文／甄 蒙 西安交通大學(xué)人居環(huán)境與建筑工程學(xué)院

王凱旭 西安交通大學(xué)人居環(huán)境與建筑工程學(xué)院（通訊作者）

郭楨中 西安交通大學(xué)人居環(huán)境與建筑工程學(xué)院

引言

近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，居民對(duì)于生活品質(zhì)的要求逐步提高，其對(duì)于良好室外空間的需求也在逐步增大。室外熱環(huán)境是評(píng)價(jià)室外空間的重要因素。良好的熱環(huán)境可以引導(dǎo)人群更多走向室外，提高生活品質(zhì)并有益身心健康。大學(xué)校園作為承載學(xué)生生活的主要空間，其室外空間的塑造與學(xué)生生活密切相關(guān)。近年來(lái)，室外空間的熱舒適得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛重視。趙凌君等在廣州地區(qū)校園進(jìn)行熱環(huán)境舒適性研究[1]，得出廣州夏季中性溫度為23.9℃。李坤明等研究濕熱地區(qū)室外熱舒適特點(diǎn)，回歸分析得到廣州不同季節(jié)熱舒適閾值[2]。楊麗娜、劉吉營(yíng)等在濟(jì)南某高校校園研究過(guò)渡季節(jié)特殊天氣下的校園室外熱舒適[3]，得出溫度對(duì)室外熱環(huán)境的影響程度占47.8%，樹(shù)蔭道有93.3%被測(cè)人員感到舒適。

西安地處寒冷地區(qū)，本文以PET 作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用問(wèn)卷調(diào)查與實(shí)地測(cè)試的方法探究西安交通大學(xué)興慶校區(qū)校園室外熱舒適。

1 研究方法

1.1 研究地點(diǎn)

西安市（108.98°E，34.25°N）地處西北寒冷地區(qū)，調(diào)研時(shí)間為2021 年3 月10 日至5 月28 日。本次研究選取西安市西安交通大學(xué)興慶校區(qū)五處典型室外空間作為調(diào)研區(qū)域。五處測(cè)點(diǎn)分別為：A-康橋苑下沉廣場(chǎng)、B-四大發(fā)明廣場(chǎng)、C-騰飛塔、D-梧桐東路、E-櫻花東路。

1.2 問(wèn)卷調(diào)查

調(diào)研采用問(wèn)卷調(diào)查與實(shí)地測(cè)試相結(jié)合的方法。問(wèn)卷主要由三部分組成。第一部分收集受訪(fǎng)者個(gè)人信息，包括性別、年齡、收入、籍貫、健康狀況、活動(dòng)情況、服裝熱阻等；第二部分收集室外空間人群對(duì)當(dāng)前熱環(huán)境的判斷，包括熱感覺(jué)、熱舒適、物理環(huán)境可接受度、熱期望，對(duì)于花香與霧霾的感受以及防護(hù)措施；第三部分為客觀環(huán)境測(cè)試數(shù)據(jù)，包括空氣溫度、相對(duì)濕度、PM2.5 等。熱感覺(jué)與熱舒適評(píng)價(jià)標(biāo)尺如下（表1）。

表1 熱感覺(jué)、熱舒適評(píng)價(jià)標(biāo)尺

該研究在校園內(nèi)五個(gè)測(cè)點(diǎn)隨機(jī)選取受試者進(jìn)行調(diào)研，共計(jì)收集有效問(wèn)卷300 份。調(diào)研期間無(wú)陰雨天氣。

2.研究結(jié)果與分析

2.1 熱環(huán)境水平

表3 展示了五個(gè)測(cè)點(diǎn)在測(cè)試期間的空氣溫度、相對(duì)濕度和風(fēng)速的平均值和最值。在溫度方面，四大發(fā)明廣場(chǎng)平均溫度最高，為23.26℃，最低溫度出現(xiàn)在四大發(fā)明廣場(chǎng)測(cè)點(diǎn)（14℃）。在相對(duì)濕度方面，各測(cè)點(diǎn)平均相對(duì)濕度由高到低依次為櫻花東路（62.51%）、騰飛塔水池邊（58.47%）、康橋苑西側(cè)下沉廣場(chǎng)（51.75%）、四大發(fā)明廣場(chǎng)（49.49%）、梧桐東路（40.45%）。平均風(fēng)速由高到低分別為梧桐東路（1.82m/s）、康橋苑西側(cè)下沉廣場(chǎng)（1.66m/s）、四大發(fā)明廣場(chǎng)（0.96m/s）、騰飛塔水池邊（0.62m/s）、櫻花東路（0.52m/s）。

