王海滔 陳雪 宋軍杰 黃慧君 高菁
摘要:高校教室是教師教學(xué)、大學(xué)生學(xué)習(xí)的主要場所,研究教室環(huán)境品質(zhì)的現(xiàn)狀并創(chuàng)造良好的教室環(huán)境品質(zhì),對教師和學(xué)生的身體健康、工作學(xué)習(xí)效率意義重大。本文以蘇州大學(xué)建筑學(xué)院教學(xué)樓為研究對象,通過對4個不同方位、樓層的專業(yè)教室進行實驗測試,分析比較各教室的室內(nèi)溫濕度差異,進而進行教室舒適度評價,并提出相應(yīng)的改善措施。
關(guān)鍵詞:溫度;濕度;測試;舒適度
1.引言
隨著生活水平的提高,人們對室內(nèi)熱舒適度提出了更高的要求,目前研究主要集中在對居住、辦公建筑的探索,對大量存在的高校教室的室內(nèi)環(huán)境問題卻有所忽略[1]。在眾多的高校教室中,建筑學(xué)專業(yè)教室利用率較高,根據(jù)建筑學(xué)院教學(xué)體制,學(xué)生在專業(yè)教室內(nèi)學(xué)習(xí)的時間長達8-12h,教室已成為學(xué)生的主要活動場所之一。因此,教室內(nèi)熱舒適度的好壞直接影響到學(xué)生的身心健康和學(xué)習(xí)效率,監(jiān)測及改善教室室內(nèi)熱舒適度環(huán)境顯得極為重要。
影響建筑學(xué)院教室室內(nèi)熱環(huán)境的因素有很多,主要包括室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度、氣流速度、環(huán)境輻射以及師生的衣著、活動強度等[2]。由于已有研究對蘇南亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候地區(qū)研究較少,因此,本文選取蘇州大學(xué)建筑學(xué)院的專業(yè)教室為測試對象,選取溫度和濕度作為研究熱舒適度的重要監(jiān)測因子,通過比較與分析不同教室的溫濕度,建立對熱舒適的客觀評價,有助于未來的建筑節(jié)能設(shè)計,改善目前對空調(diào)的依賴和能源的浪費。
2 測試方法與目的
2.1 測試方法
采用儀器測試法,實驗設(shè)備為HOBO溫濕度記錄儀,可測室內(nèi)溫度、室內(nèi)濕度等熱參數(shù),通過相關(guān)軟件處理,計算溫濕度變化曲線。為保證測試對象具有代表性,實驗依據(jù)相關(guān)規(guī)范,將溫濕度記錄儀測試高度定為0.7m,測試點選擇教室內(nèi)四角和中部位置,測試時間為連續(xù)性測試,從早上8:00到晚上8:00,選取有代表性的四個教室同步開展測試。
2.2 測試環(huán)境
實驗對象為蘇州大學(xué)建筑學(xué)院南部教學(xué)區(qū)的部分設(shè)計教室,選取其他條件相同,樓層和方位不同的教室,分別于三樓中部的1303室,五樓西部的1509室,中部的1503室,東部的1505室放置記錄儀(圖1)。教室長16m,寬8m,單向采光,共四扇窗戶,窗墻比為0.8,教室內(nèi)共有30個學(xué)生座位,課桌椅均為鋼材。測試過程中受試者所處的環(huán)境門窗關(guān)閉或自然通風(fēng),由于教室為單面開窗,測試期間平均空氣流速較小,受試者在測試期間內(nèi)均為靜坐休息狀態(tài)。
圖1 測試教室及HOBO儀器分布圖 (圖片來源:筆者制作)
2.3 測試目的
蘇州地處北緯31°.3′ 東經(jīng)120°.6′。屬亞熱帶濕潤性季風(fēng)海洋性氣候,四季分明,冬冷夏熱,雨量充沛。年平均氣溫17℃上下,年降水量1300 毫米左右,無霜期230 天左右,日照約2000 小時。蘇州氣候表現(xiàn)為冬季溫度低,相對濕度低,夏季溫度高,相對濕度高,人體感覺不夠舒適,主要通過門窗自然通風(fēng)和空調(diào)調(diào)節(jié)達到室內(nèi)舒適。5月份的蘇州溫度和濕度均達到人體舒適度要求,因此,在自然通風(fēng)的狀態(tài)下,分析比較不同教室和單個教室室內(nèi)溫度與濕度之間的變化關(guān)系,有助于判斷室內(nèi)熱舒適度,為監(jiān)測和改善室內(nèi)環(huán)境提供依據(jù)。
3 測試過程與數(shù)據(jù)分析
測試過程:測試從四個方面進行溫濕度的分析對比,即同樓層不同方位、同方位不同樓層、同教室不同測點以及某測點情況。
3.1 同樓層不同方位的溫濕度分析
根據(jù)1509、1503和1505三個教室中五個測點的平均溫度值、濕度值對比分析,繪制折線圖表如圖2所示。分析結(jié)果顯示:
