住宅夏季室溫調查分析論文

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摘要根據1999年夏季對北京市居民住宅的室溫測試數據，從所有測試房間的室溫整體分布、室溫平均值、室溫波動幅度及室溫延遲時間等方面描述現有住宅夏季的室內熱狀況特性，并通過研究分析得出總體上反映現有住宅夏季熱狀況的統計指標。

關鍵詞住宅,熱狀況,室溫,平均值,波動幅度,延遲時間

AbstractDescribesthedistributions,theaverage,theamplitudeandtimelagsofindoortemperaturemeasuredfrom144livingroomsorbedroomsof98householdsinBeijingduringthesummerof1999.Throughananalysisobtainsrelatedstatisticalindexesforgenerallyreflectingtheoverallthermalconditionsofresidentialbuildingsinsummer.

Keywordsresidence,thermalconditions,indoortemperature,average,amplitude,timelag

0引言

近年來，由于氣候變暖及人們對居住環境熱舒適要求的不斷提高，住宅產業迅速發展的同時也加速了家用空調的普及。目前，家用空調已成為大多數住戶夏季降低室溫、改善住宅熱狀況的一個重要手段。然而，家用空調的普及也引發了環境、能耗等一系列的問題，如加劇了電力供應的緊張，對小區氣候環境造成了不利的影響。鑒于此，人們對可持續發展住宅、生態住宅等的呼聲越來越高，以充分利用天然冷源，而減少機械系統的能源消耗，并減輕對環境壓力。

通過改進建筑設計來滿足熱舒適要求，首先應充分了解現代居住建筑的夏季室內熱狀況特性，并從中發現建筑設計對住宅熱狀況影響的不利方面，而對現有住宅的室溫測試調查是了解分析其室內熱狀況的基本前提?；诖耍?999年夏季，清華大學建筑學院建筑技術科學系對北京市98戶未安裝空調住宅的144間房間，進行了近一個月的室溫及外溫連續測試，通過對測試數據的處理與分析，對現代居住建筑的夏季熱狀況特性有了更深入的了解和認識。

1測試方法及測試對象

將國產的Rhlog溫度自記儀置于測試房間內，每隔30min自動讀取并記錄一次室溫數據，測試精度為0.3℃。測試時間為1999年7月15日至8月9日。

測試對象全部為未安裝家用空調居民住宅內的臥室和客廳，測試房間為144間，分布在北京市的海淀區、西城區、宣武區、豐臺區等各個城區。

測試對象在建筑形式、樓層位置及外墻朝等方面的分布分別為：低層住宅3%，多層住宅73%，高層住宅24%；底層20%，中間層64%，頂層16%；北向18%，東北向5%，東向4%，東南向10%，南向39%，西南向9%，西向5%，西北向3%，無外墻7%。說明測試對象包括了不同樓層、不同朝向及不同建筑形式的各種房間，因此具有一定的代表性和普遍性，符合除傳統的四合院以外北京市現有居民住宅的實際分布產況，依此得到的測試數據能夠反映現代居住建筑的夏季熱狀況。

2室溫的分布狀況

室溫在不同溫度段的頻率分布可從整體上反映現有住宅的夏季室內熱狀況。按照式（1），計算出室溫測試數據在各個溫度段的頻率值。

（1）

式中Fi為同一測試期各對應溫度段的室溫測試數據頻率值；Ci為同一測試期各對應溫度段對內室溫測試數據的數量；D為對應測試期的測試天數；N為對應測試期的測試房間總數；48為各測試房間一天的室溫測試記錄數。

另一方面，由于夜間（20：00～6：00）是住宅內人居活動最頻繁的時間段，此時段的室溫高低直接關系到住宅內人體的熱舒適。故可從全天和夜間兩個時間范圍分析室溫的分布狀況，1999年所有測試房間的全天和夜間室溫分布狀況分別見圖1，圖2。

圖1一天室溫與對應的外溫分布

圖2夜間室溫與對應的外溫分布

圖1表明：雖然在部分測試時間內外溫高達36℃以上，但仍有近50%的測試時間，外溫低于28℃。而相對于外溫，全天室溫的分布則主要集中在28～36℃的范圍內，僅在10%的測試時間內，室溫低于28℃。因此，室溫和外溫在滿足人體的熱舒適性上存在較大的差異。這種差異在夜間的外溫和室溫分布上更為明顯。夜間外溫在的70%的時間內低于28%，而夜間的室溫分布與全天的室溫分布基本一致，同樣僅在10%的測試時間內低于28℃。

以上室溫和外溫分布的差異反映了現有住宅的夜間自然通風狀況十分不理想，不能利用室外較低的溫度環境對建筑進行冷卻，反而由于建筑物本身的高熱慣性使得室溫逐漸升高。若能有效地采用夜間通風，則可在很大程度上改變住宅室內熱狀況。

