衛(wèi)生間干濕分區(qū)對室內(nèi)濕環(huán)境和淋浴者舒適性的影響研究

劉柏灼 裴清清 何梓豪 熊 松 穆 歡

衛(wèi)生間干濕分區(qū)對室內(nèi)濕環(huán)境和淋浴者舒適性的影響研究

劉柏灼 裴清清 何梓豪 熊 松 穆 歡

（廣州大學(xué)土木工程學(xué)院 廣州 510006）

衛(wèi)生間濕環(huán)境很大程度上決定了室內(nèi)空氣質(zhì)量和住戶的生活質(zhì)量。對廣州某高校及附近小區(qū)住戶在冬季和冬春交替季節(jié)熱水淋浴后產(chǎn)生的大量濕氣對衛(wèi)生間及休息區(qū)濕環(huán)境的影響進行問卷調(diào)研和實驗監(jiān)測研究。結(jié)果顯示，在尚未進行干濕分區(qū)的衛(wèi)生間淋浴期間以及淋浴后80min，應(yīng)盡量關(guān)閉衛(wèi)生間窗戶和衛(wèi)生間附近休息區(qū)門以減少侵入休息區(qū)的濕氣量。靠近衛(wèi)生間的休息區(qū)門和窗在此期間如若構(gòu)成對流狀態(tài)，則也應(yīng)在滿足舒適性的情況下盡量少同時開啟門和窗。通過CFD數(shù)值模擬分析方法研究淋浴者在不同分區(qū)隔板高度下頭面部和濕區(qū)的溫濕環(huán)境及氣流速度等舒適度指標(biāo)以及衛(wèi)生間干區(qū)濕環(huán)境的變化情況，并在基于有效的調(diào)查問卷數(shù)據(jù)研究基礎(chǔ)上采用綜合評價指標(biāo)E評估3種不同權(quán)重系數(shù)下的隔板設(shè)置高度并得出相應(yīng)的指導(dǎo)建議。

衛(wèi)生間；室內(nèi)濕環(huán)境；干濕分區(qū)；行為模式；權(quán)重系數(shù)

0 引言

0.1 研究背景

大多數(shù)民用住宅衛(wèi)生間承擔(dān)著淋浴、洗漱、洗衣、大小便等功能，衛(wèi)生間的濕環(huán)境對住戶的生活質(zhì)量起著至關(guān)重要的影響。國內(nèi)大部分高校學(xué)生宿舍基本上配備了獨立衛(wèi)生間，一般要占到休息區(qū)的1/6；造成住宅衛(wèi)生間惡劣濕環(huán)境的主要原因在于大多衛(wèi)浴間因地理環(huán)境或樓宇結(jié)構(gòu)、格局差異等客觀條件造成通風(fēng)不暢，導(dǎo)致水蒸氣長時間積聚在衛(wèi)浴間內(nèi)對室內(nèi)環(huán)境造成負(fù)面影響；水蒸氣往往也會隨著開啟的衛(wèi)浴間門或門下方的百葉換氣孔侵潤到室內(nèi)休息區(qū)，影響室內(nèi)空氣品質(zhì)。

衛(wèi)生間是住宅濕氣最重的地方，熱水淋浴后的封閉環(huán)境衛(wèi)生間或梅雨季節(jié)的沿海地區(qū)民用住宅衛(wèi)生間濕度可達(dá)到99.9%，比回南天的濕度高。在高熱濕環(huán)境下，人的體溫調(diào)節(jié)中樞興奮性會增高，長時間則會造成人們注意力、反應(yīng)速度等降低而導(dǎo)致人們工作能力下降[1]；人體較長時間或長期處于高濕環(huán)境中時，人體的松果腺體會分泌出大量的松果激素，使得體內(nèi)腎上腺素和甲狀腺素濃度相對降低而導(dǎo)致細(xì)胞“偷懶”，從而人就易無精打采，狀態(tài)萎靡，對于一些身體狀態(tài)不佳的住戶，長期暴露于極端高濕度環(huán)境下易增加呼吸系統(tǒng)疾病的死亡風(fēng)險[2]。

