湘西地區(qū)冬季住宅熱環(huán)境與老年人熱舒適研究

李念平 方雪苗 衛(wèi)兆欣 申小杭 伍志斌

摘 ? 要：為研究湘西農村地區(qū)冬季住宅熱環(huán)境與老年人熱舒適，2018年1月對當地50戶住宅與65歲以上老年人進行測試與問卷調查.結果表明，冬季該地區(qū)住宅室內溫度低，客廳、臥室與廁所的平均溫度分別為8.3 ℃、8.5 ℃與7.1 ℃;不同建筑類型中，吊腳樓、木結構瓦房、磚墻建筑室內平均溫度依次升高;室內早晚平均溫度分別為7.5 ℃和8.5 ℃;分別有約70%與40%的老人有冷感覺，在廁所時產生冷感覺的老人比例最高.當地居民冬季熱適應行為主要為增加衣物和使用火桶取暖，老年人冬季服裝平均熱阻為1.60 clo，作為局部加熱裝置，火桶對室內整體熱環(huán)境的改善效果不明顯，但對老年人熱舒適改善效果明顯.利用適應性平均熱感覺指標（APMV）模型計算得到該地區(qū)老年人冬季對熱環(huán)境的自適應系數λ=-0.26，舒適區(qū)溫度范圍為16.7～27.1 ℃.

關鍵詞：老年人;熱環(huán)境;熱舒適;農村住宅;熱適應行為;APMV模型

中圖分類號：TU241.5? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

Abstract： In order to study the thermal environment of residences and the thermal comfort sensation of the elderly in the rural area of western Hunan in winter，tests and questionnaire surveys were performed in 50 local residences among the elderly who are over 65 years old in January 2018. The results show that temperature in this area in winter is low：the average temperature in living rooms，bedrooms and bathrooms are 8.3 ℃， 8.5 ℃ and 7.1 ℃， respectively，and indoor temperature of stilted building， wooden structure house and brick building rises successively. The average temperature in morning and evening are 7.5 ℃ and 8.5 ℃ respectively，corresponding with 70% and 40% of the subjects having cold feelings when they are indoors，and the proportion of the subjects who feel cold in the bathroom is the highest. Residents' adaptive behaviours in winter include adding clothes and using warm barrels， and the average thermal resistance of winter clothing for the elderly is 1.60 clo. As area heating devices，warm bareels can not improve the overall indoor temperature significantly， but they can greatly improve the thermal comfort sensation of the elderly. Using the Adaptive Predicted Mean Vote（APMV） Model， the adaptive coefficient of the elderly in this area in winter is calculated to be -0.26， and the comfort temperature range is 16.7～27.1 ℃.

Key words： elder people;thermal environment;thermal comfort;rural residence;adaptive behaviour;APMV model

國家統(tǒng)計局發(fā)布數據顯示，2017年末，中國65周歲及以上人口15 831萬人，占總人口的11.4%[1]. 由于人口老齡化進一步加快，且老年人長期處于室內，住宅熱環(huán)境成為影響老年人健康和舒適的一個重要因素.隨著年齡的增長，老年人的新陳代謝率和免疫力下降，對熱環(huán)境的感知與對熱舒適的要求與年輕人也有明顯差異[2].因此有必要針對老年人住宅熱環(huán)境與熱舒適做進一步的研究.

