亞熱帶地區(qū)自然通風(fēng)體育館室內(nèi)熱舒適范圍

李晉 盧頻 鄭海林

摘 要：以廣州地區(qū)自然通風(fēng)體育館為研究對象，用問卷和實(shí)測的方式分別采集了建筑內(nèi)運(yùn)動人群及觀眾人群的熱感覺投票值和室內(nèi)外熱環(huán)境參數(shù)，初步建立了這兩類人群的適應(yīng)性熱舒適模型和對應(yīng)的熱舒適范圍。并通過對比，分析了兩類人群的適應(yīng)性熱舒適模型和熱舒適范圍的區(qū)別。研究結(jié)果表明：自然通風(fēng)體育館室內(nèi)運(yùn)動人群的熱敏感度0.326 6要小于觀眾人群的熱敏感度0.379 9;運(yùn)動人群和觀眾人群的中性操作溫度都隨著室外溫度的升高而升高，前者中性操作溫度高于后者，差值在0.80～1.48 ℃之間;運(yùn)動人群和觀眾人群熱舒適范圍的上下限都隨著室外溫度的升高而升高，前者熱舒適范圍的下限與后者相似，但是前者熱舒適范圍的上限比后者高，差值在1.86～2.48 ℃之間。

關(guān)鍵詞：自然通風(fēng);體育館;熱舒適;熱舒適模型;運(yùn)動人群

中圖分類號：TU111.3 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? 文章編號：2096-6717（2019）05-0173-10

Abstract：Naturally ventilated sports buildings in Guangzhou were taken as studied object in this study， and the parameters of indoor thermal environment and the thermal sensation votes of exercising people and spectators were collected by field measurement and questionnaires respectively. The adaptive thermal comfort models and comfort ranges of these two groups of people were initially established and then compared. The results showed that the thermal sensitivity of exercising people in the natural ventilation sports building is 0.326 6， which is lower than that of spectators （0.379 9）. The neutral temperature of exercising people and spectators increases with the increasing of outdoor air temperature， which of the former is 0.80 ℃ to 1.48 ℃higher than that of the latter. And the upper and lower limits of thermal comfort range of exercising people and spectators increase with the increasing of outdoor air temperature， and the lower limits of thermal comfort range of the former is similar as that of the latter， while the upper limits of thermal comfort range of the former is 1.86 ℃ to 2.48 ℃ higher than that of the latter.?

Keywords：natural ventilation; sports building; thermal comfort; thermal comfort model; exercising people ? 提高建筑室內(nèi)熱環(huán)境和建筑能效已經(jīng)成為建筑相關(guān)領(lǐng)域的重要課題[1]。首先，為了提高建筑用戶的健康，適宜的室內(nèi)熱環(huán)境是必需的。室內(nèi)熱環(huán)境是除光環(huán)境、聲環(huán)境和空氣質(zhì)量環(huán)境之外的室內(nèi)環(huán)境的重要組成部分之一[2]。當(dāng)室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量較低時，可能會出現(xiàn)疾病、生產(chǎn)效率低和不滿意等問題。此外，由于建筑的高能耗意味著資源的浪費(fèi)，甚至?xí)觿∪蜃兣痆3]，因此，節(jié)約建筑能耗也具有必要性。

熱舒適是室內(nèi)熱環(huán)境最重要的評價指標(biāo)之一，是一種“建筑內(nèi)用戶對建筑室內(nèi)熱環(huán)境是否滿意的主觀評價”[4]。尤其對位于氣候條件較為極端的區(qū)域（比如在亞熱帶地區(qū)）的建筑，這個評價指標(biāo)極為重要。熱舒適研究有助于創(chuàng)造良好的室內(nèi)熱環(huán)境，在提高人們的健康和工作效率的同時保持合理的能耗[5]。

目前，大多數(shù)熱舒適研究集中在辦公樓、教學(xué)樓或居民樓等，其內(nèi)用戶處于靜坐等低強(qiáng)度活動狀態(tài)。但除此之外，人們還在室內(nèi)進(jìn)行其他中高強(qiáng)度的活動，比如在建筑內(nèi)進(jìn)行運(yùn)動。過去人們主要在戶外進(jìn)行運(yùn)動，但近年隨著來人們對皮膚癌和其他健康風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識的不斷提高和體育運(yùn)動項(xiàng)目類型的不斷增加，越來越多的人開始在室內(nèi)進(jìn)行體育運(yùn)動，室內(nèi)體育館日益流行。因此，人們對體育建筑室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的要求也日益提高。

