131雙層玻璃幕墻建筑冬季熱舒適性調(diào)查研究

1、雙層玻璃幕墻建筑冬季熱舒適性調(diào)查研究朱文運(yùn)1,王芳2,何蕓蕓21銀城地產(chǎn)股份，2南京理工大學(xué)動力工程學(xué)院摘要通過主觀問卷調(diào)查和客觀參數(shù)測試相結(jié)合的方法，對南京銀城大廈雙層玻璃幕墻進(jìn)行 冬季熱舒適性的現(xiàn)場測試研究，時間為2021年1月。主觀調(diào)查共回收有效問卷131份，客觀測試包括了冬季室內(nèi)干球溫度、相對濕度、風(fēng)速等熱環(huán)境參數(shù)。 調(diào)查結(jié)果顯示，相對濕度較低是引起熱不舒適的主要原因。呼吸式幕墻能夠帶來好的隔聲效果，但眩光問題依然存在。同時，在客觀測試顯示二氧化碳含量、室內(nèi)空氣流速不超標(biāo)的情況下，仍有超過50%勺被調(diào)查人員抱怨空氣不新鮮，具體原因有待進(jìn)一步研究。關(guān)鍵詞雙層玻璃幕墻熱舒適現(xiàn)場測試1引言雙

2、層玻璃幕墻在構(gòu)造上一般由外層表皮，通風(fēng)空氣層和內(nèi)層表皮組成。根據(jù)其不同的通風(fēng)方式，內(nèi)外層表皮可以是單層玻璃也可以為雙層玻璃。可調(diào)節(jié)的遮陽設(shè)施一般位于通風(fēng)空氣層的空腔中。雙層玻璃幕墻誕生于溫和氣候區(qū)域，后來以其優(yōu)越的藝術(shù)表現(xiàn)力、熱工、聲學(xué)以及光學(xué)特性而風(fēng)行全世界。國內(nèi)外關(guān)于雙層玻璃幕墻的研究主要是通過實(shí)驗(yàn)、數(shù)值模擬、理論分析來研究雙層玻璃幕墻的熱工性能和熱舒適水平。2005年Wong1利用TAS和CFD軟件模擬得出在熱帶濕潤氣候條件下，雙層玻璃幕墻同樣能起到節(jié)能和提高人體熱舒適水平的效果。Kuchen2對25座辦公樓進(jìn)行了冬季熱舒適調(diào)查，其中有22.3%的建筑為雙層玻璃幕墻建筑。近年來，國內(nèi)大量

3、新建或改建的建筑開始應(yīng)用雙層玻璃幕墻系統(tǒng)，故迫切的需要對已有雙層玻璃幕墻建筑進(jìn)行人體熱舒適性主客觀現(xiàn)場測試研究，以指導(dǎo)雙層玻璃幕墻的未來應(yīng) 用，特別是在氣候條件比擬特殊的夏熱冬冷地區(qū)。南京位于東經(jīng)118 50,北緯32 02夏季炎熱潮濕，冬季寒冷潮濕，屬于典型的夏熱冬冷氣候，該類地區(qū)應(yīng)用雙層玻璃幕墻系統(tǒng)時將面臨夏季遮陽隔熱和冬季保溫蓄熱的矛盾。本文主要是對南京地區(qū)現(xiàn)有的雙層玻璃幕墻建筑進(jìn)行冬季熱舒適調(diào)查研究。2調(diào)查方法銀城大廈建于2007年，位于南京市永慶巷與上海路的交匯處，地下三層地上十九層樓，總高度77.9m,總建筑面積21944.18平方米。整棟建筑幕墻面積13000平方米，其中63%為

