炎熱季節高校學生宿舍空調與風扇聯合運行節能研究

張虎 ，石文超 （安徽建筑大學環境與能源工程學院，安徽 合肥 230601）

0 前言

高校是各種能源的消耗大戶，據統計高校的人均能耗是全國人均能耗值的2倍[1]。隨著我國高等教育的不斷發展，近些年來全國高校能源消耗快速增長。自2014年安徽省政府決定實施“空調進高校工程”以來，空調進入了安徽高校的不同場所[2]。學生宿舍作為生活場所，其空調日常使用能耗占學校總能耗較高的比例，因此降低以舒適性為目的校園空調能耗是校園節能關注的熱點。

電風扇（以下簡稱風扇）作為炎熱季節使用的傳統降溫設備，長期以來是高校學生宿舍夏季唯一改善室內熱舒適度的降溫設備。為改善學生生活條件，宿舍普遍安裝空調，風扇遭淘汰。在達到室內熱舒適要求的前提下宿舍空調和風扇并存，采用“空調+風扇”聯合運行方式，能否具有明顯的節能潛力，是建筑節能值得關注的問題之一。

通過對安徽省部分高校學生宿舍實地調研，結合學生日常行為習慣，提出“空調+風扇”聯合運行方式以降低校園能源消耗。

1 調查問卷設計

根據安徽省高校安排，炎熱季節學生在校正常學習時間約3個多月，宿舍空調使用率高。采用空調改善宿舍熱環境時間長，能耗大。

本次調查問卷樣本分為三個部分，主要內容：在炎熱季節宿舍熱環境滿意度；空調和風扇使用情況；使用者生活用電習慣。調查對象為安徽省部分高校學生。

2 調查樣本構成與分析

本次調查從2019年6月29日至7月20日進行實地隨機問卷調查，被調查的高校為3所外地1所本地院校，共發放調查問卷283份，收回有效問卷247份，涉及學生宿舍92間，有效問卷的回收率為87.3%。被調查對象性別：男生占59%，女生占41%。被調查的學校分布、人員性別比例具有一定的廣泛性和代表性。

2.1 炎熱季節宿舍熱環境滿意度

炎熱季節宿舍熱環境滿意度見表1。

被調查人中，90.3%的學生選擇“熱”，9.7%的學生選擇“暖”，無學生對室內熱環境表示滿意。說明學生宿舍熱環境處于很差的熱舒適狀態。

2.2 炎熱季節空調運行溫度設定

炎熱季節宿舍空調運行溫度設定見表2。

被調查的學生中，宿舍空調運行溫度集中在23℃～24℃，占總樣本的比例64.8%，同時溫度明顯低于人體熱舒適感的要求。主要原因：大多數學生希望通過設置較低的空調運行溫度來達到快速降溫的目的。

2.3 空調、風扇使用情況

學生宿舍同時擁有空調和風扇，白天在空調正常運行的同時風扇使用情況見表3。

參與調查的人員中，在空調運行同時經常使用風扇僅占3.3%，沒有使用風扇意識占86.6%。顯然，學生幾乎不知道空調開啟運行降溫達到一定溫度后開動風扇聯合工作也能產生舒適的熱環境。

2.4 夜間使用空調習慣

學生夜間休息習慣見表4。

接受調查的學生中，選擇調低空調溫度（產生冷感）增加被褥以保持體溫占82.2%，反映了學生不良的生活習慣。

綜上所述，炎熱季節學生對空調使用存在主要問題：空調運行溫度設置過低且降低睡眠質量；空調和電扇使用方式不合理；不良生活習慣和節能意識缺失。

宿舍熱環境滿意度 表1

宿舍空調運行設定溫度 表2

風扇使用情況 表3

3 空調、風扇工作對室內熱舒適影響

在熱舒適評價指標研究及應用中，最有代表性是由丹麥P.O.Fanger教授研究成果，即表征人體熱舒適評價指標預期平均評價PMV和預測不滿意百分數PPD指標來描述和評價熱環境。PMV指標綜合考慮了環境因素和人的因素，包括人體能量代謝率、服裝熱阻、空氣溫度、空氣相對濕度、空氣流速、環境平均輻射溫度等6個因素[3]，該指標代表了同一環境下絕大多數人的舒適感覺。