國內已有部分學者對城市與農村住宅冬季熱環(huán)境進行研究[3-8]，但針對老年人住宅熱環(huán)境的研究還很少.馬婷等[9]從熱生理學的角度探討了中國老年人的熱舒適，并建立了中國老年人熱調節(jié)模型;李暢等[10]通過上海地區(qū)冬季空間轉換溫度突變實驗，對比了老年人和年輕人熱感覺的差異;郭飛等[11]對比了大連市老年人與非老年人熱中性溫度與冬季可接受溫度范圍的差異，并提出了老年人熱適應模型;Jiao等[12]對上海養(yǎng)老院冬季熱環(huán)境以及老人的熱舒適進行研究，指出了老年人冬季與夏季對熱環(huán)境要求的差異，并分析了不同的行為調節(jié)方式對熱舒適的影響;Fan等[13]對北京地區(qū)城市與農村住宅冬季熱環(huán)境與老年人熱舒適進行研究，得到城鄉(xiāng)之間住宅熱環(huán)境及老年人冬季熱舒適的差異. 目前國內針對老年人熱舒適的研究主要集中在實驗室測試與對養(yǎng)老院場所熱環(huán)境的研究，對老年人住宅熱環(huán)境與室內熱舒適實測研究較少.本研究調查了湘西少數民族苗族山區(qū)住宅熱環(huán)境與該地區(qū)老年人冬季熱舒適，建立了夏熱冬冷地區(qū)老年人冬季熱適應模型，為老年人住宅熱環(huán)境與熱舒適的研究提供了基礎數據與方法參考，為提高該地區(qū)冬季住宅熱環(huán)境與老年人熱舒適提供了必要的理論依據.

1 ? 調查方法與調查對象

1.1 ? 調查方法

調查方法包括現場測試和問卷調查兩個方面. 在測試住宅的客廳、臥室及廁所距地面約1 m左右，避開陽光直射和水源的位置安裝溫濕度記錄儀TR-76Ui T&D Corp，該儀器測量的有效溫度范圍為0～55 ℃，有效濕度范圍是10%～95%RH，測量精度分別為±0.5 ℃、±5%RH，儀器每間隔5 min采集記錄1次房間溫濕度數據，總測試時間為1周.

調查問卷的主要內容包括：1）老年人基本生理信息（性別，年齡，身高，體重）;2）住宅基本信息（建筑類型，修建日期，圍護結構材料，客廳日照情況及門窗類型等）;3）老年人熱感覺;4）老年人冬季衣著熱阻;5）采暖裝置使用情況等.

1.2 ? 調查對象

本次調查的對象為湘西某農村地區(qū)50戶住宅與65歲以上的老年人，最終共回收有效問卷92份，調查對象的男女比例為2 ∶ 1，受試者年齡，身高，體重分布如表1所示.

調查地點為湘西城步苗族自治縣某農村，該地區(qū)農宅均為自然通風條件下的獨立式建筑.其中93.5%的住宅為2層或2層以上建筑，6.5%的住宅為平房;78.3%的住宅修建時間已超過10 年，其中58.6%的住宅修建時間已超過20 年;由于調查地點為苗族聚居地，55%的住宅為木質圍護結構的吊腳樓與木結構瓦房，剩余住宅均為磚墻建筑，所有住宅均未使用保溫材料;87.0%的住宅使用單層玻璃，13.0%的住宅窗戶為木格子窗格，無玻璃且無法控制開關;95.7%的住宅客廳冬季日照情況良好，但80.4%的老人感覺到客廳存在門窗漏風情況.

我們選取5戶住宅對其熱環(huán)境與老年人熱感覺進行連續(xù)監(jiān)測，其中，1號和2號住宅為典型苗寨吊腳樓，共3層，1層蓄養(yǎng)家禽家畜或堆放雜物，2層為居住層，3層為存儲間;3號和4號住宅為木結構瓦房建筑，共2層，1層為居住層，2層為存儲間;5號住宅為現代磚墻建筑，共2層，1層為主要居住層.各測試住宅外觀圖如圖1所示.