衛(wèi)生間的濕氣主要來源于兩個部分，一是淋浴時外濺的水和產(chǎn)生的水蒸汽，二是馬桶、地漏等水封水分蒸發(fā)或住戶日?；顒赢a(chǎn)生的外濺水蒸發(fā)；衛(wèi)生間的濕環(huán)境最惡劣的時段一般是在大量產(chǎn)生濕氣且短時間難以有效排除時段，防止高濕度氣體侵潤最有效的措施是在源頭和傳播途徑上予以隔絕，盡量減小濕氣的侵潤范圍。干濕分離最核心的一點就是把淋浴區(qū)獨立劃分出去，通過干濕分區(qū)隔板的被動式隔濕控制讓如廁區(qū)，包括洗衣區(qū)、洗臉區(qū)域不至于被侵潤太多從住戶淋浴后的衛(wèi)生間濕區(qū)擴散的高濕度氣體。

本文分別從主觀與客觀兩方面對宿舍衛(wèi)生間存在的環(huán)境濕度、熱舒適問題進行調(diào)查分析，再通過實驗實時監(jiān)測淋浴后衛(wèi)生間的相對濕度，結(jié)合實際問題研究有效可行的調(diào)控措施和優(yōu)化住戶行為習(xí)慣以在特殊室內(nèi)外環(huán)境下改善宿舍衛(wèi)生間及室內(nèi)濕環(huán)境。

0.2 問卷調(diào)查情況

本次問卷調(diào)查的對象主要是該校的部分衛(wèi)生間建筑格局相似的研究生樓和附近居民小區(qū)。對于本次調(diào)查有約67.8%的研究生對干濕分區(qū)不了解，有約32.2%的研究生對干濕分區(qū)比較了解或家里衛(wèi)生間有干濕分區(qū)，說明大多數(shù)被調(diào)查者對衛(wèi)生間空氣品質(zhì)控制的認(rèn)識匱乏，為了有利于提高住戶的生活品質(zhì)和學(xué)習(xí)工作效率，應(yīng)提高這方面的認(rèn)識和采取相應(yīng)的措施。

圖1 調(diào)查對象主要基本情況

由圖1可知，對于在進行日常洗漱活動和洗熱水澡后近衛(wèi)生間處的休息區(qū)濕感受，約59.3%的被調(diào)查者認(rèn)為濕氣很重，約32.2%的被調(diào)查者認(rèn)為濕氣較重，約8.54%的被調(diào)查者認(rèn)為沒有感覺。其中感覺濕氣很重和較重的被調(diào)查者認(rèn)為在冬春交替季節(jié)和“回南天”時節(jié)洗熱水澡后最為明顯。大部分居民表示對衛(wèi)生間進行干濕分區(qū)改造所用的鋼化玻璃隔板過高，淋浴時舒適性降低，尤其是在春夏季部分被調(diào)查者會開著分區(qū)隔板門洗澡。大部分被調(diào)查者無論是洗冷水澡或是洗熱水澡后會把衛(wèi)生間窗戶打開。在衛(wèi)生間尚未干濕分區(qū)時，這樣的行為模式更易導(dǎo)致淋浴后的高濕氣體直接吹入休息區(qū)或通過衛(wèi)生間門百葉通風(fēng)孔吹去休息區(qū)，在室外濕環(huán)境較惡劣的天氣洗熱水澡后影響更大，繆智昕[3]等人長期實測期間，被調(diào)查住宅室內(nèi)含濕量受室外含濕量顯著影響。應(yīng)考慮給衛(wèi)生間進行干濕分區(qū)，目前市場上對衛(wèi)生間干濕分區(qū)隔板高度的設(shè)置大多是根據(jù)廠家和顧客的偏好進行設(shè)計安裝，國內(nèi)外也尚未有相關(guān)文獻(xiàn)對干濕分區(qū)擋板高度進行實驗研究并得出指導(dǎo)性意見，在進行干濕分區(qū)設(shè)計時缺乏相關(guān)的參考和標(biāo)準(zhǔn)，故本文嘗試對此進行研究。

