老舊住宅加裝電梯夏季高溫運行熱環(huán)境調查與測試分析

吳秀琳，黃雪，余曉平，石國兵，吳曉林

（1重慶市建筑科學研究院，重慶 400016；2重慶科技學院建筑工程學院，重慶 401331）

0 引言

據(jù)國家統(tǒng)計局和住建部的數(shù)據(jù)，1980—2000年建成的老舊小區(qū)住宅建筑面積達80億m2，涉及7000萬到1億戶居民，約2～3億人口，占城市總人口約1/3。老舊住宅居住人口絕大部份是老年人，由于他們年事已高，存在上下樓困難，購物回家困難，患病就醫(yī)犯難等問題，直接影響到他們的生活質量[1]。在城鎮(zhèn)化和老齡化進程加速發(fā)展的環(huán)境下，為老舊住宅加裝電梯已成為老年人群的強烈訴求，也是應對老齡化問題的一項重要民生舉措，各地政府都在老舊建筑加裝電梯的建設中不斷探索，積累經(jīng)驗。重慶市在2017年6月公布了《重慶市老舊住宅增設電梯建設管理暫行辦法》，該辦法主要是對老舊住宅增設電梯行政審批手續(xù)辦理事宜進行了規(guī)定，并在涪陵區(qū)和渝中區(qū)開展試點工作，部分項目今年陸續(xù)投入運行。在今年入夏運行以來，建設方已接到很多居民投訴，反映電梯內十分悶熱。而悶熱的封閉環(huán)境容易引發(fā)心腦血管疾病[2,3]，這對許多老年人出行來說，可能誘發(fā)新的健康風險。因此，探索加裝電梯轎廂過熱的影響因素，改善轎廂內的夏季熱環(huán)境質量十分重要。

老舊住宅加裝電梯形式及其運行環(huán)境有其特殊性，缺乏對相關工程問題的系統(tǒng)研究，當前不管是國家的設計規(guī)范標準還是電梯行業(yè)的產(chǎn)品標準，都沒有對加裝電梯轎廂和井道通風提出很明確的設計要求，這就導致設計師在設計電梯系統(tǒng)時，往往會忽略電梯轎廂和井道的通風設計，造成電梯投入運行后轎廂內空氣環(huán)境較差，達不到用戶使用要求。為深入掌握重慶地區(qū)夏季住宅加裝電梯運行熱環(huán)境問題，筆者選擇首批試點項目進行現(xiàn)場調研和運行測試分析，研究結論可為住宅加裝電梯項目的通風設計提供依據(jù)。

1 電梯運行熱環(huán)境與通風問題

1.1 電梯轎廂

電梯是一個特殊的移動空間，空間小而封閉，人員產(chǎn)熱量和產(chǎn)濕量都比較集中。電梯的通風由轎廂通風、井道通風、機房通風共同決定。電梯轎廂通風就是讓轎廂內的空氣流動起來，從而達到控制溫度、濕度，改善轎廂內熱濕環(huán)境的目的。目前住宅建筑電梯轎廂的通風形式基本上采用的是直流式的通風方式，采用風扇上部機械送風，利用轎廂的縫隙排風，只有極少的新建高檔住宅電梯轎廂夏季采用空調送冷風降溫。目前電梯轎廂通風普遍存在以下問題[4]：

（1）通風口的位置設置不合理。經(jīng)常出現(xiàn)靠近電梯內壁的地方風速很大，而其他地方無風，造成了箱內溫度分布不均。

（2）轎廂通風量不夠。不能完全排除轎廂內的熱濕負荷，使得廂內溫濕度較高，無法滿足舒適性要求。

（3）引入的新風質量不好。轎廂從井道取風，而絕大多數(shù)建筑的電梯井道無機械通風系統(tǒng)，電梯井內空氣質量極差。

（4）電梯熱環(huán)境設計標準規(guī)范不完善。目前無標準對電梯轎廂內相關空氣參數(shù)進行規(guī)定，所以轎廂內的舒適度往往都無法滿足大多數(shù)人的要求。

1.2 電梯井道

電梯井道主要采用自然通風、機械通風或兩者結合的通風方式?！峨娞葜圃炫c安裝安全規(guī)范》GB 7588規(guī)定：井道應適當通風，井道不能用于非電梯用房的通風，在沒有相關規(guī)范或標準的情況下，建議井道頂部的通風口面積至少為井道截面積的1%。