表3 氣象參數(shù)平均值

圖1 調(diào)研地點(diǎn)

2.2 各測(cè)點(diǎn)熱感覺(jué)與熱舒適投票分布

五個(gè)測(cè)點(diǎn)分別為：A-康橋苑下沉廣場(chǎng)、B-四大發(fā)明廣場(chǎng)、C-騰飛塔水池邊、D-梧桐東路、E-櫻花東路。圖2 表示各測(cè)點(diǎn)受訪(fǎng)人群整體熱感覺(jué)和熱舒適投票百分比分布；熱感覺(jué)投票顯示，最為常見(jiàn)的熱感覺(jué)為“適中”，其次為“有一點(diǎn)熱”。C 測(cè)點(diǎn)整體熱感覺(jué)最為集中，熱感覺(jué)集中分布在“有一點(diǎn)冷”和“有一點(diǎn)熱”（-1 ～1）之間，并未出現(xiàn)“很冷”與“很熱”的熱感覺(jué)。熱舒適投票分布情況顯示，熱舒適投票（TCV ≥0）占全部投票的76.7%，C 測(cè)點(diǎn)熱舒適投票顯示全部樣本TCV ≥0。調(diào)研得出占比最高的熱舒適投票為“適中”（TCV ＝0），占比為39.3%，占比最低的熱舒適投票為“非常不舒服”（TCV ＝-3），占比僅為0.3%。

圖2 各測(cè)點(diǎn)熱感覺(jué)和熱舒適投票分布

表2 實(shí)測(cè)儀器參數(shù)表

2.3 PET 與熱感覺(jué)熱舒適關(guān)系

統(tǒng)計(jì)每次調(diào)研得到問(wèn)卷的熱感覺(jué)和熱舒適投票并計(jì)算均值，得到PET 與MTSV 關(guān)系以及PET 與MTCV 關(guān)系（圖3）。PET 與MTSV 關(guān)系（圖3a）顯示春季西安溫度分布范圍較廣，最大PET 為28.06℃，最低PET 為12.1℃。樣本集中分布在15℃以上；得到回歸方程（表4）。.

表4 PET 與MTSV 回歸方程

PET 與MTSV 擬合方程斜率為4.8459，表示PET 每上升4.8459℃，室外人群平均熱感覺(jué)上升一個(gè)等級(jí)；該熱感覺(jué)敏感程度高于席天宇、雷永生在嚴(yán)寒地區(qū)哈爾濱得到PET 與熱感覺(jué)投票敏感度（PET 變化11℃引起一個(gè)單位熱感覺(jué)變化）。從PET 與MTSV 線(xiàn)性方程可以推導(dǎo)出中性PET 值（MTSV ＝0）為19.30℃。

PET 與平均熱舒適MTCV 關(guān)系如圖3b所示，得到樣本點(diǎn)16 個(gè)，其中舒適樣本（MTCV ≥0）占比68.8%，表明西安3 月—5 月室外空間熱舒適性較高，校園內(nèi)微氣候狀況較好。PET 與MTCV 呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)線(xiàn)性關(guān)系，得到回歸方程（表5）。

表5 PET 與MTCV 回歸方程

圖3 PET 與MTSV 及MTCV 相關(guān)性

2.4 期望溫度

統(tǒng)計(jì)各次調(diào)研得到問(wèn)卷有關(guān)熱環(huán)境的變化期望，計(jì)算當(dāng)天熱環(huán)境下的期望變化概率，得到PET 與期望變化概率關(guān)系如圖4 所示。變熱期望曲線(xiàn)與變冷期望曲線(xiàn)均呈現(xiàn)為較清晰的二次多項(xiàng)式關(guān)系，得到變熱期望曲線(xiàn)方程（表6）。

表6 變熱期望曲線(xiàn)方程

在調(diào)研得到的PET 范圍內(nèi)，變熱期望與PET 呈負(fù)相關(guān)。在調(diào)研樣本中，當(dāng)PET 大于等于25.58℃后，樣本變熱期望變?yōu)?。得到變冷期望曲線(xiàn)方程（表7）。