亞熱帶地區(qū)常年炎熱潮濕，而且夏季持續(xù)時間長，夏季體育建筑室內(nèi)環(huán)境過熱是該地區(qū)面臨的主要問題。為解決這一問題，該地區(qū)體育建筑中最主要的室內(nèi)熱環(huán)境調(diào)節(jié)方法有兩種：空調(diào)調(diào)節(jié)和自然通風(fēng)調(diào)節(jié)。空調(diào)調(diào)節(jié)在該地區(qū)使用最為普遍，因?yàn)樗梢詾橛脩籼峁┮粋€穩(wěn)定舒適的室內(nèi)環(huán)境。但是，長期呆在全封閉空調(diào)環(huán)境下會給人體健康帶來諸多不良的影響，而且過度使用空調(diào)會導(dǎo)致高建筑能耗以及對環(huán)境的污染[6]。自然通風(fēng)調(diào)節(jié)被認(rèn)為是“一種極具吸引力的室內(nèi)熱環(huán)境調(diào)節(jié)方法”[6]。一個優(yōu)秀的自然通風(fēng)調(diào)節(jié)方案可以在以被動方式維持一個舒適、健康的室內(nèi)熱環(huán)境的同時減少建筑主動通風(fēng)和冷卻系統(tǒng)的能耗”[6] 。但是，由于自然通風(fēng)建筑內(nèi)環(huán)境會隨著室外環(huán)境的變化而發(fā)生改變，因此，該類建筑不能保證全天每時每刻都能為運(yùn)動人群提供舒適的室內(nèi)環(huán)境。某些時刻過高的室內(nèi)溫度甚至?xí)l(fā)健康問題，比如頭昏、脫水、中暑等癥狀[2]。為了最大化自然通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能效率的同時保證室內(nèi)環(huán)境的舒適，及時介入空調(diào)、風(fēng)扇等主動調(diào)節(jié)手段成為必須。建立自然通風(fēng)體育館室內(nèi)用戶的熱舒適范圍，可以為這種協(xié)同調(diào)節(jié)手段提供理論依據(jù)，即為主動調(diào)節(jié)手段選擇合理的介入時間。

適應(yīng)性熱舒適模型是當(dāng)前探究自然通風(fēng)建筑室內(nèi)用戶舒適范圍的主要研究方法[7]。該方法之所以被科學(xué)界廣泛采用，是因?yàn)樗紤]了人體對環(huán)境的行為適應(yīng)、生理適應(yīng)和心理適應(yīng)[8]。正是由于這些適應(yīng)性，自然通風(fēng)建筑內(nèi)，用戶可以在更大的溫度范圍內(nèi)依舊感覺舒適[9-10]。因此，該方法預(yù)測的舒適范圍比其他方法預(yù)測的舒適范圍更寬、更精確，從而可以降低用于維持室內(nèi)用戶舒適度的主動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的能耗[11]。

相關(guān)模型已經(jīng)被國際上的熱舒適標(biāo)準(zhǔn)所采用，作為預(yù)測自然通風(fēng)建筑室內(nèi)環(huán)境熱舒適的工具。比如de Dear[12]和McCartney等[13]所建立的模型分別被美國熱舒適標(biāo)準(zhǔn)ASHRAE 55和歐洲熱舒適標(biāo)準(zhǔn)EN 15251所采用[4，14]。除此之外，考慮到國際熱舒適標(biāo)準(zhǔn)中的模型并不適用于所有地區(qū)，先后有研究者們通過實(shí)地調(diào)研，建立了不同地理環(huán)境和氣候區(qū)域的模型[15-18]。但是，現(xiàn)有模型依舊不能直接用于自然通風(fēng)體育館，因?yàn)檫@些模型的研究對象多為居住建筑或辦公建筑內(nèi)處于靜坐狀態(tài)的人。受試者的熱感覺不僅會根據(jù)氣候、地理位置的變化而變化，還會根據(jù)運(yùn)動強(qiáng)度的變化而發(fā)生改變[19-21]。迄今為止，鮮有研究以自然通風(fēng)體育館內(nèi)用戶（運(yùn)動人群和觀眾人群）為研究對象，建立對應(yīng)的適應(yīng)性熱舒適模型和舒適范圍。

