商業(yè)綜合體中庭空間秋季室內(nèi)熱舒適研究

文／王曉健 晏紅霞 郝 帥 尹 冉

引言

空調(diào)建筑的室內(nèi)熱舒適研究主要為夏季或者冬季，此時(shí)需要由空調(diào)的調(diào)節(jié)來平衡室內(nèi)熱舒適。針對(duì)空調(diào)建筑在非空調(diào)季節(jié)的室內(nèi)熱舒適的研究較少，特別是對(duì)于人員密度較大、停留時(shí)間較長的建筑空間，例如商業(yè)綜合體的中庭空間。與其他類型的建筑不同，使用者可能會(huì)出于節(jié)能和經(jīng)濟(jì)性要求，降低對(duì)熱舒適的要求，消費(fèi)者對(duì)商業(yè)綜合體的室內(nèi)舒適度要求更高。中庭是商業(yè)綜合體建筑設(shè)計(jì)中的重要組成部分和標(biāo)志性空間[1]，其具有空間尺度大、人員流動(dòng)聚集性強(qiáng)等特點(diǎn)。對(duì)中庭空間物理環(huán)境的優(yōu)化設(shè)計(jì)不僅可以改善室內(nèi)微氣候，而且可以為購物人群提供一個(gè)全天候環(huán)境優(yōu)良的公共聚集場所。

目前商業(yè)綜合體的熱舒適研究主要集中在整個(gè)建筑的業(yè)態(tài)分布上[2]，分析不同業(yè)態(tài)分布情況下的室內(nèi)熱環(huán)境，也有一些研究涉及了室外商業(yè)步行街[3]，研究室外步行街的熱舒適及影響熱環(huán)境的因素。文章選取了邯鄲市兩座具有代表性的商業(yè)綜合體中庭空間進(jìn)行研究，在對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境參數(shù)進(jìn)行了現(xiàn)場記錄的同時(shí)發(fā)放調(diào)查問卷，分析得到了商業(yè)綜合體中庭空間秋季熱環(huán)境現(xiàn)狀，為后期改建及新建的建筑熱環(huán)境參數(shù)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)參考。

1 研究方法

1.1 調(diào)研項(xiàng)目概況

本次的調(diào)研對(duì)象為新世紀(jì)商業(yè)廣場和美樂城。新世紀(jì)購物廣場建于1999 年，共七層，營業(yè)時(shí)間為9 ∶30 ～22 ∶00，中庭為矩形；美樂城建于2018 年，共六層，營業(yè)時(shí)間為9 ∶30 ～22 ∶00，中庭為圓形。

1.2 中庭熱環(huán)境物理量測量

實(shí)測時(shí)間定于10 ∶00 ～20 ∶00，人流量主要集中在該時(shí)間段內(nèi)，每間隔一小時(shí)測量一次并記錄數(shù)據(jù)，獲得空氣溫度、相對(duì)濕度、黑球溫度、風(fēng)速，并通過詢問被調(diào)查者的穿衣情況獲得秋季衣阻。

1.3 主觀問卷調(diào)查

在測量的同時(shí)進(jìn)行主觀問卷調(diào)查，隨機(jī)對(duì)中庭內(nèi)的人員進(jìn)行問卷（表1）發(fā)放，并記錄下當(dāng)時(shí)的熱環(huán)境參數(shù)。

表1 主觀問卷設(shè)計(jì)（表格來源：作者自繪）

2 中庭熱環(huán)境現(xiàn)狀分析

2.1 新世紀(jì)購物廣場實(shí)測數(shù)據(jù)分析

由各測點(diǎn)各個(gè)時(shí)間段的溫度（圖1）可知，實(shí)測時(shí)間內(nèi)，測點(diǎn)最低溫度為18.3℃，出現(xiàn)在點(diǎn)F1，最高溫度為26.4℃，出現(xiàn)在點(diǎn)F7，平均溫度為23.7℃，一天中13 ∶00 時(shí)溫度最高。從圖中可以看出F1、F2、F3 這三層測點(diǎn)溫度變化波動(dòng)較大，主要是由于一層出入口處風(fēng)速較大，室內(nèi)溫度受室外氣溫變化影響大，F(xiàn)4 ～F7 四個(gè)樓層溫度隨時(shí)間推移變化不大；從F1 ～F7 的溫度變化趨勢可以看出，頂層平均溫度較一層平均溫度高5.7℃；受人流量的影響，在17 ∶00 ～19 ∶00 時(shí)間段內(nèi)溫度有小幅上升。

