■ 余翔宇 YU Xiangyu 周伊利 ZHOU Yili 宋德萱 SONG Dexuan

截止2020 年，我國存量老舊建筑面積超過500 億m2，其中，絕大部分老舊住區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施落后，建筑能耗居高不下[1]。2017 年，上海市政府將老舊住區(qū)改造的理念從“拆改留并舉，以拆為主”，轉(zhuǎn)換為“留改拆并舉，以保留保護為主”[2]，宣告上海老舊住區(qū)正式進入存量改造時代?；趯崿F(xiàn)“雙碳”節(jié)能減排目標(biāo)和打造高質(zhì)量人居環(huán)境等多重背景，老舊住區(qū)的改造關(guān)注重點已從空間數(shù)量逐漸轉(zhuǎn)移到兼顧提升建筑綠色性能和空間環(huán)境品質(zhì)上來。本文聚焦老舊住區(qū)單居室戶型，通過布點實測的方式，科學(xué)呈現(xiàn)冬季典型日的室內(nèi)熱環(huán)境特征，嘗試探究影響因素并尋求改善對策。

1 相關(guān)研究

近年來，國內(nèi)部分學(xué)者聚焦老舊住區(qū)的環(huán)境問題并開展相關(guān)研究，江億等人對北京88 棟既有居民樓進行實測，并以此對舒適度進行評估[3]；賀啟濱等以上海E 朋匯為例，采用實測與模擬的方法，對室外物理環(huán)境進行分析并給出改造策略[4]；孫彤宇等人對上海中心城區(qū)老舊住區(qū)改造出現(xiàn)的問題進行了分析，并提出了可持續(xù)更新策略[5]；宋德萱等人通過實測、模擬和模糊綜合評價法，對老舊住區(qū)環(huán)境進行深入分析，并總結(jié)出生態(tài)修復(fù)的實施策略[6]。這些研究雖然對老舊住區(qū)的環(huán)境提升起到了積極的推動作用，但都集中在室外環(huán)境層面。在室內(nèi)熱環(huán)境研究層面，楊麗等人借助CFD 軟件對夏季室內(nèi)空調(diào)運行下的環(huán)境舒適度進行了模擬評估[7]；周伊利等人對夏季室內(nèi)電扇致涼的效能進行了實測分析[8]。上述研究主要是針對主動設(shè)備影響下的空間環(huán)境展開的，而且模擬和實測環(huán)境為相應(yīng)的工況條件。因此，實驗針對性強且時間較短。而本文將針對老舊住區(qū)的室內(nèi)熱環(huán)境進行連續(xù)多天的熱環(huán)境實測，在居住空間處于正常使用的工況下，嘗試探索單居室空間冬季熱環(huán)境變化與空間特征、使用者生活習(xí)慣的關(guān)聯(lián)性。

2 單居室空間研究意義

上海中心城區(qū)擁有大量的老舊住區(qū)，其中，職工住宅高達1.54億 m2[9]，這些建筑大多是20 世紀(jì)50—90 年代由政府主導(dǎo)建設(shè)的工人新村，多為緊湊小戶型，單居室與兩居室居多。同濟新村的單居室建筑主要建造于20 世紀(jì)50 和80 年代（表1），受資金、建材、技術(shù)和施工等諸多條件的限制，這些住宅形式主要是半臨時性住宅、低層公寓和類似公寓的宿舍，除居室外每戶還有一定的輔助生活面積[10]。其中，建于20 世紀(jì)50 年代早期的“同樓”和“濟字樓”采用公共衛(wèi)生間，后期雖然完善了衛(wèi)生設(shè)施，但廚衛(wèi)面積仍然十分狹小，常與玄關(guān)、過道共用；20 世紀(jì)80 年代建造的單居室戶型功能更完備，空間尺寸更合理，以鴛鴦樓和教工住宅最為典型。

