夏热冬冷地区典型学生宿舍夏季室内空气环境的研究

张宁波，亢燕铭，钟 珂

（东华大学 环境科学与工程学院，上海 201620）

夏热冬冷地区典型学生宿舍夏季室内空气环境的研究

张宁波，亢燕铭，钟 珂

（东华大学 环境科学与工程学院，上海 201620）

对夏热冬冷地区典型学生宿舍建筑自然通风条件下的夏季室内空气环境进行了连续7d实测和问卷调查，分析了不同朝向房间的室内空气环境特征.结果表明，夏季自然通风条件下，尽管夜间室内热环境略好于昼间，但温度均高于26℃；由于室内通风好，房间内热湿环境仍处于多数学生可以接受的范围内，室内空气品质好；另外，太阳辐射对房间内温度分布有重要影响，南向房间平均温度高出北向房间约0.8℃，昼间两者最大温差达2.6℃.

宿舍建筑；自然通风；室内空气环境；CO2浓度

随着人们对室内热舒适、空气品质［1－3］及建筑节能等问题［4－5］的日益重视，10余年来，室内空气环境受到了广泛研究.文献［6］进行了一项长期现场实测以考查上海自然通风居住建筑内居住者的热感觉.文献［7］通过问卷调查和现场实测中国中南部热湿气候下的热环境参数，讨论了3个城市居住建筑内人员的热舒适.

室内空气环境的研究方法主要有现场实测、问卷调查和数值模拟等.文献［8］基于一项热舒适指标调查了各种通风策略和立面设计对新加坡自然通风居住建筑内热环境的影响.文献［9］考查了夜间通风对马来西亚热湿气候下居住建筑室内热环境的改善效果.文献［10］现场调查了中国东北通过炕和被动式太阳能集热墙采暖的乡村建筑的室内热环境.另外，文献［11］测量和评估了一个大型带拱顶体育场的室内热环境.文献［4］研究了一个大空间综合体育馆在典型季节的室内热环境，并分析了其能耗情况.文献［12］通过现场实测和数值模拟，分析了由冷却顶板系统控制的办公室空间的室内热环境.文献［13］通过计算流体动力学（CFD）程序同时求解了流动模型、耦合的热传递和辐射模型，鉴别出了测量室内热舒适参数的探头最佳位置，并在计算出热反应和气流分布后，给出了测点区和人员活动区热舒适参数间的相关性.

高校宿舍建筑是学生学习和日常活动的重要场所，具有室内人员密度大的特点，人均面积仅为5～6.5m2，室内散热量大，污染源强度大，使得其室内空气环境不同于普通民居，与学生的学习效果和身体健康密切相关.文献［14－15］通过主观评价和实测方法研究了高中和大学教室内的热环境.但目前室内空气环境的实测研究主要集中在民居建筑，关于学生宿舍室内空气环境的研究还鲜有文献涉及，因此很有必要研究和分析此类建筑的室内空气环境.

长江三角洲地区属亚热带季风性气候，具有夏热冬冷的特征.但这一地区的高校学生宿舍建筑一般不设置集中供暖和空调系统，使得极端季节时建筑环境可能处于热舒适较差的状态.因此，本文将以此为背景，选择上海典型高校宿舍建筑进行研究和分析.

1 现场实测

1.1 学生宿舍建筑的描述

所考查的学生宿舍建筑位于上海市西南郊的大学城（距市中心约30km），7层高（约21m），建造于2002年.每间宿舍建筑面积约20m2，阳台有使用者可控制的1扇门（0.8m×2m）和2个窗户（0.6m×0.9m，单层有窗帘），如图1（a）所示.

来自不同地区的学生都居住在后勤部门管理的宿舍建筑内，他们有着不同的生活方式和经历.除开关阳台门窗外，他们没有其他允许的办法自行改善宿舍热环境.

选择2个代表性房间，即1间北向房间（Site 1）和1间南向房间（Site 2）进行现场实测，如图1（b）所示.

图1 宿舍建筑及阳台示意图Fig.1 Schematic of the dormitory buildings and balconies

1.2 测量房间与方法

为分析夏热冬冷地区自然通风条件下学生宿舍建筑的夏季室内空气环境，本文选择2间中间楼层中间位置的房间为实测对象，两房间均住3名学生，使用情况相同，仅朝向不同.夏季测试期间，入户门均关闭，阳台门窗均打开，晚上睡觉时拉上窗帘以保护隐私，白天窗帘收起，故实测房间的自然通风情况较好.

暑假期间会有部分硕士、博士生留在学校，但人数偏少，相对于本科生人数可以忽略.本文目的在于测量和调查学生宿舍夏季恶劣热环境的总体状况，因此不必考虑放假期间的情况.故实测时间选在开学后有大量学生居住的最热时段，即2011年9月2至9日.在此期间（均为晴好天气）对上述2间代表性房间同时进行了为期7d的连续逐时实测，并记录当地气象站的室外气象参数.

