公共建筑室內(nèi)環(huán)境舒適度試驗研究與綜合評價＊

文/中電投工程研究檢測評定中心有限公司 劉 月 段艷芳 袁偉衡

0 引言

建筑是人們用建筑材料圍成的供人居住和使用的空間。人有80%的時間是在建筑室內(nèi)或由建筑構(gòu)成的環(huán)境中度過，建筑環(huán)境質(zhì)量好壞直接影響人的身心健康。隨著社會生產(chǎn)力發(fā)展，社會文明程度與整體消費水平不斷提升，人們對生活品質(zhì)的要求越來越高，室內(nèi)環(huán)境舒適度必然會成為建筑性能考量的一項重要指標(biāo)。

室內(nèi)環(huán)境舒適度是指室內(nèi)擁有適合人類居住的熱工環(huán)境（合適的溫度和濕度）、互不干擾的聲學(xué)環(huán)境、不同使用條件下的光環(huán)境及輕松舒適的空間感等[1]。目前，國內(nèi)外專家學(xué)者對建筑舒適度的不同方面均有較深入的研究，但大多針對單一指標(biāo)或單一方面，例如，1989年和2005年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO在Murry研究成果的基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)振動提出了基于加速度加權(quán)值的舒適度評價標(biāo)準(zhǔn)體系，對不同類型建筑提出相應(yīng)限值[2-3]；1970年，F(xiàn)ANGER以人體熱平衡方程式及對MCNALL等進行試驗得出的熱感覺數(shù)據(jù)進行曲線擬合，得到熱舒適評價指標(biāo)：預(yù)測平均投票數(shù)（PMV）和預(yù)測不滿意百分數(shù)（PPD）指標(biāo)[4]，這是熱環(huán)境舒適度方面的綜合性指標(biāo)。同時，我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)也涵蓋了室內(nèi)環(huán)境舒適度的各方面，如GB 50034—2013《建筑照明設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 18883—2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》等。標(biāo)準(zhǔn)已對室內(nèi)環(huán)境各方面指標(biāo)的設(shè)計、測量、評價等給出標(biāo)準(zhǔn)方法，但缺乏較綜合的評價方法或指標(biāo)。

2015年1月1日起開始實施的GB/T 50378—2014《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》，從綠色節(jié)能、保護環(huán)境的角度對建筑進行綜合評價，相關(guān)的綠色標(biāo)準(zhǔn)體系涵蓋新建單體、既有建筑、工業(yè)建筑和區(qū)域的綠色評價；2017年1月6日起開始實施的T/ASC 02—2016《健康建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》，以人為出發(fā)點，從建筑環(huán)境各方面對人的生理、心理、社會適應(yīng)性多方面健康影響的角度，對建筑進行綜合評價。綠色建筑與健康建筑的內(nèi)涵與建筑室內(nèi)環(huán)境舒適度雖有一定相關(guān)性，但內(nèi)容各有側(cè)重。本文旨在通過研究具有客觀可測性和可評價性的環(huán)境指標(biāo)，以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過試驗測試結(jié)合理論方法，較全面地對建筑室內(nèi)環(huán)境舒適度進行綜合評價。

1 室內(nèi)環(huán)境舒適度影響因素

室內(nèi)物理環(huán)境通常包括室內(nèi)熱環(huán)境、室內(nèi)光環(huán)境、室內(nèi)聲環(huán)境和室內(nèi)空氣品質(zhì)等[5]。為確定室內(nèi)環(huán)境舒適度的影響因素及現(xiàn)階段人們較為關(guān)心的因素指標(biāo)，通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，在全國范圍內(nèi)對18歲以上的3151人進行調(diào)研。此次調(diào)研對性別、居住地點、職業(yè)類型均未設(shè)置限值，采用網(wǎng)絡(luò)平臺方式調(diào)研，80%的樣本來自24～45歲階段的人群，廣泛分布于國內(nèi)不同城市，僅有3%的樣本來自是農(nóng)村地區(qū)?？傮w來說，樣本較廣泛且具有普遍代表性。經(jīng)分析，將投票率超過40%的指標(biāo)納入本評價體系的研究，包括室內(nèi)溫度、濕度、通風(fēng)風(fēng)量、室內(nèi)照度、室內(nèi)噪聲、建筑外觀質(zhì)量、室內(nèi)空氣質(zhì)量指數(shù)、室內(nèi)空氣甲醛、苯、TVOC濃度等指標(biāo)。指標(biāo)間的層次關(guān)系如圖1所示。