表1 同濟新村單居室戶型結(jié)構(gòu)統(tǒng)計

單居室空間是老舊住區(qū)中典型的小戶型空間，具有滿足基本生活需求的完整功能，有一定的探索價值。此外，在實驗過程中，單居室空間具有便于控制參量、使用的實驗器材種類和數(shù)量較少、測點布置簡單等優(yōu)點。通過對老舊住區(qū)單居室空間的研究，可以為老舊住宅生態(tài)性能評估提供支撐，也可以為其改造再利用提供環(huán)境數(shù)據(jù)支持，還可以為當(dāng)代小戶型空間設(shè)計探尋合理、科學(xué)的設(shè)計依據(jù)。

本研究的實驗對象是位于上海市楊浦區(qū)的同濟新村鴛鴦樓，即83-Ⅱ型教工住宅（圖1）。當(dāng)時，大齡青年結(jié)婚無房戶較多，上海市為緩解社會矛盾而探索建造了一批小型出租房，作為工作單位正式福利性公房分配前的過渡用房[10]，故稱鴛鴦樓。該樓每層四戶，一個單元6 層，本文實測對象為其中靠邊的戶型（圖2）。戶型包含臥室、陽臺、廚房和衛(wèi)生間各一間，以及連接的交通空間（過廳和玄關(guān)）。整個戶型南北通透，各個房間都能直接采光，圍護結(jié)構(gòu)為240 mm 厚黏土磚墻，表面為水泥抹灰，部分外窗為單層玻璃老式鐵窗，沒有額外的保溫、防潮和保障氣密性的措施。北側(cè)的樓梯間并不封閉，窗洞口沒有安裝窗戶，而玄關(guān)空間之外通過紗門與樓梯間相連。

圖1 實測對象及周邊環(huán)境鳥瞰圖（2020 年7 月航拍）

圖2 鴛鴦樓單元平面圖[1]

3 測試方案

3.1 實測時間與氣候條件

實測選取的時間是2021 年2月20 日0:00—2021 年2 月24 日23:55，共計5 d。實測地點為亞熱帶季風(fēng)氣候，屬于夏熱冬冷的熱工分區(qū)。實測期間，天氣多為晴到多云，氣溫在7～26℃之間，無明顯的降水過程（表2）。測試期間，居住者按照日常習(xí)慣使用房間的各類設(shè)施，包括房屋的門窗和各類家用電器，以保證實測數(shù)據(jù)可以代表居室空間日常溫濕度情況。

表2 上海市楊浦區(qū)實測期間天氣情況表

3.2 測點布置與測試內(nèi)容

實測戶型房間較小，但功能齊全且緊湊，測點的布置主要根據(jù)房間的功能、停留時間長短及位置代表性來確定，具體如下：陽臺的洗衣機旁和窗臺上各1 個，臥室的床頭、窗前和矮柜上各1 個，過廳的轉(zhuǎn)角和臺面各1 個，衛(wèi)生間窗臺1 個，廚房灶臺1 個，入門玄關(guān)1 個，樓道1 個和陽臺外的室外空間1 個，共計12個測點（圖3）。本實驗采用HOBO UX100-003、HOBO U23-001A 溫濕度記錄儀，所有測點不間斷工作，記錄間隔為5 min，包括測點的空氣溫度和相對濕度。HOBO U23-001A溫濕度記錄儀帶有白色的防雨罩，有一定的防輻射作用，用于記錄室外同時刻溫濕度變化情況，其它11 個測點均布置HOBO UX100-003 溫濕度記錄儀。