廣州地處亞熱帶地區(qū)，其氣候特征為常年溫暖多雨、光照充足、夏季長，夏季高溫和維持體育館室內(nèi)熱舒適是該地區(qū)的主要矛盾。因此，本文以廣州地區(qū)夏季自然通風(fēng)體育館中運(yùn)動人群和觀眾人群為研究對象，嘗試通過建立兩者的適應(yīng)性熱舒適模型，對自然通風(fēng)體育館室內(nèi)用戶的熱舒適范圍進(jìn)行研究與分析。

1 研究方法

1.1 調(diào)研地點(diǎn)

選擇廣州市3個典型的自然通風(fēng)體育館進(jìn)行實(shí)地調(diào)研。3個體育館分別位于市中心的3所大學(xué)，具有相似的室外氣候。3個體育館皆為側(cè)面開敞，但側(cè)面開敞的面積比不同，涵蓋了該地區(qū)自然通風(fēng)體育館的主要類型。3個體育館主要供在校學(xué)生進(jìn)行籃球運(yùn)動，因此，建筑中的籃球場地被選作調(diào)研地點(diǎn)（其中，每個體育館隨機(jī)選擇了6個半場籃球場作為調(diào)研場地）。實(shí)地調(diào)研選在籃球場處于完全自然通風(fēng)狀態(tài)，即沒有開啟風(fēng)扇及空調(diào)等主動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的情況下進(jìn)行。實(shí)地調(diào)研在夏天進(jìn)行，5月、7月和9月各7 d。調(diào)研環(huán)境如圖1所示，調(diào)研場地的平面圖如圖2所示。

1.2 調(diào)研對象

為了保證研究的可靠性和代表性，建筑中1 093名身體健康的大學(xué)生被隨機(jī)抽選出來參加調(diào)研。調(diào)研對象首先作為觀眾人群在籃球場邊觀看他人進(jìn)行籃球運(yùn)動，這個階段他們處于靜坐狀態(tài);然后，再作為運(yùn)動人群在籃球場內(nèi)進(jìn)行籃球運(yùn)動，這個階段他們處于運(yùn)動狀態(tài)。所有研究對象均在廣州生活超過兩年，已經(jīng)基本適應(yīng)廣州地區(qū)的熱環(huán)境。調(diào)研對象的基本信息如表1所示。

1.3 現(xiàn)場調(diào)研

1.3.1 客觀物理因素調(diào)研 客觀物理因素調(diào)研包括室外環(huán)境參數(shù)和室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的采集。室外環(huán)境參數(shù)（主要包括室外空氣溫度）由本地區(qū)氣象站所采集，室內(nèi)環(huán)境參數(shù)（主要包括室內(nèi)空氣溫度、相對濕度、黑球溫度、風(fēng)速等）由布置在體育館內(nèi)的測量儀器采集。測量儀器的具體型號及對應(yīng)功能如表2所示。測量儀器被放置在籃球場邊界（如圖3所示），儀器探頭距離地面1.1 m。

1.3.2 主觀人為因素調(diào)研 采用調(diào)查問卷進(jìn)行主觀人為因素調(diào)研。調(diào)查問卷分為3個部分：第1部分用來是收集受試者的基本信息，包括：年齡、性別、體重、身高、生活在廣州的時間等;第2部分用來收集觀眾人群的主觀熱感受和適應(yīng)性行為;第3部分用來收集運(yùn)動人群的主觀熱感受和適應(yīng)性行為。問卷中的主觀熱感覺投票刻度采用ASHRAE Standard 55-2013 所建議使用的7級刻度，具體刻度圖如表3所示。

