深圳典型办公建筑热环境测试及评价

深圳典型办公建筑热环境测试及评价摘要：本文选取了深圳市某典型办公建筑进行了现场测试。测试内容主要为房间温度、相对湿度、风速、围护结构内表面温度和室外温湿度。热环境舒适度评价采用HS指标，对测试的上述四项指标进行综合评价。得出办公建筑室内环境的热舒适度基本为舒适，有少量过冷情况。单项指标中，存在温度过低、相对湿度过大、部分房间热辐射较大等问题。关键字：典型办公建筑室内热环境测试及评价1概述深圳市属亚热带季风海洋性气候，气候条件优于夏热冬冷地区，但是夏季室内热湿环境也存在很多问题。首先，深圳每年从5月上旬至10月中旬，近半年的时间中温度都超过25℃，相对湿度在60％以上。由于高温气候持久，所以深圳使用空调的时间长；其次，深圳市办公建筑围护结构的热工性能差，空调能耗较高，室内热环境质量有待提高。随着我国经济建设的迅速发展，有必要对现有办公建筑进行利于改善居住环境的节能改造，而作为其基础，把握现有办公建筑全年的室内环境是很重要的。针对目前深圳市室内热环境状况数据较少的情况，2003年夏季，笔者对深圳市福田区的某典型办公建筑进行了为期16天的室内外热环境的实测调查。2办公建筑热环境测试方案为了评价深圳市办公建筑热环境状况及能耗状况，本文选取了位于深圳市福田区的某典型办公建筑，于2003年8月4日～20日对该建筑的每层典型房间进行了现场测试。测试内容包括房间在自然条件和空调状态下的热环境状况及热舒适指数。主要测试指标有：外围护结构中墙体的外表面温度、窗户的内外表面温度、室内空气温度、室内风速、室内相对湿度、空调器送风口风速及温度、外围护结构的传热量、房间耗电量、用来比较的室外温度、风速、相对湿度。测试每h进行一次，人工测试时间为7:00～18:00，仪器自记录24h不间断测试。测试房间为8层建筑的1、3、4、8层每层东、西、中部房间，每个房间共布置10个温度测点和8个热流测试点。另外还对室外温湿度、走廊温湿度、风速等参数进行了测试。对室内风速测量的布点选在风机盘管送风口、工作区位置；室内温湿度测点布置在工作区。室外温湿度测点选取距离地面2m高度处。3房间热环境测试指标及评价3.1室内、外气温及围护结构内表面温度3.1.1空气温度气温对体温调节起主导作用，是描述环境影响人体热反应的主要因素，也是决定热舒适条件的重要参数。实验表明，人可以耐受的室内温度，冬季下限为0~8℃，夏季上限为28~30℃。对于穿一套单衣服静坐的人，在气流速度很小且无明显热辐射的温度环境中，舒适的气温约为23.5±2℃，气温在28～30℃时可保持恒定的体温，夏季和冬季由于服装隔热和室内外温差作用，可使舒适气温分别提高或降低2～2.5℃。深圳市冬季室外温度一般高于10℃，夏季室外计算干球温度为33.5℃，属典型的夏热冬暖气候。测试期间内，深圳市气温在28.5～36.9℃之间，平均气温31.5℃，天气状况主要为阴雨（11天）、晴天（5天），日变化较大，但是日气温波动不大。从测试结果来看，各房间室内空气温度大都保持在24℃左右，较设计温度25℃低。其中806室由于处于整个空调系统的最不利环路末端；北外墙的窗墙比较大，无遮阳设施，又受屋顶传热的影响，室内温度最高，最高时达26.9℃，整个测试期间平均室温为25.43℃。404室由于采用了布窗帘内遮阳，且该室人员较少，室内负荷较少，室内气温最低，最低时达22.2℃，整个测试期间平均室温为23.11℃。图1给出了测试期间空调运行状态下，温度值出现的频率。总的看来，该大楼空调季节室内温度大部分处于23.2～25.2℃范围内，其中温度低于24.2℃的频率更多，温度有些偏低，但基本能够满足舒适性要求。3.1.1围护结构内表面温度外围护结构墙体内表面最高温度为28.7℃，未超过民用建筑热工设计规范（GB50176-93）中规定的最高限值（37.1℃）。但是测试中发现玻璃的内表面最高温度达到44.3℃，超过了规定值。测试期间室内外气温和房间内表面温度上限、下限及平均值见表1。表1室内外气温和空调状态下房间内表面温度（单位℃）室外室内南内表面东内表面西内表面北内表面顶内表面平均31.524.326.727.326.826.527.0最高36.926.928.328.727.527.128.5最低28.522.225.626.225.625.325.33.2室内通风、湿度状况3.2.1相对湿度深圳市由于受地理环境的影响，夏季湿度较高。空气湿度主要影响人体蒸发散热，一般在低温环境下对人体热平衡的影响较小，高温环境下影响较大。高气温时，空气湿度过高将阻碍蒸发散热；低气温时，空气湿度增高则由于水分的作用而增加了人体的散热和衣服的导热，冷感提高。相对湿度一般在40%～70%较为适宜。深圳市夏季气温虽然并不太高，但因为相对湿度较高而使人倍感闷热，所以该地区夏季室内除湿就尤为重要。测试结果也明显反映出该办公大楼空调除湿效果不够的缺点。