圖3 單居室空間測點位置示意圖

3.3 數(shù)據(jù)處理

本實驗從12 個測點總共讀取17 280 組溫濕度數(shù)據(jù)，并通過繪制溫度和相對濕度的箱形圖（圖4、5），對數(shù)據(jù)中的異常值進行初步判斷。箱形圖的異常值是大于最大值和小于最小值的數(shù)值，也可以稱為極端值，異常值一般是被錯誤記錄或反常的數(shù)值，如果是被錯誤記錄的數(shù)值需要進一步修正，而大部分反常的數(shù)值是數(shù)據(jù)真實情況的反應(yīng)，其變化趨勢和幅度符合相關(guān)研究規(guī)律，因此，在研究過程中需要對異常值加以篩查和分析。從兩個箱形圖的統(tǒng)計結(jié)果來看，總共篩查出空氣溫度異常值507 個，相對濕度異常值293 個，然后將數(shù)據(jù)中與前后變化趨勢相反，且每5 min溫度波動幅度超過1.5℃或相對濕度波動幅度超過3%的異常值挑選出來，得到此類溫度異常值5 個，相對濕度異常值12 個，主要出現(xiàn)在20 日和21 日的陽臺、過廳和臥室空間。這些數(shù)值屬于異常值中有錯誤或不可使用的反常數(shù)值，在本研究中視作無效數(shù)據(jù)。

圖4 各測點溫度變化箱形圖

4 實測結(jié)果與分析

本實驗在數(shù)據(jù)處理和分析過程中，將室外01 測點的數(shù)據(jù)作為對照組，與其他11 個實驗組測點的數(shù)據(jù)進行對比，結(jié)合使用者日常生活習(xí)慣，對數(shù)據(jù)出現(xiàn)的變化進行解析。

4.1 室外空間

根據(jù)室外01 測點的數(shù)據(jù)來看（圖6），每日溫度峰值和相對濕度谷值一般出現(xiàn)在午后14:00，每日溫度谷值和相對濕度峰值一般出現(xiàn)在清晨6:00。室外空間溫濕度變化的規(guī)律性較強，峰值和谷值在每天出現(xiàn)的時間相對穩(wěn)定，體現(xiàn)了良好的實驗外部條件。

圖6 室外測點溫濕度變化圖

室外01測點位于南向陽臺外側(cè)，數(shù)據(jù)采集受太陽輻射的影響明顯，盡管溫濕度儀器帶有防雨罩，在云量較少的天氣條件下，太陽輻射對測試儀器探頭形成加熱，導(dǎo)致測試值高于空氣實際溫度值。

4.2 臥室空間

臥室01 和02 測點最高溫度都出現(xiàn)在午后，三個測點最低氣溫一般出現(xiàn)在清晨或晚上21:00—22:00，數(shù)值為17℃左右，此時正是清晨室外氣溫出現(xiàn)谷值的時候，以及夜間由于室內(nèi)溫度持續(xù)下降，體感較冷且居住者尚未開啟空調(diào)制暖的時候。從臥室測點溫度變化圖（圖7）來看，三個測點的變化趨勢不同，與室外測點的波動變化趨勢也存在較大的差異。臥室01 測點位于窗戶下的桌面上，變化最為穩(wěn)定，且受外部溫度環(huán)境影響較小，臥室02 測點除22 日外，每天下午13:00—15:00的溫度明顯升高，且與外部溫度波動趨勢相符合，臥室03 測點每晚22:00—1:00 和每天早上7:00—8:00 溫度明顯高于其他測點。

圖7 臥室空間測點溫度變化圖

從臥室相對濕度變化圖（圖8）來看，臥室01 測點相對濕度的變化趨勢較為平緩，臥室02 測點的相對濕度在每日中午前后明顯降低，臥室03 測點的相對濕度在每晚22:00—1:00 期間大幅降低30%左右，主要是午夜前后居住者使用了電熱毯，導(dǎo)致靠近床的局部空氣溫度顯著上升。

圖8 臥室空間測點相對濕度變化圖

通過對比室內(nèi)外溫濕度波峰與波谷的出現(xiàn)時刻，可以看出，室內(nèi)測點的波峰和波谷有輕微的遲滯現(xiàn)象，遲滯時間一般在0.5 h 以內(nèi)。