所采用测量仪器为美国TSI公司生产的7565型Q－Trak空气品质监测仪，可同时实时监测和记录室内空气温度、相对湿度及CO2浓度，数据采样和存储间隔分别为5s和10min，探头固定在支架上并放置于房间中心离地1.1m高度处.

2 测量结果及分析

2.1 室内热环境

实测房间室内外空气温度的逐时变化曲线如图2所示.由图2可知，尽管测试期间自然通风良好，北向和南向房间的温度分布均靠近室外温度的高值且波动范围明显小于室外，反映出围护结构对房间室内温度分布的重要影响.北向与南向房间的室内温度变化范围分别为25.8～29.5℃和26.3～30.0℃，南向房间的室内平均温度高于北向房间0.8 ℃以上，最高达2.6 ℃（夜间2.1 ℃），这主要是因为前者受太阳辐射的影响大于后者.另外，昼间午后室外温度出现峰值的时段，南向房间温度低于室外的时间短于北向房间，且与室外温度的差值小于北向房间；而室外温度降低后，南向和北向房间的室内温度均普遍高于室外4℃以上，南向房间室内温度高于室外的时间长于北向房间，且与室外温度的差值大于北向房间.

由于夜间睡眠时段（23：00～07：00）学生均在宿舍，房间室内外的热环境状态更稳定且更能说明其特征，为进一步比较分析，给出了测试期间夜间睡眠时段整点时刻北向和南向房间室内外温度的关系，如图3所示.由图3可知，夜间睡眠时段尽管通风良好，但北向和南向房间室内温度均明显高于室外，且室外温度越低，室内外温差越大，可能主要是围护结构传热延迟效果的影响.

夏季室内环境热舒适温度范围为22～28℃，热舒适相对湿度范围为40%～65%［16］.图4给出了相应睡眠时段（23：00～07：00）北向和南向房间室内温度的频率分布.由图4可知，夜间睡眠时段南向房间室内温度均高于26℃，有近一半的时间（48.8%）其室内温度超过28℃，最高可达近29.5℃，室内偏热.北向房间虽仅有10.7%的时间室内温度超过28℃，但也均高于26℃.

图3 夜间睡眠时段室内外温度的关系Fig.3 Relationships between indoor and outdoor temperature during the sleeping hours at night

图4 实测房间夜间睡眠时段室内空气温度的频率分布Fig.4 Frequency distribution of indoor temperature of each sampling dormitory during the sleeping hours at night

实测房间室内外空气相对湿度的逐时变化曲线如图5所示.由图5可知，相对湿度变化规律与所示的温度变化曲线相关性很强，表明实测房间良好的自然通风使人体散发的水蒸气对室内热环境的影响可以忽略不计.由图5还可看出，南向和北向房间室内空气相对湿度的变化范围分别为48.2%～78.6%和45.1%～77.6%，其分布情况基本相似，波动都比较大且南向房间的波动范围稍小于北向房间，与室外相对湿度变化相比较，南向和北向房间的变化范围均明显小于室外.

为得出各测试房间人员在宿舍时室内湿度的具体情况，图6给出了夜间睡眠时段北向和南向房间室内相对湿度的频率分布.由图6可知，北向和南向房间夜间睡眠时段室内相对湿度范围均为55%～80%，各仅有28.6%的时间处于我国国家标准给出的舒适相对湿度范围（40%～65%）内，且都在高位区间（50%～65%），71.4%的时间房间室内相对湿度超出了65%的限值.综合图4和6可知，在无集中空调的条件下，尽管大部分时间内北向和南向房间室内温度都在我国国家标准给出的舒适范围内，但由于湿度过大，室内空气环境偏热，基本处于湿热状态.

图5 实测房间室内外空气相对湿度的逐时变化曲线Fig.5 Hourly indoor and outdoor relative humidity profile of each sampling dormitory

图6 实测房间夜间睡眠时段室内空气相对湿度的频率分布Fig.6 Frequency distribution of indoor relative humidity of each sampling dormitory during the sleeping hours at night

2.2 室内CO2浓度

实测房间室内CO2浓度的逐时变化曲线如图7所示.由图7可知，总体而言，北向和南向房间室内CO2浓度的分布规律类似，北向房间室内平均CO2浓度高于南向房间约4%.另外，夜间睡眠时段的CO2浓度高于其他时段，这主要是因为相对其他时段，此期间室内源强度（人体）大，而通风量小.

图7 实测房间室内CO2浓度的逐时变化曲线Fig.7 Hourly indoor CO2concentration profile of each sampling dormitory

图8给出了夜间睡眠时段各测试房间室内CO2浓度的频率分布.由图8可知，北向房间96.4%的夜间睡眠时段室内CO2浓度为1 050～1 150mg／m3，南向房间则有97.0%的夜间睡眠时段室内CO2浓度为1 000～1 150mg／m3.室内环境CO2体积分数限值为0.1% （即1 964mg／m3）［17］，北向和南向房间所有夜间睡眠时段的室内CO2浓度均未超出我国国家标准.可知在夏季夜间自然通风条件下，由于室内既热又湿，居住者打开阳台门窗并使用电风扇加强房间通风换气，可确保室内空气品质良好.

