南京古建筑室內(nèi)熱物理環(huán)境評估研究

■ 張軍學(xué) Zhang Junxue 王 昭 Wang Zhao 鄧開懷 Deng Kaihuai

1 研究背景

南京有眾多的民國建筑群，目前這些極具民族特色的建筑群大都已經(jīng)成為了保護(hù)文物，也有部分建筑仍在使用，但近一個世紀(jì)的時間，使得這類古建筑室內(nèi)熱環(huán)境普遍不佳。由于設(shè)計(jì)之初技術(shù)手段有限，民國建筑群沒有保溫隔熱措施，更加劇了這一現(xiàn)象。

本文選取1923年建成的南京師范大學(xué)文學(xué)院樓為研究對象（圖1），通過室內(nèi)外各項(xiàng)氣象數(shù)據(jù)采集[1]，分析建筑的整體熱環(huán)境，通過熱舒適軟件定量計(jì)算室內(nèi)的熱舒適度[2-4]，達(dá)到評估建筑熱物理環(huán)境的目的。

2 測試方法

2.1 室外方式

室外氣象是研究的基本外圍環(huán)境，通過室外氣象觀測站進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。氣象站是全自動新一代設(shè)備，可以實(shí)時采集室外空氣溫度、濕度、風(fēng)速、露點(diǎn)溫度、雨量、風(fēng)向等數(shù)據(jù)參數(shù)，同時可以通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)下載，分析天氣狀況[5]（圖2）。

2.2 室內(nèi)數(shù)據(jù)采集

該建筑為兩層民族風(fēng)格的建筑，室內(nèi)熱物理參數(shù)的采集通過人工定點(diǎn)測試獲得。測點(diǎn)選擇5處部位，分別是一層門廳、一層廊左、一層廊右、二層廊中和二層廊道處的部分測點(diǎn)（圖3）。

圖1 南師大文學(xué)院

圖4 為室內(nèi)測試采用的部分設(shè)備，包括溫濕度儀器、風(fēng)速儀器和表面溫度測試儀等設(shè)備。

3 室外氣象數(shù)據(jù)分析

3.1 溫濕度

通過室外氣象數(shù)據(jù)的采集，得到圖5的空氣溫度和濕度的變化趨勢。圖中可以看到溫度隨著時間推移呈明顯增大的趨勢，同時空氣濕度迅速下降。在14:00，溫度增長趨向平穩(wěn)，同時，濕度也達(dá)到基本溫度狀態(tài)。最高溫度為36.3℃，最低濕度為51%。分析原因是因?yàn)樘柹?，造成室外空氣溫度急升和濕度驟降，這是炎熱夏季的明顯特點(diǎn)。

3.2 風(fēng)速

與室外空氣溫度和濕度不同的是，室外風(fēng)速變化趨勢不固定，沒有明顯的規(guī)律。最高溫度為17:00的3m/s，最低溫度為13:00的1m/s。平均室外風(fēng)速在1m/s以上（圖6）。

4 室內(nèi)數(shù)據(jù)采集與研究

4.1 溫濕度

通過室內(nèi)的溫濕度儀器測試的溫度和濕度變化趨勢見圖7和圖8。室內(nèi)溫度變化趨勢不一致，出現(xiàn)兩類溫度變化，一類是一樓門廳處和二層廊道處，由于這兩處受室外條件的直接影響，造成其室內(nèi)和室外溫度的變化趨勢較一致，并且溫度值較高，最高溫度為33℃。其它，如一樓廊左、廊右和二層廊中間部位，都是先下降再隨著室外溫度變化趨勢變化，說明這3處開始時刻受到外界的干擾較大。同時，這3處的最高溫度也較低，只有31℃。

圖2 室外氣象觀測站（南京）

圖3 室內(nèi)布局及測點(diǎn)布置

圖4 室內(nèi)測試設(shè)備

圖5 室外溫度和濕度變化趨勢圖

室內(nèi)濕度變化規(guī)律5處測點(diǎn)基本一致，都是隨著時間推移濕度先降低，隨后再上升。5處測點(diǎn)都出濕度波谷。最低濕度分別為：一層廊右的72.5%、二層廊中的66%、一層門廳的64%、一層廊左的60%和二層廊道處的56%。

