上海地區(qū)住宅冬季濕環(huán)境調(diào)查與實(shí)測(cè)

繆智昕 連之偉 張曉靜 李 曦 馬 婷

（上海交通大學(xué) 上海 200240）

上海地區(qū)住宅冬季濕環(huán)境調(diào)查與實(shí)測(cè)

繆智昕 連之偉 張曉靜 李 曦 馬 婷

（上海交通大學(xué) 上海 200240）

為了解東部沿海地區(qū)住宅冬季室內(nèi)濕環(huán)境現(xiàn)狀，選取上海作為典型城市，對(duì)住宅室內(nèi)環(huán)境與居民主觀感覺(jué)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，并選取部分住宅進(jìn)行了室內(nèi)外熱濕環(huán)境的長(zhǎng)期實(shí)測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果表明，大多數(shù)被調(diào)查者認(rèn)為冬季室內(nèi)濕環(huán)境較為合適；但仍有34%的被調(diào)查者表示住宅室內(nèi)不同程度地干燥希望進(jìn)行加濕。實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，室內(nèi)含濕量受室外含濕量的顯著影響，采暖住宅和非采暖住宅的室內(nèi)相對(duì)濕度基本在30%-60%范圍內(nèi)，依據(jù)GB50736-2012，兩類(lèi)住宅室內(nèi)濕環(huán)境均符合舒適要求。

室內(nèi)濕環(huán)境；現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查；住宅；冬季

0 引言

研究表明，室內(nèi)相對(duì)濕度與人們的舒適和健康有著非常大的關(guān)系。一方面，室內(nèi)相對(duì)濕度過(guò)低（小于30%）時(shí)，人們常常會(huì)感覺(jué)鼻喉、眼睛和皮膚干燥[1]。濕度過(guò)低還會(huì)導(dǎo)致呼吸系統(tǒng)黏膜表面干燥，黏液濃度增加，導(dǎo)致纖毛自潔和噬菌活動(dòng)減少，增加呼吸系統(tǒng)疾病的患病率。此外，干燥環(huán)境還會(huì)引起服裝、土壤、地毯等的電導(dǎo)率減小而容易產(chǎn)生靜電，給人們?nèi)粘Ｉ顜?lái)不良體驗(yàn)。另一方面，當(dāng)室內(nèi)濕度過(guò)大時(shí)，容易引起微生物的大量繁殖及霉菌的滋生，從而引發(fā)易感人群的呼吸不適或過(guò)敏癥狀[2]。因此，要保證人員的健康，必須控制室內(nèi)濕環(huán)境處于合理的范圍內(nèi)。

室內(nèi)空氣濕度大小直接影響建筑空調(diào)能耗，在冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)相對(duì)濕度越大，能耗越高，在冬季，相對(duì)濕度每提高10%，能耗約增加6%[3]。室內(nèi)熱負(fù)荷包括顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷，其中潛熱負(fù)荷由室內(nèi)人員散濕、敞開(kāi)水面散濕、植物蒸發(fā)散濕等構(gòu)成。

針對(duì)熱環(huán)境已有大量相關(guān)研究。相比之下，針對(duì)濕環(huán)境的調(diào)查和研究尚很缺乏。目前國(guó)際公認(rèn)的針對(duì)室內(nèi)濕環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)有：美國(guó)采暖通風(fēng)空調(diào)工程師ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)、英國(guó)皇家特許建筑設(shè)備工程師學(xué)會(huì)CIBSE Guide1986、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織ISO7730等[4]。ASHRAE55-2004舒適標(biāo)準(zhǔn)推薦濕度上限不大于0.012kg/kg干空氣，無(wú)推薦濕度下限。ISO標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)濕度應(yīng)該設(shè)定在30%～70%之間。英國(guó)CIBSE標(biāo)準(zhǔn)冬季推薦濕度不大于50%，無(wú)推薦濕度下限。我國(guó)在2000年制定的GB/T18049-200（中等熱環(huán)境中PMV和PPD指數(shù)的測(cè)定及熱舒適條件的規(guī)定），相對(duì)濕度應(yīng)該設(shè)定在30%～70%之間，是為了減少潮濕或干燥皮膚及眼睛的刺激、靜電、細(xì)菌生長(zhǎng)和呼吸系統(tǒng)疾病的危害。根據(jù)GB50736-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》冬季相對(duì)濕度應(yīng)設(shè)定在30%～60%，溫度范圍為18℃～24℃。