1 衛(wèi)生間干濕分區(qū)后，淋浴后室內(nèi)濕環(huán)境變化實驗研究

1.1 實驗主要內(nèi)容

如圖2所示，在對宿舍樓衛(wèi)生間進行干濕分區(qū)改造后，對相鄰兩間構(gòu)造相同的衛(wèi)生間干濕區(qū)各監(jiān)測點進行以分區(qū)隔板高度為單一變量條件的重復(fù)監(jiān)測實驗，研究分區(qū)隔板高度對淋浴后衛(wèi)生間濕區(qū)高濕度氣體向干區(qū)及休息區(qū)擴散的程度，和相應(yīng)條件下常見的行為模式對衛(wèi)生間干區(qū)和室內(nèi)休息區(qū)濕環(huán)境的影響，并根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制出衛(wèi)生間及臨近休息區(qū)相對濕度隨時間變化的關(guān)系圖，測試的時間主要選擇在晚上住戶淋浴的時間段進行。

圖2 各測點模型圖（1～3）和實驗現(xiàn)場圖（4～8）

1.2 實驗流程圖和現(xiàn)場圖

本節(jié)現(xiàn)場圖和實驗流程圖如圖2、圖3所示。

圖3 實驗流程圖

1.3 實驗結(jié)果

由圖4可知，隨著隔板和吊頂之間距離的減小，衛(wèi)生間濕區(qū)和干區(qū)的的相對濕度監(jiān)測值差距逐漸增大。對于開啟1/2衛(wèi)生間窗戶可開啟面積實驗組，隨著隔板和吊頂之間距離的減少，衛(wèi)生間濕區(qū)的相對濕度值較關(guān)閉濕區(qū)窗戶實驗組下降的更快，這是因為室外新風(fēng)吹入衛(wèi)生間濕區(qū)，使得濕區(qū)的高濕氣體較快的液化和在紊流運動的作用下被新風(fēng)從窗戶帶出室外；衛(wèi)生間干區(qū)和休息區(qū)的相對濕度值較關(guān)閉濕區(qū)窗戶實驗組也是下降更快，各開啟1/2衛(wèi)生間窗戶可開啟面積實驗組在約第10min后，干區(qū)和休息區(qū)測點的相對濕度值明顯比關(guān)閉時區(qū)窗戶實驗組下降的快。

2 衛(wèi)生間干濕分區(qū)后熱濕環(huán)境數(shù)值模擬分析

2.1 理論分析

通過第二節(jié)的實驗結(jié)果得知，對衛(wèi)生間進行干濕分區(qū)被動式濕環(huán)境控制能有效改善衛(wèi)生間濕環(huán)境，且干濕分區(qū)隔板距吊頂越近效果越好，但技術(shù)創(chuàng)新的一個主要目的是增進人類福祉，讓人們生活得更美好，因此還要考慮到住戶淋浴時的舒適性問題。舒適性問題要進行舒適性評估，氣溫、相對濕度、風(fēng)速三個環(huán)境要素對人體感覺的影響比較大，體表溫度、體內(nèi)溫度、皮膚濕潤度以及人體的生理過程都會影響到人對環(huán)境的舒適感[5]。淋浴舒適度評估可幫助人們對衛(wèi)生間淋浴環(huán)境有一個更直觀的認(rèn)識，對減少因不適感和不良情緒而造成的工作、生活決策失誤等具有積極意義。胡敏[6]等從熱濕平衡角度應(yīng)用相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型對空氣濕度與人體舒適感的關(guān)系做出量化評價，研究濕度對人體的舒適性影響。

田元媛針對熱濕環(huán)境對人體舒適感的影響研究發(fā)現(xiàn)，呼吸散熱在很大程度上直接影響人體的熱舒適水平，當(dāng)環(huán)境溫濕度較高時。若能使人體呼吸區(qū)的空氣保持較低的溫濕度，整個人體的熱舒適水平可以得到很大的改善[7]。除了舒適性方面，從生命安全方面考慮，部分住戶也是不能接受淋浴時的高溫高濕環(huán)境的，過高的溫濕環(huán)境易對心腦血管疾病的發(fā)生、加重有較大的影響[8]。這也說明了完全封閉式的濕區(qū)不適用，因此有必要對隔板高度在問卷調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上量化影響因素權(quán)重進行綜合分析并取得各權(quán)重系數(shù)下的優(yōu)化區(qū)間。

