遮陽對帳篷熱環(huán)境改善的實驗研究

劉靜波，姜盈霓，胡信布，楊　浩，龔正國（武警后勤學(xué)院建筑工程系，天津300309）

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遮陽對帳篷熱環(huán)境改善的實驗研究

劉靜波，姜盈霓，胡信布，楊浩，龔正國
（武警后勤學(xué)院建筑工程系，天津300309）

摘要：為了改善帳篷內(nèi)部熱環(huán)境，本文分別在兩頂93型軍用棉帳篷上面架設(shè)織物密度分別為“三針”和“六針”的黑色遮陽網(wǎng)，對帳篷內(nèi)部溫度、空氣相對濕度和內(nèi)壁面溫度進(jìn)行了測試及分析，結(jié)果表明，遮陽網(wǎng)對帳篷熱環(huán)境改善效果明顯，且“六針網(wǎng)”效果好于“三針網(wǎng)”。本文研究結(jié)論為帳篷熱環(huán)境的改善和節(jié)能設(shè)計提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：帳篷；遮陽；熱環(huán)境

0　引言

帳篷是部隊重要的野營保障裝備，但存在很大缺陷：熱阻和熱惰性較小[1]，內(nèi)部環(huán)境“悶熱潮濕不透風(fēng)”，嚴(yán)重影響人員休整。目前關(guān)于帳篷熱環(huán)境改善的研究很多[2-5]，但卻少有學(xué)者將遮陽技術(shù)應(yīng)用到帳篷上。筆者結(jié)合生活實踐將農(nóng)用黑色遮陽網(wǎng)架設(shè)到帳篷上，對帳篷內(nèi)部熱環(huán)境進(jìn)行測試及分析，研究遮陽網(wǎng)對帳篷熱環(huán)境的改善效果，為帳篷升級改造提供數(shù)據(jù)參考和理論依據(jù)。

遮陽網(wǎng)采用高密度聚乙烯為原料，加入一定比例的色母拉絲精織而成，具有耐熱、耐寒、使用方便、壽命長、價格便宜等特點，在遮光、降溫等方面有良好的實用性。實驗選擇遮陽評價較好、應(yīng)用較為廣泛的“三針遮陽網(wǎng)”和“六針遮陽網(wǎng)”。織物密度為六針的遮陽網(wǎng)，遮陽率達(dá)到96%以上，遮陽效果較好，但織物密度大，不利于網(wǎng)下熱空氣流通替換；三針遮陽網(wǎng)遮光率75%左右，但網(wǎng)下熱空氣流通較好。為得到更好的遮陽效果，本文選用以上材料作為帳篷遮陽網(wǎng)。

1　實驗對象

實驗對象為93型軍用棉帳篷：長4.4m、寬4.6m、頂高2.57m、邊高1.4m。面料：28×2/28×2草綠色滌綸防水帆布；里料：白色牛津布；保暖層：3mm合纖針刺氈。將帳篷門窗置于全開狀態(tài)，用支架將兩個面積為10m×10m，織物密度分別為“三針”和“六針”的黑色遮陽網(wǎng)（以下簡稱“三針網(wǎng)”和“六針網(wǎng)”）架設(shè)到帳篷頂上約1m高度處，帳篷實物及遮陽網(wǎng)架設(shè)方法如圖1所示。通過測試相關(guān)參數(shù)，研究遮陽網(wǎng)對帳篷熱環(huán)境的改善效果。

2　實驗方案

實驗時間為2015年9月8日8：30～16：00，每半小時記錄一次數(shù)據(jù)。當(dāng)天天氣為晴轉(zhuǎn)多云，最高氣溫29℃，最低氣溫20℃，東南方向微風(fēng)。

實驗地點為天津市東麗區(qū)，天津位于北緯38°34′～40°15′，東經(jīng)116°43′～118°04′之間，地處華北平原東北部，北溫帶半干旱半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明。大陸性氣候特征，全年平均氣溫在11.4℃～12.9℃之間，1月最冷，月平均氣溫在-5.4℃～3.0℃之間；7月最熱，月平均氣溫在25.9℃～26.7℃之間。冬季寒冷干燥；夏季多偏南風(fēng)且高溫高濕，雨熱同季[8]。

