严寒地区教学空间夏季热舒适分析及改善策略 - 哈尔滨学院学报杂志社投稿

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严寒地区教学空间夏季热舒适分析及改善策略

作者:

关键词:

摘要：

Although located in severe cold region, the temperature of Harbin in summer has been rising in recent years due to global warming and classroom's thermal environment is no longer conducive to students' health and learning. In order to improve classroom's thermal environment, one classroom in Harbin was analyzed in summer. The result showed that indoor temperature were slightly higher during the experiment, and the thermal environment was partitioned, the window area had the highest temperature (up to 30.6℃), much higher than the door area (up to 0.7℃). The thermal sensation of indoor staff was also partitioned, the window area had the highest thermal sensation(MSTV=2.6)while the door area has the lowest (MTSV=1.8). Improvement strategies were proposed: (1) adjustable external sunshade components should be installed; (2) natural ventilation can be used; (3) reasonably plan the location of indoor working area.

引言

室内热环境与室内人员热舒适及生产效率息息相关，尤其是对于人口密度相对较大的教室来说，研究室内热环境则更加重要[1]。我国学生有 80% 以上的学习时间都处于教室内[2]，教室热环境直接影响着学生的身心健康及学习效率[3,4]。有研究发现，教室热环境质量与学生的课业成绩呈现出线性相关的关系[5]，舒适的热环境可以有效提高室内学生的认知能力与学习效率[6,7]。优化教室热环境，提高室内热舒适，对于学生群体来说至关重要。

哈尔滨地处我国严寒地区，其冬季寒冷而漫长。现有的针对哈尔滨地区教室热环境的研究主要集中于冬季[8,9]，而很少有研究夏季哈尔滨地区教室热环境的。但受全球变暖的影响，哈尔滨地区夏季温度在近50 年来呈现出明显的上升趋势[10]，其中东北地区夏季气温趋势系数和气候倾向率分别为0.36℃/10a 及0.36℃/10a[11]，其夏季增温趋势甚至大于全球增温趋势[12]。持续上升的气温和频发的高温天气给哈尔滨人民的日常生活造成诸多不适。尤其是学生群体，哈尔滨夏季高温天气多发生在7月份[13]，属于学生正常上课的月份，过高的温度会使学生产生头痛、胸闷等现象，使其注意力下降，从而导致学习效率降低[14,15]。

因而虽处于严寒地区，也有必要加强对夏季教室热环境的研究。文章以室内热环境分区为基础，通过现场实测与问卷调研相结合的方式综合分析了哈尔滨某一教室热环境及人员主观热感觉，并提出相应的改善策略，为严寒地区夏季室内热环境的设计与研究提供参考依据。

1 研究方法

1.1 测试时间与地点

据哈尔滨市典型气象年数据显示，哈尔滨全年温度较低且最高温普遍出现在7 月份[13]。为有效分析夏季高温天气对哈尔滨教室热环境的影响，文章测试时间为7 月18 日，哈尔滨夏季气温普遍最高的月份，且测试时间段内最高温达31℃，可视为哈尔滨夏季比较有代表性的高温天气。实测地点选为哈尔滨某高校教学楼内一间中型教室（40m2≤S ≤57m2）,教室朝向为南向、单侧采光。根据太阳直射位置，将教室主要划分为三个区域：靠窗区、中部区域、靠门区，测点分布见图1。依据《民用建筑室内热湿环境评价标准》[16]，在房间对角线三等分点处布置测试仪器（BES-01）并分别在距离地面0.1m、0.6m 和1.1m 处测量温湿度。

1.2 测试方法

图1 仪器布置及人员分布（图片来源：作者自绘）

图2 问卷内容（图片来源：作者自绘）

文章采用实测与问卷调研相结合的方式，受试人员都为身体状况良好的在校大学生。测试时间段为7 月18 日上午8：40 ～10：10。为有效研究教室热环境随时间的变化情况，实验过程前一个小时室内门窗紧闭；为有效分析在有太阳辐射的情况下自然通风会对人体热感觉产生的影响，在9：40 时开启门窗使室内进行自然通风。

图3 室内温度变化（图片来源：作者自绘）

图4 热感觉变化（图片来源：作者自绘）

在测试时间段内受试人员同步填写问卷，问卷填写时间间隔为10min/份。问卷信息主要分为两部分，第一部分为受试者的年龄、性别及衣着量等个人信息；第二部分为受试者的实时热舒适情况调查。本实验中热感觉采用ASHRAE 7 标度标准作为指标，热舒适和热感觉则分别采用4 级标度和5 级标度（图2）。

2 热环境分析

室温是影响人体热感觉的主要因素。实测的室内温度在整个实测过程中出现室温过高的现象，室温普遍高于28℃，最高温达30.5℃，超出人体舒适温度范围。室内温度出现明显的分区现象（图3）：靠窗区温度整体最高，中部区域次之，靠门区温度最低，三个区域温差最大达到0.7℃。可以看出，即便处于同一个教学空间内，不同区域温度仍旧存在较为明显的差异性。

文章来源：《哈尔滨学院学报》网址: http://www.hebxyxb.cn/qikandaodu/2021/0512/686.html