1.4 實(shí)測計(jì)劃

每個研究對象在8：00—18：00之間參與了一次時長60 min的現(xiàn)場實(shí)測，該實(shí)測分為3個階段。第1個階段，實(shí)測人員用10 min的時間向研究對象介紹實(shí)測計(jì)劃和方法，并在問卷上記錄研究對象的基本信息;第2個階段，研究對象作為觀眾人群在籃球場邊觀看他人進(jìn)行籃球運(yùn)動（這個階段他們處于靜坐或者放松站立的狀態(tài)），并于20 min后及時填寫了這個階段的主觀熱感受問卷，與此同時，實(shí)測人員用儀器記錄了20 min內(nèi)的室內(nèi)環(huán)境參數(shù);第3個階段，研究對象作為運(yùn)動人群在籃球場內(nèi)進(jìn)行籃球運(yùn)動（這個階段他們處于運(yùn)動狀態(tài)），并于20 min后及時填寫了有關(guān)這個階段的主觀熱感受問卷，與此同時，實(shí)測人員用儀器記錄了20 min內(nèi)的室內(nèi)環(huán)境參數(shù)。具體實(shí)驗(yàn)流程如圖4所示。

考慮到當(dāng)代謝率改變時人的熱感覺和皮膚溫度在15～20 min內(nèi)會趨于穩(wěn)定[22]，實(shí)測將靜坐狀態(tài)和運(yùn)動狀態(tài)的測試時間都設(shè)定為20 min。除此之外，考慮到高強(qiáng)度活動產(chǎn)生的熱量或汗水可能會影響受試者在低強(qiáng)度活動測試中對熱環(huán)境的反應(yīng)[23]，實(shí)測將靜坐狀態(tài)測試安排在運(yùn)動狀態(tài)測試之前。

2 研究結(jié)果

2.1 環(huán)境參數(shù)測量結(jié)果

2.1.1 室外環(huán)境參數(shù)測量結(jié)果 實(shí)測采集的主要室外環(huán)境參數(shù)為室外空氣溫度。為了使模型更加準(zhǔn)確，ASHARE Standard 55推薦使用連續(xù)平均室外空氣溫度，因?yàn)樵撝悼梢泽w現(xiàn)人對環(huán)境的適應(yīng)[4]。除此之外，de Dear等人指出7 d短得足夠包含最近的天氣的動態(tài)變化，長得足夠捕捉到天氣的暫時記憶，因此，建議在熱適應(yīng)的研究中使用過去7 d的連續(xù)平均室外空氣溫度[24]。據(jù)此，結(jié)合ASHARE Standard 55給出的計(jì)算連續(xù)平均室外溫度的計(jì)算式[4]，推算出了計(jì)算過去7 d連續(xù)平均室外溫度的計(jì)算式（1）。

2.1.2 室內(nèi)環(huán)境參數(shù)測量結(jié)果 實(shí)測采集的室內(nèi)環(huán)境參數(shù)包括室內(nèi)空氣溫度、黑球溫度、風(fēng)速和濕度。為了使模型更加準(zhǔn)確，研究采用操作溫度作為室內(nèi)熱環(huán)境指標(biāo)。原因有兩個：1）較其他室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，操作溫度可以與人的熱感覺生成更好的線性關(guān)系;2）較其他室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，操作溫度考慮了多環(huán)境因素的綜合影響，可以更全面地代表室內(nèi)熱環(huán)境[25]。使用ISO Standard 7726-2002所提供的計(jì)算公式（2）計(jì)算操作溫度[26]。top=A ta+（1-A） tr

（2）式中：top是操作溫度;ta是平均空氣溫度;tr是平均輻射溫度;A是一個常數(shù)，ISO Standard中列出了它在不同的風(fēng)速范圍下對應(yīng)的不同數(shù)值。根據(jù)該計(jì)算式和實(shí)測所得室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，計(jì)算出實(shí)測期間每天的室內(nèi)操作溫度，如表4所示。

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2.2 衣服熱阻和新陳代謝率

2.2.1 衣服熱阻 分別記錄了受試者在靜坐狀態(tài)下和運(yùn)動狀態(tài)下的穿衣情況，并按照ASHRAE Standard提供的方法計(jì)算了對應(yīng)的衣服熱阻。觀眾人群的衣服熱阻范圍在0.50～1.00 clo之間，運(yùn)動人群的衣服熱阻范圍在0.50～0.65 clo之間。需要指出的是，夏季人群（特別是運(yùn)動人群）衣服熱阻的最小值受到社會習(xí)俗的約束，即極少有人穿著暴露或赤裸上身在體育館進(jìn)行運(yùn)動，因此，基于更換衣物所產(chǎn)生的適應(yīng)性調(diào)節(jié)行為大大減少。

