摘要: 人體熱舒適存在明顯的城鄉差異特征。為研究夏熱冬暖北區夏季農宅室內熱環境和居民熱舒適，2020 年夏季對廣西賀州河西村 105 戶自然通風農宅室內外熱環境參數進行現場實測，同時對居住其中的 280 位當地居民展開熱舒適主觀問卷調查，回收有效問卷 560 份。運用統計學分析方法對實測數據和調查問卷進行回歸分析，研究操作溫度與熱感覺、服裝熱阻等的關系，定量分析熱主觀感覺的影響因素。結果顯示，夏季賀州農村受試者實測中性溫度為 25.0℃，預測中性溫度為 26.2℃，期望溫度為 24.4℃，可接受溫度范圍為 19.5℃~29.6℃。老年人和成年人的中性溫度分別為 25.4℃和 24.5℃，老年人對熱的耐受力高于成年人;男性和女性的中性溫度分別為 24℃和 24.3℃，不存在統計學上的顯著差異。研究結果可為農宅熱舒適研究提供參考。

　　關鍵詞：夏熱冬暖北區;農宅;室內熱環境;熱舒適;現場實測

　　隨著農村居民生活水平顯著改善以及鄉村振興戰略的推進，夏熱冬暖地區夏季農宅的舒適性逐漸成為人們關注的熱點。近年來，有學者對我國夏熱冬暖地區建筑夏季的熱舒適開展了大量的現場研究，但主要集中在公共建筑[1 3]和城市住宅[4，5]，對農宅的熱舒適研究較少[6，7]，特別是關于夏熱冬暖北區農宅的熱舒適和熱適應研究較少。研究表明，人體的實際熱舒適需求可以通過熱適應模型反映，受地域氣候、建筑類型、室內環境、生活習慣等多種因素影響，存在明顯的城鄉差異[8，9]。

　　而目前世界上影響最大的室內熱環境評價標準 ASHRAE 55[10，11]、ISO 7730[12]與不同地區熱舒適現場調研的研究成果有所出入，國內現有的熱環境評價標準[13]和建筑規范[14]未能針對夏熱冬暖北區農民的熱舒適需求對農宅熱環境改善和節能設計進行準確指導。

　　為全面了解夏熱冬暖北區農宅熱環境和當地居民熱舒適水平，本研究選取該區代表城市(廣西賀州市)典型農村(河西村)的住宅進行現場調查與分析，建立賀州地區農宅的熱適應模型，為提高當地農宅室內熱環境與人體熱舒適提供必要的理論依據。

　　1 氣候條件與研究區域

　　農宅特點賀州市地處我國夏熱冬暖北區建筑熱工分區，屬亞熱帶季風氣候，氣候溫和，雨量充沛。2020 年賀州市全年平均氣溫 20.8℃，最冷為 12 月，月均氣溫 10.2℃，最熱為 7 月，月均氣溫 29.9℃;年均雨量1 531.6 mm，全年無霜期 328 d。

　　河西村位于廣西賀州市八步區中部，是第五批全國重點文物保護單位臨賀故城河西城址的核心區域，2019 年被列入第五批中國傳統村落名錄[15]。這之后，河西村主要街巷的農宅不再新增或拆除重建;既有農宅僅能進行外立面整改修復[16]，原有室內居住環境已難滿足居民的熱舒適需求。河西村共有農宅 420 棟，其中 2000 年之后建造的占比 63%，均為磚混結構。農宅層數以 2~3 層為主，占比約 77%。外墻為 180 mm 厚普通燒結磚，部分農宅外墻立面貼飾灰色仿古面磚并勾縫，外圍護結構均無保溫材料。