4、雙層玻璃幕墻。銀城大廈的雙層幕墻系統(tǒng)大量采用了箱式結(jié)構(gòu)，外層幕墻采用10mm單層鋼化玻璃幕墻，中間為凈寬530mm的通風(fēng)空氣層，電動遮陽百葉簾設(shè)于空氣層中，內(nèi)層幕墻為6+12+6mm中空玻璃外層鍍Low-e膜。每層設(shè)有兩套變制冷劑流量系統(tǒng)VRV 并配有一個獨(dú)立的空調(diào)新風(fēng)系統(tǒng)。冬季，辦公室空調(diào)溫度統(tǒng)一設(shè)定為24 C，會議室為20C ,不可調(diào)節(jié)。雙層玻璃幕墻的外表皮通風(fēng)口由控制中心集中控制，冬季關(guān)閉，以提高幕墻的保溫性能。除物業(yè)管理和維護(hù)人員外，大廈工作人員可以自由選擇著裝。銀城大廈的3至7層處于空置狀態(tài)。主觀調(diào)查問卷是按照ISO 105513和ISO 77304標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計的，主要包括以下4局部：

5、第一局部，個人信息如性別、年齡、身高、體重、民族、籍貫、職業(yè)和在南京的居住時間,為了便于進(jìn)行熱舒適的計算，要求被調(diào)查人員詳細(xì)記錄衣著狀況和參與調(diào)查前30分鐘內(nèi)的活動情況；第二局部，室內(nèi)人員對熱感覺、熱舒適、可接受度等進(jìn)行評價，并對此時室內(nèi)環(huán)境的風(fēng)速、空氣清新程度和潮濕狀況進(jìn)行主觀評判。被調(diào)查者可以在坐標(biāo)軸的任意一點(diǎn)處劃叉表示其主觀感受。第三局部，健康情況，對所列各種健康問題給出無、隅爾、經(jīng)常、嚴(yán)重的選擇，因?yàn)橐恍┙】祮栴}的出現(xiàn)很有可能與病態(tài)建筑綜合癥SBS有所關(guān)聯(lián)；第四局部，室內(nèi)環(huán)境的其它方面，如聽覺環(huán)境、視覺環(huán)境、桌椅的舒適情況、精神狀態(tài)、工作效 率等五項(xiàng)給出 很差、差、般、好、很好的評價。

6、本次調(diào)查共涉及27個辦公室，發(fā)放了150份調(diào)查問卷，其中收回并有效的調(diào)查問卷131份。樣本統(tǒng)計結(jié)果顯示，男性人數(shù)略高于女性。被調(diào)查者平均年齡34歲，男女在年齡分布上沒有明顯的差異。除了一名回民外其余均為漢族人。有87%的被調(diào)查者在南京居住5年以上。接近88%的被調(diào)查者在進(jìn)行調(diào)查時已經(jīng)在辦公室坐了超過一個小時的時間。根據(jù)Yu等人5在2021年的研究，人體暴露于環(huán)境中20分鐘后即可到達(dá)穩(wěn)態(tài)p0.05。因此有理由認(rèn)為本次調(diào)查的空調(diào)房間內(nèi)的熱感覺是在穩(wěn)態(tài)條件下的得出，滿足Fanger教授的熱舒適模型。此外，對于各個房間的物理參數(shù)的測試是與主觀調(diào)查同時進(jìn)行的?？紤]到室內(nèi)人員從事坐姿工作，所以物理參數(shù)的測

7、試高度定位1.1m。每個測試辦公室內(nèi)選擇4個測點(diǎn)，各個測點(diǎn)物理量測試4次，以減小誤差。室內(nèi)客觀測量參數(shù)包括：室內(nèi)溫度、相對濕度、空氣流速 以及室內(nèi)CO2的濃度。溫度、相對濕度、CO2濃度測量采用TSI IAQ-CALC 8762空氣品質(zhì)測試儀，風(fēng)速測量采用TSI 8346風(fēng)速計，室外氣象參數(shù)由設(shè)于樓頂?shù)臍庀髢x提供。所有設(shè) 備在測試前已進(jìn)行校定。實(shí)驗(yàn)小組由6人組成，發(fā)放調(diào)查問卷，進(jìn)行物理參數(shù)測試，其中一人記錄辦公室空調(diào)系統(tǒng)、遮陽系統(tǒng)的使用情況、內(nèi)層幕墻的開閉情況以及辦公室植物的放置 情況等?，F(xiàn)場實(shí)驗(yàn)時間為2021年1月14日至16日，此時為南京最冷的季節(jié)。所有空調(diào)系統(tǒng)在測試期間正常工作。3結(jié)果和