2.2.2 新陳代謝率 依據(jù)ASHRAE Standard中提供的不同活動強(qiáng)度對應(yīng)的新陳代謝率，對靜坐和運(yùn)動人群的新陳代謝率分別給與了賦值。調(diào)查對象作為觀眾的狀態(tài)為ASHRAE Standard中所述的靜坐狀態(tài)和放松站立狀態(tài)，對應(yīng)的代謝率為1.0～1.2 met;調(diào)查對象進(jìn)行籃球運(yùn)動狀態(tài)的新陳代謝率為5.0～7.6 met。值得指出的是，ASHRAE Standard中所應(yīng)用的適應(yīng)性熱舒適模型并不適用于新陳代謝率高于1.3 met的人群，目前，也沒有相關(guān)研究建立新陳代謝率高于1.3 met的運(yùn)動人群的適應(yīng)性熱舒適模型。因此，第一次探討了運(yùn)動人群的熱感覺與室外環(huán)境參數(shù)之間的關(guān)系，并嘗試建立了運(yùn)動人群的適應(yīng)性熱舒適模型。

2.3 適應(yīng)性熱舒適模型和熱舒適范圍

2.3.1 熱感覺投票結(jié)果 受試者在運(yùn)動狀態(tài)和靜坐狀態(tài)下的熱感覺投票分布如圖6所示。運(yùn)動狀態(tài)和靜坐狀態(tài)下的熱感覺投票值處于-1～1之間的百分比分別是98.08%和91.67%（5月份），59.74%和57.58%（7月份），94.07%和93.39%（9月份）。熱感覺投票值處于-1～1之間的區(qū)間為舒適范圍區(qū)間[27]，因此可推斷：實(shí)測期間覺得舒適的運(yùn)動人群要多于觀眾人群。

2.3.2 中性溫度和舒適溫度的上下限 研究依據(jù)de Dear的推薦，采用建立線性回歸的方法求出了受試者處于靜坐狀態(tài)和運(yùn)動狀態(tài)下的中性溫度[28]，具體方法如下：

1）將所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，把每天每個半場對應(yīng)的室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)和該球場中受試者在靜坐和運(yùn)動狀態(tài)下的熱感覺投票值作為一個數(shù)據(jù)組。

2）建立每組數(shù)據(jù)中靜坐和運(yùn)動狀態(tài)下的熱感覺投票值和對應(yīng)區(qū)域操作溫度的線性關(guān)系，得到每組數(shù)據(jù)的靜坐和運(yùn)動狀態(tài)下的等式（3）和式（4）。TSV觀眾=a+b×top

（4）式中：TSV觀眾為靜坐狀態(tài)下的平均熱感覺投票值;TSV運(yùn)動為運(yùn)動狀態(tài)下的平均熱感覺投票值;top為操作溫度。建立線性回歸過程中，顯著性大于0.001（p>0.001）的數(shù)據(jù)組會被作為無效數(shù)據(jù)組剔除。

3）計(jì)算每組數(shù)據(jù)所對應(yīng)的兩個等式中當(dāng)TSV觀眾和TSV運(yùn)動為零時對應(yīng)的操作溫度值，這兩個溫度值即是每組數(shù)據(jù)中受試者分別處于靜坐狀態(tài)下和運(yùn)動狀態(tài)下的中性溫度。

4）熱感覺投票值處于-1～1之間的區(qū)間為舒適范圍區(qū)間。計(jì)算每組數(shù)據(jù)所對應(yīng)等式中，當(dāng)TSV觀眾為+1和-1時對應(yīng)的操作溫度值，這兩個溫度值即是每組數(shù)據(jù)中受試者處于靜坐狀態(tài)下的舒適溫度上下限。同理，可求得受試者處于運(yùn)動狀態(tài)下的舒適溫度上下限。

2.3.3 適應(yīng)性熱舒適模型 將每天每個球場受試者處于運(yùn)動狀態(tài)和靜坐狀態(tài)下的中性操作溫度分別與當(dāng)天連續(xù)平均室外空氣溫度相關(guān)聯(lián)，生成的線性關(guān)系如表5和圖7所示，其中，Tout為室外日平均氣溫，Tn為日中性溫度。