　　2 研究方法

　　2. 1 樣本選擇

　　筆者研究團隊于 2020 年 7 月 29 日—8 月 3 日對河西村 105 棟農宅的室內熱環境和居民熱舒適進行現場調查實測，并于 2020 年 10 月 25 日—10 月 28 日進行補充調查。共調查居民 280 人，其中男性 123 人(44%)、女性 157 人(56%)。采用橫向加縱向的問卷調查方法，共計回收有效問卷 560 份，考慮受試者樣本性別、年齡等因素的均勻分布。在調查過程中，詳細記錄每位受試者的衣著情況和新陳代謝率。服裝熱阻為按照 ASHRAE55 2004 標準計算出的受試者所著服裝的總熱阻值，受試者大多處于站姿放松狀態或坐在輕質木椅上，故不考慮附加熱阻。受試者為長期生活在此地的居民，在當地居住時長為 4~80 a，初步認為已經可以接受當地氣候。

　　2. 2 現場研究

　　本次現場研究采用現場測試與問卷調查相結合的研究方法。室外氣象參數測點為 24 h 連續監測;室內熱環境參數實測和熱舒適主觀問卷調查同步進行，分別選取農宅首層、標準層和頂層的主要房間(客廳或臥室)進行現場測試，并對房間內的1~2 名居民進行問卷調查，室內皆處于自然通風狀態，不開啟空調。

　　2.2.1 熱環境參數測試熱環境參數測試內容包括室內外空氣溫濕度、室內黑球溫度和室內風速。分別使用 AZ8829S 型自動記錄溫濕度計、JTSOFT Meter JTR04 型黑球溫度計、SENTRY ST733 風速自動監測儀進行測試。測試儀器均滿足 ISO 7726 標準[17]要求，且測試前各儀器均按要求進行校核。各儀器記錄間隔均為 1 min。測試位置距受試者 0.3 m 以內，高度分別取 0.1、0.6、1.1 m，對 應 坐 姿 人 體 的 腳 踝 、腹 部 和頭部。

　　2.2.2 現場問卷調查問卷調查內容涉及 5 個方面，一是農宅概況，包括農宅的建造年代、形式、圍護結構材料、保溫隔熱設計等;二是受試者的基本情況，包括年齡、性別、身高、在此地的居住年限等;三是受試者著衣情況和活動狀態;四是受試者改善室內熱環境的適應性措施，包括開門窗、開風扇、開空調等有關改變室內環境參數的方式和增減衣物、活動量等自身的適應性行為;五是受試者對室內環境的熱感覺、熱舒適、熱期望、熱可接受度等主觀投票。調研問卷內容的設置參考 ASHRAE 55 2013，將主觀感受量化為主觀投票標尺。

　　3 測試結果與分析

　　3. 1 室內外環境實測參數測試

　　期間室外空氣溫度和相對濕度，其平均值分別為 26.8℃和 72.0%。室外氣溫晝夜溫差較大，溫度日波動幅度最大為 11.3℃，最高溫度 37.5℃出現在 7 月 30 日中午。相對濕度日波動范圍最大為 45.5%~94%，幅度 48.5%，最高相對濕度95.4% 出現在 7 月 31 日凌晨。此數據可基本代表賀州地區夏季室外溫濕度的變化，符合夏熱冬暖地區夏季高濕高熱的氣候特征。

　　通過對 560 人次現場測試數據的分析和整理，獲取了當地自然通風農宅室內熱環境參數的基本特征，室內空氣溫度和相對濕度的平均值分別為 28.5℃和 63.1%;室內操作溫度的平均值為 28.6℃，與空氣溫度基本持平;室內平均風速為 0.07 m/s。

　　3. 2 問卷調查結果分析

　　當室內相對濕度在舒適范圍內且室內空氣流速 較 低 時 ，一 般 采 用 操 作 溫 度 top 進 行 熱 舒 適 分析[18]，以考慮空氣溫度 ta及平均輻射溫度 tmrt對人體熱感覺的綜合影響。