圖1 各時(shí)間段測點(diǎn)溫度分布（圖片來源：作者自繪）

2.1.2 相對(duì)濕度分析

由各個(gè)測點(diǎn)在各時(shí)間段內(nèi)的相對(duì)濕度（圖2）可知，實(shí)測時(shí)間內(nèi)，測點(diǎn)最低濕度為19.8%，最高濕度為29.1%，出現(xiàn)在點(diǎn)F2，平均濕度為23%。其值伴隨樓層的升高而降低，樓層越高，空氣越來越干燥；點(diǎn)F1 在13 ∶00 時(shí)濕度最低，受室外溫濕度影響大，此時(shí)室外溫度最高；整體趨勢為先降后升，F(xiàn)1 ～F3 三個(gè)樓層濕度隨時(shí)間推移波動(dòng)較大，F(xiàn)4 ～F7 四個(gè)樓層變化不明顯。

圖2 各時(shí)間段測點(diǎn)相對(duì)濕度變化（圖片來源：作者自繪）

2.1.3 PMV 值分析

由各測點(diǎn)不同時(shí)段的PMV 值（圖3）可知，總體來看，由于季節(jié)和天氣等原因，各測點(diǎn)的PMV 值在-1 至1 之間，屬于稍涼至稍暖之間，67.5% 的測點(diǎn)屬于稍暖，29.9% 的測點(diǎn)屬于中性，并沒有表現(xiàn)出最優(yōu)。從層高變化來看，樓層越高，熱舒適越來越差，一樓整體稍涼，二至三樓PMV 值為中性，熱舒適最好；從時(shí)間上來看，除10 ∶00 ～11 ∶00 時(shí)平均PMV 值在0.5 以下，其他時(shí)間段均屬稍暖，13 ∶00 時(shí)熱舒適最差。

圖3 各時(shí)間段測點(diǎn)PMV 變化（圖片來源：作者自繪）

2.2 美樂城實(shí)測數(shù)據(jù)分析

2.2.1 溫度分析

由各測點(diǎn)各個(gè)時(shí)間段的溫度（圖4）可知，實(shí)測時(shí)間內(nèi)，測點(diǎn)最低溫度為19.8℃，出現(xiàn)在點(diǎn)F-1；最高溫度為25.3℃，出現(xiàn)在點(diǎn)F5；平均溫度為23.1℃，一天中14:00 時(shí)溫度最高。從圖中可以看出，從地下一層至五層室內(nèi)環(huán)境波動(dòng)都比較大，是由于該商業(yè)綜合體中庭空間為嵌入式中庭，中庭空間北側(cè)為玻璃幕墻，與室外相接，受室外溫度變化影響大。F-1 點(diǎn)平均溫度為22.3℃，F(xiàn)1 點(diǎn)平均溫度為22.1℃，F(xiàn)2 點(diǎn)平均溫度為22.6℃，由F1 ～F5 溫度呈上升趨勢，F(xiàn)1 點(diǎn)平均溫度最低，頂層平均溫度較一層平均溫度高2.3℃，主要是由于該中庭直接與建筑的出入口相連，且出入口位于北側(cè)，受室外冷風(fēng)滲透影響較大，且地下部分在無空調(diào)狀態(tài)對(duì)溫度具有一定的調(diào)控作用。地下一層在18 ∶00 之后人流量明顯增大，由于中庭內(nèi)有商家展銷活動(dòng)，聚集了大量人群，溫度有小幅上升。

