商業綜合體中庭空間秋季室內熱舒適研究

文／王曉健 晏紅霞 郝 帥 尹 冉

引言

空調建筑的室內熱舒適研究主要為夏季或者冬季，此時需要由空調的調節來平衡室內熱舒適。針對空調建筑在非空調季節的室內熱舒適的研究較少，特別是對于人員密度較大、停留時間較長的建筑空間，例如商業綜合體的中庭空間。與其他類型的建筑不同，使用者可能會出于節能和經濟性要求，降低對熱舒適的要求，消費者對商業綜合體的室內舒適度要求更高。中庭是商業綜合體建筑設計中的重要組成部分和標志性空間[1]，其具有空間尺度大、人員流動聚集性強等特點。對中庭空間物理環境的優化設計不僅可以改善室內微氣候，而且可以為購物人群提供一個全天候環境優良的公共聚集場所。

目前商業綜合體的熱舒適研究主要集中在整個建筑的業態分布上[2]，分析不同業態分布情況下的室內熱環境，也有一些研究涉及了室外商業步行街[3]，研究室外步行街的熱舒適及影響熱環境的因素。文章選取了邯鄲市兩座具有代表性的商業綜合體中庭空間進行研究，在對室內熱環境參數進行了現場記錄的同時發放調查問卷，分析得到了商業綜合體中庭空間秋季熱環境現狀，為后期改建及新建的建筑熱環境參數設計提供數據參考。

1 研究方法

1.1 調研項目概況

本次的調研對象為新世紀商業廣場和美樂城。新世紀購物廣場建于1999 年，共七層，營業時間為9 ∶30 ～22 ∶00，中庭為矩形；美樂城建于2018 年，共六層，營業時間為9 ∶30 ～22 ∶00，中庭為圓形。

1.2 中庭熱環境物理量測量

實測時間定于10 ∶00 ～20 ∶00，人流量主要集中在該時間段內，每間隔一小時測量一次并記錄數據，獲得空氣溫度、相對濕度、黑球溫度、風速，并通過詢問被調查者的穿衣情況獲得秋季衣阻。

1.3 主觀問卷調查

在測量的同時進行主觀問卷調查，隨機對中庭內的人員進行問卷（表1）發放，并記錄下當時的熱環境參數。

表1 主觀問卷設計（表格來源：作者自繪）

2 中庭熱環境現狀分析

2.1 新世紀購物廣場實測數據分析

由各測點各個時間段的溫度（圖1）可知，實測時間內，測點最低溫度為18.3℃，出現在點F1，最高溫度為26.4℃，出現在點F7，平均溫度為23.7℃，一天中13 ∶00 時溫度最高。從圖中可以看出F1、F2、F3 這三層測點溫度變化波動較大，主要是由于一層出入口處風速較大，室內溫度受室外氣溫變化影響大，F4 ～F7 四個樓層溫度隨時間推移變化不大；從F1 ～F7 的溫度變化趨勢可以看出，頂層平均溫度較一層平均溫度高5.7℃；受人流量的影響，在17 ∶00 ～19 ∶00 時間段內溫度有小幅上升。

圖1 各時間段測點溫度分布（圖片來源：作者自繪）

2.1.2 相對濕度分析

由各個測點在各時間段內的相對濕度（圖2）可知，實測時間內，測點最低濕度為19.8%，最高濕度為29.1%，出現在點F2，平均濕度為23%。其值伴隨樓層的升高而降低，樓層越高，空氣越來越干燥；點F1 在13 ∶00 時濕度最低，受室外溫濕度影響大，此時室外溫度最高；整體趨勢為先降后升，F1 ～F3 三個樓層濕度隨時間推移波動較大，F4 ～F7 四個樓層變化不明顯。

圖2 各時間段測點相對濕度變化（圖片來源：作者自繪）

2.1.3 PMV 值分析

由各測點不同時段的PMV 值（圖3）可知，總體來看，由于季節和天氣等原因，各測點的PMV 值在-1 至1 之間，屬于稍涼至稍暖之間，67.5% 的測點屬于稍暖，29.9% 的測點屬于中性，并沒有表現出最優。從層高變化來看，樓層越高，熱舒適越來越差，一樓整體稍涼，二至三樓PMV 值為中性，熱舒適最好；從時間上來看，除10 ∶00 ～11 ∶00 時平均PMV 值在0.5 以下，其他時間段均屬稍暖，13 ∶00 時熱舒適最差。

