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中國(guó)城鎮(zhèn)供熱協(xié)會(huì)



2021年5月12日,由中國(guó)城鎮(zhèn)供熱協(xié)會(huì)、中展智奧(北京)國(guó)際展覽有限公司、法蘭克福展覽(上海)有限公司主辦的“中國(guó)國(guó)際暖通高峰論壇——碳達(dá)峰碳中和與清潔供熱綠色發(fā)展國(guó)際峰會(huì)”在北京新國(guó)展盛大召開。

會(huì)上清華大學(xué)建筑學(xué)院教授朱穎心作了關(guān)于“室內(nèi)熱環(huán)境與人體的舒適健康”的主題演講。她介紹了世界各國(guó)室內(nèi)冬季采暖溫度發(fā)展趨勢(shì),通過(guò)對(duì)北京、上海等集中供暖與壁掛爐采暖用戶的調(diào)查以及“長(zhǎng)期逗留恒溫環(huán)境健康不健康”的實(shí)驗(yàn)總結(jié)提出,應(yīng)盡量避免長(zhǎng)期逗留在熱中性的熱環(huán)境中,冬季經(jīng)常的輕度冷暴露有益于健康;居住者擁有對(duì)環(huán)境的感知控制力將有效提高其對(duì)室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的滿意度,同時(shí)有助于降低建筑能耗;人體的熱適應(yīng)能力導(dǎo)致需求的舒適室內(nèi)溫度不同,南北方、城市與農(nóng)村建筑應(yīng)具有不同的采暖溫度標(biāo)準(zhǔn);采用局部采暖的設(shè)備將有助于在改善熱舒適的同時(shí)降低采暖能耗。




我給大家談?wù)勀茉葱枨髠?cè)的問題,我們可以從這張PPT上看到,全世界各個(gè)國(guó)家供熱溫度都在逐年不斷變化,我們中國(guó)目前南方室內(nèi)自采暖的溫度有十幾度,如果沒有自采暖溫度會(huì)更低,北方大概在20度上下,比如哈爾濱溫度上升的歷史過(guò)程,室內(nèi)溫度已經(jīng)都到了22度以上,這是哈工大教授歷年調(diào)研的結(jié)果。

我們南方供暖的溫度未來(lái)會(huì)往什么方向去?這是一個(gè)問題。很多人認(rèn)為現(xiàn)在室內(nèi)供暖溫度越高越舒適,是生活水平高的體現(xiàn),我今天的報(bào)告要回答這樣一些問題。

眾所周知,南北方因?yàn)榛春恿饔虻谋焙湍希屑泄┡瘏^(qū)和非集中供暖區(qū),集中供暖區(qū)的溫度經(jīng)常會(huì)到22度以上,淮河以南,因?yàn)殚L(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)非常的發(fā)達(dá),實(shí)際上家家戶戶都有自采暖設(shè)備,自采暖的溫度都在15度以下,去年寒假我組織了一些冬冷地區(qū)的學(xué)生在自己家里調(diào)查自己的供暖、熱泵、空調(diào)或者各種采設(shè)備的情況,也得到了類似的結(jié)論。


很明顯有室內(nèi)熱適應(yīng)問題,我們?cè)?jīng)對(duì)北京和上海兩個(gè)地區(qū)的人群進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),一個(gè)是在清華大學(xué)人工氣候室,一個(gè)是在上海建科院的人工氣候室,兩組都是年輕男性20~30歲之間,服裝是統(tǒng)一帶過(guò)去的,每一組5人,有30人左右,我們發(fā)現(xiàn)任何一個(gè)相同的溫度下,上海組的人熱感覺投票都比北京的高,北京感覺到更冷,我們實(shí)驗(yàn)的溫度從12度一直到20度,在熱舒適投票方面,每一個(gè)相同的溫度下,北京組都覺得更不舒適。

我們可以看到,在相同熱感覺條件下,北京組跟上海組的人體感、溫度在相同情況下溫度相差了2.5度,這叫氣候熱適應(yīng)的作用。

我們又做了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查,北京的集中供暖和壁掛爐供暖下用戶的情況。

左下角圖可以看到他們的熱感覺投票,任何一個(gè)溫度下,壁掛爐的用戶投票都比集中供暖的要高,他們的體感要高,更暖和。眾所周知,壁掛爐的用戶是可以調(diào)自己是室溫的,而集中供暖是調(diào)不了自己室溫的。

右圖我們可以看到集中供暖的人的服裝熱阻在任何溫度下不怎么調(diào),而壁掛爐供暖的人把服裝熱阻調(diào)的很積極,在溫度高于19度時(shí),壁掛爐的人明明穿的衣服要比集中供暖的要少,但是他感覺還是比集中供暖的更暖和。所以我們發(fā)現(xiàn),壁掛爐能有自動(dòng)調(diào)節(jié)之后,他們就會(huì)覺得對(duì)室溫的滿意度就高,覺得更暖和了,能源費(fèi)用也節(jié)省40%以上,這是北京的情況。