測試內(nèi)容為帳篷內(nèi)部溫度、空氣相對濕度和內(nèi)壁面溫度。帳篷內(nèi)部溫度用水銀溫度計測量，為增強(qiáng)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，選取0.1m層、0.5m層、1.0m層、1.5m層、2.0m層分別測量，且在每層各選取5個代表性位置布置測點，分別讀數(shù)并計算每層平均溫度，測點布置如圖2所示；空氣相對濕度采用干濕球溫度計測量，帳篷內(nèi)測點布置在中央偏上位置，帳篷外測點布置在無陽光直射位置；內(nèi)壁面溫度采用非接觸式紅外線測溫儀測量，測試面為東、南、西、北四個壁面和頂面、地面，測點布置在各個面的中間位置。各分項實驗儀器見表1。

表1　實驗項目及實驗儀器相關(guān)參數(shù)

3　實驗結(jié)果分析

3.1室內(nèi)溫度

架設(shè)有“三針網(wǎng)”的帳篷內(nèi)部溫度測試結(jié)果如圖3所示。

“三針網(wǎng)”下篷內(nèi)溫度變化趨勢先升后降，峰值出現(xiàn)在午間11：00左右，隨后溫度回落。其原因為：11：00前天氣晴朗，陽光充足，溫度升高；11：00后天氣由晴轉(zhuǎn)為多云，陽光不足，溫度回落。

0.1m層受地表溫度影響，溫度較低、變化較小；2.0m層溫度較高，升高速率高于其他溫度層，11：00左右溫度為32.2℃，高于1.5m層約2.6℃，高于室外約3.0℃，其原因在于：“三針網(wǎng)”織物密度較小，有部分陽光透過遮陽網(wǎng)縫隙直射篷頂，篷下積聚熱量使溫度升高。

層間溫差大：午間溫差大，早晚溫差小，峰值出現(xiàn)在11：00左右，2.0m層高于0.1m層約5.8℃；整個測試時段內(nèi)溫度變化大，2.0m層最高溫度約32.2℃，0.1m層最低溫度溫約22.7℃，溫差約9.5℃，人體難以適應(yīng)。

架設(shè)有“六針網(wǎng)”的帳篷內(nèi)部溫度測試結(jié)果如圖4所示。

“六針網(wǎng)”下篷內(nèi)溫度變化趨勢同樣先升后降，但較為平穩(wěn)：在7：30～9：00之間篷內(nèi)溫度逐漸上升；在14：30～16：00之間，溫度逐漸降低；在9：00～14：30之間，篷內(nèi)溫度變化較小，并沒有受陽光影響出現(xiàn)大幅度波動。

0.1m層溫度與“三針網(wǎng)”帳篷一致，受地表溫度影響，溫度較低、變化較小；2.0m層溫度雖高于其它層，但相對于“三針網(wǎng)”，空氣得熱較少，其原因在于：“六針網(wǎng)”織物密度較大，能穿過遮陽網(wǎng)直射篷頂?shù)年柟廨^少，輻射量較“三針網(wǎng)”低。

層間溫差小，在0.5℃上下浮動。1.0m層與1.5m層溫度較為接近，溫差小于其它層，在11：30～14：30時間段內(nèi)最為明顯。其原因在于：帳篷在此高度處設(shè)有窗口，內(nèi)外空氣發(fā)生對流換熱，使1.0m層與1.5m層溫度均接近室外氣溫。

結(jié)果分析：

（1）篷內(nèi)晝夜溫差大。原因在于篷布熱阻和熱惰性小于常規(guī)建筑，外界環(huán)境很容易影響篷內(nèi)氣溫，早晚溫度低、午間溫度高，變化較大，不利于人員休息和睡眠。

（2）篷內(nèi)垂直溫差大。原因在于篷內(nèi)各層溫度受不同條件影響，頂層溫度受陽光輻射影響較多，底層溫度受地面溫度影響較多，中間層接近窗口，溫度受室外氣溫影響較多。

（3）篷內(nèi)空氣與外界對流能力弱。原因在于帳篷各窗口高度一致，開口面積較小，影響空氣對流。盡管棉帳篷隔熱性強(qiáng)于單帳篷，但通風(fēng)性較差，會體感“悶熱”。如果在夏季和過渡季使用，建議對窗口大小和位置進(jìn)行升級改造，增強(qiáng)通風(fēng)性。