圖2 1503、1505、1509教室溫濕度折線圖(圖片來源:筆者制作)
(1)8:00-20:00,三個教室內(nèi)溫度總體呈上升趨勢,并逐漸趨于平緩,最高值出現(xiàn)在14:00-15:00左右。溫度變化主要受光照影響較多,與教室的通風(fēng)情況也有一定關(guān)系。其中,8:00-11:00,1505教室溫度較其他兩個教室高,1503教室最低。三個教室在11:00時溫度達到統(tǒng)一,均為24.1℃。在之后的11:00-20:00,1509教室溫度顯然高于其他兩個教室。分析原因可知,1505教室朝東,在8:00-11:00接受到的光照顯然高于其余兩個教室。而11:00,太陽位置逐漸發(fā)生變化,處于朝西方向的1509教室西曬情況增強,溫度也隨之升高。處于中間位置,朝南的1503教室相對溫度則較平穩(wěn),受光照影響不大。
(2)8:00-20:00時間段內(nèi),三個教室內(nèi)的濕度變化總體呈先降后升的趨勢。主要與教室受光照情況、溫度以及通風(fēng)情況等有關(guān)。其中,11:00時,三個教室的濕度達到統(tǒng)一,為47%。11:00以后,1509教室的濕度顯然低于其他兩個教室,主要與1509教室朝向為西有關(guān)。
(3)三個教室的溫度與濕度關(guān)系密切,溫度升高時,其濕度相對降低;溫度降低時,其濕度相對升高。
3.2 同方位不同樓層的溫濕度分析
根據(jù)1303和1503兩個教室中五個測點的平均溫度值、濕度值對比分析,繪制折線圖表如圖3所示。分析結(jié)果顯示:
圖3 1303、1503教室溫濕度折線圖(圖片來源:筆者制作)
(1)8:00-20:00,兩個教室內(nèi)的溫度總體呈上升趨勢,并逐漸趨向平緩,最高值出現(xiàn)在14:00-15:00左右。其中,8:00-11:00,1303教室溫度高于1503。兩個教室在12:00時溫度達到統(tǒng)一,均為24.1℃。在之后的12:00-20:00時間段內(nèi), 1503教室的溫度顯著高于1303。主要與太陽高度、太陽照射,以及師生的進入有關(guān)。12:00后,1503教室人流開始增多,體熱也對溫度產(chǎn)生了一定影響。
(2)8:00-20:00,兩個教室內(nèi)的濕度變化總體呈先降后升的趨勢。主要與教室受光照情況、溫度以及通風(fēng)情況等有關(guān)。其中,9:00時,兩個教室的濕度達到統(tǒng)一,為53%。9:00以后,1503教室的濕度低于1303。主要與1303教室樓層較低,空氣流通緩慢有關(guān)。
(3)兩個教室的溫度與其濕度關(guān)系密切。一般溫度升高時,其濕度相對降低;溫度降低時,其濕度相對升高。
3.3 同教室不同測點的溫濕度分析
選取1303教室,測試12小時內(nèi)整點時刻五個測點的數(shù)據(jù)作為分析的基本數(shù)據(jù),經(jīng)整理可繪制1303室內(nèi)不同測點間的溫濕度對比,如圖4所示。通過測量對比發(fā)現(xiàn),同一教室五個測量點在相同時刻所處環(huán)境的溫濕度各異。具體情況如下:
圖4 1303教室溫濕度折線圖(圖片來源:筆者制作)
(1)室內(nèi)溫度介于23.0-25.7℃之間,平均溫度為24.4℃。隨著日出后測試時長增加,測點溫度均呈上升狀態(tài),測點3先于其他測點變化,呈較快上升趨勢至11:00,隨后平緩下降,其余測點則呈平緩狀態(tài)至17:00時達到最高值,而后逐漸降低。測點3溫度波動最大,平均溫差為0.2℃,而測點2與3位置相似,同靠南窗且正對兩扇出入門,但由于測點3處出入頻率小于測點2,空氣流動較小,使得局部空氣積聚,溫度更易于升高。測點1、4位置相似,均為北向靠門處,但由于測點1出入頻率大,受外界溫度影響較大,隨著外界溫度的升高,溫度較4高。除測點3外,其他測點幾乎處于同一溫度變化幅度范圍內(nèi),除測點5于17:00后溫度有小幅度迅速增長而高于測點1、2外,其余時段相差不大。
(2)隨著日照時間與日照強度的增加,五個測點所測濕度值均呈下降趨勢,并于14:00降至最低。由于測點3靠南窗處,受日照影響較大,區(qū)域內(nèi)空氣溫度較高且不流通,致使其濕度值最低,平均為45.0%,而測點1、2、4、5濕度值相差不大,平均濕度值為49.5%、51.3%、49.7%、51.3%,但測點1、4濕度較測點2、5低2%左右,測點1、4處于門口位置,測點2處于正對門口的靠南窗位置,測點5處于教室中心位置,由此說明空氣流通導(dǎo)致濕度減小。隨著日照強度降低,空氣溫度下降,室內(nèi)濕度略有上升,但在14:00-17:00時間內(nèi)保持穩(wěn)定。至17:00后,伴隨著日落,空氣漸冷,所測室內(nèi)的濕度值呈直線上升趨勢。