上海地區(qū)處于我國(guó)的夏熱冬冷氣候區(qū)，傳統(tǒng)上認(rèn)為上海地區(qū)夏季濕熱，冬季濕冷。但隨著人們生活水平的提高，越來(lái)越多的家庭安裝了空調(diào)、地暖等采暖設(shè)備，現(xiàn)代化的環(huán)境調(diào)控手段勢(shì)必對(duì)室內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生重大影響。但是，目前尚無(wú)針對(duì)住宅室內(nèi)濕環(huán)境的調(diào)查與實(shí)測(cè)研究，因此，本文針對(duì)上海地區(qū)住宅冬季濕環(huán)境進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和實(shí)測(cè)，目的是了解上海地區(qū)住宅冬季室內(nèi)濕環(huán)境的現(xiàn)狀，為夏熱冬冷地區(qū)特別是上海地區(qū)的健康住宅設(shè)計(jì)和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)依據(jù)和參考。

1 研究方法

1.1 調(diào)研對(duì)象

本次調(diào)查分為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和長(zhǎng)期實(shí)測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查隨機(jī)選取上海地區(qū)30戶住宅，長(zhǎng)期測(cè)試選取了2戶采暖（均為地暖采暖用戶）和2戶非采暖住戶。

1.2 實(shí)測(cè)方法

第一階段為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，具體時(shí)間為2014年12月10號(hào)到2015年1月12號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查包含問(wèn)卷調(diào)查與熱濕環(huán)境測(cè)量?jī)刹糠帧?/p>

人體熱反應(yīng)是室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的函數(shù)，可將其視為隨機(jī)變量。根據(jù)中心極限定理，當(dāng)樣本充分大時(shí)，人體熱反應(yīng)的分布近似為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，一般認(rèn)為問(wèn)卷樣本數(shù)不應(yīng)小于50[5]。問(wèn)卷主要內(nèi)容：被調(diào)查者的基本信息、住宅采暖方式、被調(diào)查者在調(diào)查時(shí)刻的主觀熱濕感受（包括熱感覺(jué)、濕感覺(jué)和整體舒適感三個(gè)方面）、針對(duì)濕環(huán)境的改善措施等。其中，熱感覺(jué)采用TSV（Thermal Sensation Vote）感覺(jué)投票，即根據(jù)ASHRAE熱感覺(jué)標(biāo)度的七級(jí)分度指標(biāo)，從冷至熱分級(jí)為-3～+3。濕感覺(jué)采用HPV（Humidity Perception Vote）投票方法，將濕感覺(jué)分為七級(jí)分度指標(biāo)，從潮濕到干燥為-3～+3。整體舒適感覺(jué)采用整體舒適感投票TVC（Total Comfort Vote），分為：舒適，有點(diǎn)不舒適，不舒適，很不舒適，難以忍受5級(jí)指標(biāo)，對(duì)應(yīng)投票值分別為-2，-1，0，1，2。

在住戶填寫(xiě)問(wèn)卷的同時(shí)，調(diào)查人員對(duì)住宅室內(nèi)溫濕度進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量參數(shù)與相應(yīng)儀器見(jiàn)表1。根據(jù)建筑測(cè)試技術(shù)規(guī)范，測(cè)點(diǎn)布置原則為距地面1.1m，距墻面大于0.6m，5分鐘后讀數(shù)，并避免太陽(yáng)輻射[5]。

第二階段為長(zhǎng)期實(shí)測(cè)，具體測(cè)量時(shí)間為2015年1月20號(hào)到2015年2月14號(hào)。測(cè)量參數(shù)為溫度和相對(duì)濕度，測(cè)量間隔為1小時(shí)，其他測(cè)試要求與第一階段現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查相同。

表1 測(cè)試參數(shù)及儀器Table1 Test parameters and instruments

2 結(jié)果與分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果與分析

2.1.1 被調(diào)查對(duì)象基本信息

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查回收有效問(wèn)卷56份。被調(diào)查住戶基本信息見(jiàn)表2?？梢?jiàn)，被調(diào)查群體在上海市的平均居住時(shí)間為17.25年，最短為7年，說(shuō)明大多數(shù)受試者已經(jīng)基本適應(yīng)了上海市的氣候。被調(diào)查住宅的采暖情況見(jiàn)圖1。

表2 人員背景統(tǒng)計(jì)表Table2 Personnel background Statistics

冬季常用采暖方式統(tǒng)計(jì)見(jiàn)圖1。從圖中可以看出有32.1%的住戶冬季采暖方式是空調(diào)，17.9%的住戶采用電采暖器，有25%的住戶冬季用地暖采暖，其余的冬季沒(méi)有采暖措施。

