094办公环境下热光声对室内环境舒适性影响的研究

办公环境下热、光、声对室内环境舒适性影响的研究清华大学建筑技术科学系黄莉朱颖心欧阳沁曹彬王者摘要本文介绍了基于准现场调查的关于办公环境下热、光、声对室内环境舒适性影响的研究。在调查中，通过控制温度、噪声、照度，营造出各种不同的办公环境。在记录各热参数、噪声、照度的同时，通过问卷调查得到受试者对热、光、声以及环境综合满意度的评价，并且调查了受试者认为最影响环境综合满意度的因素。实验得到热环境的满意区间为20.8—28.1℃；光环境的满意区间大于134lux；声环境的满意区间小于48.2dB。实验结果表明，当某一项环境因素超出人们所能接受的范围后，就将成为主要影响环境综合满意度的因素。另外，文中还给出了基于本实验结果的室内环境等级划分。关键词热光声环境综合满意度准现场调查研究背景室内办公环境除了包括热环境外，还包括空气品质、声环境和光环境[1]。由于人体舒适性除了受到热环境影响，还会受到光、声、空气品质等的影响[2]，所以一些学者致力于建立室内环境综合评价指标的研究，并提出了建立在各种数学方法之上的评价指标[3][4][5][6]。但是，不同的学者提出了不同的评价指标，目前并没有一个权威而普适性较强的评价方法。本研究从现场调查出发，试图用实验结果来分析室内各环境因素对人体舒适性的影响，并得到具有实际意义的室内环境等级划分。研究方法实际办公环境下现场调查的结果中，各环境参数范围较窄，且多处于人的可接受范围内，造成对结果分析的局限性。本实验为了扩大环境参数范围，采用可调节温度、噪声、照度的办公室，模拟实际办公环境对受试者进行准现场调查。准现场调查的实验方法既能增强现场调查所不具有的对环境参数的控制性，又能比较好地模拟真实办公环境而消除气候室实验带给受试者的不自然感。其中，温度通过空调控制，噪声通过录制的风扇声音播放控制，照度通过可连续调节的灯以及百叶窗帘控制。由于在本实验中，室内空气品质变化范围较小，且受试者都对空气品质感到满意，所以在以下讨论中，不涉及到空气品质。本实验采取设定不同环境因素组合，结合物理参数测量与问卷调查的方法。实际实验的各参数范围：温度：18.4—30.4℃照度：163—1624lux噪声：44.3—65.4dB其中，民用建筑的办公室室内照度标准值为300lx，允许噪声值为50—55dB。实验中涉及到的工况中各指标较为均匀地覆盖了比标准偏低、偏高以及在标准范围内的情况。实验过程：经历15分钟的适应期后，每组实验进行90分钟。在90分钟过程中，温度保持不变，照度每15分钟换一档，噪声每45分钟换一档。受试者每过15分钟填一次问卷（共填6次），实验操作者同时记录室内环境参数。测量参数分别为：室内干球温度、平均辐射温度、相对湿度、空气流动速度、噪声、照度。问卷内容包括个人信息，当前衣着量，以及对热、光、声各因素的满意度，并对室内环境综合满意度以及影响综合满意度的因素进行了调查。其中各项满意度的调查采用了如图1所示的断裂标尺。不满意刚好不满意刚好满意满意-1-0+0+1图1满意度的调查标尺实验结果基本情况本实验在2009年7月至8月进行，室外日平均温度为25.1—28.8℃，样本量为384，受试者均为高校学生，其年龄分布在19—28岁之间，男女生比例为2.26：1，在北京居住时间为1—3年的居多。热环境调查结果本调查得到的室内操作温度范围为18.4—30.4℃。相对湿度范围为40—65%，平均值为51%。风速范围为0.02—0.42m/s，其中绝大部分样本对应的风速都低于0.20m/s，平均值为0.16m/s，处于无感风速范围内。受试者所穿着服装对应的服装热阻在0.36—0.61clo范围内，平均值为0.45clo。调查进行过程中，受试者都处于静坐读写状态，其新陈代谢率约为1.1met。以操作温度为横坐标，以受试者对热环境的满意度为纵坐标作图（图2）。图中的数据点代表每1℃范围内，受试者对热满意度的投票平均值。温度与热满意度-0.4-0.200.20.40.61520253035操作温度/℃热满意度图2受试者热环境满意度投票与操作温度的关系热环境满意度投票值为正值（表示受试者对室内热环境感到满意）的区间对应室内操作温度范围为20.8—28.1℃。当室内操作温度为24.5℃时，受试者对室内热环境的满意度最高。光环境调查结果本调查得到的室内工作面照度范围为163—1624lux。以照度为横坐标，以受试者对光环境的满意度为纵坐标作图（图3）。照度与光照满意度-0.200.20.40.60.811.21003005007009001100130015001700照度/lux光照满意度图3受试者光环境满意度投票与照度的关系光环境满意度投票值为正值（表示受试者对室内光环境感到满意）的区间对应室内工作面照度范围为大于134lux。可以看出，在本实验营造的光照条件下，受试者都感觉到满意。声环境调查结果本调查得到的室内声音强度范围为44.3—65.4dB。以声音强度为横坐标，以受试者对声环境的满意度为纵坐标作图（图4）。噪声与声满意度-0.8-0.6-0.4-0.200.20.440455055606570噪声/dB声满意度图4受试者声环境满意度投票与声强的关系声环境满意度投票值为正值（表示受试者对室内声环境感到满意）的区间对应室内声音强度范围小于48.2dB。