　　4 討論

　　4. 1 熱感覺與操作溫度的關系

　　為分析熱感覺與室內操作溫度的關系，利用調研數據和 Fanger[20]的 PMV 方程，通過伯克利熱舒適計算工具，計算得到預測平均熱感覺投票值(pre⁃dicted mean thermal sensation vote，PMV)。MTS 和 PMV 與室內操作溫度的關系的對比分析。在 23℃~26℃的操作溫度區間內，MTS 變化平穩，趨近于中性，且高于 PMV;PMV 曲線斜率較大，在 26℃~28℃的操作溫度區間內，隨著操作溫度的上升，PMV 和 MTS 趨近相同;當操作溫度高于 28℃之后，熱感覺投票的預測值大于實測值，即 PMV 模型高估了受試者對溫度變化的敏感程度。

　　由此可知，PMV 模型用于預測自然通風條件下居民的熱感覺時發生嚴重的偏離，而且溫度偏離中性越多，“剪刀差”現象越明顯，這個變化趨勢與已有研究相似[21，22]。采用溫度頻率法將 PMV 和 MTS 分別與操作溫度 top進行加權回歸分析，得到熱感覺投票預測模型以及熱感覺投票實測模型為PMV = 0.373 3top - 9.780 6, R2 = 0.975 7 (4)MTS = 0.227 3top - 5.676 1, R2 = 0.821 5 (5)

　　4. 2 中性溫度、期望溫度和可接受溫度范圍

　　中性溫度是指一定環境中人體熱感覺不冷不熱的溫度，即受試者的熱感覺投票為“中性”時所對應的溫度。令式(3)、(4)2 個線性回歸分析式中的PMV 和 MTS 都等于 0，可以求出預測中性溫度為26.2℃、實測中性溫度為 25.0℃。同屬夏熱冬暖熱工分區但緯度更低的北海[23]、粵東[24]、海南[7]農村的居民的中性溫度分別是 26.1℃、26.7℃和 27.3℃。

　　可以看出，隨著緯度的降低中性溫度呈升高趨勢，這與閆海燕等[25]的研究結論相同。期望溫度表達的是居民對當前環境的偏好溫度。通過現場詢問受試者對當前環境期望“變冷”、“不變”、“變熱”獲得調查數據，運用線性回歸方法加權擬合，期望變冷和期望變熱線性回歸的交點值即為期望溫度。計算得出賀州地區農宅受試者夏季的期望溫度為 24.4℃，低于中性溫度，符合既往研究的結論[26]。

　　根據 ASHRAE 55 標準和 ISO 7730 標準規定：80% 居民能接受的環境即為熱舒適環境，即熱不接受率 PD≤20% 的溫度為人們可接受的舒適溫度。測試過程中，對受試者進行詢問“對于此刻的熱環境，您是否可以接受?”。通過溫頻法和回歸分析，確定熱不接受率和操作溫度之間的關系，令 PD=20%，可得到該地區居民夏季可接受溫度的上限值為 29.6℃。

　　4. 3 熱主觀感覺的影響因素

　　4.3.1 年齡研究表明，人體新陳代謝和免疫力隨年齡增長而下降，老年人對熱環境的感知和對熱舒適的需求與年輕人有明顯差異[27]。本研究依據世衛組織對老年人年齡劃分規定，將受試者分為年齡小于 60 歲的成年人群體(179 人，占比 64%)和大于等于 60 歲的老年人群體(101 人，占比 36%)。不同群體的 MTS、MTC 和熱期望投票的分布如表 6 所示。MTC 為 0、+1、+2、+3 表示舒適，由表 6 可知，夏季賀州河西村的自然通風農宅中，分別有 95.1% 的老年人受試者和 82.6% 的成年人受試者感覺舒適;27.9% 的老年人期望溫度變涼，71.6%的老年人愿意溫度保持不變，這一比例在成年人中分別為 54% 和 46%。結果顯示，賀州地區農村的老年人在夏季對熱的耐受力比成年人更強。