圖4 各時(shí)間段測點(diǎn)溫度分布（圖片來源：作者自繪）

2.2.2 相對(duì)濕度分析

3)調(diào)節(jié)水資源極差收入，保障水電機(jī)組公平競爭，進(jìn)一步放開發(fā)電側(cè)進(jìn)入市場。云南省內(nèi)機(jī)組水電機(jī)組資源差異大、開發(fā)時(shí)間不同、調(diào)節(jié)能力不同，導(dǎo)致水電機(jī)組上網(wǎng)電價(jià)差異很大。目前云南的市場出清辦法為價(jià)差對(duì)模式，主要原因是水電機(jī)組價(jià)格差異大，水電機(jī)組邊際成本又低，如果采用統(tǒng)一出清的方式，出清價(jià)格會(huì)非常低，嚴(yán)重?fù)p害發(fā)電企業(yè)利益。當(dāng)前平衡不同機(jī)組之間上網(wǎng)電價(jià)差異大的方式主要通過政府分配進(jìn)行平衡。通過政府主導(dǎo)來平衡利益的方法在市場建設(shè)之初有助于平衡利益，但長期會(huì)損害市場主體的能動(dòng)性，不利于形成良好的市場秩序。

由各個(gè)測點(diǎn)在各時(shí)間段內(nèi)的相對(duì)濕度（圖5）可知，實(shí)測時(shí)間內(nèi)，測點(diǎn)最低濕度為16.2%，最高濕度為38.3%，出現(xiàn)在F-1，平均濕度為27.4%。由于地下一層有水池及噴泉景觀，在一定程度上提高了中庭空間內(nèi)的濕度，在點(diǎn)F-1 處尤為顯著，越往高的樓層噴泉影響降低，對(duì)室內(nèi)濕度的影響也變小；測點(diǎn)F1 的濕度總體較其他各點(diǎn)都低，主要是由于出入口直接與一層中庭相接，導(dǎo)致一層風(fēng)速較大，室內(nèi)濕度降低。

圖5 各時(shí)間段測點(diǎn)相對(duì)濕度變化（圖片來源：作者自繪）

2.2.3 PMV 值分析

由各測點(diǎn)不同時(shí)間段的PMV 值（圖6）可知，總體來看，各測點(diǎn)PMV 值均在-1 至1之間，僅10 ∶00 時(shí)點(diǎn)F1 顯示稍涼，66.7%的測點(diǎn)PMV 值為中性，31.8%的測點(diǎn)為稍暖，該綜合體中庭空間熱環(huán)境較好。從樓層變化來看，點(diǎn)F1PMV 值波動(dòng)較大，主要是受出入口冷風(fēng)滲透影響大。另外F-1、F2、F3 三層測點(diǎn)PMV 值基本處于-0.5 至0.5 之間，為中性，F(xiàn)4、F5 兩層測點(diǎn)PMV 值基本大于0.5，為稍暖，頂層熱舒適最差；從時(shí)間上來看，14 ∶00 ～16 ∶00 室內(nèi)平均PMV 值大于0.5，屬于稍暖，16 ∶00 時(shí)熱舒適最差。

圖6 各時(shí)間段測點(diǎn)PMV 變化（圖片來源：作者自繪）

3 顧客的熱舒適指標(biāo)分析

衡量熱舒適的指標(biāo)主要有熱中性溫度、熱期望溫度、溫度可接受閾[4]。本文通過大量的調(diào)查問卷，對(duì)秋季顧客的熱舒適指標(biāo)進(jìn)行了分析。

3.1 熱中性溫度

為獲得商業(yè)綜合體中庭空間內(nèi)過渡季顧客的熱中性溫度，可采取溫度頻率法[4]，以每1℃操作溫度為區(qū)間，在SPSS 中繪制出區(qū)間內(nèi)操作溫度的平均值與熱感覺平均值（MTS）的線性關(guān)系，其中根據(jù)問卷調(diào)查得到衣阻為0.66clo，MTS 與操作溫度之間展示了較強(qiáng)的相關(guān)性（圖7），得到回歸方程為：