8、討論3.1客觀調(diào)查結(jié)果與分析夏熱冬冷地區(qū)冬季晴天室外典型氣象條件為：冷，微風(fēng)，較高的太陽輻射。在實(shí)驗(yàn)期間，室外日均空氣溫度為2.48C，而最低溫度出現(xiàn)在上午的6:15,為-3.1 C,最高溫度出現(xiàn)在14:45,為10.3 C。室外日平均相對濕度RH為51.24%,最低相對濕度為30%,最高相對濕 度68%。在工作時間內(nèi)8:3017:00室外平均太陽輻射強(qiáng)度為363 W/m2,最高太陽輻射強(qiáng)度 出現(xiàn)在1月15日的中午12:00,為573 W/m2。室外平均風(fēng)速為0.91 m/s,主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|和 東南向。在實(shí)驗(yàn)期間的三天均晴朗無雨。室內(nèi)微環(huán)境通常用空氣溫度、相對濕度和風(fēng)速來描述。研究期間，室內(nèi)溫度

9、區(qū)間在22.1 2.1 C，正好落在ISO 7730推薦的有80%的人員冬季在空調(diào)房間內(nèi)從事輕體力活動可 以接受的溫度范圍內(nèi)。比擬ISO 7730對室內(nèi)風(fēng)速提出的上下限值，室內(nèi)風(fēng)速0.10m/s為一個較好的水平。ISO 7730推薦的熱舒適區(qū)域相對濕度的范圍是3070%,而主觀調(diào)查期間，室內(nèi)相對濕度僅為20.2 28%,偏低。在所測建筑物的各層各朝向之間沒有明顯的溫濕度差 異。3.2主觀調(diào)查結(jié)果與分析通過對室內(nèi)人員的主觀調(diào)查和客觀測試，即可得到被調(diào)查人員的熱感覺和熱偏好。各個評價指標(biāo)采用的是可視模擬量表，各個代表數(shù)據(jù)點(diǎn)的選擇參考ASHRAF 7級或5級指標(biāo)表示，表1列出了主觀調(diào)查分析主要投票指

10、標(biāo)中各個主要數(shù)據(jù)點(diǎn)所代表的含義。被調(diào)查者可在x軸的任意位置劃叉表示此時熱感覺；同時，對被調(diào)查者進(jìn)行當(dāng)前環(huán)境溫度、相對濕度、 風(fēng)速期望-1高，0不變，1低的調(diào)查。表 1 熱環(huán)境主觀調(diào)查量代表數(shù)據(jù)點(diǎn)的含義PMVMTSVMTCVVVAFVRHVTA-3冷非常冷/-2涼比擬冷/太大很不新鮮濕/-1稍涼有點(diǎn)冷/大不新鮮微濕不滿意0不冷不熱適中舒適適中一般中性剛好不滿意(-0)剛好滿意(+0)1稍暖有點(diǎn)熱稍不舒適小新鮮微干滿意2暖比擬熱不舒適太小很新鮮干/3熱非常熱很不舒適/4/MTSV(mean thermal sensation vote)平均熱感覺投票； MTCV(mean thermal comf

11、ort vote) 平均熱舒適投票；VV(velocity vote)風(fēng)速投票；AFV(air freshness vote)空氣新鮮程度投票；RHV(relative humidity vote)相對濕度投票；TA(thermal acceptability)熱接受性-32-101234投忠值圖 1 PMV, MTSV MTCV RHV VV 和 AFV 的分布圖1顯示了PMV、MTSV、MTCV、RHV、VV和AFV的統(tǒng)計結(jié)果，通過現(xiàn)場測試的 物理參數(shù)以及對服裝熱阻和代謝率的統(tǒng)計，PMV的值便可以通過Fanger提出的熱舒適模型計算出來。所有的PMV值均 A1,意味著所有被調(diào)查者都認(rèn)為室內(nèi)

