中國西部科技創(chuàng)新港單元式學(xué)生公寓夏季熱舒適研究

文／吳 越 西安交通大學(xué)人居學(xué)院 碩士研究生

王贊社 西安交通大學(xué)人居學(xué)院 副教授（通訊作者）

賈釗穎 西安交通大學(xué)人居學(xué)院 碩士研究生

高 琪 西安交通大學(xué)人居學(xué)院 碩士研究生

引言

人類大部分時(shí)間都在室內(nèi)活動(dòng)，室內(nèi)環(huán)境對人的生理和心理起著重要作用[1]。高校學(xué)生宿舍或公寓作為群體居住環(huán)境，其空間應(yīng)用和舒適性直接影響學(xué)習(xí)環(huán)境和生活質(zhì)量。

高校學(xué)生公寓發(fā)展與我國經(jīng)濟(jì)和高等教育的發(fā)展密切相關(guān)。20世紀(jì)70年代末的改革開放和高考恢復(fù)，80年代的解放思想、經(jīng)濟(jì)特區(qū)建設(shè)和高考熱潮，90年代的全面經(jīng)濟(jì)發(fā)展、“211、985工程”和高校擴(kuò)招，再到21世紀(jì)的“國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要”的實(shí)施，教育經(jīng)費(fèi)占比GDP超過4%和“雙一流建設(shè)”等改革措施逐步將我國教育水平推向全新的高度。與此同時(shí)，高校學(xué)生公寓也逐漸從空間緊張的老舊建筑向著標(biāo)準(zhǔn)化、舒適性、個(gè)性化和多元化方向發(fā)展，更加符合新時(shí)代學(xué)生的個(gè)性化需求，從“宿舍”模式向“公寓”模式發(fā)展。表1為我國典型學(xué)生宿舍的演變和特點(diǎn)。

表1 典型學(xué)生宿舍及特點(diǎn)（表格來源：作者自繪自攝）

目前關(guān)于高校宿舍熱舒適的研究對象主要集中在傳統(tǒng)上床下桌的“多人共居一室”的集體式公寓模式，屬于高密度住宅建筑，具有人員密度大、年齡段單一、相對封閉的特點(diǎn)[2]。趙鵬等[3]對成都地區(qū)高校宿舍夏季熱舒適性的研究發(fā)現(xiàn)，宿舍自然通風(fēng)效果普遍不好，空氣流動(dòng)性差，室內(nèi)溫度比室外普遍高2℃～3℃，同時(shí)由于該地區(qū)夏季相對濕度較高，宿舍熱環(huán)境更加惡劣。牛萌萌等[4]對夏季室內(nèi)熱環(huán)境研究現(xiàn)狀與應(yīng)用提出了幾種改善措施。夏博等[5]對高校學(xué)生宿舍夏季熱舒適研究中發(fā)現(xiàn)居住者對室內(nèi)的高溫有較強(qiáng)的承受能力，能主動(dòng)采取一些適應(yīng)行為來改善自身的熱感覺。程衛(wèi)紅等[6]對哈爾濱某高校學(xué)生宿舍夏季室內(nèi)熱環(huán)境實(shí)地測試與調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)哈爾濱地區(qū)的學(xué)生夏季服裝較厚，原因在于該地屬于嚴(yán)寒地區(qū)氣候特征，而氣候條件影響了受試者的主觀期望。王雪[7]等人在對西安高校教師秋季熱舒適的研究中發(fā)現(xiàn)，秋季教室受試者可接受的溫度范圍較寬，在室外溫度較低時(shí)，高校受試者可接受溫度低于ASHARE適應(yīng)模型的2℃～3℃，而受試者對氣流和空氣品質(zhì)的可接受率均低于80%。Samar Thapa等[8]對印度一所大學(xué)兩個(gè)校區(qū)的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的PMV模型經(jīng)常低估和高估真實(shí)條件下的主觀熱感覺，導(dǎo)致設(shè)定點(diǎn)溫度比要求的更極端，導(dǎo)致能耗更高，而實(shí)測的室內(nèi)環(huán)境條件與室外環(huán)境條件密切相關(guān)，室內(nèi)空氣溫度與室外空氣溫度呈強(qiáng)而顯著的相關(guān)性。Manoj Kumar Singh等[9]研究印度復(fù)合氣候下夏季自然通風(fēng)教室熱舒適狀況，大約80%的受試者的反應(yīng)出現(xiàn)在舒適帶（±1熱感覺）中，學(xué)生可利用的主動(dòng)適應(yīng)方式是換衣服、開窗和調(diào)節(jié)吊扇風(fēng)速。Haiying Wang等[10]研究學(xué)生情緒狀態(tài)對熱舒適的影響，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)情緒狀態(tài)只影響坐立時(shí)的熱感覺和舒適度，而不影響運(yùn)動(dòng)過程，負(fù)面情緒對受試者的生理參數(shù)也有顯著影響。