各测试房间平均相对湿度均在60％以上，处于最不利环路末端的806室由于盘管送风温度较高，除湿效果最差，其平均室内相对湿度为72.94％，最高时为79.8％，因此虽然该房间室温并不太高（平均25.43℃），但舒适性较差，感觉较为闷热。分析测试结果可知，除室外气候影响外，影响办公室内湿度主要有以下两个方面：一是空调盘管的冷凝除湿量（受盘管排数、冷冻水温水量、风机风速等影响），806室和408室均处于系统末端，且空调送风温度较高，室内相对湿度大于70％的时间占观测次数的70％左右；二是室内人员散湿量，人员较多的房间（如402室）相对湿度较大，人员较少的房间（如401、404室）相对湿度较小。图2给出了测试期间空调运行状态下，相对湿度值出现的频率。3.2.2空气流速夏季气流能明显地影响人体的对流和蒸发散热，在气温小于皮肤表面温度时，每增加1m/s的气流速度，会使人感到气温降低2～3℃。相反，在气温大于皮肤表面温度时，反而会有热的感觉，其热感觉还会随着温度的增加而增加。在室内热环境中舒适温度的气流速度一般为0.15～0.25m/s。夏季空调期间，由于办公室基本处于封闭状态，因此室内气流速度受室外风力和门窗开口面积影响较小，主要由空调器送风速度决定。测试大楼办公室风机盘管风速分为高、中、低三档，但大多数工作人员都倾向于选择高档。测试期间空调送风口风速在2.2～5.4m/s之间，各办公室平均风速一般都能保持在0.13～0.27m/s之间，室内人员普遍感觉较好，满足人体舒适性要求。3.3室内热舒适状况热环境的4个物理因素（温度、湿度、风速和热辐射）综合作用于人体，决定了人是否感到舒适，它们对体温调节和舒适感起等效作用。如低气温引起的冷感可用热辐射产生的升温作用抵消；高气温产生的闷热感则可通过降低温度、湿度和增大气流速度来减弱等等。所以，在人体主观因素一定的情况下，良好的热舒适环境条件是以上4个物理因素综合作用的结果，必需把其综合起来考虑，才能得出所测试房间热环境对人体热感觉的影响。为了简单直观起见，工程上希望能用一个综合的热舒适因素来描述上述4个室内环境热物理量对人体热感觉的影响，乌恩斯拉乌和盖德西建议用下面的热舒适指数HS作为热感觉的指标。式中，——房间各内表面温度，℃——各表面的表面积，m2——室内温度，℃——内表面平均温度，℃——室内水蒸汽分压力，Pa——室内空气流速，m/s。热舒适指数HS对应的热感觉界限见表2。表2热感觉分级表HS1234567热感觉酷热热稍热舒适稍冷冷寒冷下面就根据测试期间各房间的测试数据，以HS为指标对其在正常工作时间内的热舒适性作评价。图3给出了测试期间每天室内热舒适度的变化情况。图4给出了各测试房间热舒适值的大小。图中竖线表示最大值和最小值的连线，短横线表示平均值。由图3可知，空调运行期间，该办公楼室内热舒适度HS值在3.1～6.5之间，平均值在4.1～5.1之间，从平均值来看，室内基本处于舒适状态，但数值稍微偏大，也就是室内环境稍冷，有两天出现了稍热的情况，主要是由于空调系统失调的原因。图中也可以看出室内热舒适度的波动比较大，主要是由于室外环境的变化引起的。这就对空调系统的自动调节应提出更高的要求。另外办公建筑围护结构的传热系数过低，气密性不够好也是原因之一。通过对计算结果定量地分析（图4），房间的平均热舒适情况为：除408室（4楼系统末端）热环境舒适稍偏热、806室正好处于舒适点外，其余各房间热环境均为稍冷，特别是402室已经接近冷，这些房间室内平均温度均低于设计温度。这说明该空调系统制冷量存在富余，自动控制较差，这不仅影响室内热舒适度，更浪费了大量的电能。4结论通过以上对该典型办公大楼室内热环境物理量测试结果的分析可以得出以下结论：测试办公建筑的室内热环境用HS指数来评价属于舒适。室内温度稍微偏低，个别房间由于空调系统本身调节的原因存在过热或过冷。室内湿度过大，特别是人员较多或处于系统末端的办公室，引起了室内工作人员的不舒适感；相对湿度过大和夏热冬暖地区气候环境息息相关，有必要在设计时给予更多的考虑。办公室内平均气流速度较为合理。在表面热辐射方面，有西向外墙外窗的房间围护结构内表面平均辐射温度较高，室内热环境较差；另外，东向、南向外窗面积较大的房间，需要注意遮阳隔热，用深色布窗帘遮阳既简单方便又能起到好的效果。各房间热舒适度波动较大，室内温度、内表面温度各项指标也存在较大差异，在进行空调系统的设计、运行管理、调试必须考虑更多的人性化因素。从室内热舒适度的角度考虑，降低建筑外围护结构的传热系数，提高门窗的气密性，不仅改善室内热环境质量而且对降低能耗很有意义。改善窗户的遮阳性能，降低其日射得热量，是节能和增加室内热舒适度的较好途径。深圳市经济发达，空调的普及率和使用率都很高，增加自然通风的使用有利于节能。参考文献（1）田中俊六，武田仁等著，建筑环境工学.日本：井上书院，1997（2）陈滨，彭菲菲.大连沈阳夏季室内热湿环境状况的实测调查，暖通空调，2003，第四期，23～26（3）潘毅群，龙惟定.上海市7栋办公楼室内空气环境品质评价，暖通空调，