微氣候環境的人因分析與改善

蔡曉玲 尤婷 李琴 黃小燕 范姝 高澤明

摘要：傳統教室設計的窗戶也存在一些問題，既是通風窗口，也成為了噪聲的通道，不合理的設計，導致學生在密不透風或者噪音巨大的環境中學習，都會使身心疲憊，不僅僅影響學生，還會影響老師，最后降低學習效率。所以在進行教室的改善和優化設計時，要充分到考慮人的因素，合理的設計出各項尺寸，設計出最理想的教學環境。使學生在舒適、安全、高效的環境中學習。

關鍵詞：人因工程學； 微氣候環境； 優化設計

一、前言

本課題以某高校一個多媒體階梯教室為研究對象。教室長度是18米，寬度為14米，總的面積是252平方米，總的容納量為230人。該教室類型是多媒體階梯教室，室內的各項設施基本齊全。本論文利用人因工程學原理對該教室的微氣候環境因素進行了分析，并提出了優化改善的措施。

二、室內微氣候環境現狀分析與優化改善

微氣候是指小范圍環境如工作或生活場所中的局部氣候條件，其組成部分主要包括空氣溫度、空氣濕度、氣流速度和熱輻射四個參數。發現這些參數的控制因素主要是窗戶和室內吊扇。因此本章研究的對象間接的成為了對教室窗戶和吊扇的改善。

（一）與微氣候相關的設施現狀描述

1.室內的微氣候環境主要由教室窗戶來決定，窗戶既是空氣出入口，也是噪聲的通道，自然光的來源。教室是學生學習的場所，為使教室內的微氣候處于合理的狀態，應充分發揮通風效果和采光效果，盡量的去防止噪聲入侵。目前教室窗戶設計為：總共有12扇，均分在教室墻的兩側。填充在框架水泥柱間。窗戶是邊長為2.2m的正方形。左右兩邊最前端的窗戶小些，窗戶的總面積為56平米。

2.吊扇是控制氣流的主要設施，間接的也影響著人體溫度。因此也是決定微氣候環境的設施之一。目前該教室吊扇的數量為9只，呈3*3的排列方式均勻分布在教室內。

（二）對設施的現狀問題分析

根據調查問卷結果顯示，目前存在下邊的系列問題。

1.由窗戶引起的問題；

（1）教室內的通風效果不理想，大部分窗戶經常處于緊閉狀態，導致室內外空氣不能交換，學生在教室內呆一段時間后會感到胸悶，學習精神狀態下降。二氧化碳含量超標，溫室效應嚴重。每到冬季，開窗的頻率減少，學生上完兩小時的自習后大部分會出現臉發燙、發紅的情況，另外人體本身就是熱輻射源，熱量不能傳遞開。

（2）從窗戶透進去的陽光，或者有時從對面樓的窗戶反射過來的陽光會直接照射到桌面上，甚至還照到學生的臉上，產生劇烈的眩光，并且會導致室內溫度上升，使學生極為不適。

（3）窗戶的隔音效果不好，即使在關閉的狀態下，當教室外施工或者娛樂活動傳來的噪音不能有效的隔絕，影響學生學習，降低學習效率。

（4）教室前排地方的窗臺位置過高，即便打開窗戶，座位上的學生也不能感覺到從窗戶進來的風。而大多數學生入座時選擇的是前排，因此窗戶利用效果不好。

2.由吊扇引起的問題：

（1）吊扇的數量偏少，目前僅有9只，覆蓋面不足，不能使整個教室的氣流速度加快，散熱效果不理想，導致舒適度低，降低學生的學習效率。

（2）由于吊扇數量的不足，導致學生在夏季總是去尋找吊扇下的位子，大部分的有效觀看黑板的位置都被空著，造成座次的混亂，影響老師教學。

（3）講臺上方沒有風扇，老師站立上課本來就很疲勞，沒有吊扇，夏季炎熱的天氣將加快老師體力消耗。

（三）對室內微環境的優化改善

微環境的改善主要是對空氣溫度、濕度、氣流及熱輻射四個條件進行控制。本論文中研究的對象為窗戶和吊扇。

1.對窗戶進行改善。

窗戶原因導致了教室通風不良現象，通過分析發現，教室并非是因為窗戶面積小導致，由以下計算可以證明。

現在窗戶的總面積為56平方米，教室的總面積為252平方米，根據《高校教室窗戶的設計標準》，玻地比（窗戶總面積與室內地面總面積之比）應該大于等于1/6，而目前其比值為：56/252=0.222>1/6。故窗戶在面積上設計是合理的。

根據調查問卷和實地考察發現，教室窗戶經常處于關閉的狀態，主要原因是窗臺位置較高，所以本論文中改進的措施就是將窗戶的位置降低，按照人因工程學原理，窗臺高度最高不超過肩高。

對于窗戶引起的問題，現設計一種新型的百葉窗，它的外觀同傳統的百葉窗類似，不同的是不再使用木板片作為百葉窗的鱗片，而是使用中空的玻璃片。根據計算窗戶大小設計是合理的，故面積大小仍然設為2.2m，安裝位置隨地板高度走勢而變化，與地面相對高度設為1.5m左右。由于采用真空玻璃片，該窗戶在關閉的狀態下能隔絕室內外的熱傳遞，有效的隔絕噪音；打開時能透氣、透光，并且靈活的鱗片角度調整，既能防止了太陽光直接照射到室內，又能隨意的改變氣流方向。開關控制也極易簡單，幾乎解決了傳統窗戶出現的困難。

2.對吊扇進行改善。

增加教室內風扇的數量。目前教室只有9個吊扇，成3x3的排列方式。通過查閱《教室環境設計科技報告》指出，旋轉直徑（扇葉轉動形成的圓的直徑）為1.2m-1.3m的范圍，懸掛在高度為1.7-2.0m的范圍時，使人能感受到有明顯氣流的覆蓋范圍是15平方米，而該教室，面積為252平方米，因此吊扇數量的理論值為：252/15=16.8≈17只。所以應該增加吊扇的數量到17只。另外講臺上方需增設一只吊扇，并考慮到攀枝花的天氣溫度偏高等實際問題，所在此方案中設計的吊扇數量增至20只。才能使的室內各個位置能感覺到有流動氣流。這樣設計出5x4的吊扇排列方式。另外吊扇開關應該局部獨立，以方便靈活控制，比如學生因為身體因素需將風扇關閉，但是又不能影響其他較大范圍的正常使用。

三、結論

本章的微氣候環境改善，實質是對教室窗戶和吊扇的設計，通過設計出的新型百葉窗，可以解決微氣候中遇到的大部分問題。主要對室內溫度，氣流速度控制，因為它是人能直接、明顯感受到的因素。比如將溫度控制到人體的舒適溫度，可能人就會覺得這個微氣候環境基本合理。另外對噪聲的防控能力提高了，眩光問題也得到改善，學生整體的舒適感就得到提高。只有提供一個安全、舒適的工作學習環境，才能進行高效的工作和學習。

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