4.3 廚衛(wèi)空間

廚房的最高溫度出現(xiàn)在21 日午后14:00（22℃），衛(wèi)生間的最高溫度出現(xiàn)在22 日午后14:00（23℃），溫度谷值一般在6:00 前后，廚房的最低溫度為15℃左右，衛(wèi)生間的最低溫度在11℃左右。從廚衛(wèi)測點溫度變化圖（圖9）來看，兩個測點的溫度變化平緩，但受環(huán)境條件波動影響，測點溫度曲線有較小的短時震蕩。在絕大多數(shù)情況下，廚房01 測點的溫度高于衛(wèi)生間01 測點的溫度，且波動性更小。

圖9 廚衛(wèi)空間測點溫度變化圖

兩個測點的相對濕度變化幅度較大，廚房和衛(wèi)生間的濕度峰值都出現(xiàn)午夜或早晨，廚房最大相對濕度為80%左右，衛(wèi)生間的相對濕度最大值為100%，谷值一般出現(xiàn)在午后。從廚衛(wèi)相對濕度變化圖（圖10）來看，其曲線變化活躍度明顯強于溫度變化圖，兩個測點的變化趨勢有同頻特征，但變化的幅度差異較大。廚房01 測點變化趨勢與室外環(huán)境相似，但受居住者日餐烹飪情況的影響，濕度變化圖時常出現(xiàn)瞬時性的溫度變化；衛(wèi)生間01 測點的濕度變化幅度遠大于室外測點和廚房，波峰主要出現(xiàn)在0:00左右，早上8:00 左右也會有較小的上升波動，主要原因是夜間睡前洗浴和早上洗漱行為。

圖10 廚衛(wèi)空間測點相對濕度變化圖

對比室內(nèi)外溫濕度的波峰與波谷的出現(xiàn)時刻可知，廚衛(wèi)測點存在較明顯的遲滯現(xiàn)象，廚衛(wèi)空間溫度比室外遲滯1 h 左右。

衛(wèi)生間和廚房位于居室北側(cè)，基本不受太陽直接輻射。衛(wèi)生間為保持干燥和排除異味，外窗長時間保持小角度開啟狀態(tài)，且布局緊鄰半開放的樓道空間，導(dǎo)致其溫度在大多數(shù)時間明顯低于廚房。廚房、衛(wèi)生間作為主要的服務(wù)功能房間，溫濕度的變化與居住者的行為也有密切的聯(lián)系，如衛(wèi)生間在洗浴期間相對濕度可達100%，使用熱水時出現(xiàn)短時間升溫，隨后，空氣溫度迅速恢復(fù)至較低水平。而廚房在做飯、烹飪、熱水器使用等時間段內(nèi)，溫度也有明顯波動。

4.4 陽臺空間

封閉陽臺的溫度數(shù)據(jù)受室外熱環(huán)境變化的影響顯著，2 月20 日和21 日晴朗午后最高溫度接近40℃，比多云和陰天最高氣溫高出10℃，但天氣對于日最低氣溫影響相對較小，數(shù)值控制在11～16℃之間，導(dǎo)致這一明顯差異的原因，主要是儀器探頭受太陽直接熱輻射加熱，從而造成溫度值稍高于實際溫度。陽臺兩個測點得出的溫度變化圖（圖11）差異較小，二者變化趨勢幾乎相同。與室外測點溫度數(shù)據(jù)相比，陽臺測點溫度在夜間受到的干擾較小，陽臺01測點的溫度變化幅度比陽臺02 測點略大。

圖11 陽臺空間測點溫度變化圖

天氣變化對相對濕度也有顯著影響，如2 月24 日為陰天，測點相對濕度在24 日清晨和午夜達到最大值65%左右，而在 2 月20 日和21日天氣晴朗時，相對濕度最大值僅為40%。陽臺兩個測點的相對濕度變化趨勢（圖12）幾乎一致，溫濕度波動趨勢也與室外十分接近，基本不存在時滯現(xiàn)象，說明封閉陽臺玻璃窗的氣密性、隔熱保溫等性能均較差。