表7 變冷期望曲線(xiàn)方程

在調(diào)研得到PET 范圍內(nèi)，變冷期望與PET呈正相關(guān)。所有樣本期望變化概率處于0%到80%之間。當(dāng)期望變熱與期望變冷概率相等時(shí)，即室外人群變熱與變冷期望相等，整體不期望變化，可認(rèn)為此時(shí)為室外人群期望溫度。由圖4期望方程計(jì)算得出，本次調(diào)研得到西安春季期望溫度為23.16℃。

圖4 變化期望與PET 相關(guān)性

3 差異因素分析

探究室外人群熱舒適的影響因素。除基本氣象參數(shù)之外，空氣質(zhì)量、外部感覺(jué)以及主觀情緒等均可以影響人群對(duì)于室外空間的熱舒適評(píng)價(jià)。本節(jié)從性別、感官、空氣質(zhì)量三個(gè)角度探究熱舒適評(píng)價(jià)差異的影響因素。

3.1 性別差異

統(tǒng)計(jì)得出男性與女性MTSV 與PET 關(guān)系如圖7 所示。得到男性受試者與女性受試者M(jìn)TSV 與PET 擬合方程（表8）。

表8 男性受試者與女性受試者M(jìn)TSV 與PET 回歸方程

圖7 不同灰霾濃度下MTCV 與PET 相關(guān)性

男性與女性擬合方程均呈現(xiàn)明顯的正相關(guān)線(xiàn)性關(guān)系，可以看出，西安春季男性與女性平均熱感覺(jué)接近，男性擬合直線(xiàn)始終位于男性擬合直線(xiàn)上方，表明在調(diào)研溫度范圍內(nèi)，女性的平均熱感覺(jué)略高于男性。

圖5 中直線(xiàn)與X 軸的交點(diǎn)即為中性溫度，男性受試者的中性溫度大于女性受試者。斜率大小代表受訪(fǎng)者對(duì)于PET 變化的敏感程度：男性直線(xiàn)斜率為0.1098；女性直線(xiàn)斜率為0.0967，表明男性受試者對(duì)于環(huán)境變化的敏感度要略高于女性受試者。

圖5 不同性別MTCV 與PET 相關(guān)性

3.2 花香對(duì)熱舒適的影響

人體對(duì)于外部空間的感知可以影響熱舒適評(píng)價(jià)。調(diào)研期間正值春季，校園五個(gè)測(cè)點(diǎn)中，康橋苑下沉廣場(chǎng)，櫻花東路植被覆蓋茂密，伴有花香。在開(kāi)有鮮花的兩個(gè)測(cè)點(diǎn)中，康橋苑下沉廣場(chǎng)受訪(fǎng)人群對(duì)于花香是否好聞的評(píng)價(jià)均值為0.60，平均評(píng)價(jià)介于“適中”與“有一點(diǎn)好聞”之間；對(duì)于花香帶給人群的愉悅程度評(píng)價(jià)平均值為0.55，即康橋苑下沉廣場(chǎng)處鮮花帶給室外人群以輕度的愉悅感。櫻花東路受訪(fǎng)人群對(duì)于花香是否好聞的評(píng)價(jià)均值為0.77，對(duì)于花香帶給受訪(fǎng)人群的愉悅程度評(píng)價(jià)均值為1.04。好聞程度與愉悅程度均高于康橋苑下沉廣場(chǎng)測(cè)點(diǎn)，由櫻花東路鮮花更為茂盛推測(cè)，在一定范圍內(nèi)，花香與室外人群熱環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)呈正相關(guān)。

分別統(tǒng)計(jì)兩個(gè)有花測(cè)點(diǎn)和三個(gè)無(wú)花測(cè)點(diǎn)的PET 與MTCV，將每次調(diào)研得到的PET 與TCV數(shù)值取平均值，得到一個(gè)樣本點(diǎn)，探究花香對(duì)于室外人群熱舒適評(píng)價(jià)的影響（圖6）。

圖6 有無(wú)花香影響下MTCV 與PET 相關(guān)