图8 实测房间夜间睡眠时段室内CO2浓度的频率分布Fig.8 Frequency distribution of indoor CO2concentration of each sampling dormitory during the sleeping hours at night

3 问卷调查

3.1 问卷内容

上海市夏季通风和空调的室外计算（干球）温度分别为32和34℃［16］，而为期7d的实测期间，室外气温最高、平均和最低的测量值分别为33，25.6和21℃.

与实测同期，对居住在学生宿舍区的350名学生进行了问卷调查，并最终回收有效问卷320份，其中受试者包括女生158名和男生162名.问卷内容包括受试者对所在宿舍热湿环境的评价和房间夏季的室内吹风感.

3.2 问卷结果

问卷受试者对所在房间热环境的主观感受如图9所示.由图9可知，57%的受试者认为房间温度再低一些会更舒服，表明尽管温湿度偏高，但室内热环境处于半数学生可以接受范围内；32%的受试者认为房间温度必须低很多才能感觉舒服，希望温度可以降低.

图9 受试者对房间热环境的评价Fig.9 Evaluation of the respondents to the indoor thermal environment

问卷受试者对房间夏季室内吹风感的评价如图10所示.由图10可知，认为房间夏季室内吹风感很小、小、较小和适中的比例分别为32%，8%，18%和37%，仅有5%的问卷受试者觉得夏季房间室内吹风感为大或较大.可以认为，学生宿舍内夏季室内风速总体体感较好.

图10 房间夏季室内吹风感Fig.10 Sensation of wind in the room in summer

学生宿舍夏季室内干湿感觉如图11所示.由图11可知，只有15%的受试者认为房间空气再潮湿一些也觉得舒服，38%的受试者认为房间空气再干燥一些会更舒服，37%的受试者希望房间空气干湿状况能保持现状，另外，10%的受试者则认为房间空气必须干燥很多才能感觉舒服.图11反映了学生宿舍夏季室内空气偏潮湿，但能被绝大多数学生接受，结合图10，可以认为是由于较好的室内吹风感改善了人体热湿感觉.

图11 室内空气干湿情况Fig.11 Conditions of indoor air humidity in the room

4 结 语

通过对夏热冬冷地区自然通风条件下典型学生宿舍建筑夏季室内空气环境进行的实测和问卷及所做的分析，比较了不同朝向房间内的空气环境参数变化规律，得到下述结论：

（1）夏季自然通风条件下，夜间睡眠时段（23：00～07：00）室内热环境略好于昼间，夜间学生宿舍室内温度略低于国家相关标准规定的舒适上限温度，室内湿度较大，大多数时间的空气相对湿度高于相关标准限值.但由于室内通风好，主观调查结果表明，房间内热湿环境仍处于多数学生可以接受的范围内.

（2）实测与分析结果表明，房间朝向对室内温度影响很大，南向房间平均温度高出北向房间约0.8 ℃，昼间两者最大温差达2.6℃.

（3）尽管室内人员密度大，由于学生为改善室内热环境而加强通风换气，使室内CO2浓度符合标准规定，空气品质良好.

参 考 文 献

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［17］GB／T 18883—2002室内空气质量标准［S］.

Study on the Summer Indoor Air Environment of Typical University Dormitory Buildings in Hot Summer and Cold Winter Zone

ZHANGNing－bo，KANGYan－ming，ZHONGKe
（School of Environmental Science and Engineering，Donghua University，Shanghai 201620，China）

The summer indoor air environment of typical university dormitory buildings under natural ventilation in hot summer and cold winter zone was studied through a 7－day continuous field measurement and questionnaire survey，and the characteristic of indoor air environment of rooms with different orientations was analyzed.The results show that though the indoor thermal environment of the naturally ventilated rooms during the sleeping hours at night is comparatively better than that during the day，the indoor temperature is all above 26 ℃.Due to the effective ventilation of the room，the indoor thermal and humidity environment is in the range that most of the students can accept，and the indoor air quality is good.In addition，solar radiation has significant influence on the indoor air temperature of different rooms，the indoor temperature of south－facing rooms is 0.8 ℃ higher than that of the north－facing rooms in average，and the maximum temperature difference in the daytime may reach 2.6 ℃.

dormitory building；natural ventilation；indoor air environment；CO2concentration

TU 111.1；TU 834.2

A

1671－0444（2013）05－0656－06

2012－06－26

国家自然科学基金资助项目（40975093）；中央高校基本科研业务费专项基金资助项目（CUSF－DH－D－2013051）

张宁波（1986—），男，河南开封人，博士研究生，研究方向为建筑环境与空气品质.E－mail：zhang.ningbo＠hotmail.com

亢燕铭（联系人），男，教授，E－mail：ymkang＠dhu.edu.cn