2 ? 結果與討論

2.1 ? 室內溫度分布

2.1.1 ? 不同房間早晚溫度分布

住宅不同房間早晚溫度分布如圖2所示. 客廳、 臥室與廁所早晨的平均溫度分別為7.8 ℃、8.0 ℃與6.7 ℃，晚上平均溫度分別為8.7 ℃、9.0 ℃與7.5 ℃，可以看出，早晨溫度比晚上溫度低約1 ℃，且?guī)鶞囟缺瓤蛷d與臥室低1.1～1.5 ℃.室內溫度隨室外氣候變化波動明顯，這是由于當地大部分住宅圍護結構為木材且由于修建年限已久，所有住宅均未采用保溫材料，維護結構熱惰性與保溫性能較差，加上當地居民通常有敞開客廳大門的習慣，因此室外氣象參數是影響室內熱環(huán)境的主要因素之一.客廳和臥室是居民在室內的主要活動范圍，也是居民使用采暖設備的主要場所，因此平均溫度比廁所高.總體而言，該地區(qū)冬季室內平均溫度低于10 ℃.已有研究表明，低于15 ℃的環(huán)境會增加老年人身體循環(huán)系統(tǒng)壓力，對健康造成不利影響[12].因此，在設計該地區(qū)住宅時，應注意使用合適的建筑圍護結構材料，保證門窗的密閉性，以改善該地區(qū)冬季室內熱環(huán)境.

2.1.2 ? 不同類型建筑室內溫度分布

連續(xù)監(jiān)測的5戶住宅客廳一周內溫度分布如圖3所示.

1號與2號吊腳樓平均溫度分別為8.2 ℃與8.3 ℃，3號和4號木結構瓦房平均溫度分別為10.1 ℃與9.6 ℃，5號磚墻建筑平均溫度為10.9 ℃.木結構建筑（1～4號）室內溫度比磚墻建筑（5號）溫度低;且由于吊腳樓通風作用強，其溫度低于圍護結構同為木結構的瓦房建筑. 此外，由不同建筑室內溫度的波動范圍可以看出，木結構建筑室內溫度波動范圍明顯大于磚墻建筑，這與木結構建筑維護結構熱惰性與保溫性能差有關.總體而言，建筑室內平均溫度均低于11 ℃，該地區(qū)冬季室內熱環(huán)境較差.

2.2 ? 熱感覺

采用ASHRAE55-2013通用的7級投票標準（+3熱，+2暖，+1 稍暖，0中性，-1稍涼，-2 涼，-3冷）對該地區(qū)老年人熱感覺進行問卷調查[14]，得到受試者早晚在不同房間的熱感覺投票頻率分布如圖4所示. 由于早晨室內溫度較低且老人服裝熱阻和活動量都較小，大部分受試者有冷感覺，晚餐前后到睡覺前老人開始使用取暖裝置，室內平均溫度有所升高，有冷感覺的人數比例顯著降低. 在廁所時老人最容易產生冷感覺，這與廁所平均溫度低、無采暖設備且進入廁所時受試者衣著較少有關. 此外，由于廁所與客廳存在明顯溫差，從客廳進入廁所時，76.1%的老人感覺冷，因此，改善該地區(qū)冬季室內熱環(huán)境、提高老年人熱舒適，除了提高室內總體平均溫度外，減小各房間之間的溫差也是一個重要方面.

2.3 ? 熱適應行為

2.3.1 ? 增加衣物

由于該地區(qū)冬季室內溫度較低，且居民白天常需外出勞作，為抵御寒冷，通常著較厚的服裝.冬季老年人上身一般穿秋衣、毛衣和棉襖，下身穿秋褲及棉褲.參與調查的老年人服裝熱阻分布如表2所示，男性平均服裝熱阻為1.56 clo，女性平均服裝熱阻為1.64 clo，其中1 clo = 0.155 m2·K/W[14]. 可以看出，為適應該地區(qū)冬季的寒冷環(huán)境，老年人冬季服裝熱阻值普遍很大.