全天及夜間的室溫分布雖然能反映現有住宅室內環境的總體狀況，但它們并不能表示出各個房間室溫變化特性的不同。圖3表示出在測試期內3個典型房間室溫與外溫的連續變化曲線。

圖3部分測試房間室溫與外溫變化圖

其中，房間1為底層南向房間且外窗遮陽，測試期內其室溫最大值僅為30.5℃；房間2為中間層西向房間，但外窗不遮陽，其室溫最大值高達38.6℃；而房間3為頂層南向房間，外窗不遮陽，雖然其室溫最大值要小于房間2的，為36.0℃，但測試期內該房間的室溫均大于28℃。從圖3可看出，房間2室溫波動的幅度要遠大于房間1和房間3的室溫波動，外溫對其室溫變化的影響十分明顯；而房間1和房間3的溫度變化曲線則較為平緩，近似呈現為兩條平等線，其室溫變化基本不受外溫波動和太陽輻射的影響。以上這些現象表明，現有住宅夏季室內熱狀況在很大程度上受到房間樓層位置、朝向、遮陽及通風狀況等各個方面的影響。此外要注意的是：即使當外溫高達40℃以上時，房間1的室溫仍不超過30.5℃，且在超過50%的測試期內，其室溫低于28℃。這表明通過改進建筑設計而改善住宅室內熱狀況還是很有潛力的。

因此，除了測試房間的室溫分布狀況外，還需要有能代表各測試房間室內熱狀況特征參數的分布才能全面反映現有住宅的夏季熱狀況。采用如下的特征參數作為評價各測試房間室內熱狀況特性的指標。

①室溫平均值：是指測試房間所有室溫測試數據的平均值；

②室溫波動幅度：以室溫日波幅值表示，取7月24日測試房間室溫最大值與最小值的差。

③室溫日波幅平均值：是指測試期內測試房間室溫日波幅值的平均值。

④室溫延遲時間：取7月24日測試房間室溫最大值出現時間與外溫最大值出現時間的差。

3室溫平均值分布

室溫平均值是住宅熱狀況好壞的一個重要參數。相比較而言，夏季室溫平均值越高，室內熱狀況越差；室溫平均值越低，室內熱狀況越好。圖4表示了測試期內房間室平均值的分布狀況。圖中橫坐標軸第一、第二溫度段的統計邊界值29.3℃表示的是測試期內外溫的平均值，縱坐標軸表示室溫平均值處在各相應溫度段內的房間數占測試房間總數的百分比。

圖4測試房間室溫平均值的分布

圖5不同樓層房間室溫平均值的分布

從圖4中可看出，測試房間的室溫平均值主要集中在29.3～32℃的范圍內，但還有近20%的房間的室溫平均值低于外溫的平均值。分析室溫平均值處在這個溫度范圍的測試房間特點，發現其中2個分別為處在中間層的北向房間和無外墻房間，而其余25個包括了底層各個朝向的房間；再分析室溫平均值大于32℃的測試房間特點，這5個房間全部位于頂層。因此，不同樓層房間的室溫平均值差別很大。圖5進一步表示出底層、中間層及頂層房間室溫平均值的分布。

不同樓層房間室溫平均值的分布呈現了明顯的差異。絕大部分底層房間的室溫平均值小于外溫平均值；頂層房間的室溫平均值則基本比外溫的高2～3℃；中間層房間的室溫平均值主要分布在30～31℃的范圍內。這是由于頂層房間的屋面吸收了大量的太陽輻射熱，而底層房間的室內、外的熱卻能通過樓板向地下傳遞。因此，底層房間的夏季熱狀況最好，頂層的最差，中間層的介于兩者之間。

朝向所導致房間熱狀況的差別是否如樓層那樣明顯呢？類似不同樓層房間熱狀況差民的分析，以下從統計分析的角度，給出所有中間層房間室溫平均值隨朝向的變化，如圖6所示。

圖6中間層不同朝向房間室溫平均值的分布

西向房間的室溫平均值在高溫段分布的百分比較大，而其它朝向房間的室溫平均值的分布則沒有明顯的變化規律，在29.3～31℃的溫度范圍內，同時存在各個朝向的房間。因此，從統計分析的角度，除西向房間偏熱外，其它不同朝向所造成房間熱狀況的差別不明顯。這是由于房間的熱狀況除了受太陽輻射得熱影響外，還受到房間通風狀況、內熱源散熱以及外圍護結構保溫隔熱性能等多方面的影響。

4室溫波動幅度和延遲時間的分布

由于在外溫作用下，室內溫度波動基本呈周期性變化，故除了室溫平均值這個參數外，還需要有反映室溫波動幅度和延遲狀況的兩個參數才能全面描述住宅熱狀況的變化規律。以7月24日的室溫變化為例，分析所有測試房間當天室溫日波幅值及室溫延遲時間的分布，其間外溫的日波幅值為15.5℃，外溫最大值出現的時間為14：00。圖7和圖8分別表示出所有測試房間室溫延遲時間及室溫日波幅值的分析。