（4）“六針網(wǎng)”遮陽效果好于“三針網(wǎng)”。原因在于：“六針網(wǎng)”織物密度相對較大，能更多的阻擋陽光直射篷頂，降低輻射量，改善帳篷熱環(huán)境。若采取遮陽技術(shù)改善篷內(nèi)溫度，建議選擇遮光性強(qiáng)的織物作為遮陽網(wǎng)。

3.2空氣相對濕度

本實驗空氣相對濕度測試結(jié)果如圖5所示。

帳篷外相對濕度變化趨勢為先降后升，早晚較高，午間較低。其原因在于：在7：30～8：30之間草地上露水蒸發(fā)，相對濕度緩慢升高；在8：30～14：00之間空氣的水汽含量變化不大，但空氣溫度較高，相對濕度隨之降低；在14：00～16：00之間天氣多云，空氣溫度逐步降低，相對濕度逐步升高。

“三針網(wǎng)”下篷內(nèi)相對濕度較高，變化幅度較大。在7：30～8：30之間，帳篷底面露水蒸發(fā)，相對濕度較高；在8：30～11：30之間，篷內(nèi)空氣與外界對流較弱，水汽含量變化不大，但帳篷內(nèi)溫度升高，相對濕度整體上為降低趨勢；在11：30之間，篷內(nèi)溫度逐漸降低，相對濕度逐漸升高。

“六針網(wǎng)”下篷內(nèi)相對濕度變化趨勢與外界趨同，但較為平穩(wěn)。最高濕度73%，最低濕度38%，平均相對濕度為56%，空氣較為濕潤。篷內(nèi)濕度高于外界，其原因在于：內(nèi)部空氣與外界對流較弱，下底面泛出的潮氣聚在帳篷內(nèi)，增大了相對濕度。

三條濕度曲線變化趨勢較為一致，早晚濕度高，午間時段濕度較低。兩種帳篷內(nèi)部濕度均高于外界濕度，但變化幅度略有不同：“六針網(wǎng)”下濕度變化較小，“三針網(wǎng)”下濕度變化較大。原因在于“三針網(wǎng)”較“六針網(wǎng)”織物密度較小，遮光性較弱，受陽光輻射影響相對較大。在水汽含量相對恒定的情況下，隨著“三針網(wǎng)”下篷內(nèi)溫度的大幅度波動，相對濕度隨之升降。

結(jié)果分析：

（1）篷內(nèi)空氣濕度較高。內(nèi)部空氣濕度主要影響因素為下底面，地表露水和土壤中的潮氣會提升篷內(nèi)濕度，尤其在早晚更為明顯。建議為帳篷增設(shè)地布，起到防潮作用。

（2）篷內(nèi)空氣與外界對流較弱。表現(xiàn)在外界空氣相對濕度較低，帳篷內(nèi)空氣濕度較高。由于窗口原因，帳篷內(nèi)空氣不能與外界進(jìn)行良好對流，潮氣在帳篷內(nèi)積聚，使?jié)穸茸兏?。建議調(diào)整帳篷窗口位置和大小，起到降濕作用。

（3）遮光量可以影響篷內(nèi)相對濕度?？椢锩芏容^大的“六針網(wǎng)”有較強(qiáng)的遮光性，穿過遮陽網(wǎng)的陽光較少，篷內(nèi)溫度和相對濕度受輻射影響較小，變化較小。若采取遮陽技術(shù)改善篷內(nèi)濕度，建議選擇遮光性強(qiáng)的織物作為遮陽網(wǎng)。

3.3內(nèi)壁面溫度

“三針網(wǎng)”和“六針網(wǎng)”下帳篷內(nèi)壁面溫度如圖6、圖7所示。

內(nèi)壁面溫度受陽光輻射量的影響：陽光輻射量充足時，溫度升高；輻射量不足時，溫度降低。從圖5、圖6可以看出篷壁溫度走勢趨同，但受遮陽網(wǎng)性能影響，“三針網(wǎng)”下篷壁溫度變化波動性較大；“六針網(wǎng)”溫度變化較為穩(wěn)定。