12、偏暖，這與MTSV和MTCV的統(tǒng)計結(jié)果發(fā)生背離。MTSV(平均熱感覺投票)分析可以看出，57.3%的被調(diào)查者的熱感覺是適中，這意味這有一半以上的人對于當(dāng)前熱環(huán)境表示滿意。結(jié)合MTSV , MTCV和PMV值來看，對于夏季炎熱潮濕，冬季寒冷潮濕的地區(qū)，人們在冬季喜歡更高一點(diǎn)的溫 度。76.9%的被調(diào)查者對空氣流速表示滿意，這與客觀測試中0.1m/s流速處于舒適水平的結(jié)果一致。被調(diào)查者主要對室內(nèi)空氣的相對濕度和新鮮程度表示不滿意，70%以上的被調(diào)查者認(rèn)為室內(nèi)過于枯燥，而有一半的被調(diào)查者認(rèn)為空氣不新鮮。雖然客觀測試的結(jié)果顯示CO2濃度小于900ppm,符合室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，而且室內(nèi)空氣流速無論是客觀

13、測試還是主觀調(diào)查均 可接收，所以對于被調(diào)查者對室內(nèi)空氣質(zhì)量不滿很令人費(fèi)解。由前面的表達(dá)知道，雙層幕墻外層表皮在冬季是全封閉的，空調(diào)溫度設(shè)定亦只有一個溫度可以選擇。從現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)了解到，被調(diào)查者普遍希望對現(xiàn)有集中控制的供暖和通風(fēng)設(shè)施參與自主調(diào)節(jié)，這有可能是被調(diào)查者對室內(nèi)空氣不滿意的一個原因。冬季大面積使用遮陽卷簾防止眩光， 阻止了使用者與外界接觸 也有可能是被調(diào)查者對室內(nèi)空氣不滿意的另外一個可能原因。被調(diào)查者對室內(nèi)空氣的不滿意可能僅僅是個暗示，需要通過進(jìn)一步的深入研究來解釋這個現(xiàn)象。圖2,3反映了男性和女性不同的健康狀況。在統(tǒng)計時，不舒適的比例由選項(xiàng)中的經(jīng)常和嚴(yán)重兩局部比例組成。男性和女性被調(diào)查者最

14、主要的不舒適病癥都是口干和眼澀男性口干和眼澀病癥的比例分別為29.6%和26.8%,女性口干和眼澀病癥的比例分別為45.0%和40.0%。這些病癥主要是由于較低的室內(nèi)相對濕度引起的。這個結(jié)論與Kuchen2和Wagner回的結(jié)論相一致。Kuchen2在其論文中得出低濕環(huán)境可能會引起眼睛和呼吸道的枯燥和刺激。Wagner6也指出相對濕度的上下將對室內(nèi)溫度和室內(nèi)空氣質(zhì)量的評價產(chǎn)生很大的影響。由此可以得出結(jié)論，弓I起冬季熱不舒適的主要原因是室內(nèi)較低的相對濕度。除此以外，男性被調(diào)查者的困倦、疲勞、吸煙、眩光等不舒適的病癥的比例也超過了10%。而女性被調(diào)查者的煩躁和眩光等不舒適病癥的比例在30%以上。女

15、性的平均不滿意率為17%，是男性9%的將近兩倍，故女性比男性更為敏感。此結(jié)論同樣在Karjalainen7的研究中得到了證實(shí)。Karjalainen在研究中發(fā)現(xiàn)，女性比男性對周圍的熱環(huán)境更為挑剔，在主觀調(diào)查和實(shí)驗(yàn)中都發(fā)現(xiàn)女性在對冷熱環(huán)境都比擬敏感。圖 3 女性的健康狀況我們對男性和女性的操作溫度與熱感覺男性和女性各自線性回歸模型的斜率差異0.093/C, R2=0.198;對于女性，梯度為0.171/C, R2=0.093。正如Moujalled8所說的，溫度與熱感覺回歸模型的梯度反映了熱敏感性。男性和女性回歸模型顯著的斜率差異證實(shí)了主觀調(diào)查中女性比男性更為敏感的結(jié)論。Karjalainen7