圖7室溫延遲時間的分布

圖8室溫日波幅值的分布

圖7表明，室溫延遲時間的分布范圍非常大，有近20%的房間室溫延遲時間超過6h，即室溫在晚上8：00后達到最大；另外，還有15%左右的房間的室溫延遲時間小于0，即其室溫達到最大值的時間要比外溫的（14：00）早。而圖8表明大部房間的室溫日波幅值小于3℃。由于房間室溫的衰減和延遲狀況是相互影響的，因此，有必要分析在每個時間延遲范圍內，房間室溫日波幅值的分布，見圖9。

圖9各時間延遲范圍內室溫日波幅分布

對于室溫最大值出現時間比外溫早的房間，其室溫日波幅值均小于3℃。而對于其它房間，室溫日波幅值與室溫延遲時間的變化關系表現為：室溫延遲時間越大，房間室溫日波幅值在小于3℃范圍內的分布比例越大，在大于3℃范圍內的分布比例越小。并且當室溫延遲時間超過6h后，室溫日波幅值均小于3℃；進一步當室溫延遲時間超過8h后，大部分房間的室溫日波幅值小于1℃。因些，根據上述的室溫變化狀況，可將房間分為三類：室溫延遲時間小于0；室溫延遲時間大于0但小于等于6h；室溫延遲時間大于6h。圖10～12分別表示出這三類房間的室溫日變化曲線。

圖10室溫日變化（延遲時間<0）

圖11室溫日變化（0<延遲時間≤6h）

圖12室溫日變化（0<延遲時間>6h）

圖10的房間為中間層東向房間，因此，房間的室溫變化是由其朝向所決定的。圖11中的3個房間均為中間層北向房間，比較它們的室溫變化，可看出這類房間的室溫變化主要由房間的通風狀況決定，通風量越大，室溫的日波幅值越大，延遲時間越短。圖12所表示房間的室溫一天內幾乎處在單調上升的狀態，這主要是由于室內、外不存在通風換氣，再加上房間的高熱慣性，使得室溫變化基本不受外溫和太陽輻射的影響。

通過對測試期內所有測試房間室溫日變化狀況（7月24日）的分析得到：房間室溫日波幅值及室溫延遲時間的不同反映了房間通風、熱慣性、朝向等狀況的差別，并且在室內外通風影響較小的情況下，房間的室溫日波幅一般小于3℃，室溫延遲時間超過6h。

室溫日波幅值和延遲時間反映的僅是房間當天的通風狀況。對于逐日變化的室溫衰減和延遲狀況，可用室溫日波幅值的平均值以及室溫延遲時間超過6h的天數來反映測試房間在整個測試期內的通風狀況。26天的測試期內，外溫日波幅平均值為10.8℃。圖13表示了測試期內房間逐日室溫延遲時間超過6h天數的分布，圖14表示對應各個天數范圍，房間室溫日波幅平均值的分布。

圖13室溫日波幅平均值的分布

圖14對應各天數范圍室溫日波幅平均值分布

分析圖13和圖14可看出：有近30%的房間在一半以上的測試期內其逐日室溫延遲時間大于6h，而其室溫日波幅平均值小于3℃。再根據由房間室溫日變化得出的相關結論可推出，整個測試期內房間室溫的衰減和延遲狀況反映了現有住宅房間的通風狀況基本都不理想，有部分房間在整個測試期內幾乎不存在室內外的通風換氣。

5結論

總的說來，北京市現代居住建筑的夏季室內熱狀況遠不能滿足人們的熱舒適要求。房間的室溫平均值主要分布在29.3～32℃的范圍內；但仍存在少數房間，當外溫高達40℃以上時，房間室溫不超過30.5℃。這說明通過合理的建筑設計和住宅管理方式可以在很大程度上改善住宅夏季熱狀況。因此，改善住宅室內熱狀況還很有潛力。

相比較中間層和底層的房間，頂層房間的夏季室內熱狀況最不能滿足人的舒適性要求，其房間的室溫平均值一般比外溫的高了2～3℃。而不同朝向房間室內熱狀況的差別則并不明顯。因此，應著重加強現有住宅建筑屋面的保溫、隔熱性能，盡量減小太陽輻射熱的影響。

室溫波動和延遲特性的不同反映了房間通風、熱慣性、朝向等狀況的差別?，F有住宅房間的熱慣性均比較大，并且在室內外通風影響較小的情況下，房間室溫的日小幅值基本小于3℃，室溫延遲時間則大于6h。這種狀況非常適合于采用夜間通風。然而現有住宅的通風狀況卻并不理想，有部分房間在整個測試期內與外界幾乎完全沒有通風換氣。

因些，應著重加強對建筑屋面的保溫、隔熱處理及加大夜間通風量。這是改善現有住宅夏季熱狀況的重要途徑。

參考文獻

1彥啟森，等，建筑熱過程。北京：中國建筑工業出版社，1986

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