热带地区的半户外工作空间：通过实地测量和调查探索热舒适性

《Indoor Environments》：Semi-Outdoor Workspace in the Tropics: Exploring Thermal Comfort through Field Measurements and Surveys

本研究在新加坡半户外工作空间K/PARK中，通过自然通风结合风扇调节，与空调系统对比，发现高速风扇（1.0 m/s）下热舒适性相当，能耗降低约7倍，并确立25-28°C标准有效温度（SET）为舒适区间。

　　### 一、研究背景与意义

随着全球气候变暖问题日益严峻，热带地区面临着更加严峻的热应激挑战。高气温和高湿度不仅对生态系统造成影响，也对人类的健康和工作效率产生负面影响。因此，探索能够有效应对这些问题的可持续工作环境设计变得尤为重要。在热带地区，空调系统的广泛使用带来了巨大的能源消耗，而随着全球能源成本的上升和对环保意识的增强，寻找替代方案成为建筑设计领域的重要课题。

研究者们发现，通过增加空气流动速度并结合较高的温度设定，可以在不依赖空调的情况下维持良好的热舒适性。这种策略在许多热带国家的教育和住宅环境中已经被证实是有效的。然而，这些研究多集中在短期或跨断面的实验中，而缺乏对长期办公空间的深入分析。此外，大多数研究未能充分考虑居住者对环境的适应性，导致实验结果与实际使用环境存在偏差。

因此，本研究选择在新加坡的GEAR建筑中，对一个半户外工作空间K/PARK进行为期两个月的实地调查，以评估在不同环境设置下，自然通风对热舒适性的贡献。研究目的是通过分析环境数据和用户反馈，识别用户对不同环境条件的热舒适反应，提出节能策略，以及基于标准有效温度（SET）确定热舒适区间。这些发现不仅有助于理解热带环境下自然通风的有效性，也为未来建筑设计提供了重要的参考依据。

### 二、研究方法与实验设置

本研究在新加坡的GEAR建筑中进行，该建筑被设计为一个“活体测试平台”，用于研究不同通风条件下的工作环境表现。研究重点放在K/PARK这一半户外工作空间上，该空间被设计为可进行多种办公任务的场所，配备有大型窗户以促进空气流通，并设有三台高风量低转速（HVLS）天花板风扇，以增强空气流动。在正常条件下，K/PARK通过自然通风运行，但当室外天气条件极端时，空间会切换为空调模式，关闭窗户并启动主要空气处理单元（PAHU）和内部空气处理单元（AHU）。

研究者通过安装测量杆，记录了空气速度、空气温度、相对湿度等数据。测量杆被放置在不同的位置，以确保数据的全面性和准确性。在每个测量点，都使用了四个VTH探头，分别测量不同高度上的空气流动情况。此外，还在测量点安装了黑球温度传感器，以评估辐射温度的影响。通过这些设备，研究团队能够获得详细的环境数据，并结合用户的主观反馈进行分析。

为了收集用户反馈，研究者在每个工作点放置了二维码，允许用户在使用空间后自愿填写问卷。问卷涵盖了用户的性别、年龄、热感觉（7分量表）、热偏好（3分量表）以及对温度、湿度、空气流动和整体热舒适度的满意度。通过这种方式，研究团队能够全面了解用户对不同环境条件的感受，并据此进行热舒适性的评估。

### 三、研究结果与分析

#### 3.1 环境数据概述

在为期两个月的研究期间，共收集到246份有效的用户反馈，其中87%为男性。用户的年龄分布相对均衡，约51%的受访者年龄在20至39岁之间，49%在40至59岁之间。不同实验条件下的反馈数量分别为：NV_low（低风扇速度）46份，NV_mid（中等风扇速度）69份，NV_high（高风扇速度）37份，AC_26_low（空调26°C低风扇速度）40份，AC_27_mid（空调27°C中等风扇速度）29份，AC_28_mid（空调28°C中等风扇速度）25份。这些数据表明，在自然通风条件下，用户反馈更为丰富，而空调条件下由于参与人数较少，数据的代表性受到了一定限制。

#### 3.2 物理测量结果

在自然通风条件下，室内空气温度和相对湿度保持在30.4°C和70%左右，与室外条件基本一致。然而，空气流动速度因风扇速度的差异而有所不同。在Pole B（代表性工作点）处，空气速度分别为0.51 m/s（低速）、0.68 m/s（中速）和1.02 m/s（高速）。这些数据表明，增加风扇速度能够显著改善空气流动，从而提高热舒适性。