圖12 陽臺空間測點相對濕度變化圖

陽臺兩測點靠近臥室與陽臺之間的墻體而遠離陽臺外側(cè)，溫濕度波動幅度明顯小于室外環(huán)境。陽臺02 測點比01 測點更貼近臥室窗戶，夜間受到室內(nèi)熱輻射較多，這可能是造成陽臺02 測點夜間溫度略高于01 測點的原因。整體來看，陽臺空間的溫濕度變化趨勢介于室外空間和臥室空間之間，在室內(nèi)外熱量傳遞中起到了一定的緩沖作用。

4.5 交通空間

過廳溫度峰值一般出現(xiàn)在午后14:00 左右，數(shù)值最高為24℃，溫度谷值一般出現(xiàn)在黎明前，為15～16℃。樓道和玄關(guān)測點溫度峰值在午后，其中，22 日午后溫度達到22℃，溫度谷值一般在早晨7:00，樓道最低溫度為10℃，玄關(guān)最低溫度為12℃。過廳兩個測點的溫度變化一致，整體變化相對平穩(wěn)，在外界氣溫變化較大時會產(chǎn)生一定的趨同波動，且在早晚時間段也會產(chǎn)生瞬時性的波動（圖13）。樓道和玄關(guān)測點的溫度變化趨勢相同，且由于處于半開放空間中，在外界氣溫變化較大時也會產(chǎn)生一定的趨同波動，玄關(guān)01 測點的溫度在多數(shù)時間段內(nèi)都略高于樓道01 測點。

圖13 交通空間測點溫度變化圖

過廳相對濕度的峰值一般出現(xiàn)在午夜0:00 前后，數(shù)值為80%左右，最小值出現(xiàn)在20 日和21 日午后，為18%。樓道和玄關(guān)相對濕度的最大值出現(xiàn)在25 日中午，為85%左右，樓道01 測點最小值在21 日午后，為29%，玄關(guān)01 測點的最小值在20 日下午，為32%。過廳測點兩根曲線的趨勢（圖14）變化幾乎相同，整體波動范圍在20%～80%之間，與外部環(huán)境波幅相近，但在0:00 前后，受衛(wèi)生間洗浴時濕度變化的影響，產(chǎn)生短時的劇烈升高。樓道和玄關(guān)測點與室外環(huán)境濕度變化趨勢幾乎相同，但波動幅度的差異明顯，其中，玄關(guān)處較小，樓道次之。

圖14 交通空間測點相對濕度變化圖

過廳測點位于居室中間，溫濕度同時受到廚衛(wèi)空間、臥室及室外的影響，如衛(wèi)生間濕度較大、臥室使用空調(diào)或陽臺門開敞時，都會引起明顯的數(shù)據(jù)變化。玄關(guān)01 測點和樓道01 測點都位于居室外部空間，受到外界環(huán)境的影響更明顯，尤其是離建筑外沿更近的樓道01 測點，溫濕度變化幅度更大。但由于兩個測點都位于居室北側(cè)，幾乎不受太陽輻射和發(fā)熱設(shè)備的影響，因此，溫濕度變化曲線呈現(xiàn)出的波峰較弱。