圖3 各時間段測點PMV 變化（圖片來源：作者自繪）

2.2 美樂城實測數據分析

2.2.1 溫度分析

由各測點各個時間段的溫度（圖4）可知，實測時間內，測點最低溫度為19.8℃，出現在點F-1；最高溫度為25.3℃，出現在點F5；平均溫度為23.1℃，一天中14:00 時溫度最高。從圖中可以看出，從地下一層至五層室內環境波動都比較大，是由于該商業綜合體中庭空間為嵌入式中庭，中庭空間北側為玻璃幕墻，與室外相接，受室外溫度變化影響大。F-1 點平均溫度為22.3℃，F1 點平均溫度為22.1℃，F2 點平均溫度為22.6℃，由F1 ～F5 溫度呈上升趨勢，F1 點平均溫度最低，頂層平均溫度較一層平均溫度高2.3℃，主要是由于該中庭直接與建筑的出入口相連，且出入口位于北側，受室外冷風滲透影響較大，且地下部分在無空調狀態對溫度具有一定的調控作用。地下一層在18 ∶00 之后人流量明顯增大，由于中庭內有商家展銷活動，聚集了大量人群，溫度有小幅上升。

圖4 各時間段測點溫度分布（圖片來源：作者自繪）

2.2.2 相對濕度分析

3)調節水資源極差收入，保障水電機組公平競爭，進一步放開發電側進入市場。云南省內機組水電機組資源差異大、開發時間不同、調節能力不同，導致水電機組上網電價差異很大。目前云南的市場出清辦法為價差對模式，主要原因是水電機組價格差異大，水電機組邊際成本又低，如果采用統一出清的方式，出清價格會非常低，嚴重損害發電企業利益。當前平衡不同機組之間上網電價差異大的方式主要通過政府分配進行平衡。通過政府主導來平衡利益的方法在市場建設之初有助于平衡利益，但長期會損害市場主體的能動性，不利于形成良好的市場秩序。

由各個測點在各時間段內的相對濕度（圖5）可知，實測時間內，測點最低濕度為16.2%，最高濕度為38.3%，出現在F-1，平均濕度為27.4%。由于地下一層有水池及噴泉景觀，在一定程度上提高了中庭空間內的濕度，在點F-1 處尤為顯著，越往高的樓層噴泉影響降低，對室內濕度的影響也變小；測點F1 的濕度總體較其他各點都低，主要是由于出入口直接與一層中庭相接，導致一層風速較大，室內濕度降低。

圖5 各時間段測點相對濕度變化（圖片來源：作者自繪）

2.2.3 PMV 值分析

由各測點不同時間段的PMV 值（圖6）可知，總體來看，各測點PMV 值均在-1 至1之間，僅10 ∶00 時點F1 顯示稍涼，66.7%的測點PMV 值為中性，31.8%的測點為稍暖，該綜合體中庭空間熱環境較好。從樓層變化來看，點F1PMV 值波動較大，主要是受出入口冷風滲透影響大。另外F-1、F2、F3 三層測點PMV 值基本處于-0.5 至0.5 之間，為中性，F4、F5 兩層測點PMV 值基本大于0.5，為稍暖，頂層熱舒適最差；從時間上來看，14 ∶00 ～16 ∶00 室內平均PMV 值大于0.5，屬于稍暖，16 ∶00 時熱舒適最差。

圖6 各時間段測點PMV 變化（圖片來源：作者自繪）

3 顧客的熱舒適指標分析

衡量熱舒適的指標主要有熱中性溫度、熱期望溫度、溫度可接受閾[4]。本文通過大量的調查問卷，對秋季顧客的熱舒適指標進行了分析。

3.1 熱中性溫度

為獲得商業綜合體中庭空間內過渡季顧客的熱中性溫度，可采取溫度頻率法[4]，以每1℃操作溫度為區間，在SPSS 中繪制出區間內操作溫度的平均值與熱感覺平均值（MTS）的線性關系，其中根據問卷調查得到衣阻為0.66clo，MTS 與操作溫度之間展示了較強的相關性（圖7），得到回歸方程為：