2.2 物理模型及邊界條件

衛(wèi)生間模型以1:1的比例進行仿真建模，長×寬×高為2.23m×2.2m×2.4m。主要模擬衛(wèi)生間干濕分區(qū)后淋浴時衛(wèi)生間干濕區(qū)的熱濕梯度分布、衛(wèi)生間氣流環(huán)境和水蒸氣擴散情況。根據(jù)問卷調(diào)查的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，默認(rèn)居民淋浴時衛(wèi)生間的活動窗戶是關(guān)閉的，故窗戶側(cè)風(fēng)速均設(shè)置為0，排氣扇進風(fēng)口速度根據(jù)氣象儀實測情況設(shè)定，湍流參數(shù)設(shè)為湍流強度5%，速度壁面邊界條件設(shè)置為無滑移邊界條件流速為0；壁面和地面溫度采用恒定溫度。人員身高參考《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告（2015年）》的全國男女性平均身高數(shù)據(jù)，廣州地區(qū)男/女性平均身高取1.68m、1.58m；人體體溫設(shè)置為36.6℃，男女平均淋浴時間按有關(guān)研究文獻(xiàn)設(shè)置為18min。網(wǎng)格劃分的好壞影響數(shù)值計算的精確度、速度、收斂性，對計算區(qū)域高質(zhì)量的網(wǎng)格劃分時數(shù)值模擬成功的基本條件，盡量避免生成過密過疏的網(wǎng)格[9]。

2.3 數(shù)值模擬結(jié)果分析

圖5 4組不同分區(qū)隔板高度下衛(wèi)生間舒適性指標(biāo)模擬圖

表1 實測與模擬數(shù)據(jù)對比

表2 實測與模擬數(shù)據(jù)對比

表4 實測與模擬數(shù)據(jù)對比

根據(jù)圖5可知，對于在濕區(qū)沐浴的女性用戶來說，干濕分區(qū)隔板高度從1.85m逐次升到2.15m，相對濕度從98.6%上升到99.8%；溫度從27.3℃上升到27.9℃，風(fēng)速從0.04m/s上升到0.07m/s。從有效的調(diào)查問卷統(tǒng)計統(tǒng)結(jié)果來看，被調(diào)查沐浴者普遍表示沐浴時濕區(qū)的相對濕度值過高，感到壓抑；也有部分被調(diào)查表示淋浴時吊頂排氣扇風(fēng)速過大，而模擬顯示，相同的初始條件下，隔板高度越高，濕區(qū)沐浴者體表感受到風(fēng)速有所增大，溫度也有所增高。針對宿舍或家用衛(wèi)生間有進行干濕分區(qū)的被調(diào)查者的問卷統(tǒng)計結(jié)果顯示，有約57%調(diào)查者表示比較注重淋浴時的舒適性，有30%調(diào)查者表示更注重衛(wèi)生間干區(qū)及休息區(qū)的濕環(huán)境影響，還有約13%的被調(diào)查者表示會根據(jù)室外環(huán)境情況而進行調(diào)整。為了能更準(zhǔn)確的量化對室內(nèi)濕環(huán)境和人體舒適性起主要影響作用的相對濕度和干濕分區(qū)隔板高度，并根據(jù)不同的用戶需求得出相應(yīng)的建議，本節(jié)引入綜合評價指標(biāo)E。

綜合評價指標(biāo)E定義如下：

權(quán)重系數(shù)的選擇是基于對長期在干濕分區(qū)衛(wèi)生間淋浴的被調(diào)查者的調(diào)查數(shù)據(jù)分析歸納而得出的比例，對最終的優(yōu)化結(jié)果有很大影響。權(quán)重系數(shù)加起來等于1，其數(shù)值的大小代表相對濕度和干濕分區(qū)隔板高度在綜合評價指標(biāo)E中所占的比重，若1較大，則說明相對濕度的重要性大于隔板高度。

