湿热气候下可渗透历史建筑湿度优先正压新风改造：湿气、舒适度、室内空气质量与能耗评估

《Building and Environment》：Humidity-Prioritized Positive-Pressure Fresh-Air Retrofit for a Permeable Heritage Building in a Hot-Humid Climate: Moisture, Comfort, IAQ, and Energy Assessment

　　

摘要

在湿热气候下对建筑进行改造，面临着在改善能源性能的同时保持热舒适性和室内空气质量（IAQ）的关键挑战，尤其是在渗透性强且受到严格保护约束的建筑中更为突出。本研究评估了在香港一座渗透性极强的历史建筑中实施的捆绑式新风机组（FAU）改造方案，该方案结合了经过过滤的室外新风送风、以除湿为导向的控制以及正压运行模式。通过在湿热条件下对改造前后的短期实测数据进行分析，评估了室内外压差、湿度控制、基于PMV的热舒适性和室内空气质量；同时，利用基于回归分析的天气归一化方法评估了年度耗电量。在改造后监测期内，系统在未进行重大围护结构改造的情况下，将室内平均正压维持在+5 Pa以上，并将室内平均相对湿度从79%降至59%。基于PMV的热舒适性向中性状态转变，在所述假设下，97%的计算PMV值落在±0.5的可接受范围内。实测的室内空气质量指标在监测期内均未超过所引用的本地及国际指导限值。然而，改造后观察到气体污染物呈现出更强的室内外耦合效应，凸显了在通过受控室外新风送风进行湿度管理与污染物传输之间的权衡。总体而言，本研究提供了短期现场证据，表明在监测到的湿热条件下，一种以湿度优先的正压运行FAU改造方案可以在渗透性历史建筑中改善湿度控制、基于PMV的热舒适性和能源性能，同时需要明确制定室外新风过滤和进风设计策略。

引言

建筑部门约占全球能源消耗量的34%，其中仅暖通空调（HVAC）系统就占此需求量的近50%[1,2]。因此，降低暖通空调系统的能耗能够有效降低建筑业主的运行成本，并通过减少碳排放实现环境目标。除节能这一业主首要关切之外，热舒适性和室内空气质量也是建筑性能中重要的关注因素，对建筑使用者而言尤为关键，因为城市人口约90%的时间在室内度过[3]。维持令人满意的室内空气质量水平和热舒适度对于保障公共健康和提升建筑用户体验至关重要。因此，能够同时解决能源效率、热舒适性和室内空气质量问题，从而协调建筑业主与使用者目标的改造方案，对于建筑改造而言是根本性的。

建筑改造，特别是通过暖通空调系统升级和负荷削减措施，已被广泛应用于提高常规商业和机构建筑的能源性能[4],[5],[6],[7],[8]。然而，从此类建筑类型中得出的证据不足以将整合式改造方案的可行性推广到更具限制性和脆弱性的条件下。活化历史建筑代表了暖通空调改造中一个关键但尚未充分研究的案例，其结构脆弱性、高空气和湿气渗透性，以及严格的保护法规严重限制了围护结构改造和系统干预[9],[10],[11]。同时，环境要求严格，需要将相对湿度（RH）维持在70%以下[12]。这在香港等热带和亚热带地区构成挑战，因为这些地区的室内相对湿度与室外条件高度相关，且需要大量能源输入来调节湿度水平[13],[14]。在现有研究中，提高气密性或保温性的措施可以减少历史建筑的制冷需求，但也可能带来过热或室内空气质量恶化的风险[15],[16]。此外，监管、运营和空间限制限制了围护结构升级，使得改造策略转向暖通空调系统改造，而这可能损害室内环境质量或保护目标[17],[18]。因此，能够证明在活化历史建筑中同时实现能源效率、可接受的热舒适性和符合标准的室内空气质量方面的暖通空调改造方案的实证证据仍然匮乏。

在众多暖通空调改造方案中，先前的研究表明，结合正压和湿度控制的系统可以在特定条件下改善能源性能、热舒适性或室内空气质量。在香港商业建筑中的应用实现了高达50%的节能，并在保持满意舒适度的同时去除了70%的PM_2.5[19]。采用正压暖通空调系统的教育设施显示，总挥发性有机化合物（TVOC）、PM_2.5和CO₂含量降低，同时主观空气质量改善[20],[21],[22]。在住宅应用中，当室外条件相对干燥时，热舒适性和室内湿度改善明显[23],[24]。然而，这些研究通常集中在机械控制或相对常规的建筑环境中，对于围护结构密封因保护要求而受到限制的高度渗透性历史建筑，相关证据有限。与此同时，历史建筑改造研究强调需要平衡能源效率、室内环境质量和保护约束，但很少有研究在湿热条件下评估以湿度优先的正压暖通空调运行[25]。

在渗透性历史建筑中实现湿度控制、热舒适性、室内空气质量和能源性能同时改善的可行性仍不清楚，特别是在围护结构密封因保护要求而受约束的情况下。因此，本研究评估了在香港一座高度渗透性历史建筑中实施的以湿度优先的正压新风改造方案，该方案结合了经过调节的室外新风送风、除湿和正压运行。利用改造前后的现场实测数据，本研究旨在：(1)评估湿热监测条件下的压力和湿度控制性能；(2)评估基于PMV的热舒适性和室内空气质量，包括室内外污染物耦合情况；以及(3)估计与捆绑式改造措施相关的天气归一化电力性能。

章节摘要

选址——饶宗颐研究院（JTIA）

饶宗颐研究院（JTIA）被选为香港历史建筑活化项目中的现场测量站点。JTIA位于香港九龙荔枝角，狮子山北麓，地处一个以湿热气候为特征的亚热带密集城市环境。该站点由前精神病康复机构改造而成，成为一个多功能文化中心，保留了饶宗颐先生的学术和艺术遗产。在内部

压差分析

改造前观察到有利于室外空气渗入的压差条件。如图4所示，改造前的夜间时段间歇出现负的室内外压差，最低值在5月24日和25日达到-3.5 Pa。这些负压事件与有利于室外空气渗入的条件相一致。改造前的箱线图进一步表明存在显著的压力波动。尽管空间平均

意义与实践贡献

Q区改造还为香港的历史建筑及其他受约束建筑提供了实际实施经验。来自现场工作人员和访客的非正式反馈表明，改造后室内环境感觉更加干燥且热可接受性更好，据报道展览厅中原有的除湿措施已被移除。这些观察结果对于实施背景具有参考价值，但并非通过结构化的使用者调查收集，因此应

结论

本研究调查了在湿热气候中一座高度渗透性历史建筑中，以湿度优先的正压暖通空调改造的性能。短期监测结果表明，在选定的湿热监测期内，未对围护结构进行改造的情况下，室内湿度条件得到改善，且计算的PMV值向热中性状态转变。改造后测量显示，在监测期内室内压力较高且波动较小，

稿件准备过程中生成式人工智能的声明

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Chung Yu To：撰写-原始稿件、数据管理、形式分析、可视化、概念构思、方法论、调查研究

Kuan Ka Lin：撰写-审阅与编辑

Ip Danny Y.K.：方法论、资源、调查研究、项目管理

Ip Wilson H. M.：方法论、资源、调查研究、项目管理

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Lau Alexis K.H.：监督、项目管理、经费获取、撰写-审阅与编辑、概念构思

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香港科技大学 环境及可持续发展学系，清水湾，香港