5 結(jié)論

（1）空間溫濕度梯度效應(yīng)明顯。從箱形圖（圖4）的溫度變化范圍和幅度來看，大小規(guī)律為：南側(cè)室外＞南側(cè)向陽室內(nèi)（陽臺）＞半室外＞其他室內(nèi)。其中，室外和陽臺在實測時間段內(nèi)的溫差達到30℃以上，而過廳和廚房溫度變化在12℃以內(nèi)。從箱形圖（圖5）的相對濕度變化范圍和幅度來看，大小規(guī)律為：潮濕空間（室外、廚衛(wèi)空間）＞過渡空間（交通空間）＞干燥空間（臥室空間）。室外空間受外部大氣的影響，廚衛(wèi)空間常有洗浴、做飯、晾曬等活動，相對濕度變化幅度都達到60%以上，而臥室測點遠離室外和衛(wèi)生間等相對濕度較大的空間，相對濕度數(shù)值主要在30%～50%之間波動，變化幅度在40%左右?？梢?，溫度和相對濕度在不同空間都呈現(xiàn)出梯度性的變化差異。

圖5 各測點相對濕度變化箱形圖

（2）圍護結(jié)構(gòu)保溫隔濕性能差。各測點溫度平均值主要控制在14～21℃之間，其中，室內(nèi)主要測點的平均溫度值在15～21℃之間，室內(nèi)和室外的平均溫度差異不大，且室內(nèi)空間跟隨室外空間震蕩的趨勢明顯，說明冬季室內(nèi)外熱傳遞頻繁，也進一步反映出圍護結(jié)構(gòu)的保溫性、門窗的密封性較差。從相對濕度數(shù)據(jù)值變化來看，大部分測點的平均值、最大值和最小值的變化趨勢相似，而且不受室內(nèi)外空間差異的影響，可見建筑的外圍護結(jié)構(gòu)的隔濕效果并不明顯。

（3）行為活動對空間影響顯著。居住者的行為和生活習(xí)慣也是影響室內(nèi)物理環(huán)境的主要因素。開窗通風(fēng)或者使用空調(diào)、電扇等行為，可以直接影響到室內(nèi)舒適度。在實測期間，臨近陽臺門的臥室02 測點和衛(wèi)生間測點受門窗開閉帶來的直接影響，導(dǎo)致溫度波動明顯大于周邊測點；由于夜間使用制暖設(shè)備，臥室03 測點的溫度顯著上升，濕度降低。也有些居住者的行為是為了滿足生活需求而間接影響到室內(nèi)熱環(huán)境，主要體現(xiàn)在廚衛(wèi)空間，如在廚房做飯烹飪提升了室內(nèi)溫度，在衛(wèi)生間洗浴增加了空間的相對濕度。

6 結(jié)語

老舊住區(qū)室內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性差主要體現(xiàn)在兩個層面：一是外圍護結(jié)構(gòu)的保溫隔濕性能差，二是室內(nèi)空間相互影響嚴(yán)重。保溫隔濕性能的問題涉及到外圍護結(jié)構(gòu)的改造，但受到產(chǎn)權(quán)、施工等因素的影響，很難在老舊住宅的現(xiàn)狀基礎(chǔ)上進行整體的保溫隔濕處理。因此，在單居室戶型外圍護結(jié)構(gòu)性能提升上，需要找到更高效的路徑。室內(nèi)空間相互影響的問題，主要是因為單居室功能布局緊湊的原因，在空間分割不明晰或采用開敞式組合的情況下，室內(nèi)活動對于溫濕度的影響有極強的傳導(dǎo)效應(yīng)。因此，在使用過程中，需要對易引起溫濕度變化的空間行為進行有效地分隔，或者對具體的操縱過程進行調(diào)控。

空間使用者行為也是影響節(jié)能效果和空間舒適性的重要因素，室內(nèi)外空間的熱傳遞、被動形式調(diào)控和室內(nèi)耗能設(shè)備的使用，主要取決于使用者的日常行為模式。我國在推行節(jié)能環(huán)保政策時，一般會制定相應(yīng)的公眾參與內(nèi)容，通過合理改善使用者的日常行為，保障政策的高效實施。因此，在老舊住區(qū)的節(jié)能和舒適性改善過程中，也需要通過社區(qū)宣傳的方式來引導(dǎo)居住者的行為。