(3)總體而言,受太陽直射影響,教室內(nèi)南部方位處溫度高于北部方位、濕度低于北部方位,室內(nèi)中心區(qū)域位置溫度高于北部而低于南部;而在同一方位情況下,受人員流動而導(dǎo)致的空氣流通影響,出入頻繁處溫度明顯高于不頻繁處溫度,濕度則較出入不頻繁處濕度低。
3.4 某測點的溫濕度分析
選取1505教室中間節(jié)點位置的10號測試點分析其溫濕度變化,經(jīng)整理繪制溫濕度變化狀況如圖5所示。分析結(jié)果顯示:
圖5 1505中間節(jié)點10溫濕度變化圖(圖片來源:筆者制作)
(1)測點10處室內(nèi)溫度介于22.9-23.9℃之間,最低溫度為8:00時22.9℃,最高溫為16:00時 23.9℃,平均溫度為23.9℃。由圖看出,8:00-16:00,溫度基本處于上升狀態(tài),16:30左右,開始下降,至17:00時基本保持恒定狀態(tài),隨后由于在18:00后,教室內(nèi)人數(shù)陸續(xù)增加,且出入頻率逐漸增大,空氣流動較為強烈,故而溫度趨于下降;而在19:00后,教室內(nèi)人數(shù)固定,人員活動范圍趨于穩(wěn)定,于19:00-20:00間溫度又有所回升。
(2)測點10處室內(nèi)濕度介于23.0-24.4%之間,最高濕度值為8:00時24.4%,最低濕度為16:30時23.0%,平均濕度為23.7%。由圖看出,隨著太陽升起,溫度逐漸增加,室內(nèi)濕度呈平緩下降,至16:30左右降至最低。而后,隨著日照強度減弱,室內(nèi)外溫度降低,空氣濕度逐漸增加,室內(nèi)測試點濕度以較快的速率呈直線上升,于19:15時趨于穩(wěn)定,濕度值為24.3%。
(3)測點處溫度和濕度,在8:00時分別處于測量時間段內(nèi)最低值與最高值,而在16:00時又分別處于最高值與最低值。故而得出,日照時間與日照強度對于室內(nèi)特定點溫濕度的影響較大。此外,教室內(nèi)人員活動對溫度值影響較大,而對濕度值的影響效果不明顯。由于18:00時測定教室內(nèi)人數(shù)的增加,且進出教室頻率較高,導(dǎo)致室內(nèi)空氣流動加快,使得溫度有下降趨勢;待教室內(nèi)人數(shù)穩(wěn)定、人員活動范圍固定,溫度又逐漸上升至正常室溫。
4 結(jié)論
學(xué)生在舒適度較差的環(huán)境中學(xué)習(xí),會感覺不適或出現(xiàn)厭學(xué)現(xiàn)象,導(dǎo)致學(xué)習(xí)效率降低。實驗表明,在室溫為22℃~25℃、相對濕度為40%~60%RH的環(huán)境下進行思維活動,有助于提高學(xué)習(xí)和工作效率。本次實驗測試中,溫濕度處于舒適范圍內(nèi),而由于建筑朝向不同,形成的溫濕度變化對學(xué)生的舒適度產(chǎn)生影響。
通過上述實驗數(shù)據(jù)分析,得出以下幾點結(jié)論:
(1)不同高度與朝向?qū)κ覂?nèi)的溫度與濕度有一定的影響。具體而言,高度越高,濕度越小。朝西的教室于午后溫度顯著高于其余朝向教室,處于其中的師生舒適度較差,因而不適宜長期作為學(xué)習(xí)的環(huán)境。
(2)統(tǒng)一教室不同位置的溫濕度情況也不同。西南角的溫濕度變化較其余位置較大。在進行室內(nèi)座位布局時,應(yīng)避開西南角位置,將其用于其他功能使用。
(3)一天之中13:00~14:00太陽能輻射熱量最大,室內(nèi)的溫濕度也發(fā)生較大變化。因此在進行建筑布局時,應(yīng)使建筑物方向盡量為南偏東5°~15°,以降低太陽輻射對室溫的影響,提高環(huán)境熱舒適度。
此外,室內(nèi)的溫濕度情況與通風(fēng)情況、人流等方面也有一定關(guān)系,設(shè)計時應(yīng)當(dāng)綜合考慮。
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作者簡介:王海滔,男,漢,江蘇無錫,研究生,蘇州大學(xué),城鄉(xiāng)規(guī)劃。
陳雪,女,漢,江蘇鹽城,研究生,蘇州大學(xué),城鄉(xiāng)規(guī)劃。
宋軍杰,男,漢,河北邯鄲,研究生,蘇州大學(xué),藝術(shù)設(shè)計。
黃慧君,女,漢,江蘇無錫,研究生,蘇州大學(xué),風(fēng)景園林。
高菁,女,漢,河南平頂山,研究生,蘇州大學(xué),風(fēng)景園林。