測(cè)量時(shí)間段內(nèi)最低值與最高值，而在16：00時(shí)又分別處于最高值與最低值。故而得出，日照時(shí)間與日照強(qiáng)度對(duì)于室內(nèi)特定點(diǎn)溫濕度的影響較大。此外，教室內(nèi)人員活動(dòng)對(duì)溫度值影響較大，而對(duì)濕度值的影響效果不明顯。由于18：00時(shí)測(cè)定教室內(nèi)人數(shù)的增加，且進(jìn)出教室頻率較高，導(dǎo)致室內(nèi)空氣流動(dòng)加快，使得溫度有下降趨勢(shì)；待教室內(nèi)人數(shù)穩(wěn)定、人員活動(dòng)范圍固定，溫度又逐漸上升至正常室溫。

4 結(jié)論

學(xué)生在舒適度較差的環(huán)境中學(xué)習(xí)，會(huì)感覺不適或出現(xiàn)厭學(xué)現(xiàn)象，導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率降低。實(shí)驗(yàn)表明，在室溫為22℃～25℃、相對(duì)濕度為40%～60%RH的環(huán)境下進(jìn)行思維活動(dòng)，有助于提高學(xué)習(xí)和工作效率。本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試中，溫濕度處于舒適范圍內(nèi)，而由于建筑朝向不同，形成的溫濕度變化對(duì)學(xué)生的舒適度產(chǎn)生影響。

通過上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）不同高度與朝向?qū)κ覂?nèi)的溫度與濕度有一定的影響。具體而言，高度越高，濕度越小。朝西的教室于午后溫度顯著高于其余朝向教室，處于其中的師生舒適度較差，因而不適宜長(zhǎng)期作為學(xué)習(xí)的環(huán)境。

（2）統(tǒng)一教室不同位置的溫濕度情況也不同。西南角的溫濕度變化較其余位置較大。在進(jìn)行室內(nèi)座位布局時(shí)，應(yīng)避開西南角位置，將其用于其他功能使用。

（3）一天之中13：00～14：00太陽(yáng)能輻射熱量最大，室內(nèi)的溫濕度也發(fā)生較大變化。因此在進(jìn)行建筑布局時(shí)，應(yīng)使建筑物方向盡量為南偏東5°～15°，以降低太陽(yáng)輻射對(duì)室溫的影響，提高環(huán)境熱舒適度。

此外，室內(nèi)的溫濕度情況與通風(fēng)情況、人流等方面也有一定關(guān)系，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮。

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作者簡(jiǎn)介：王海滔，男，漢，江蘇無錫，研究生，蘇州大學(xué)，城鄉(xiāng)規(guī)劃。

陳雪，女，漢，江蘇鹽城，研究生，蘇州大學(xué)，城鄉(xiāng)規(guī)劃。

宋軍杰，男，漢，河北邯鄲，研究生，蘇州大學(xué)，藝術(shù)設(shè)計(jì)。

黃慧君，女，漢，江蘇無錫，研究生，蘇州大學(xué)，風(fēng)景園林。

高菁，女，漢，河南平頂山，研究生，蘇州大學(xué)，風(fēng)景園林。