綜合文獻(xiàn)和國內(nèi)高校學(xué)生宿舍的現(xiàn)狀，“上床下桌”四人間模式是目前我國學(xué)生宿舍的主流配置，但由于空間相對較小、人員密集，普遍存在熱舒適性和環(huán)境滿意度低的問題，表現(xiàn)在自然通風(fēng)效果差，空間重疊相互影響。在新時(shí)代下，隨著學(xué)生的個(gè)性化空間和居住舒適性要求逐漸提高，單元式學(xué)生公寓是未來的發(fā)展方向。

單元式公寓是一種新型公寓形式，兼具單元式住宅和公寓式住宅的優(yōu)點(diǎn)，其空間大小適中、布局規(guī)范緊湊，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，增加了公共使用面積，戶內(nèi)生活設(shè)施更完善，具有極強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿11-19]。

目前國內(nèi)高校單元式學(xué)生公寓建成應(yīng)用較少，本文以西安交通大學(xué)2019年建成啟用的“中國西部科技創(chuàng)新港”（以下簡稱創(chuàng)新港）校區(qū)的單元式學(xué)生公寓為例，著重探討這種新型公寓在夏季的熱舒適情況。研究方法以調(diào)查問卷、對照組測量為主，分析公寓內(nèi)居住環(huán)境參數(shù)的變化規(guī)律和室內(nèi)熱舒適性的關(guān)系。

1 創(chuàng)新港單元式學(xué)生公寓

創(chuàng)新港位于陜西省西安市西咸新區(qū)灃西新城，于2019年9月建成啟用，目前已迎來2019級和2020級共計(jì)一萬四千余名研究生入住。

創(chuàng)新港校區(qū)共設(shè)置三個(gè)宿舍區(qū)，全部采用單元式公寓模式，分別采用兩單元、三單元和多單元連拼模式，每棟樓11層，每個(gè)單元均設(shè)置電梯，分為一梯兩戶對稱設(shè)置，每一戶公寓內(nèi)部為五室一廳一衛(wèi)，每個(gè)房間面積為6～8平方米，公共客廳為13平方米左右，公寓平面圖和房間內(nèi)部實(shí)體圖如圖1所示。

圖1 單元式學(xué)生公寓平面及內(nèi)部實(shí)體圖（圖片來源：作者自繪自攝）

公寓內(nèi)每個(gè)房間都設(shè)置獨(dú)立窗戶（窗扇左右可開15°），房間設(shè)有分體式空調(diào)，夏季主要通過空調(diào)調(diào)節(jié)溫度，手動(dòng)門窗開啟換氣。

2 熱舒適性調(diào)查

2.1 問卷調(diào)查內(nèi)容

本次問卷調(diào)查于2020年7月15日開始，目標(biāo)群體是創(chuàng)新港單元式公寓中居住的研究生，問卷調(diào)查采用客觀選擇與主觀描述的形式。

客觀條件調(diào)查內(nèi)容包括宿舍基本信息、受試者基本情況、服裝、開窗通風(fēng)習(xí)慣、生活學(xué)習(xí)習(xí)慣、空調(diào)開啟習(xí)慣和時(shí)間段、聲環(huán)境和光環(huán)境等。要求被調(diào)查者在19∶00—21∶00之間集中填寫問卷，30min內(nèi)無劇烈運(yùn)動(dòng)，以確保熱感覺的一致性。根據(jù)創(chuàng)新港地區(qū)的實(shí)際情況，將影響熱舒適性因素匯總為：溫度、濕度、風(fēng)速、空氣質(zhì)量和噪聲六個(gè)部分。