2 試驗與測試

第1組試驗對象為北京市1個具備醫(yī)療康復(fù)護理功能的持續(xù)照料型老年公寓，該建筑剛建成支付。根據(jù)其使用功能，該建筑室內(nèi)環(huán)境舒適度較高，隨機抽取8個區(qū)域或房間，測試時間是2016年冬季。第2組試驗對象為大連市1棟某集團總部高檔辦公大樓，剛建成投入使用，隨機抽取4個區(qū)域或房間，測試時間是2017年5月。

依據(jù)JGJ/T 260—2011《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)工程檢測技術(shù)規(guī)程》、JGJ/T 177—2009《公共建筑節(jié)能檢測標(biāo)準(zhǔn)》、GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、GB/T 5700—2008《照明測量方法》、GB/T 18883—2002《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》等規(guī)范要求的測試方法與結(jié)果評價，對所測點的環(huán)境溫度、濕度、出風(fēng)口風(fēng)量、噪聲、照度、室內(nèi)空氣質(zhì)量、建筑結(jié)構(gòu)外觀進行檢測并給出評價結(jié)果。

3 試驗結(jié)果

從圖1可看出，指標(biāo)包括多種類型，既有成本型（噪聲、空氣品質(zhì)）、區(qū)間型（溫度、濕度、出風(fēng)口風(fēng)量、照度），也有模糊型（外觀質(zhì)量）。其中成本型屬于越小越好，區(qū)間型屬于在某個區(qū)間最佳，而模糊型指標(biāo)具有不確定性，難以直接量化，需進行量化賦值。

MILLER經(jīng)過試驗指出[6]，在某個屬性上對若干不同物體進行辨別時，普通人能正確區(qū)別的屬性等級在5～9級，所以推薦定性屬性量化等級取5～9級，可能時盡量用9個等級[7]。因此，為習(xí)慣和方便，對于建筑外觀質(zhì)量，將定性觀測結(jié)果量化，量化后數(shù)值范圍為0～10的整數(shù)，其對應(yīng)關(guān)系如表1所示。量化后該指標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)樾б嫘?，即越大越好?/p>

對于多種類型的數(shù)據(jù)，一般要進行屬性值規(guī)范化。采用標(biāo)準(zhǔn)0～1變換，對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。

對效益型屬性xj，令：

對成本型屬性xj，令：

對區(qū)間型屬性xj，令：

圖1 指標(biāo)層次

表1 建筑外觀質(zhì)量定性等級量化

4 綜合評價模型

目前，綜合評價方法大致可分為2類，其主要區(qū)別在確定權(quán)重的方法上：①主觀賦權(quán)法 大多數(shù)采用綜合咨詢評分確定權(quán)重，如綜合指數(shù)法、模糊綜合評價法、層次分析法、功效系數(shù)法等；②客觀賦權(quán) 根據(jù)各指標(biāo)間相關(guān)關(guān)系或各指標(biāo)值變異程度確定權(quán)數(shù)，如主成分分析法、因子分析法、理想解法（也稱TOPSIS法）等。本研究分別采用客觀賦權(quán)主成分分析法與主觀定權(quán)層次分析法對建筑舒適度綜合評價進行數(shù)學(xué)建模和綜合評價。