圖7 熱感覺投票操作溫度的線性關系（圖片來源：作者自繪）

MTS=0.4814Top-10.657（R2=0.9215）（1）

式中Top為操作溫度，單位為℃。

基于該方程，令MTS=0，即可得到秋季顧客的熱中性溫度為22.1℃。

3.2 溫度可接受閾

溫度可接受閾的計算方法主要有兩種，一種是以中性溫度為基準線，上下各偏移2.5℃或者3.5℃；另一種是建立顧客可接受率與操作溫度之間的回歸關系[4]。此處采用第二種方法，實際熱感覺投票（TSV）可在（-1，1）之間視為可接受，以及ISO 中要求的可接受率是80%的感受者能接受的環境為熱舒適環境。操作溫度以0.5℃為一個區間，統計在該區間內投票值在（-1，1）之間的人數占該區間總人數的百分比，并得到接受率與操作溫度之間的關系（圖8），并得到回歸方程為：

圖8 熱感覺投票占比與操作溫度的回歸關系（圖片來源：作者自繪）

AP=-4.0062Top2+180.27Top-1935.5（R2=0.8107）（2）

式中AP 為接受率，單位為%；Top 為操作溫度，單位為℃

令AP=0.8，即接受率為80%時，分別解得操作溫度為17.7℃，27.3℃，則溫度可接受閾為（17.7℃，27.3℃）。

3.3 熱期望溫度

根據調查問卷的統計結果和溫度頻率法，以0.5℃為區間，統計不同溫度區間內熱期望投票分別為期望變熱（+1）和期望變涼（-1）的人數占該區間總人數的百分比，并分別與操作溫度進行線性分析（圖9、圖10），得到線性方程，當溫度期望降低或升高時的線性方程分別為：

圖9 熱期望投票降低占比與操作溫度的線性關系（圖片來源：作者自繪）

圖10 熱期望投票升高占比與操作溫度的線性關系（圖片來源：作者自繪）

y=11.259x-219.72（R2=0.8197）（3）

y=-12.224x+299.72（R2=0.7764）（4）

令兩式相等，得出X=22.1，則秋季商業綜合體中庭空間顧客熱期望溫度為22.1℃。

結語

通過對邯鄲市兩座商業綜合體中庭空間的實測調研，就問卷調查掌握了中庭空間秋季熱環境現狀，主要結論如下：

（1）PMV 在-0.5 至0.5 之間時，認為該環境熱舒適為中性，根據對兩個中庭空間PMV 的分析，新世紀商業廣場的熱舒適整體稍暖，美樂城基本處于中性溫度。

（2）商業綜合體中庭空間低樓層（1 ～2層）受出入口冷風滲透嚴重，過量的冷風滲透會造成低層熱舒適偏冷；空氣溫度隨樓層增高而升高，相對濕度降低，頂部一至二層熱舒適最差，室內水景綠化有利于提高室內空氣濕度，提高熱舒適；受太陽輻射影響，中庭空間北部溫度較南部溫度略高；大部分中庭在11 ∶00 ～16 ∶00 時是熱舒適最差的時段。

（3）商業綜合體中庭空間秋季熱感覺平均值（MTS）與操作溫度回歸方程為：MTS=0.4814Top-10.657（R2=0.9215），其中Top 為操作溫度，單位為℃。熱中性溫度為22.14℃；

熱感覺投票與操作溫度的回歸方程為：AP=-4.0062Top2+180.27Top-1935.5（R2=0.8107），其中AP 為接受率，單位為%；Top為操作溫度，單位為℃，溫度可接受閾為（17.7 ℃，27.3 ℃）；期望溫度降低或升高時的線性方程為：y=11.259x-219.72（R2=0.8197）；y=-12.224x+299.72（R2=0.7764），熱期望溫度為22.1℃。