熱感覺主觀調(diào)查采用ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)7級指標(biāo)：熱（+3），較熱（+2），溫暖（+1），適中（0），涼（-1），較冷（-2），冷（-3）；熱舒適投票分為5級指標(biāo)：舒適（0），稍不舒適（1），不舒適（2），很不舒適（3），不可忍受（4）；公寓綜合滿意程度采用5級指標(biāo)：很不滿意（1），不太滿意（2），無所謂（3），比較滿意（4），非常滿意（5）。

2.2 問卷熱舒適評價(jià)及分析

2.2.1 調(diào)查對象分布情況和公寓基本概況

選擇2個(gè)朝北房間，3個(gè)朝南房間，為統(tǒng)計(jì)及后續(xù)測試標(biāo)記方便，每個(gè)房間在公寓中的編號如圖 1（a）所示。本次共收集有效樣本368份，其中男生比例54%，女生比例46%。調(diào)查對象90%處于2～10層，10%處于1層和11層（頂層）。填寫問卷的同學(xué)所居住房間比例如圖 2所示，分布較均勻。

圖2 房間分布比例（圖片來源：作者自繪）

2.2.2 主觀熱感覺調(diào)查結(jié)果及分析

圖3和圖4分別是熱感覺和濕感覺調(diào)查結(jié)果，超過80%同學(xué)認(rèn)為公寓稍偏熱，男女生熱感覺投票平均值分別為1.14和1.45，可以看出男生比女生更耐熱，且受試者大多偏離熱中性溫度，即偏熱狀態(tài)。濕感覺投票結(jié)果比較分散，女生對濕度更敏感；圖 5是吹風(fēng)感投票結(jié)果，由于房間面積狹小，在沒有開啟空調(diào)的前提下，即使開窗室內(nèi)風(fēng)速也較小，總體表現(xiàn)風(fēng)感小且悶的感覺；圖 6和圖 7是熱舒適和宿舍滿意度的投票統(tǒng)計(jì)情況，結(jié)果顯示總體處于較舒適狀態(tài)，對宿舍滿意度較高，性別因素影響較弱。根據(jù)圖 8熱舒適性最高時(shí)間段的投票結(jié)果顯示，近50%的同學(xué)認(rèn)為最舒適的時(shí)間段集中在早上8∶00以前。

圖3 宿舍熱感覺投票情況（圖片來源：作者自繪）

圖4 宿舍濕度感覺投票情況（圖片來源：作者自繪）

圖5 吹風(fēng)感投票情況（圖片來源：作者自繪）

圖6 熱舒適性投票情況（圖片來源：作者自繪）

圖7 宿舍滿意程度投票情況（圖片來源：作者自繪）

圖8 熱舒適性最高時(shí)間段投票（圖片來源：作者自繪）

與此同時(shí)，對公寓內(nèi)的采光、噪音、空氣質(zhì)量以及期望適宜溫度情況進(jìn)行了問卷統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表2所示。超過50%同學(xué)滿意宿舍自然采光效果；約60%同學(xué)認(rèn)為宿舍的聲環(huán)境差，噪聲主要來源于室外傳遞；超過85%同學(xué)滿意宿舍的空氣質(zhì)量；大部分同學(xué)認(rèn)為最適宜的溫度在20℃～25℃的溫度區(qū)間，相對濕度在50%～60%之間。

表2 采光、噪音、空氣質(zhì)量和期望溫濕度統(tǒng)計(jì)（表格來源：作者自繪）

對于夏季室內(nèi)熱環(huán)境的調(diào)控，90%同學(xué)選擇采用空調(diào)和開窗通風(fēng)的方式進(jìn)行降溫調(diào)節(jié)，10%同學(xué)會(huì)選擇風(fēng)扇降溫，其中18∶00—24∶00是集中開啟空調(diào)的時(shí)間。在開窗習(xí)慣上，超過50%的同學(xué)一回宿舍就開啟窗戶，這顯示了小空間更需要及時(shí)自然換氣。