圖1 冬季常用采暖方式統(tǒng)計(jì)Fig.1 Winter heating way Statistics

2.1.2 環(huán)境參數(shù)測(cè)量結(jié)果

室內(nèi)環(huán)境的溫濕度測(cè)量結(jié)果反映在焓濕圖上，見(jiàn)圖2。除溫濕度外，還測(cè)量了室內(nèi)風(fēng)速，測(cè)得風(fēng)速為0.01±0.008 m/s。調(diào)查時(shí)刻有7戶（23.3%）住戶采暖，其中5戶（16.7%）采用地板采暖。

圖2 各住戶溫濕度分布Fig.2 Distribution of temperature and humidity of each household

2.1.3 室內(nèi)濕環(huán)境主觀感受

調(diào)查時(shí)刻濕感覺(jué)的投票分布如圖3、圖4。54%的被調(diào)查者認(rèn)為室內(nèi)相對(duì)濕度適中，93%的被調(diào)查者表示室內(nèi)濕環(huán)境可接受或滿意，61%的被調(diào)查者認(rèn)為室內(nèi)濕度適中可保持現(xiàn)狀，但仍有34%的被調(diào)查者反映室內(nèi)存在不同程度地干燥，希望采取改善措施進(jìn)行加濕。54%的被調(diào)查者認(rèn)為室內(nèi)相對(duì)濕度適中而61%的被調(diào)查者認(rèn)為室內(nèi)濕度適中可保持現(xiàn)狀，說(shuō)明雖然部分被調(diào)查者認(rèn)為室內(nèi)濕度干燥或潮濕但表示對(duì)環(huán)境可接受或可保持現(xiàn)狀。

圖3 濕度主觀投票數(shù)Fig.3 Votes of humidity Perception

圖4 濕度主觀投票Fig.4 Proportion of humidiy perception

2.1.4 室內(nèi)相對(duì)濕度與平均濕感覺(jué)投票的關(guān)系

根據(jù)bin法，以5%為最小濕度區(qū)間[6]，計(jì)算各相對(duì)濕度區(qū)間的平均相對(duì)濕度和對(duì)應(yīng)的平均濕感覺(jué)投票值（Mean Humidity Perception Vote），獲得平均濕感覺(jué)與相對(duì)濕度的關(guān)系如圖5。線性回歸方程為：

圖5 平均濕感覺(jué)與相對(duì)濕度的關(guān)系Fig.5 The relationship of RH and the MHPV

當(dāng)MHPV=0時(shí)，RH=49.48%，即最舒適的相對(duì)濕度49.5%；當(dāng)?0.5≤MHPV≤0.5時(shí)，30.75%≤RH≤68.20%，即上海地區(qū)推薦的相對(duì)濕度區(qū)間是30.75%～68.20%。與GB/T18049-200（中等熱環(huán)境中PMV和PPD指數(shù)的測(cè)定及熱舒適條件的規(guī)定）對(duì)相對(duì)濕度的規(guī)定是相一致的。另外根據(jù)GB50736-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》，從節(jié)能的考慮相對(duì)濕度應(yīng)設(shè)定在30%～60%之間。因此本文認(rèn)為冬季相對(duì)濕度的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)為30%～60%。

2.2 長(zhǎng)期實(shí)測(cè)結(jié)果與分析

2.2.1 環(huán)境參數(shù)測(cè)量結(jié)果

圖6所示為長(zhǎng)期實(shí)測(cè)的環(huán)境參數(shù)結(jié)果?？梢?jiàn)，采暖住宅的溫度和相對(duì)濕度基本滿足GB50736-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的舒適范圍；而非采暖住宅的僅相對(duì)濕度滿足要求，溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)推薦的舒適值。

圖6 各住戶溫濕度測(cè)量結(jié)果Fig.6 Temperature and humidity of each household

圖7 20℃下各住戶相對(duì)濕度頻率分布Fig.7 Frequency distribution of RH in the houses under 20℃

圖6 的框內(nèi)是根據(jù)GB50736-2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》畫(huà)的舒適區(qū)，通常住宅室內(nèi)供暖設(shè)計(jì)溫度為18℃～20℃[7]，以20℃為例，計(jì)算此溫度下各住戶的相對(duì)濕度，相對(duì)濕度的頻率分布如圖7?？梢?jiàn)采暖住戶含濕量大于非采暖住戶含濕量，可以計(jì)算得出非采暖A和非采暖B分別有82.1%、83.7%的比例相對(duì)濕度小于30%，而采暖A、采暖B分別有84.3%、90.1%的比例室內(nèi)相對(duì)濕度介于30%～60%之間。