1.3 加裝電梯運行熱環(huán)境與通風的特殊性

由于老舊住宅加裝電梯受到原來建筑結構的限制，大部分加裝電梯的井道獨立安置在建筑外，井道四周均暴露在室外環(huán)境中，且多采用無機房電梯。一方面考慮到工程造價、施工難易等因素，加裝電梯井道外圍護結構的傳熱系數(shù)很難達到與常規(guī)墻體相同的性能，其外圍護結構的傳熱系數(shù)是很高的；另一方面，無機房電梯由于主機、設備及電纜等均安置在井道內，井道就成為了電梯的機房?！峨娞葜圃炫c安裝安全規(guī)范》GB 7588要求電梯機房中的環(huán)境溫度應保持在5℃～40℃之間，而規(guī)范中對電梯井道通風口面積的建議主要還是針對新建住宅有機房電梯，而且新建住宅電梯一般都是位于建筑內部，其井道受室外天氣的影響較小。所以在設計老舊住宅建筑加裝電梯時井道通風口面積按《電梯制造與安裝安全規(guī)范》要求來進行常規(guī)設計的話，井道內熱環(huán)境是滿足不了標準要求的。

2 重慶市老舊住宅加裝電梯運行熱環(huán)境調查與測試

針對老舊住宅加裝電梯在夏季高溫環(huán)境下運行時，居民投訴電梯轎廂內過熱的情況，筆者對重慶市沙坪壩區(qū)某項目進行了現(xiàn)場調研和運行環(huán)境實測。

2.1 重慶市夏季氣溫情況

從重慶市氣象局查到重慶市沙坪壩區(qū)2018年6月至8月氣溫情況，經(jīng)統(tǒng)計，重慶市7月出現(xiàn)35℃以上高溫天數(shù)較多，沙坪壩高溫日數(shù)達20天，其中有19天氣溫超過37℃，并有7天氣溫達到40℃以上?？梢娎吓f住宅加裝電梯在夏季運行的外部環(huán)境是十分惡劣的。

此次現(xiàn)場調研活動于2017年7月25日開始，此時重慶已進入三伏天，最高氣溫達到39℃，選擇這段時間進行調研實測更能體現(xiàn)夏季電梯內的熱環(huán)境情況，選擇典型日7月25日現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)進行分析，當天最低溫度30℃，最高溫度39℃。

2.2 加裝電梯項目情況

本次調研的加裝電梯工程包括三棟樓，均采用無機房電梯，具體結構形式對比見表1。

表1 加裝電梯結構形式對比情況表

此次調研的三棟樓加裝電梯均采用鋼結構，鋼結構外側采用10mm厚纖維水泥增強板，其傳熱系數(shù)超過4 W/（m2·K），屋頂?shù)膫鳠嵯禂?shù)達到1.54W/（m2·K），可見加裝電梯井道外圍護結構的傳熱系數(shù)均高于常規(guī)住宅墻體、屋頂。

2#、3#樓井道設置和井道通風方式一致，區(qū)別主要是轎廂內通風系統(tǒng)差異；1#、2#轎廂通風系統(tǒng)相同，區(qū)別主要是電梯井道設置和井道通風系統(tǒng)有差異。對比分析三棟樓井道設置、井道通風和轎廂通風方式，可知2#樓的電梯運行環(huán)境和轎廂內通風情況最差，現(xiàn)場調研和測試重點針對2#樓的電梯進行。

2.3 電梯轎廂熱舒適調研

本次調研采用入戶訪談和問卷調查相結合的方式，2#樓共8層32戶，此次共訪談調查有45人左右，深入一對一交流填寫有效問卷18份，調查對象年齡分布見圖1，本次調研的人員中，40歲以上的中老年人員占比為67%。

圖1 調查對象年齡分布情況

表2 人員舒適度調查情況表

由表2可知，有將近80%的人員反映2#樓電梯轎廂內很悶和過熱，超過50%人員反映轎廂內空氣質量差，33%人員感覺廂內濕度大。居民乘坐電梯出行時段主要集中在早上7:00—9:00及下午19:00以后，大部分人員出行時段轎廂內人數(shù)在2人左右，但有6份問卷反應住戶高峰出行時段轎廂內人員數(shù)量可達5～7人。