對于空調(diào)的使用情況，超過85%同學(xué)認(rèn)為，公寓房間空間狹小，開啟空調(diào)后，室內(nèi)溫度波動(dòng)劇烈，容易出現(xiàn)忽冷忽熱的感覺，難以維持比較穩(wěn)定的室內(nèi)環(huán)境。

2.2.3 學(xué)習(xí)生活習(xí)慣與環(huán)境的適應(yīng)性

調(diào)查內(nèi)容包括睡眠時(shí)間、宿舍科研時(shí)間段以及自主選擇的熱環(huán)境調(diào)控措施，比如采取的開窗通風(fēng)和空調(diào)開啟等方式。結(jié)果如圖9—圖12所示。

圖9 最晚睡眠時(shí)間統(tǒng)計(jì)（圖片來源：作者自繪）

圖10 科研時(shí)間段統(tǒng)計(jì)（圖片來源：作者自繪）

圖11 開窗通風(fēng)情況統(tǒng)計(jì)（圖片來源：作者自繪）

圖12 空調(diào)開啟時(shí)間段統(tǒng)計(jì)（圖片來源：作者自繪）

圖9顯示超過80%的同學(xué)睡眠時(shí)間晚于午夜12點(diǎn)，而男生更傾向于晚上12點(diǎn)后入睡。同時(shí)，由于單人間的便利，如圖10所示，超過60%同學(xué)選擇晚上在公寓內(nèi)學(xué)習(xí)，其中約20%的同學(xué)在午夜12∶00后仍然進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)，尤其是部分男生選擇通宵熬夜學(xué)習(xí)。這與圖9的最晚睡眠時(shí)間相吻合。男女生的作息習(xí)慣具有明顯差異，也顯示了個(gè)人獨(dú)立空間所帶來的學(xué)習(xí)和生活習(xí)慣的多樣性。

圖11和圖12的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，狹小空間內(nèi)學(xué)生更愿意回到宿舍就開窗換氣，這與空調(diào)開啟時(shí)間段和晚上學(xué)習(xí)時(shí)間相吻合。此外，男生開空調(diào)比例明顯高于女生，與上述調(diào)查所得的男生平均熱感覺值低于女生的結(jié)果互相吻合。

3 公寓物理環(huán)境參數(shù)測量

為反映單元式公寓的客觀物理環(huán)境，對公寓進(jìn)行了持續(xù)的參數(shù)測量。測試時(shí)間為2020年7月14日00∶00開始至2020年8月5日18∶00結(jié)束，共計(jì)22d。測量參數(shù)主要包括溫度、相對濕度、風(fēng)速等。為了對測量參數(shù)進(jìn)行對照，圖13是測量期間創(chuàng)新港自動(dòng)氣象站（Davis-6162）記錄的室外參數(shù)。

圖13 測試期間氣象站參數(shù)（圖片來源：作者自繪）

3.1 測量儀器

Testo 175H1型溫濕度測量儀，相對濕度：0%～100%RH，精度等級±2%RH，分辨率0.1%RH；溫度：-20℃～55℃，精度等級±0.4℃，分辨率0.1℃。NK5000型風(fēng)速儀，0.2～40m/s，精度±3%，分辨率0.1m/s。

3.2 儀器布置和測量方式

分別選取男女生宿舍各3間。考慮低層、中層和頂層的環(huán)境差異，選取第2層、5層和11層（頂層）公寓；每個(gè)公寓都有南向和北向房間，共放置12個(gè)溫濕度記錄儀。每1min自動(dòng)測量1次。測試條件與圖 11和圖12的空調(diào)開啟和開窗條件一致。

3.3 測試結(jié)果

為方便標(biāo)記測試結(jié)果，Testo175H1型溫濕度測量儀標(biāo)號No.1、No.3、No.5分別對應(yīng)三套女生公寓的北向（陰面）房間，No.2、No.4、No.6分別對應(yīng)三套女生公寓的南向（陽面）房間；No.8、No.10、No.12分別對應(yīng)三套男生公寓的北向（陰面）房間，No.7、No.9、No.11分別對應(yīng)三套男生公寓的南向（陽面）房間。