在空调条件下，室内温度保持在26°C、27°C和28°C之间，空气流动速度则主要由风扇设定决定。数据显示，在空调条件下，用户对空气流动的感知更为均匀，但满意度相对较低。这可能是因为空调环境下的空气流动速度较低，导致部分用户感到不舒适。

#### 3.3 主观调查结果

在自然通风条件下，当风扇速度增加时，用户的热感觉从“温暖”逐渐转变为“中性”或“凉爽”，表明较高的空气流动速度能够有效改善热舒适性。具体而言，NV_low条件下，65%的用户感到温暖，18%感到中性，17%感到凉爽。而随着风扇速度的增加，温暖的用户比例下降至30%，中性用户比例上升至48%。这表明，增加风扇速度是改善热舒适性的有效手段。

在空调条件下，用户对温度的满意度存在显著差异。在AC_26_low条件下，60%的用户对整体热环境表示满意，而35%表示不满意。这可能是因为空调设定的温度过低，导致部分用户感到过冷。在AC_28_mid条件下，用户的整体满意度达到76%，表明较高的温度设定与中等风扇速度的结合能够更好地满足用户需求。

#### 3.4 热舒适度与SET分析

通过标准有效温度（SET）分析，研究团队发现了一个热舒适区间，即25.0°C至28.0°C之间，该区间内至少80%的用户表示满意。在26.0°C SET条件下，用户的满意度达到100%，表明这一温度是较为理想的热舒适点。然而，当SET超过28.0°C时，用户的满意度开始下降，超过50%的用户表示感到“温暖”或“炎热”，并更倾向于凉爽的环境。

在空调条件下，SET值较低，表明用户对过冷环境的不适应。而在自然通风条件下，SET值较高，但通过增加风扇速度，用户的热感觉得以改善。这些结果表明，SET分析能够有效评估不同环境条件下的热舒适性，并为未来的设计提供科学依据。

### 四、研究结论与意义

本研究的主要结论是，通过合理的风扇辅助自然通风，热带地区的半户外工作空间能够实现较高的用户满意度和显著的节能效果。在自然通风条件下，尽管室内温度较高，但通过增加空气流动速度，用户的热感觉得到了改善。特别是在高风扇速度设置下，用户满意度达到68%，而不满意率仅为11%，表明自然通风在热带环境中具有良好的热舒适性。

此外，研究还发现，在空调条件下，28°C的温度设定与中等风扇速度的结合能够提供与自然通风条件相似的热舒适性，但能耗显著降低。这表明，通过优化空调和风扇的使用策略，可以在保持热舒适性的同时，大幅减少能源消耗。这种策略不仅适用于K/PARK，也为其他热带地区的办公空间提供了可行的参考。

研究还强调了SET分析在评估热舒适性中的重要性。通过SET，研究团队能够更准确地确定用户的热舒适区间，并为建筑设计提供科学依据。在热带地区，由于气候条件的特殊性，传统的热舒适标准可能并不适用，因此需要结合本地环境和用户行为进行调整。

### 五、研究局限性与未来展望

尽管本研究提供了重要的实证数据，但仍存在一些局限性。首先，样本量相对较小，特别是在空调条件下，只有29份和25份的反馈。这可能导致部分热舒适阈值的估计不够准确。此外，参与者的性别比例失衡，87%为男性，可能影响研究结果的普适性。未来的研究应考虑增加女性样本，以更全面地了解不同性别用户对热环境的适应性。

其次，实验条件的设置和用户行为可能受到多种因素的影响，如个人习惯、工作性质等。因此，未来的实验应考虑更广泛的参与群体，并采用更长时间的跟踪研究，以提高数据的代表性和可靠性。此外，研究团队还建议在未来的建筑设计中，结合自然通风和风扇辅助技术，以实现更高的热舒适性和更低的能耗。

### 六、结论与建议

本研究的成果表明，半户外工作空间在热带地区具有巨大的潜力。通过合理的空气流动速度和温度设定，可以有效提高用户的热舒适性，同时显著降低能源消耗。这些发现不仅为热带地区的办公空间设计提供了新的思路，也为全球范围内的可持续建筑设计提供了参考。未来，随着技术的进步和用户适应性的提高，自然通风和风扇辅助技术将在更多建筑中得到应用，从而实现更环保、更节能的工作环境。