16、也同樣得出圖 2 男性的健康狀況考慮到男女性別差異帶來的熱感覺差異的不同，投票值分別作線性回歸， 如圖4所示。結(jié)果顯示，明顯：對于男性，梯度為就一一男性50f 一女性-joW -I10SBSn萱蟹姿弟芝 M 皆弓W名點(diǎn)壑矣=至購疆日芋熨 篁同堂於 R砥由 槌=1與云蟾藉奪了這樣的結(jié)論：女性比男性對熱環(huán)境更為挑剔，且對冷熱環(huán)境都較為敏感。MTSV,ifl=0J71tDp-3.RF198161718192021222324252627操作溫度(C)圖 4:操作溫度與熱感覺投票的關(guān)系統(tǒng)計結(jié)果顯示，95%以上的被調(diào)查者具有良好的精神狀態(tài)和較高的工作效率。95.4%的被調(diào)查者對聽覺環(huán)境較為滿意，這也說明

17、了在繁華地段的建筑，使用雙層玻璃幕墻能夠起到 隔音降噪的作用。此外，12.2%的被調(diào)查者對視覺環(huán)境表示不滿意。通過分析數(shù)據(jù)，21.4%的被調(diào)查者存在的眩光問題可能是對于視覺環(huán)境不滿意的原因?？偟膩碚f，雙層玻璃幕墻具有良好的隔音效果，然而眩光問題仍然存在。4結(jié)論 本文研究了夏熱冬冷地區(qū)某雙層玻璃幕墻建筑的冬季熱舒適情況，主觀問卷調(diào)查和客觀參數(shù)測試同時進(jìn)行。問卷調(diào)查得到被調(diào)查者各項(xiàng)生理指標(biāo)和熱感覺投票信息，客觀測試得到各個房間的熱工和空氣質(zhì)量參數(shù)。結(jié)合主客觀數(shù)據(jù)分析可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：相對濕度較低是導(dǎo)致熱不舒適的主要原因。最主要的不舒適病癥為口干和眼澀，亦是由相對濕度太低所導(dǎo)致。女性較男性更為敏

18、感。其一，女性不滿意率約為男性的兩倍。其二，按照性別對平均熱感覺和操作溫度進(jìn)行的線性回歸模型結(jié)果顯示，女性的回歸模型斜率為0.171 / C,顯著高于男性回歸模型的斜率0.097 / C,斜率值反映的是熱敏感性，再次證明女性比男 性敏感。雙層玻璃幕墻系統(tǒng)能夠帶來較好的隔聲效果，但眩光問題仍然存在。 在調(diào)查過程中，室內(nèi)人員普遍表達(dá)了對現(xiàn)有集中控制的空調(diào)和通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行自主調(diào)節(jié)的意愿。與此同時， 有關(guān)空氣不新鮮的抱怨與客觀測試結(jié)果相背離，值得進(jìn)一步深入研究。綜上，本文的分析以雙層玻璃幕墻實(shí)驗(yàn)測試的131份調(diào)查問卷和客觀測試數(shù)據(jù)為根底，結(jié)果可能存有誤差，但本文的數(shù)據(jù)仍然能為更深入的實(shí)驗(yàn)指出一個大體方向

19、。966參考文獻(xiàn)1Wong N. H., Wang L., et al. Effects of double glazed facade on energy consumption, thermal comfortand condensation for a typical office building in SingaporeJ. Energy and Buildings, 2005, 37(6), 563-72.2 Kuchen, E., Fisch M. N. Spot monitoring: thermal comfort evaluation in 25 office buildings inwinterJ. Building and Environment, 2021, 44(4), 839-847.3 ISO Standard 7730. Moderate thermal environments - determination of the PMV and PPD indices and theconditions for thermal comfortS. DIN, 2006.4 ISO Standard 10551. Ergonomics of the thermal environment- Assessment of the influence oft