3.3.1 溫度測量結(jié)果

圖14是女生公寓和男生公寓溫度測量結(jié)果，綜合來看，所有房間的溫度變化規(guī)律相似，與圖13所示的室外溫度的變化趨勢一致，平均溫度均在26℃以上，偏離ASHARE建議的舒適標(biāo)準(zhǔn)23℃～26℃，其中南向房間平均溫度略高于北向房間平均溫度。由于公寓房間面積狹窄，溫度場極易混合均勻，夏季普遍偏好開窗換氣，男女生宿舍的溫度波動(dòng)均較大。

圖14 公寓溫度測量結(jié)果（圖片來源：作者自繪）

3.3.2 濕度測量結(jié)果

圖15是女生公寓和男生公寓22d的相對濕度測量結(jié)果。從圖中可以看出，被測房間的相對濕度均高于55%，屬于中等偏高，但也在舒適區(qū)，這與主觀調(diào)查結(jié)果和西安市季節(jié)特性相吻合。南向和北向房間的相對濕度變化規(guī)律總體一致，但是南向房間的波動(dòng)更大，尤其是男生宿舍，這與男生性格好動(dòng)、新陳代謝旺盛以及開窗和開關(guān)空調(diào)有關(guān)。女生公寓房間的濕度波動(dòng)較大的原因在于夏季開窗頻次更高。

圖15 公寓相對濕度測量結(jié)果（圖片來源：作者自繪）

3.3.3 風(fēng)速測量結(jié)果

圖16是在門窗關(guān)閉，空調(diào)開啟情況下室內(nèi)風(fēng)速的測量結(jié)果。結(jié)果顯示，在距離地面垂直高度為200cm處，風(fēng)速均很小，接近于零；在距離地面高度為150cm時(shí)，風(fēng)速隨著遠(yuǎn)離空調(diào)的方向開始逐漸減小；在距離地面高度為100cm時(shí)，空調(diào)風(fēng)速值的波動(dòng)最大，風(fēng)速最大值1.1m/s出現(xiàn)在距離空調(diào)平行距離為120cm時(shí)；在距離地面50cm高度時(shí)，風(fēng)速變化較為平穩(wěn)，平均風(fēng)速為0.42m/s。

圖16 空調(diào)風(fēng)速測量結(jié)果（圖片來源：作者自繪）

可以看出，由于房間空間較小，空調(diào)風(fēng)速存在局部強(qiáng)勁，人站立高度范圍下全覆蓋的情況，風(fēng)速極易波動(dòng)。總體來看空調(diào)風(fēng)速較大的區(qū)域集中在距離地面高度100cm和150cm之間，房間里人體活動(dòng)范圍內(nèi)吹風(fēng)感明顯，產(chǎn)生局部不舒適感，因此風(fēng)速的不均勻影響了熱舒適性，需要更加精確地調(diào)控空調(diào)送風(fēng)模式的風(fēng)速和溫度。

結(jié)語

本文針對創(chuàng)新港新型單元式學(xué)生公寓模式，通過采用問卷調(diào)查和實(shí)地測量方式對公寓的熱環(huán)境進(jìn)行研究，結(jié)果表明：

（1）五室一廳的單元式公寓形式相較于傳統(tǒng)集中式宿舍，兼顧了個(gè)人空間與公共空間的劃分，熱舒適性大大提高，公寓總體的滿意度普遍較高。

（2）由于公寓內(nèi)各房間緊湊面積小，又有獨(dú)立開窗，其室內(nèi)熱濕環(huán)境很容易波動(dòng)，室內(nèi)溫濕度波動(dòng)范圍均較明顯，需要更加精確的熱濕環(huán)境調(diào)節(jié)模式。

（3）夏季過程，人體對室內(nèi)熱濕環(huán)境和熱舒適性更敏感，在缺少其他調(diào)控措施的條件下，自然通風(fēng)效果較差，同時(shí)由于房間空間相對狹小，空調(diào)風(fēng)速的不均分布加劇了室內(nèi)空間參數(shù)的震蕩，具有明顯的溫度和風(fēng)速梯度，影響室內(nèi)人員的熱舒適性，需要更加精確的空調(diào)溫度和風(fēng)速調(diào)控模式。