2.2.2 結(jié)果與討論

（1）對(duì)室內(nèi)外含濕量進(jìn)行線性回歸，如圖8所示。從圖中可以看到，各住戶室內(nèi)外含濕量線性關(guān)系顯著（P<0.001），室內(nèi)含濕量受室外含濕量的顯著影響。

圖8 室內(nèi)外含濕量的關(guān)系Fig.8 The relationship of absolute humidity of indoor and outdoor

（2）根據(jù)焓濕圖計(jì)算可得各住戶的含濕量，見(jiàn)圖9?？梢?jiàn)，實(shí)測(cè)期間，室內(nèi)含濕隨室外含濕量變化明顯，其中非采暖住宅室內(nèi)外含濕量基本一致，而采暖住宅室內(nèi)含濕量明顯高于室外。分析住戶日常行為記錄發(fā)現(xiàn)，以上差異的主要原因是實(shí)測(cè)期間非采暖住宅無(wú)人員活動(dòng)，而采暖住宅有正常的人員活動(dòng)，而很多家庭是非采暖住宅，但是有人員活動(dòng)的，因此實(shí)際非采暖住宅室內(nèi)含濕量是高于室外含濕量的?？紤]到人員活動(dòng)是室內(nèi)產(chǎn)濕的一大來(lái)源，為更真實(shí)地反映住宅室內(nèi)濕環(huán)境，計(jì)算20℃非采暖住宅含濕量時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)非采暖住宅加入該部分含濕量。

圖9 各住戶含濕量Fig.9 Absolute humidity of each household

如前所述，采暖住戶室內(nèi)含濕量大于非采暖室內(nèi)含濕量，說(shuō)明室溫較高時(shí)，室內(nèi)有較多產(chǎn)濕。室內(nèi)產(chǎn)濕來(lái)源分別有人體產(chǎn)濕、敞開(kāi)水表面或潮濕表面的散濕量、人為散濕量等。

（1）人體產(chǎn)濕

不同建筑物中有不同比例的成年男子、女子和兒童，而成年女子和兒童的散濕量低于成年男子。實(shí)際計(jì)算中，以成年男子散濕量為基礎(chǔ)，考慮各類(lèi)人員組成比例的系數(shù)即群集系數(shù)，群集系數(shù)與成年男子散濕量取值參見(jiàn)文獻(xiàn)[7]，住宅群集系數(shù)取0.9。則住宅人體散濕量的計(jì)算公式為[8]：

式中，W1為人體散濕量，g/h；n為總?cè)藬?shù)；g為成年男子散濕量，g/h。

（2）人為散濕

人為散濕是指建筑物內(nèi)人員日常生活如洗臉、吃飯、喝水形成的水分蒸發(fā)，出入盥洗室、廁所等帶出的水分等。根據(jù)試驗(yàn)測(cè)定，人員24h在建筑物內(nèi)生活、工作時(shí)，可按30～40g/(h·人)計(jì)算[9]。

式中，W2為人為散濕量，g/h；n為總?cè)藬?shù)，人；m為每人每小時(shí)散濕量，建筑物內(nèi)生活時(shí)可取30～40g/(h·人)。

（3）敞開(kāi)水表面或潮濕表面的散濕量

建筑物內(nèi)存在著水池、衛(wèi)生設(shè)備存水等敞開(kāi)水表面，這些水體不斷向室內(nèi)散濕。在居住建筑的濕源計(jì)算中，不考慮此部分產(chǎn)濕。

（4）植物蒸發(fā)散發(fā)的水分

當(dāng)室內(nèi)種植有大量植物時(shí)，還需要考慮由于植物的蒸發(fā)作用散發(fā)到房間的水分。一盆大型花木如果其葉片面積達(dá)到1m2，其產(chǎn)濕量可相當(dāng)于2～3個(gè)人員的產(chǎn)濕量，因此，在某些室內(nèi)綠化較多的區(qū)域，這部分散濕量也必須給予考慮。

（5）壁面散濕

大多數(shù)建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)是多孔結(jié)構(gòu)，水分能在其中吸附、擴(kuò)散，并在墻內(nèi)壁與室內(nèi)空氣之間發(fā)生傳遞過(guò)程。由于影響壁面散濕的因素非常復(fù)雜，目前沒(méi)有成熟的壁面散濕量計(jì)算公式，在沒(méi)有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的情況下，可按照壁面散濕量0.5g/(m2·h)(離壁襯砌)或1～2g/(m2·h)(貼壁襯砌)估算在大多數(shù)情況下，從這些圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)入室內(nèi)的水分可以忽略不計(jì)，僅在地下建筑物等特殊建筑中，由于建筑物的壁面與巖石或土連接，周?chē)膸r石或土中的地下水，會(huì)通過(guò)墻壁的多孔結(jié)構(gòu)滲入室內(nèi)。因此，在居住建筑的濕源計(jì)算中，不考慮此部分產(chǎn)濕。