2.4 電梯運行熱環(huán)境實測

（1）測試儀器

本次測試參數(shù)主要包括井道外壁面溫度、轎廂內壁面溫度、箱內空氣溫濕度和轎廂內風速。測試儀器詳見表3。

表3 測試儀器介紹

（2）測點布置

根據(jù)現(xiàn)有儀器和現(xiàn)場實際情況，考慮到需手持儀器進行測試，因此選取電梯廂體位于第4層時作為固定測試點，手持儀器高度為距轎廂地面1.5m高，轎廂中心點處（即為圖2所示4號測點位置）。每30min測試一次電梯轎廂內溫度、濕度，以及電梯井道壁面四個方向的溫度。

由于轎廂通風孔僅設置在靠南壁面處，測量出風處寬約40mm，選擇6個測點對轎廂內風速進行測量，各測點距離轎廂地面為1.5m，1號測點主要測通風口風速，2—6號測點主要測轎廂內人員站立區(qū)域的風速情況，測點布置見圖2。

圖2 轎廂風速測點布置圖

（2）測試方法

考慮到電梯主要為白天運行，因此選取9:00—20:00作為測試時間段，在此期間每30min測試一組數(shù)據(jù)，考慮到白天有人員出入，盡量保證測試時間的準確度，以不超過10min內為有效數(shù)據(jù)。

（3）測試結果及分析

筆者從早上9:00到晚上20:00，每間隔30min對電梯井道周圍室外溫濕度、電梯井道外壁四面溫度和電梯內溫濕度、風速進行了測試記錄。各測點溫度變化如圖3所示。

圖3 電梯運行環(huán)境各時段溫度對比

電梯轎廂內空氣溫度從早上9點持續(xù)超過31℃，在中午12點到下午17點之間溫度持續(xù)在35℃以上。從早上9點到下午13點之間，轎廂內空氣溫度均比同時刻室外空氣溫度高0.3℃左右。電梯轎廂內壁面四面溫度相差不大，壁面溫度隨著時間的推移持續(xù)升高，最高溫度達到37℃以上，并且始終比轎廂內空氣溫度高，最大溫差達到1.6℃。

電梯井道外圍護結構由于受到太陽暴曬，不同朝向井道四個壁面的溫度變化趨勢有所不同。井道東外壁面溫度早上9點就達到33℃以上，到11點溫度達到近38℃，11:30之后溫度開始降低，到晚上20點降至31℃左右；而井道西外壁面溫度從30.7℃一直升高，在下午15點時達到最高，超過45℃，然后開始降低，晚上20點時降至32.2℃；井道南外面壁面溫度從早上32.6℃到中午升高至39.6℃后略有下降，下午南壁面溫度維持在38.5℃左右，直到晚上20點才降至31.8℃；井道北外壁面溫度從早上9點開始，一直升高，最高溫度達到36.6℃，下午16點后開始下降，晚上20點降至31.4℃。

電梯運行環(huán)境室外濕度和轎廂內濕度對比變化情況如圖4所示。

圖4 轎廂內外空氣濕度對比

從圖4可以看出，轎廂內濕度始終比室外空氣溫濕度高，平均高出5.5%左右，測試時轎廂內只有測試人員2名，若人員數(shù)量超過兩名時，人員散濕量增加，轎廂內濕度會比室外空氣濕度更高。

根據(jù)轎廂內風速測試結果，轎廂通風口正下方1#測點的風速為0.95m/s，2#和3#測點風速0.32 m/s，其余測點風速為零，而在距離轎廂通風口所在壁面大于0.3m的區(qū)域風速為0m/s?？梢婋娞蒉I廂內的風速分布是十分不均勻的，存在大面積的無風區(qū)域，只有在通風口下方人員才可以感受到氣體的流動。另外，根據(jù)《電梯制造與安裝安全規(guī)范》GB 7588中對轎廂通風口設置要求，“用一根直徑為10mm的堅硬直棒，不可能從轎廂內經(jīng)過通風孔穿過轎壁”，轎廂凈尺寸為1350×1400×2300mm，測得出風口外形寬40mm，可以測算2#樓轎廂通風孔面積約0.006m2，通風量約21.6m3/h。

3 加裝電梯高溫環(huán)境運行過熱原因及對策

3.1 井道熱環(huán)境

根據(jù)以上測試結果，2#樓電梯井道壁面溫度最高達到45℃以上，而電梯外圍護結構僅僅只采用了10mm的纖維水泥增強板，導致井道過熱，從而影響轎廂熱環(huán)境，因此在井道設計時，電梯的位置在有選擇余地的情況下，要盡量將電梯井道設置在有樹蔭遮陽的地方，避免太陽直射時間太長，從而可以減少電梯井道的冷負荷，另外應避免選用觀光電梯，井道外墻、屋頂應選用保溫性能較好的材料，減少室外對井道內熱環(huán)境的影響，保證電梯轎廂通風取風的空氣質量。