表5 不同權(quán)重系數(shù)下隔板高度H方案優(yōu)化結(jié)果

由表5可以看出，對于方案1當(dāng)權(quán)重系數(shù)1:2為0.4:0.6時，分區(qū)隔板高度為2.05m時男性綜合評價指標(biāo)E和女性綜合評價指標(biāo)E最?。灰簿褪钦f，相對于淋浴時的舒適度而更注重室內(nèi)濕環(huán)境的前提下，廣州地區(qū)男性住戶選擇衛(wèi)生間干濕分區(qū)隔板高度區(qū)間在2.05～2.15m較優(yōu)；同樣情況，女性住戶選擇1.95～2.05m較優(yōu)。

對于方案2，當(dāng)權(quán)重系數(shù)1:2環(huán)境的影響；此時分區(qū)隔板高度為2.05m時男性綜合評價指標(biāo)E男最小，而為1.95m和2.05m時E男差值很小，結(jié)合實際情況可認(rèn)為這兩個高度都符合要求，故廣州地區(qū)男性住戶選擇衛(wèi)生間干濕分區(qū)隔板高度參考區(qū)間為1.95～2.15m；同樣情況，隔板高度為1.95m時女性綜合評價指標(biāo)E女最小，此方案下女性住戶選擇1.95m左右較優(yōu)。

當(dāng)權(quán)重系數(shù)1:2為0.6:0.4時，此時住戶相對于室內(nèi)濕環(huán)境影響而更注重淋浴時的舒適度，此時分區(qū)隔板高度為1.95m時男性綜合評價指標(biāo)E男最小，廣州地區(qū)男性住戶選擇衛(wèi)生間干濕分區(qū)隔板高度參考區(qū)間為1.95～2.05m；同樣情況，隔板高度為1.85m時女性綜合評價指標(biāo)E女最小，此方案下女性住戶選擇1.85～1.95m較優(yōu)；一般在非冬春交替季節(jié)和“回南天”這樣室外環(huán)境很潮濕的時期方案3較合適。

3 結(jié)論

根據(jù)上述實驗和模擬結(jié)果可以得到以下結(jié)論：

（2）當(dāng)淋浴時淋浴者頭面部舒適高度H和衛(wèi)生間濕區(qū)高濃度濕氣向干區(qū)擴散指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)1:2為0.4:0.6時，廣州地區(qū)男性住戶選擇隔板高度的區(qū)間在2.05～2.15m較優(yōu)；同樣情況，女性住戶選擇1.95～2.05m較優(yōu)。

（3）1:2為0.5:0.5時，廣州地區(qū)男性住戶選擇隔板高度的區(qū)間為1.95～2.15m較優(yōu)，女性住戶選擇1.95m左右較優(yōu)。

（4）1:2為0.6:0.4時，廣州地區(qū)男性住戶選擇隔板高度的區(qū)間為1.95～2.05m較優(yōu)，女性住戶選擇1.85～1.95m較優(yōu)。

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Study on the Influence of Dry and Wet Zone of Bathroom on Indoor Wet Environment and Shower Comfort

Liu Baizhuo Pei Qingqing He Zihao Xiong Song Mu Huan

( Institute of Civil Engineering, Guangzhou University, Guangzhou, 510006 )

The wet environment of the bathroom largely determines the indoor air quality and the quality of life of the residents. This paper conducts a questionnaire survey and experimental monitoring on the impact of a large amount of moisture generated by a university in Guangzhou and nearby communities during the hot shower in winter and winter and spring seasons. The results showed that during the bathroom shower that had not been subjected to the partition and 80 minutes after the shower, the toilet window and the rest area near the toilet should be closed as much as possible to reduce the amount of moisture invading the rest area. CFD numerical simulation analysis method was used to study the comfort indicators such as the temperature and humidity environment and airflow velocity of the showerheads in the head and face and wet areas under different partition heights, and based on the effective questionnaire data. On the basis of the comprehensive evaluation index Eh, the height of the partitions under three different weight coefficients is evaluated and corresponding guidance recommendations are obtained.

indoor wet environment; bathroom; wet and dry partition; behavior pattern: comfort

TB6/TK0

A

1671-6612（2019）04-437-07

劉柏灼（1993-），男，在讀碩士研究生，E-mail：gzlxm1@foxmail.com

裴清清（1964-），女，教授，博士生導(dǎo)師，E-mail：drpei@126.com

2019-04-13