如圖6 所示有花測(cè)點(diǎn)與無(wú)花測(cè)點(diǎn)MTCV與PET 均呈現(xiàn)二次函數(shù)關(guān)系，得到擬合方程（表9）。

表9 有花測(cè)點(diǎn)與無(wú)花測(cè)點(diǎn)MTCV 與PET 回歸方程

有花測(cè)點(diǎn)曲線(xiàn)位于無(wú)花測(cè)點(diǎn)曲線(xiàn)上方，MTCV 峰值更高且舒適PET（MTCV ≥0）范圍有所增大；有花測(cè)點(diǎn)中，當(dāng)PET 為19.81℃時(shí)，MTCV 達(dá)到峰值0.63；無(wú)花測(cè)點(diǎn)中，當(dāng)PET為18.04℃時(shí)，MTCV 達(dá)到峰值0.34；計(jì)算舒適PET 范圍，得出有花測(cè)點(diǎn)舒適PET 范圍為12.74℃至26.88℃，無(wú)花測(cè)點(diǎn)舒適PET 范圍為12.24℃至23.84℃，在有花香條件下舒適PET 范圍增大約3℃。

綜上所述，有花香條件下，室外人群舒適PET 范圍增大，相同PET 條件下平均熱舒適（MTCV）更高，證明花香會(huì)提高室外人群熱環(huán)境舒適度評(píng)價(jià)。

3.3 灰霾對(duì)于熱舒適的影響

本次調(diào)研中收集了西安室外人群對(duì)于灰霾的感受和應(yīng)對(duì)措施并測(cè)量了PM2.5 的含量。根據(jù)中國(guó)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 3095—2012）[5]，PM2.5平均值標(biāo)準(zhǔn)值小于35μ g/m3 空氣質(zhì)量等級(jí)為優(yōu)；以PM2.5 平均值標(biāo)準(zhǔn)值35μg/m3 為分界，將調(diào)研樣本分為灰霾濃度較高和灰霾濃度較低兩組，分別分析兩類(lèi)樣本平均熱舒適MTCV 與PET的關(guān)系（圖7）。將灰霾濃度較高組命名為a 組，較低組命名為b 組。擬合MTCV 與PET 間關(guān)系得到線(xiàn)性方程如下（表10）。

表10 不同灰霾濃度MTCV 與PET 回歸方程

a組曲線(xiàn)顯示，當(dāng)MTCV ＝0 時(shí)，對(duì)應(yīng)PET為17.07℃；b 組曲線(xiàn)顯示，當(dāng)MTCV ＝0 時(shí)，對(duì)應(yīng)PET 為24.38℃。在調(diào)研PET 范圍內(nèi)a組曲線(xiàn)位于b 組曲線(xiàn)下方，即相同PET 條件下，較高的灰霾濃度會(huì)降低熱舒適體驗(yàn)。與b 組斜率絕對(duì)值相比，a 組斜率絕對(duì)值高出32.5%，表示較高的灰霾濃度會(huì)顯著提高熱舒適下降速率。

結(jié)語(yǔ)

（1）PET 與平均熱感覺(jué)（MTSV）投票之間呈線(xiàn)性關(guān)系，變化斜率為4.8459，由熱感覺(jué)投票得出中性溫度為19.30℃；PET 與平均熱舒適（MTCV）投票之間也呈線(xiàn)性關(guān)系，變化斜率為-4.7247。

（2）有花測(cè)點(diǎn)與無(wú)花測(cè)點(diǎn)PET 與平均熱舒適投票均呈二次函數(shù)關(guān)系。有花測(cè)點(diǎn)舒適PET 范圍為12.74℃至26.88℃，無(wú)花測(cè)點(diǎn)舒適PET 范圍為12.24℃至23.84℃?；ㄏ銞l件下，室外人群舒適PET范圍增大，相同PET下平均熱舒適更高。

（3）不同灰霾濃度下PET 與MTCV 均呈線(xiàn)性關(guān)系，灰霾濃度較高組斜率為-0.1479，灰霾濃度較低組斜率為-0.1116，表示灰霾濃度較高的情況下，室外人群平均熱舒適下降速率更大，表明相同PET 條件下較高灰霾濃度會(huì)降低熱環(huán)境舒適體驗(yàn)。

圖表來(lái)源：

所有圖片表格均為作者自繪