由于老舊住宅加裝的電梯大多采用的是無機房電梯，電梯的控制柜、設備及電纜等均安置在井道內，此時井道就成為了電梯的機房，設備散熱量也會增加井道內冷負荷。而《電梯制造與安裝安全規(guī)范》GB 7588規(guī)定：為了保證機房中設備的正常運行，機房中的環(huán)境溫度應保持在5℃～40℃之間。在這種情況下，再結合重慶地區(qū)夏季高溫天氣出現(xiàn)頻繁，時常會超過40℃，因此在進行加裝電梯設計時一定要經(jīng)過計算分析采取合理的通風方式對電梯井道進行通風[5]，在自然通風或風扇通風無法滿足無機房電梯井道的要求時，要考慮采用空調對井道進行降溫，保證無機房電梯井道內溫度在40℃以下。一方面是為了保證電梯的正常運行，另一方面也可以保證轎廂取風的空氣質量。

3.2 轎廂通風設計

分析調研和測試結果可知，在轎廂內溫濕度和室外空氣溫濕度相差不大的情況下，人員明顯感覺轎廂內悶熱，這主要是因為室外空氣是流動的，而轎廂內人員站立區(qū)內空氣基本無流動。研究表明，風速頻譜也是影響人體熱舒適性的一個重要參數(shù)，風速頻譜曲線越接近自然風則吹風越易被接受[6]。因此，合理進行電梯轎廂通風氣流組織設計，對轎廂內人體熱舒適性也十分重要，在進行轎廂通風設計時，通風口應均勻設置在人站立區(qū)域上方，這樣才能充分讓轎廂內空氣流動起來，改善轎廂內人員舒適性。

絕大多數(shù)調查對象一致感覺轎廂內很悶熱，空氣質量很差，這主要是由于轎廂通風僅僅只是利用轎廂一側的縫隙進行機械通風，通風量不足造成的。有33%的人員感覺轎廂內濕度較大，結合實測數(shù)值和問卷調查分析，造成這一現(xiàn)象的主要原因是這些住戶乘坐電梯時，轎廂內人員數(shù)量在5～7人，人員密度較高影響了轎廂內人員的熱舒適性。有研究發(fā)現(xiàn)[7]，電梯轎廂人員密度對廂內熱舒適性指標影響十分明顯，并且提出滿足電梯轎廂內人體熱感覺舒適性的臨界通風量，如載客8人、10人電梯，通風量不宜小于0.048m3/s；載客13人電梯，通風量不宜小于0.064m3/s，2#樓電梯額定載客11人，而通風量最大不超過0.006m3/s，可見2#樓電梯轎廂的通風量是遠遠不夠的。

老舊住宅加裝電梯轎廂的工作環(huán)境就是井道，同時電梯轎廂的取風來自井道，因此，轎廂內的熱環(huán)境就由井道內熱環(huán)境和轎廂的通風情況共同來決定，而對于無機房電梯來說，井道就是電梯機房。所以，為保證電梯正常運行和轎廂內熱環(huán)境質量，在設計時一定要考慮好電梯井道和轎廂通風設計。

4 結語

住宅加裝電梯的通風設計影響著轎廂內人員的舒適和健康，隨著試點項目的推進，項目運行中出現(xiàn)的問題將會得到重視，相關規(guī)范必將隨之完善。要想改善老舊住宅加裝電梯轎廂內熱環(huán)境，保障電梯安全、舒適和健康的運行環(huán)境，主要應從三個方面著手:井道圍護結構、井道通風以及轎廂通風設計。其中，井道圍護結構的設計主要還是考慮施工難易程度和投資，建議采用熱工性能較好的材料和做法，避免選用觀光電梯。而針對重慶市老舊住宅加裝電梯井道通風和轎廂通風設計，建議如下：

（1）設計師在對老舊建筑加裝電梯進行設計時，要結合實際情況分析計算來進行井道的通風設計，在自然通風或風扇通風無法滿足無機房電梯井道的要求時，要考慮采用空調對井道進行降溫，保證無機房電梯井道內溫度在40℃以下；

（2）電梯轎廂的通風設計，要綜合考慮井道通風設計、轎廂內人員密度、廂內風速分布的均勻性，來確定轎廂通風量和風口個數(shù)、面積。