東壁面在7：30～10：00之間受陽光直射，溫度較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他壁面溫度；南壁面溫度較高，北壁面溫度較低，其差異來源為：南面受陽光輻射多，北面受陽光輻射少；西壁面不同于東壁面，下午陽光不足，溫度升高不明顯；底面不受陽光輻射，溫度無明顯變化，約為大地溫度23℃；“三針網(wǎng)”頂篷溫度在9：30～11：00之間溫度較高，其原因在于篷頂此刻受較多陽光輻射，溫度升高較快。14：30以后，陽光不足，各壁面受輻射較弱，溫度趨于一致。

結(jié)果分析：

（1）篷壁受陽光輻射影響大。表現(xiàn)在隨著太陽方位的變化，同一壁面在一天內(nèi)受到陽光輻射量不同，溫度隨之變化；而不同壁面在同一時間內(nèi)，各壁面受到的陽光輻射量不同，溫度也不同。其原因在于：篷布材料熱阻和熱惰性較小，極易受外界環(huán)境影響。建議研發(fā)新型材料和遮陽技術(shù)，減少太陽輻射的影響。

（2）篷壁各面溫度差異較大。東壁面上午受到的陽光輻射量多，溫度較高；頂篷在正午時間溫度較高；且可以推測在陽光充足的下午，西壁面溫度較高；底面溫度較低，為大地溫度。對比于圖1、圖2，篷壁溫度與篷內(nèi)空氣溫度差異較大，帳篷熱環(huán)境受篷壁熱輻射影響，體感舒適性較差。

（3）遮陽網(wǎng)能改善篷壁溫度。表現(xiàn)在“六針網(wǎng)”各篷壁溫度并沒有隨太陽方位的變化而出現(xiàn)較大波動；“三針網(wǎng)”有一定透光性，在9：30～11：00之間陽光充足，篷頂溫度變化明顯。證明遮陽網(wǎng)較強(qiáng)的遮光性能穩(wěn)定篷壁溫度。

（4）帳篷東西壁面需加強(qiáng)遮陽。架設(shè)在頂部的遮陽網(wǎng)能夠遮住陽光，防止陽光直射篷頂，但東、西壁面遮陽效果卻有限。建議在東西兩面增設(shè)遮陽網(wǎng)，減少東、西壁面輻射量；北方地區(qū)建議將頂部遮陽網(wǎng)適當(dāng)南移，減少南壁面輻射量。

4　結(jié)語

帳篷內(nèi)部熱環(huán)境受外界影響較大，

且篷內(nèi)空氣與外界對流能力較弱，架設(shè)遮陽網(wǎng)能有效改善篷內(nèi)熱環(huán)境。建議選擇遮光性強(qiáng)的材料作為遮陽網(wǎng)，架設(shè)方法上需在帳篷東西兩面加強(qiáng)遮陽且北方地區(qū)需將遮陽網(wǎng)適當(dāng)南移，增加南面遮陽程度。另外，適當(dāng)調(diào)整窗口位置和大小，能提高帳篷內(nèi)外空氣對流能力；為帳篷加設(shè)地布，能起到防潮作用，降低帳篷內(nèi)相對濕度。

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修回日期：2016-01-18

Experiment Research on Shading to Improve the Thermal Environment of Tents

LIU Jing-bo，JIANG Ying-ni，HU Xin-bu，YANG Hao，GONG Zheng-guo
（Architecture Engineering Department，Logistics University of PAP，Tianjin 300309，China）

Abstract：In this paper，in order to improve the thermal environment of tents，the different black agricultural sun-shade nets were erected on the 93 type tents. The inner tempareture，relative air humidity and inside wall temperature were measured. Experimental results show that the shading nets can make a difference on the improvement of inner environment and the 6 needle fabric density net is better than the 3 needle fabric density net. The principle was suggested to be used in energy—saving design and the improvement of inner thermal environment of tents.

Key words：tents；shading；thermal environment

收稿日期：2015-12-07

作者簡介：劉靜波（1991-），男，河北唐山人，研究生在讀，研究方向：武警營房勤務(wù)。

中圖分類號：TU111

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：2095-3429（2016）01-0087-04

DOI：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2016.01.020