圖7 熱感覺投票操作溫度的線性關(guān)系（圖片來源：作者自繪）

MTS=0.4814Top-10.657（R2=0.9215）（1）

式中Top為操作溫度，單位為℃。

基于該方程，令MTS=0，即可得到秋季顧客的熱中性溫度為22.1℃。

3.2 溫度可接受閾

溫度可接受閾的計(jì)算方法主要有兩種，一種是以中性溫度為基準(zhǔn)線，上下各偏移2.5℃或者3.5℃；另一種是建立顧客可接受率與操作溫度之間的回歸關(guān)系[4]。此處采用第二種方法，實(shí)際熱感覺投票（TSV）可在（-1，1）之間視為可接受，以及ISO 中要求的可接受率是80%的感受者能接受的環(huán)境為熱舒適環(huán)境。操作溫度以0.5℃為一個(gè)區(qū)間，統(tǒng)計(jì)在該區(qū)間內(nèi)投票值在（-1，1）之間的人數(shù)占該區(qū)間總?cè)藬?shù)的百分比，并得到接受率與操作溫度之間的關(guān)系（圖8），并得到回歸方程為：

圖8 熱感覺投票占比與操作溫度的回歸關(guān)系（圖片來源：作者自繪）

AP=-4.0062Top2+180.27Top-1935.5（R2=0.8107）（2）

式中AP 為接受率，單位為%；Top 為操作溫度，單位為℃

令A(yù)P=0.8，即接受率為80%時(shí)，分別解得操作溫度為17.7℃，27.3℃，則溫度可接受閾為（17.7℃，27.3℃）。

3.3 熱期望溫度

根據(jù)調(diào)查問卷的統(tǒng)計(jì)結(jié)果和溫度頻率法，以0.5℃為區(qū)間，統(tǒng)計(jì)不同溫度區(qū)間內(nèi)熱期望投票分別為期望變熱（+1）和期望變涼（-1）的人數(shù)占該區(qū)間總?cè)藬?shù)的百分比，并分別與操作溫度進(jìn)行線性分析（圖9、圖10），得到線性方程，當(dāng)溫度期望降低或升高時(shí)的線性方程分別為：

圖9 熱期望投票降低占比與操作溫度的線性關(guān)系（圖片來源：作者自繪）

圖10 熱期望投票升高占比與操作溫度的線性關(guān)系（圖片來源：作者自繪）

y=11.259x-219.72（R2=0.8197）（3）

y=-12.224x+299.72（R2=0.7764）（4）

令兩式相等，得出X=22.1，則秋季商業(yè)綜合體中庭空間顧客熱期望溫度為22.1℃。

結(jié)語

通過對(duì)邯鄲市兩座商業(yè)綜合體中庭空間的實(shí)測調(diào)研，就問卷調(diào)查掌握了中庭空間秋季熱環(huán)境現(xiàn)狀，主要結(jié)論如下：

（1）PMV 在-0.5 至0.5 之間時(shí)，認(rèn)為該環(huán)境熱舒適為中性，根據(jù)對(duì)兩個(gè)中庭空間PMV 的分析，新世紀(jì)商業(yè)廣場的熱舒適整體稍暖，美樂城基本處于中性溫度。

（2）商業(yè)綜合體中庭空間低樓層（1 ～2層）受出入口冷風(fēng)滲透嚴(yán)重，過量的冷風(fēng)滲透會(huì)造成低層熱舒適偏冷；空氣溫度隨樓層增高而升高，相對(duì)濕度降低，頂部一至二層熱舒適最差，室內(nèi)水景綠化有利于提高室內(nèi)空氣濕度，提高熱舒適；受太陽輻射影響，中庭空間北部溫度較南部溫度略高；大部分中庭在11 ∶00 ～16 ∶00 時(shí)是熱舒適最差的時(shí)段。

（3）商業(yè)綜合體中庭空間秋季熱感覺平均值（MTS）與操作溫度回歸方程為：MTS=0.4814Top-10.657（R2=0.9215），其中Top 為操作溫度，單位為℃。熱中性溫度為22.14℃；

熱感覺投票與操作溫度的回歸方程為：AP=-4.0062Top2+180.27Top-1935.5（R2=0.8107），其中AP 為接受率，單位為%；Top為操作溫度，單位為℃，溫度可接受閾為（17.7 ℃，27.3 ℃）；期望溫度降低或升高時(shí)的線性方程為：y=11.259x-219.72（R2=0.8197）；y=-12.224x+299.72（R2=0.7764），熱期望溫度為22.1℃。