3.1 分体式空调建筑的行为调节和感知控制
现有空调建筑室内热环境的设计目标是创造一个稳态均匀的室内热环境,但在调研期间,室内平均操作温度28.6 ℃,居民的中性温度为27.7 ℃,均高出GB 50736标准规定的夏季一级舒适度上限(26 ℃),即使如此,居民对自己住宅热环境有着较高的满意度.出现以上情况的原因是SAC住宅存在着丰富的行为调节机会以及由此产生的较强感知控制.
人们习惯于通过服装调节行为来满足自身的热舒适需求[23].在2.4节中,NV模式下的服装热阻显著低于AC模式,此外,随着室内温度的升高,居民的服装热阻有降低的趋势,表明人们可以通过增加和减少服装来有效地适应当前的热环境.门窗使用行为也是住宅居民的行为调节之一.在2.5节中,88.6%的居民在NV模式下会选择开启窗户来提高室内外空气交换速率[24].经T检验,当室外温度低于30 ℃时,NV模式下门窗均开时居民的平均热感觉(0.517)显著小于仅开窗或门时居民的平均热感觉(0.864)(P=0.024),这说明较高的门窗开启率可以有效改善NV模式下居民的热感觉.在AC模式下,81.9%的居民会关闭所有门窗,然而,仍有18.1%的居民会打开门窗.这不利于节能,但也另一方面反映了居民对开启门窗这种被动式调节措施的偏爱.空调是一种快速而有效的调节室内热环境的措施.从2.6.4节可以看出,较高的室外温度是人们使用空调的驱动力之一.在2.6.1~2.6.2节中,大多数家庭使用空调是按需供冷[8],大多数居民能够自主控制住宅建筑中空调的使用,而空调的使用位置、时间、开启和设定温度等使用行为会受到个体差异的影响.这反映了住宅居民使用空调的时空特征:个性化、差异化和多样化.在2.6.3节中,居民的空调使用模式是以“感觉热时打开空调”为主,同时在调研中也有43.4%的样本采用自然通风来调节室内热环境,体现了住宅中的居民对自然通风环境偏爱以及更倾向于低碳的空调使用模式的特点.
Nikolopoulou等[25]指出具有较高的环境控制能力的人员能容受较大的温度变化范围,而且其负面感情反应也会被极大地减小.同时,环境控制能力直接影响了感知控制[26],感知控制也是改善人体热舒适的重要因素[27],这种改善是心理上的,即使没有实际使用所提供的控制[28].在实验室研究中,人们一般无行为调节机会; 在自然通风住宅中,居民拥有服装调节、门窗使用、喝冷饮等调节机会; 而在分体式空调住宅中,除上述调节机会外,居民还拥有空调这种快速而有效调节室内热环境的措施.因此,分体式空调住宅的行为调节机会更加多样也更为有效,居民对环境的控制程度较高,感知控制能力更强,这会导致居民对室内热环境更加宽容,从而在温暖环境中也能有较高的满意度.
SAC住宅中调节行为的多样性表明,居民可以通过各种行为调节措施来适应或调节建筑热环境,而不仅仅是建筑热环境的被动接受者[29],尤其是空调的使用,可以迅速有效改善室内热环境,也从心理上提供了较强的感知控制,从而满足自身的热舒适需求.
3.2 室内外热经历对行为调节的影响
SAC住宅中存在着丰富的行为调节,然而居民的行为调节模式并不是一成不变的,而是随着他们所经历的室内外温度的变化而逐渐变化的[5],即室内外热经历会显著影响居民的行为调节.此外,室内外热经历对不同调节行为的影响规律也不一致.
在2.4节中,居民的服装调节行为主要受室内热经历的影响,服装热阻的变化趋势表明即使在夏季服装调节范围非常有限的情况下,居民仍有对服装的调节行为.
在2.5节中,门窗开启行为主要受室内外热经历和建筑运行模式的影响.在AC模式下,随着室内热经历强度的增加,居民的门窗开启率以26 ℃左右为温度阈值随温度升高呈现先增加后降低的趋势,其中在操作温度为25~28 ℃范围内门窗开启率最高.而在NV模式下,门窗开启率随室内热经历强度的增加一直处于上升趋势,当操作温度超过30 ℃(居民的80%可接受温度上限)时,门窗开启率一直处于较高的值.这表明不同模式下的居民最大限度地采取门窗行为时的室内热经历强度并不一致.尽管住宅中较高的门窗开启率可以有效改善自然通风环境下居民的热感觉,但随着室外热经历强度的升高(如30 ℃以上)时,居民会选择关闭门窗,使用空调来改善自身热舒适(2.6.4节中空调使用率随室外温度的升高而增加),这也表明了室外热经历的强度会显著影响居民空调的使用.
在2.6.2节中,当室外温度超过阈值(30 ℃)时,居民的空调开启/设定温度均随着室外温度的升高而逐渐增加.分析空调开启/设定温度和月份的关系,如图 11所示.经T检验,6月份的空调开启温度显著小于7、8月份(P<0.05),但7、8月份之间的空调开启温度无显著差异(P>0.05); 8月份的空调设定温度显著高于6、7月份(P< 0.05),但6、7月份之间的空调设定温度无显著差异(P>0.05).以上分析表明随着室外热经历强度和作用时间的增加,居民逐渐适应了较高的室外温度,空调开启/设定温度也在提高.室外热经历对空调开启温度造成影响需要的时间为1个月,而对空调设定温度造成影响则需要2个月,表明室外热经历对空调开启/设定温度造成显著影响的所需时间并不一致.当居民开启空调前,室内热环境处于自然通风状态,其直接受室外热环境影响,因此空调开启温度主要受室外热经历的影响.此外,居民开启空调时的设定温度主要受室外热环境的影响,但他们在空调使用期间可能根据室内热环境来即时地调整设定温度,此时空调设定温度会受到室内外热经历的共同作用,因此相比空调开启温度,室外热经历对空调设定温度造成显著影响的作用时间更久.
图 11 空调开启/设定温度和月份的关系
Fig.11 The relationship between air conditioning start/set temperature and month
Song等[8]建立了天津居民的空调开启/关闭温度与室外气候变化的关系,并表明居民开启/关闭空调的决定与他们最近经历的室外气候条件相关.本研究从空调的开启/设定温度与室外热经历强度和作用时间之间的关系进一步为热适应模型的基本理论(人体热舒适区会根据室外的天气和季节性条件逐渐向较暖或较冷的温度区间偏移)[30]提供了数据支撑.
分体式空调建筑中行为调节与室内外热经历密切相关,当室外温度适宜时居民采用自然通风调节室内热环境减少空调的使用,同时通过室外热经历的强度和作用时间提高人们对高温的适应性,进一步降低了空调的使用强度和时间,在满足热舒适的同时达到节能减碳的目的.此外,分体式空调还因人、因地、因时灵活使用,更好地满足居民的个性化、差异化和多样化需求.因此,将自然通风模式和空调模式相结合的分体式空调建筑是一种绿色、低碳、可持续的运行模式.