　　4.3.2 性別研究表明，在相同的室內熱環境條件下，不同性別的居民熱感覺存在差異[29]。為進一步了解賀州農村男性和女性居民在熱感覺和熱舒適方面的差異，繪制不同性別的 MTS 和 MTC 頻率分布圖。將熱舒適投票值 0~+3 視為舒適，可知，實測期間 80.2% 的男性感到舒適，這一比例在女性中達到 91.6%。由熱感覺投票頻率分布可知，女 性 對 熱 環 境 的 可 接 受 度 為 79.1%，比 男 性 高1.3%，二者比例接近。

　　將男性和女性的 MTS 分別與操作溫度 top進行加 權 回 歸 分 析 ，得 到 男 性 和 女 性 的 MTS 模 型 分別為MTS男性 = 0.268 0top - 6.420 2,R2 = 0.893 1(8)MTS女性 = 0.277 1top - 6.722 4,R2 = 0.928 1(9)依據式(8)、(9)計算得出男性和女性的中性溫度分別為 24℃和 24.3℃，由此可以認為夏季男性和女性的中性溫度不存在統計學上的顯著差異。

　　5 結論

　　1)實測期間，賀州地區農宅室內平均空氣溫度為 28.5℃、平均操作溫度為 28.6℃，均高于 ISO 7730標準(26℃)和 ASHRAE 55 標準(27℃)和我國民用建筑室內熱濕環境評價標準(28℃)規定的夏季熱舒適上限，室內熱環境較差。

　　2)夏季服裝熱阻平均值為 0.4 clo，著裝情況與操作溫度存在顯著線性關系，每升高單位操作溫度，服裝熱阻減少 0.01 clo。3)74.1% 的受試者對當前環境表示可以接受，表明當地農村居民對夏季高溫有較強的耐受力。4)該地區夏季實測中性溫度為 25.0℃，預測中性溫度為 26.2℃，期望溫度為 24.4℃，較實測中性溫度低 0.6℃，可接受溫度范圍為 19.5℃~29.6℃。對比夏熱冬暖南區的農村，賀州農村居民熱中性溫度和可接受溫度上限都相對較低，這與其所處于夏熱冬暖北區有關。

　　5)主觀熱感覺受到年齡和性別等因素的影響。60 歲及以上的老年人群體有 95.1% 感覺舒適，而小于 60 歲的群體中感覺舒適的比例則為 82.6%;實測中性溫度前者為 25.4℃，后者為 24.5℃。這表明賀州地區農村老年人在夏季對熱的耐受力更強。6)性別在對熱環境的可接受度方面差異不明顯，女性為 79.1%，僅比男性高 1.3%，比例接近。二者的實測中性溫度分別為 24.3℃和 24.0℃，不存在統計學上的顯著差異。

　　參考文獻:

　　[1] Peng T, Zhang Y C, Jiang X Y, et al. Investigation ofpregnant women thermal comfort in the waiting area ofthe hospital in South China, Guangzhou[J]. Journal ofBuilding Engineering, 2021, 44: 103254.

　　[2] Zhang Z J, Zhang Y F, Khan A. Thermal comfort ofpeople in a super high rise building with central airconditioning system in the hot humid area of China[J].Energy and Buildings, 2020, 209: 109727.

　　[3] 黃曉丹,劉佳妮,郭文智 . 廣州地區自然通風體育館室內熱舒適研究[J].暖通空調,2019,49(4): 133 138.Huang Xiaodan, Liu Jiani, Guo Wenzhi. Field study onindoor thermal comfort of naturally ventilatedgymnasiums in Guangzhou[J]. Heating Ventilating &Air Conditioning, 2019,49(4): 133 138.

　　[4] Zhang Y F. Design criteria of built thermal environmentfor Hot Summer & Warm Winter zone of China[J].Building and Environment, 2015,88: 97 105.

　　作者：鞏新枝 1,2，3，陳晨 2