根據(jù)前面對(duì)室內(nèi)濕源的討論，認(rèn)為住宅室內(nèi)產(chǎn)濕D只考慮人員產(chǎn)濕W1和人為活動(dòng)產(chǎn)濕W2，則有：

設(shè)室外空氣含濕量d0，室內(nèi)空氣含濕量為d，Δd室內(nèi)產(chǎn)濕對(duì)進(jìn)入的室外空氣的加濕量，室內(nèi)室內(nèi)外空氣密度認(rèn)為相等為ρ。則有室內(nèi)濕平衡公式：

非采暖住戶在20℃情況下假設(shè)人員靜止，查表得散濕量W1為38g/(h·人)，人為活動(dòng)散濕量W2取35g/(h·人)。由（1）、（2）、（3）并代入數(shù)據(jù)得室內(nèi)產(chǎn)濕對(duì)進(jìn)入的室外空氣的加濕量：

根據(jù)計(jì)算結(jié)果反映相對(duì)濕度頻率分布圖上，如圖10?？梢?jiàn)非采暖A、非采暖B、采暖A、采暖B在考慮產(chǎn)濕的情況下分別有80.4%、82.0%、84.3%，90.1%的時(shí)間室內(nèi)相對(duì)濕度在推薦的濕度區(qū)間，說(shuō)明在20℃時(shí)非采暖住宅考慮產(chǎn)濕的情況下，兩類(lèi)住宅室內(nèi)濕環(huán)境基本一致。

圖10 20℃時(shí)考慮產(chǎn)濕情況下非采暖住戶的相對(duì)濕度頻率分布Fig.10 Frequency distribution of RH considering the moisture production under 20℃

3 結(jié)論

（1）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果顯示，54%的被調(diào)查者認(rèn)為室內(nèi)相對(duì)濕度適中，93%的被調(diào)查者表示室內(nèi)濕環(huán)境可接受或滿意，61%的被調(diào)查者認(rèn)為室內(nèi)濕度適中可保持現(xiàn)狀，但仍有34%的被調(diào)查者反映室內(nèi)存在不同程度地干燥，希望采取改善措施進(jìn)行加濕。因此為滿足更高的熱濕環(huán)境需求，上海地區(qū)冬季住宅室內(nèi)可能有加濕的必要。

（2）被調(diào)查者對(duì)室內(nèi)濕環(huán)境感到滿意無(wú)不例外地表示室內(nèi)濕度應(yīng)該保持不變。54%的被調(diào)查者認(rèn)為室內(nèi)相對(duì)濕度適中而61%的被調(diào)查者認(rèn)為室內(nèi)濕度適中可保持現(xiàn)狀，說(shuō)明雖然部分被調(diào)查者認(rèn)為室內(nèi)濕度干燥或潮濕但表示對(duì)環(huán)境可接受或可保持現(xiàn)狀。

（3）長(zhǎng)期實(shí)測(cè)結(jié)果表明，采暖住宅和非采暖住宅室內(nèi)相對(duì)濕度大致在30%～60%之間，滿足《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》推薦的舒適濕度范圍。

（4）長(zhǎng)期實(shí)測(cè)期間，被調(diào)查住宅室內(nèi)含濕量受室外含濕量顯著影響。

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Investigation and Measurement on the Indoor Humidity Environment in Residential Buildings in Shanghai in Winter

Miao Zhixin Lian Zhiwei Zhang Xiaojing Li Xi Ma Ting
( Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, 200240 )

In order to grasp the indoor humidity environment of the eastern coastal residential in winter, choose Shanghai as a typical city, and carry out an investigation and a long-term measurement on the residential indoor humidity environments. The results showed that the majority of subjects considered indoor humidity environment appropriate in winter, but 34% of the subject thought the indoor environment should be humidified; based on 30%-60% of the evaluation criteria, indoor humidity environment of heating household and non-household indoor heating was good; indoor absolute humidity was significantly impacted by the outdoor absolute humidity.

Indoor humidity environment; field experiment; residence; winter

TU831

A

1671-6612（2017）01-028-06

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃子課題五（2012BAJ02B05）

繆智昕（1990-），男，碩士研究生，E-mail：znmiaozhixin@qq.com

連之偉（1963-），男，博士，教授，E-mail：zwlian@sjtu.edu.cn

2015-10-20