3.1 實驗方案

3.1.1 實驗儀器及精度

測試采用德圖testo480室內舒適度綜合測試儀，其PPD與PMV的計算是根據《中等熱環境PMV和PPD指數的測定及熱舒適條件的規定》（GB/T18049-2000），見表 5。

3.1.2 實驗簡介

選擇被調查的合肥某高校典型學生宿舍（長3.6m×寬4.8m×高3.0m）南北朝向的房間A、房間B，每個房間安裝空調器（制冷量3500W）1臺。房間A安裝具有風量、風速和風向調節功能的風扇（額定功率為40W，最大風量為1m3/s，風速約 0.1m/s～1.2m/s）1 臺，房間B無風扇。采用實驗儀器進行不同工況下的測量，并結合被測試宿舍學生滿意度調查。

合肥地區夏季最熱月七月份月平均最高氣溫高達34℃，月最高氣溫達39℃，日均最高氣溫32℃；夏季（六月至八月）月平均最高氣溫在27℃～34℃之間[4]。在2019年7月14日-15日，進行了一個測量周期的連續測試。測試期間天空晴朗少云，能夠充分體現合肥地區炎熱季節的氣候特征。

3.2 測試結果分析

白天學生在宿舍主要活動為學習和上網，人體活動代謝率為1.2met，夏季常規服裝熱阻0.5clo；

圖1 空調運行室內空氣溫度和PMV指數關系圖

學生夜間休息習慣 表4

測試儀器及精度 表5

夜間學生在宿舍主要活動為睡眠，人體活動代謝率為0.7met，常規服裝熱阻0.3clo[3]。

3.2.1 宿舍在空調運行狀態下室內熱舒適性

在空調制冷開啟運行的狀態下，對實驗房間熱環境參數測試，收集整理測試數據計算PMV值[5]，空調運行時室內空氣溫度和PMV指數關系，見圖1。

從室內空氣溫度和PMV指數關系圖看出：

①PMV指數與室內空氣溫度大致呈線性關系。

②空調運行時，能滿足熱舒適要求（PMV=0.5）：

a.白天學生在宿舍空氣溫度為25.6℃。

b.夜間學生宿舍空氣溫度為26.8℃。

3.2.2 宿舍在空調+風扇聯合運行狀態下室內熱舒適性

空調制冷開啟運行后，風扇以風速0.6m/s進行工作。對實驗房間熱環境參數測試，收集整理測試數據計算PMV值[5][6]，空調+風扇聯合運行時室內空氣溫度和PMV指數關系，見圖2。

圖2 空調+風扇聯合運行室內空氣溫度和PMV指數關系圖

從室內空氣溫度和PMV指數關系圖看出：

①PMV指數與室內空氣溫度呈非線性關系。

②空調+風扇聯合運行時，能滿足熱舒適要求（PMV=0.5）：

a.白天學生在宿舍空氣溫度為27.4℃。

b.夜間學生宿舍空氣溫度為28.3℃。

③實驗發現：提高空氣速度可彌補較高的作用溫度對人體影響，室內空氣流速超過0.30 m/s，人們可以接受的熱舒適的作用溫度有所提高。

3.3 主觀調查與分析

測試期間對被測試宿舍的學生發放調查問卷，通過熱感覺投票TSV的方式對室內熱舒適性進行調查。調查結果表明：采用空調+風扇聯合運行時，室內空氣溫度場分布比較均勻，垂直溫差幾乎無感覺，感到不滿意的比例占0%；采用空調運行，室內空氣溫度較低時才能滿足熱舒適要求，但垂直溫差較大造成站立時頭足感覺不舒服，感到不滿意的比例達33%。表明了炎熱季節在空調+風扇聯合運行的狀態下室內空氣溫度較高也能滿足人們對室內熱舒適的要求。

4 結論

①通過對典型學生宿舍室內熱舒適性的現場測試和調查問卷分析，在炎熱季節學生宿舍采用空調+風扇聯合運行，不但在室內空氣溫度較高時能夠滿足人們對室內熱舒適的要求，而且降低電能消耗；

②炎熱季節，空調+風扇聯合運行方式可廣泛運用到安裝有空調的場所。