4.1 客觀賦權(quán)主成分分析法

利用MATLAB軟件對10個評價指標(biāo)進行主成分分析，相關(guān)系數(shù)矩陣的特征根及其貢獻率、累計貢獻率如表2所示。

由表2可看出，前4個特征根的累計貢獻率就達90%以上，主成分分析效果很好。下面選取前8個主成分（累計貢獻率達99.88%）進行綜合評價。

由此可得8個主成分分別為：

將10個指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)帶入8個主成分的表達式中，即可得到12組測試的8個主成分值。分別以8個主成分的貢獻率為權(quán)重，構(gòu)建主成分綜合評價模型，即：

將各組測試的8個主成分值帶入上式，可得到各測點建筑舒適度綜合評價值及排序結(jié)果。

4.2 主觀定權(quán)層次分析法

根據(jù)指標(biāo)間的層次關(guān)系，建立層次結(jié)構(gòu)模型。為確定指標(biāo)權(quán)重，咨詢16名本研究領(lǐng)域內(nèi)非本課題組專家，專業(yè)涉及建筑相關(guān)設(shè)計與檢測且具有多年工作經(jīng)驗，對10個指標(biāo)的重要性進行投票。將各指標(biāo)投票結(jié)果進行兩兩對比，考慮3151個大眾調(diào)研結(jié)果，既關(guān)注專家權(quán)威性也關(guān)注現(xiàn)階段人民更關(guān)心的因素，形成判斷矩陣，得到指標(biāo)權(quán)重，如表3所示。

將各指標(biāo)按照對應(yīng)權(quán)重進行加權(quán)求和，得到環(huán)境舒適度的綜合評分，公式如下：

將12組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果帶入，得到各測點舒適度綜合評價值以及排序結(jié)果，如表4所示。

表2 相關(guān)系數(shù)矩陣的特征根及其貢獻率、累計貢獻率

表3 各層次權(quán)重

5 結(jié)語

本文通過分析12個測點、涵蓋10個指標(biāo)的2組試驗數(shù)據(jù)，對公共建筑室內(nèi)舒適度建立2種不同類型的綜合評價模型，并對比分析試驗與評價結(jié)果，得出以下結(jié)論。

1）將2種方法的評價結(jié)果進行對比可看出，2種結(jié)果總體趨勢相同，第2組試驗建筑的各測點舒適度排名均高于第1組，這與實際情況相符，但在各組試驗內(nèi)部不同測點的評價結(jié)果略有不同。建筑室內(nèi)環(huán)境舒適度的綜合測評首先應(yīng)以符合規(guī)范要求為基礎(chǔ)，所有測試結(jié)果應(yīng)不超過規(guī)范限值，但2種評價方法均可容納超限情況（標(biāo)準(zhǔn)化值為負）。

2）主成分分析法體現(xiàn)了更多數(shù)據(jù)特點，且權(quán)重值更加客觀，更依賴數(shù)據(jù)，在可獲得大量試驗數(shù)據(jù)情況下，主成分分析法更具優(yōu)勢；由于層次分析法是主觀定權(quán)，人為調(diào)整因素更多，專家系統(tǒng)此時發(fā)揮較大作用，對指標(biāo)間關(guān)系構(gòu)成更加清晰，當(dāng)數(shù)據(jù)不夠充分且指標(biāo)間具有明顯層次關(guān)系時，可考慮層次分析法。

3）建筑室內(nèi)環(huán)境的舒適度影響因素多，涉及不同屬性的指標(biāo)較多，對其進行綜合評價具有相當(dāng)難度。本研究從現(xiàn)階段民生角度出發(fā)，以可測性、可度量性指標(biāo)作為體系建立的基礎(chǔ)納入模型進行綜合評價，具有較強的實際操作性，但忽略了人心理層面的主觀感受和社會性因素，這導(dǎo)致評價方法存在一定的片面性和局限性。

表4 2種模型分析評價結(jié)果