如表5中所示，對于觀眾人群，0.379 9是日中性溫度隨室外空氣溫度的變化率，15.604是一個常數(shù)。模型的室外空氣溫度的有效范圍為22.72～35.61 ℃，對應(yīng)的中性溫度范圍為24.24～29.13 ℃。良好的決定系數(shù)R2（R2=0.762 6）表明方程式（6）能較好的解釋觀眾人群的中性溫度隨著室外溫度的變化而變化。顯著性水平p<0.001表明觀眾人群的中性溫度和室外空氣溫度之間的線性回歸方程具有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對于運(yùn)動人群，0.326 6是日中性溫度隨室外空氣溫度的變化率，18.301是一個常數(shù)。模型的室外空氣溫度的有效范圍為22.72～35.61 ℃，對應(yīng)的中性溫度范圍為25.72～29.93 ℃。良好的決定系數(shù)R2（R2=0.415 0）表明方程式（5）能較好地解釋運(yùn)動人群的中性溫度隨著室外溫度的變化而變化。顯著性水平p<0.001表明運(yùn)動人群的中性溫度和室外空氣溫度之間的線性回歸方程具有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。如圖7所示，觀眾人群和運(yùn)動人群中性溫度（舒適溫度）隨著室外空氣溫度的改變而改變。室外空氣溫度越高，中性溫度也越高。這表明觀眾人群和運(yùn)動人群的中性溫度都跟對應(yīng)的室外環(huán)境密切相關(guān)。

2.3.4 熱舒適范圍 將每天每個球場受試者處于運(yùn)動狀態(tài)和靜坐狀態(tài)下的舒適溫度上下限值分別與對應(yīng)的當(dāng)天連續(xù)平均室外空氣溫度相關(guān)聯(lián)，生成的線性關(guān)系如表6和圖8所示。 圖8中運(yùn)動人群的上限和下限之間為運(yùn)動人群的舒適范圍，觀眾人群的上限和下限之間為觀眾人群的舒適范圍。室外空氣溫度的有效范圍為22.72～35.61 ℃，對應(yīng)的運(yùn)動人群舒適溫度范圍為23.13～32.85 ℃，觀眾人群舒適溫度范圍為22.60～31.00 ℃。如圖8所示，觀眾人群和運(yùn)動人群舒適溫度范圍隨著室外空氣溫度的改變而改變。室外空氣溫度越高，舒適溫度上下限值也越高。這表明觀眾人群和運(yùn)動人群的舒適溫度范圍都跟對應(yīng)的室外環(huán)境密切相關(guān)。

3 討論

3.1 觀眾人群和運(yùn)動人群的對比

比較觀眾人群和運(yùn)動人群的適應(yīng)性熱舒適模型的斜率（見表5），發(fā)現(xiàn)運(yùn)動人群的斜率（0.326 6）要小于觀眾人群的斜率（0.379 9）。已有研究指出適應(yīng)性熱舒適模型的斜率可以被看作人對溫度變化的敏感程度[29]。因此，運(yùn)動人群熱敏感度要小于觀眾人群。

比較觀眾人群和運(yùn)動人群適應(yīng)性熱舒適模型的中性操作溫度（見圖7），發(fā)現(xiàn)運(yùn)動人群和觀眾人群的中性操作溫度都隨著室外空氣溫度的升高而升高，但相同的室外空氣溫度對應(yīng)的運(yùn)動人群的中性操作溫度要高于觀眾人群，差值維持在0.80 ℃到1.48 ℃之間。這說明兩類人群的適應(yīng)性熱舒適模型具有較大差別，為了準(zhǔn)確的推斷出相同環(huán)境下兩類人群的舒適溫度，應(yīng)該分別建立相應(yīng)的適應(yīng)性熱舒適模型。

比較觀眾人群和運(yùn)動人群的舒適溫度范圍（見圖8），發(fā)現(xiàn)運(yùn)動人群和觀眾人群的舒適溫度范圍上下限皆隨著室外溫度的升高而升高，但運(yùn)動人群的舒適范圍比觀眾人群的舒適范圍更寬，前者舒適溫度下限與后者舒適溫度下限相近，但前者舒適溫度上限比后者舒適溫度上限高，差值維持在1.86～2.48 ℃之間。這說明當(dāng)觀眾人群覺得舒適的時候，運(yùn)動人群基本感覺舒適，但當(dāng)運(yùn)動人群感覺舒適的時候，觀眾人群則不一定舒適。