讨论最影响室内环境综合满意度的因素在问卷中，对最影响环境综合满意度的因素进行了调查。其中绝大多数受试者选择了温度和声音。在本实验营造的光环境中，受试者基本感到满意，因而光环境对环境综合满意度没有太大影响。针对本实验的结果，可以通过考虑声环境和热环境来研究环境综合满意度。分别以操作温度和噪声为坐标，标记出在各环境下最影响环境综合满意度的因素。如图5所示，当环境参数落在范围②内时，噪声值超出了可接受范围，成为最影响综合满意度的因素。在范围③内，噪声和温度都处在可接受范围内，并没有哪个因素成为突出矛盾，因此均有可能成为最影响综合满意度的因素。当环境参数落在范围①内，温度超出可接受范围，最影响综合满意度，并且可以推测，落在④内时，也是与①相同的情况。由图5可以看出，当某一项环境因素超出人们所能接受的范围后，就将成为主要影响综合满意度的因素。在不同的环境中，最影响综合满意度的因素不同，各分环境因素的权重必然随环境发生变化。最影响总体满意度的因素404550556065701520253035温度/℃噪声/dB噪声温度图5最影响环境综合满意度的因素室内环境满意区域的划分由于在不同的环境下，最影响环境综合满意度的因素会发生变化，所以并不能找到一个很好的公式来计算综合满意度，而其中各分环境因素的权重不随环境发生变化。人们在实际生活中对某个室内环境作出评价时，往往是按等级进行划分而不会精确到数值，因此可以将室内环境划分为“优”“良”“中”“差”四个级别。各级别分别对应着满意度从0.5到1，0到0.49，-0.49到-0，-1到-0.5。根据本实验的结果，我们对室内环境等级提出了如下划分。分别以操作温度和噪声为坐标，按照优良中差四个级别标记出各环境下受试者对室内环境的评价，如图6所示。4045505560657012141618202224262830323436操作温度/℃噪声/dB差中良优②③④①图6室内环境等级划分根据不同级别的点的分布预测画出边界，可以得到如图5中的四个区域。其中区域①至②①④③区域④分别对应优良中差四个级别。得到该等级划分后，对于某一室内环境，如果照度在本实验的工况范围内，只要知道温度和噪声，就可以根据上图得出该环境的等级。需要说明的是，上图中的温度与本实验中的服装热阻水平是相关的，也就是说，应用到其他环境时，需要考虑该环境下的服装热阻水平。随着服装的不同，各等级对应的温度区间也会有所不同。对室内环境舒适性的实际研究根据我们之前在教学楼以及办公场所做的大量现场调查实验结果来看，在实际环境中，照度、噪声基本都处于可接受范围内，而温度常常会超出人的可接受范围而成为最影响综合满意度的因素。所以在今后对室内环境舒适性的实际研究中，应该重点对热舒适进行研究。一方面因为它通常最影响室内环境舒适性，另一方面还因为它与能耗有密切的关系。结论1热环境的满意区间为20.8—28.1℃；光环境的满意区间大于134lux；声环境的满意区间小于48.2dB。2当某一项环境因素超出人们所能接受的范围后，就将成为主要影响环境综合满意度的因素。在不同的环境中，最影响环境综合满意度的因素不同。3根据本实验的结果，能较好地用区域划分的方法来得到不同参数下的室内环境等级。参考文献[1]Managementoftheindoorenvironment:fromacomponentrelatedtoaninteractivetop-downapproachPhilomenaM.BluyssenIndoorBuiltEnviron2008;17;6:483–495[2]Acoustic,thermalandluminouscomfortinclassroomsEduardoL.Kr'uger,PauloH.T.ZanninBuildingandEnvironment39(2004)1055-1063[3]Anevaluationmodelforindoorenvironmentalquality(IEQ)acceptanceinresidentialbuildingsA.C.K.Laia,K.W.Muib,L.T.Wongb,L.Y.LawEnergyandBuildings41(2009)930–936[4]Amultivariate-logisticmodelforacceptanceofindoorenvironmentalquality(IEQ)inofficesL.T.Wong_,K.W.Mui,P.S.HuiBuildingandEnvironment43(2008)1–6[5]Multi-hierarchialfuzzycomprehensiveevaluationmethodofindoorenvironmentRuanXiuying,DingLixing,DuanXichaoRefrigerationAirConditioning&ElectricPowerMachinery1006-8449(2007)[6]ComprehensiveevaluationindexofindoorenvironmentalqualityYeHaiBuildingEnergy&Environment1(2000)31-33