4.2 表面溫度

室內(nèi)各處的表面溫度是一種重要的熱物理評價指標(biāo)，通過對一層門廳、一層廊左、一層廊右、二層廊中和二層廊處共5處測點(diǎn)分別進(jìn)行表面溫度測試，共屋頂、地面、西面、東面、南面和北面6個測試方向。

一樓門廳的表面溫度見圖9。圖中可以清楚地看到屋頂?shù)谋砻鏈囟茸罡?，因其直接受太陽的暴曬；其它依次是西面、東面、南面、北面和地面。地面是最少收太陽影響的部位，其室內(nèi)表面溫度最低。

一樓廊道左側(cè)和右側(cè)的表面溫度見圖10和圖11。廊道左側(cè)的最高溫度是屋頂?shù)谋砻鏈囟龋瑸?9.5℃，最小的表面溫度處為地面溫度，為26.7℃。一樓廊道右側(cè)表面溫度為南面最高，之后是北面、屋頂、西面、東面和地面。

圖6 室外風(fēng)速變化趨勢圖

圖7 室內(nèi)溫度變化曲線圖

圖8 室內(nèi)濕度變化曲線圖

圖9 一樓門廳表面溫度示意圖

圖10 一樓廊左表面溫度示意圖

圖11 一樓廊右表面溫度示意圖

圖12 二樓廊道中間部位表面溫度示意圖

二樓廊道中間和其它部位的表面溫度見圖12和圖13。二樓廊道中間部位的表面溫度分布明確，最高為西面，其它依次是屋頂、南面、北面、東面和地面。二樓其它部位的表面溫度差別不大，基本處于一個水平狀態(tài)，表面溫度在30～31.5℃。

4.3 風(fēng)速

圖14和圖15為室內(nèi)的東西向和南北向的風(fēng)速變化。圖14中，東西向風(fēng)速最明顯的是二層廊道處的風(fēng)速，明顯比其它部位高，最高風(fēng)速為0.2m/s，其它4處測點(diǎn)部位風(fēng)速都處于0.1m/s以下。南北風(fēng)速相較于東西風(fēng)速偏大，圖15中的塊圖清晰說明了這一點(diǎn)。

圖13 二樓其它部位表面溫度示意圖

圖14 5個測點(diǎn)東西方向風(fēng)速示意圖

圖15 5個測點(diǎn)南北方向風(fēng)速示意圖

4.4 舒適度定量研究

在室內(nèi)外的氣象數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過PMV和PPD軟件計(jì)算一層和二層定量舒適度值。

一層舒適度參數(shù)設(shè)置為空氣溫度31℃，表面溫度28℃，風(fēng)速取值0.1m/s，相對濕度取值65%。計(jì)算結(jié)果為PMV=1.95，PPD=74.4%。計(jì)算結(jié)果說明一層室內(nèi)熱環(huán)境不佳，即使在有制冷設(shè)備的情況下，室內(nèi)整體仍處于偏熱狀態(tài)。

二層舒適度參數(shù)設(shè)置為空氣溫度32℃，表面溫度30.5℃，風(fēng)速取值0.1m/s，相對濕度取值70%。計(jì)算結(jié)果為PMV=2.41，PPD=91.4%。計(jì)算結(jié)果說明二層室內(nèi)熱環(huán)境不舒適，即使在有制冷設(shè)備的情況下，室內(nèi)整體仍處于熱狀態(tài)，不適宜在二樓辦公。

5 結(jié)語

綜合結(jié)果表明，由于設(shè)計(jì)時技術(shù)條件有效，民國建筑群普遍沒有進(jìn)行保溫隔熱處理，室內(nèi)熱環(huán)境急需改善，即使室內(nèi)安置建筑設(shè)備，整體熱舒適度依然不佳，需要進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)。研究結(jié)果指出，二樓的熱環(huán)境比一樓更差，普遍不適合在二樓上課或者辦公。

[1]王劍,王昭俊,郭曉男.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的哈爾濱高校教室熱環(huán)境特征模型研究[J].建筑科學(xué),2009, 25(8):89-93.

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[3]鄭有飛,尹繼福,吳榮軍,等.熱氣候指數(shù)在人體舒適度預(yù)報中的適用性[J].應(yīng)用氣象學(xué)報,2010(6):709-715.

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