目前，已有研究指出人的熱感覺（包括：熱敏感度、中性溫度和舒適范圍等）會被環(huán)境因素、生理因素和心理因素影響[30]。為了找到影響研究中受試者熱感覺的主要因素，下文將依次對這3種因素進(jìn)行討論。關(guān)于環(huán)境因素：受試者處于靜坐狀態(tài)和運(yùn)動狀態(tài)時都在球場附近，而且處于這兩個狀態(tài)之間的時差僅30 min，因此，受試者在兩個狀態(tài)下所處的環(huán)境基本相似。關(guān)于生理因素：靜坐狀態(tài)和運(yùn)動狀態(tài)下受試者的運(yùn)動強(qiáng)度有較大區(qū)別。目前，已有大量研究指出人體中性溫度和舒適溫度會隨著運(yùn)動強(qiáng)度的升高而降低[19-21]，但本文結(jié)果卻與之相反。綜合以上兩點(diǎn)，推測受試者處于運(yùn)動狀態(tài)與靜坐狀態(tài)的熱感覺有差異的主要原因不是環(huán)境因素和生理因素，而是心理因素。由于研究中的調(diào)查對象多為運(yùn)動愛好者，他們即便在高溫環(huán)境下依舊渴望參加運(yùn)動，這一心理因素使得他們?nèi)菀缀雎詼囟鹊淖兓?shí)測中各個溫度段所對應(yīng)的運(yùn)動人群的熱感覺投票值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（如圖9所示），當(dāng)室內(nèi)溫度高于30 ℃時，依舊有高達(dá)60%的投票值處于舒適區(qū)間（-1、0、1）。 這表明即便在炎熱的室內(nèi)環(huán)境中，大部分運(yùn)動人群依舊感覺舒適。

基于上述討論，推測運(yùn)動愛好者渴望參加運(yùn)動的心理因素使他們?nèi)菀缀雎詼囟鹊淖兓踔猎诟邷叵乱琅f愿意進(jìn)行體育鍛煉，從而忽視溫度的變化和高溫對他們健康造成的潛在威脅。因此，未來對運(yùn)動人群熱環(huán)境的研究應(yīng)考慮兩種溫度，一種對應(yīng)運(yùn)動人群生理健康的需求，另一種對應(yīng)運(yùn)動人群舒適的需求。

3.2 舒適范圍與體育館室內(nèi)溫度對比

將實(shí)測中3個自然通風(fēng)體育館室內(nèi)溫度分別和觀眾人群、運(yùn)動人群的舒適溫度范圍進(jìn)行比較，具體步驟如下：首先，選擇實(shí)測期間5月、7月和9月室外空氣溫度最高的那天作為夏季典型日。如圖5中所示，3個典型日的室外溫度分別為27.17、35.61、31.16 ℃。其次，根據(jù)觀眾人群和運(yùn)動人群熱舒適范圍的計(jì)算式（7）～式（10），計(jì)算出3個典型日中觀眾人群和運(yùn)動人群熱舒適范圍：24.26～27.59 ℃和24.46～29.86 ℃（5月典型日），27.28～30.99 ℃和26.98～32.86 ℃（7月典型日）;25.69～29.20 ℃和25.65～31.28 ℃（9月典型日）。最后，將3個典型日中兩類人群的舒適溫度范圍分別與當(dāng)天3個自然通風(fēng)體育館的全天室內(nèi)操作溫度進(jìn)行比較，結(jié)果如圖10、圖11、圖12所示。

圖中深藍(lán)色線和淺藍(lán)色線分別代表運(yùn)動人群和觀眾人群的舒適溫度上下限，橙色線代表室內(nèi)操作溫度。如圖所示，3個典型日中運(yùn)動人群的舒適溫度范圍都比觀眾人群舒適范圍更寬。在5月份典型日當(dāng)天，3個建筑全天室內(nèi)操作溫度基本都處于觀眾人群和運(yùn)動人群的舒適溫度范圍之內(nèi);在7月份典型日當(dāng)天，3個建筑全天室內(nèi)操作溫度基本都處于觀眾人群舒適溫度范圍之外。3個建筑室內(nèi)操作溫度在13：00前基本都處于運(yùn)動人群舒適溫度范圍之內(nèi)，在13：00后基本都處于運(yùn)動人群舒適溫度范圍之外;在9月份典型日當(dāng)天，3個建筑室內(nèi)操作溫度只在12：00前基本處于觀眾人群舒適溫度范圍之內(nèi)，在12：00后基本處于觀眾人群舒適溫度范圍之外。3個建筑全天室內(nèi)操作溫度基本都處于運(yùn)動人群的舒適溫度范圍之內(nèi)。