2.3.2 ? 使用采暖設備

11月下旬到3月下旬為該地區(qū)使用采暖裝置的高峰期，這與北方供暖期（11月15日到3月15日）基本相同.當地居民使用的主要采暖裝置是火桶，其外觀圖如圖5所示. 火桶前部有一個大開口，用于放入炭盆以及添加木炭，頂部設幾個小開口，對使用者下半身進行加熱，由于火桶取暖效果較好，輕巧便攜且經濟實惠，因此得到廣泛應用.據調查，89.3%的老人習慣在客廳使用火桶采暖，使用時間一般為晚餐前后;在臥室時分別有45.6%、28.3%的居民習慣使用火桶與電熱毯進行采暖，采暖時間一般為睡覺時;93.5%的住宅廁所無采暖裝置.

作為一種局部加熱裝置，火桶對房間整體的加熱效果不明顯，使用了火桶的客廳、臥室溫度僅比未使用取暖裝置的廁所溫度高1.1～1.5 ℃. 但使用火桶后，有冷感覺的老人人數比例約下降了30%，火桶對老年人熱舒適的改善效果較好.

2.4 ? 舒適區(qū)溫度

由圖6可知，老人實際熱感覺投票值（MTS）高于PMV模型預測得到的熱感覺投票值，即老人實際冷感覺弱于PMV模型預測值.與PMV模型相比，APMV模型預測值更接近實際熱感覺投票值（MTS）.這是因為老人已經在當地生活了幾十年，習慣了當地冬季相對惡劣的熱環(huán)境，因此心理上對熱環(huán)境的期望值較低，且冬季老人服裝熱阻很大，并經常使用火桶取暖，這些對非穩(wěn)態(tài)環(huán)境的適應性行為使得APMV模型可以更加準確預測老人熱感覺.該地區(qū)老年人冬季自適應系數λ = -0.26，其絕對值小于《民用建筑室內熱濕環(huán)境評價標準》[16]提出的夏熱冬冷地區(qū)居住建筑偏冷環(huán)境下的自適應系數λ = -0.49的絕對值，與標準條件相比，該地區(qū)老年人對冷環(huán)境的適應性較差.這主要與老年人生理機能下降以及當地行為調節(jié)方式有限有關.

MTS、PMV與APMV值隨室內空氣溫度變化的斜率反映了老人對溫度變化的敏感度，由圖6中MTS線性擬合結果可以看出，冬季該地區(qū)老人對室內溫度變化很敏感，因此在設計該地區(qū)老年人住宅熱環(huán)境時，應注意保證室內環(huán)境的穩(wěn)定性，減少因非穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境引起的熱不舒適.由于APMV模型可以更加準確地預測當地老人冬季實際熱感覺投票值，可根據此模型計算得到冬季湘西農村地區(qū)住宅舒適區(qū)溫度范圍為16.7～27.1 ℃.

3 ? 結 ? 論

1）湘西農村地區(qū)住宅冬季室內平均溫度低于10 ℃且隨室外氣候變化波動明顯，住宅不同房間溫差明顯，且吊腳樓、木結構瓦房、磚墻建筑的室內平均溫度依次增加.

2）住宅內早晚有冷感覺的老人比例分別為70%與40%，在廁所時有冷感覺的老人比例最高，且由于廁所與客廳存在溫差，76.1%的老人在從客廳進入廁所時有冷感覺.為改善該地區(qū)冬季室內熱環(huán)境，提高老年人熱舒適，除了提高室內總體平均溫度外，減小不同房間之間的溫差也是一個重要方面.

3）當地居民冬季熱適應行為主要為增加衣物以及使用火桶采暖，老年人冬季服裝平均熱阻為1.60 clo，火桶對室內整體熱環(huán)境的改善作用不大，但對老年人熱感覺有明顯的改善效果.

4）結合湘西農村地區(qū)氣候條件以及當地老年人生理狀況與熱適應行為，利用APMV模型對當地居民熱感覺進行模擬，得到該地區(qū)冬季老人自適應系數λ=-0.26，住宅舒適區(qū)溫度范圍為16.7～27.1 ℃.

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