上述比較結(jié)果說明，自然通風(fēng)體育館可以在不使用主動調(diào)節(jié)的情況下在某些時間段為用戶提供舒適的環(huán)境，但在某些時間段，過高的室內(nèi)溫度依舊無法有效滿足用戶的舒適需求。其能滿足運(yùn)動人群舒適的時間要長于能滿足觀眾人群舒適的時間。

因此，為了最大化自然通風(fēng)系統(tǒng)的效率，同時保證建筑室內(nèi)環(huán)境的舒適，及時地介入空調(diào)制冷等主動調(diào)節(jié)手段成為必須。將自然通風(fēng)系統(tǒng)和空調(diào)系統(tǒng)作為相互輔助的手段，對建筑室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行協(xié)同調(diào)節(jié)，可以有效提高建筑的經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性能[31]。而通過建立運(yùn)動人群適應(yīng)性熱舒適模型推測出運(yùn)動人群的舒適范圍，則可以為這種協(xié)同調(diào)節(jié)手段提供理論依據(jù)，即為空調(diào)制冷等主動調(diào)節(jié)手段選擇準(zhǔn)確的介入時間。需要注意的是，應(yīng)該分別以運(yùn)動人群和觀眾人群的舒適范圍為參考依據(jù)去設(shè)定運(yùn)動區(qū)域和觀眾區(qū)域的主動調(diào)節(jié)系統(tǒng)的介入時間。

研究保證了數(shù)據(jù)的精確性和分析方法的嚴(yán)謹(jǐn)性，建立了自然通風(fēng)體育建筑室內(nèi)運(yùn)動人群的適應(yīng)性熱舒適模型和舒適范圍，從而為體育建筑室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)和管理提供依據(jù)，并對后續(xù)相似的研究提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。但是，由于研究的局限性，研究所得體育館內(nèi)運(yùn)動人群熱舒適范圍的準(zhǔn)確度會受到影響。研究的局限性在于研究對象僅限于進(jìn)行籃球運(yùn)動的人，由于籃球運(yùn)動人群的生理和心理狀況與其他運(yùn)動人群不完全相同，因此，研究結(jié)果不一定適用于其他種類的運(yùn)動場館。為此，有必要在將來開展更廣泛的研究，討論不同運(yùn)動強(qiáng)度人群的適應(yīng)性熱舒適模型和舒適范圍。同時，還需要在將來采集更大的樣本量去做進(jìn)一步的研究來支持本文的研究結(jié)果，使該方向的研究更加精確。

4 結(jié)論

1）運(yùn)動人群和觀眾人群的中性操作溫度都與連續(xù)平均室外空氣溫度存在良好線性關(guān)系，這說明適應(yīng)性熱舒適模型對亞熱帶地區(qū)自然通風(fēng)體育館中這兩類人群皆具有適用性。

2）運(yùn)動人群熱敏感度0.326 6，小于觀眾人群的熱敏感度0.379 9。

3）運(yùn)動人群和觀眾人群的中性操作溫度都隨著室外空氣溫度的升高而升高，前者中性操作溫度一直比后者高，差值維持在0.80～1.48 ℃之間。

4）運(yùn)動人群和觀眾人群的熱舒適范圍上下限皆隨著室外空氣溫度的升高而升高，前者熱舒適范圍下限與后者相近，但前者熱舒適范圍上限一直比后者高，差值維持在1.86～2.48 ℃之間。

5）廣州地區(qū)自然通風(fēng)體育館在夏季某些時間段無法有效滿足觀眾人群和運(yùn)動人群的舒適需求。分別以運(yùn)動人群和觀眾人群的熱舒適范圍為參考去設(shè)定運(yùn)動區(qū)域和觀眾席區(qū)域的主動調(diào)節(jié)系統(tǒng)開啟時間，可以在最大化自然通風(fēng)功效的同時，保證體育館室內(nèi)熱環(huán)境舒適。

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（編輯 胡玲）