我還有一些學(xué)生對(duì)上海市集中供暖和分散供暖用戶進(jìn)行了調(diào)查,分散用戶供暖基本用的是分體空調(diào)器熱泵,個(gè)別自己有壁掛爐,調(diào)查結(jié)果依然發(fā)現(xiàn):分散采暖和集中供暖相比,分散采暖依然感覺到更暖和。我們對(duì)比一下他們的熱感覺投票,±0是不冷不熱,±0.5是有那么一點(diǎn)點(diǎn)冷和熱,那么所以±0.5以內(nèi)在我們國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)里認(rèn)為都是舒適區(qū),可以看到集中供暖的舒適區(qū)在上海是大于18度,北京是大于20度。

右邊這個(gè)圖可以看到20度用對(duì)著集中供暖的用戶的-0.5這條線。

再看分散采暖,壁掛爐和空調(diào)的用戶。上海大于12度,從這張圖中可以看到上海分散供暖什么溫度它都是舒適的,把這條延長(zhǎng)線往左邊,我們可以延長(zhǎng)到12度,才碰到-0.5,所以我們覺得上海大概12度都沒有抱怨,剛過(guò)去的寒假調(diào)查中也是這樣的,而北京是分散供暖大于16度才行。

這實(shí)際上又反映了一個(gè)環(huán)境控制權(quán)對(duì)人熱感覺的影響。

我們做了一些心理實(shí)驗(yàn),我有個(gè)博士生做了5個(gè)工況,從偏熱工況、不冷不熱、中性工況,到偏冷工況,這個(gè)實(shí)驗(yàn)是先讓受試者,比如說(shuō)最底下21度房間里呆著,他穿夏天的衣服,21度就覺得有點(diǎn)冷,停留大概20分鐘,然后就告訴他手邊有一個(gè)調(diào)節(jié)按鈕可以調(diào)節(jié),你調(diào)了就可以達(dá)到你需要的不冷不熱了,那么他就調(diào)了,實(shí)際上空調(diào)系統(tǒng)壓根沒有反應(yīng),那么20分鐘之后才調(diào)到他要的溫度,我們把前面這20分鐘叫做無(wú)感知控制,黃色的這塊,假的調(diào)節(jié),叫做有感有感知控制,但實(shí)際上沒有動(dòng),但是溫度是一樣的。

結(jié)果可以看到,右邊這張圖熱感覺是這樣的,紅色的有冷有熱5個(gè)工況,那么紅色的部分是無(wú)感知控制的部分,然后綠色是騙他說(shuō)你可以調(diào),有感知控制了,實(shí)際上溫度沒有變,你們可以看它都往中心那條線上,不管冷熱都往中線靠,左邊綠色的上面是熱舒適度高,那么舒適感都提高了,這就反映出來(lái)一個(gè)什么?

感知控制這種心理因素對(duì)熱感覺的影響是正面的。所以有自動(dòng)調(diào)自主調(diào)控力,它是對(duì)改善你的感覺是有幫助的,對(duì)滿意度有幫助,所以我們做一個(gè)解析,人一旦具有對(duì)環(huán)境有可感知控制力,無(wú)論使用還是不使用,那么它對(duì)環(huán)境的滿意度容忍度也大大的提高了,心理上消除了對(duì)未知變化的焦慮。

第二點(diǎn)是在生理上,人體本身是具有熱應(yīng)激能力的,對(duì)這個(gè)環(huán)境的容忍度是很大的,那么如果它是被外力高度控制的這樣的熱環(huán)境的話,反而削弱了他的容忍程度了。

那么長(zhǎng)期逗留在熱中性環(huán)境,比如冬天很暖和的環(huán)境對(duì)人體健康有什么影響?

我們?nèi)怂仓幕纠砟睿菏孢m不等于健康,躺著舒適,但不健康,所以我們是要鍛煉,那么在熱環(huán)境領(lǐng)域是不是也有類似的這么一個(gè)情況?

2012年我們發(fā)表過(guò)一篇論文,做了一個(gè)對(duì)供冷的實(shí)驗(yàn),長(zhǎng)期逗留恒溫環(huán)境健康還是不健康?選了兩組人,一組人是空調(diào)組,都是畢業(yè)本科以上的學(xué)歷,畢業(yè)了之后做了白領(lǐng)的工作,24小時(shí)恨不得都是空調(diào)環(huán)境,家里、車上都有空調(diào);另一組人是在空調(diào)環(huán)境每天不超過(guò)兩個(gè)小時(shí)下的,兩組都是10人,我們實(shí)驗(yàn)方法就是放到人工氣候室里,一個(gè)房間里放26度放一小時(shí),然后再讓他們進(jìn)到36度的環(huán)境里,待一小時(shí),同時(shí)進(jìn)行各種主觀投票和生理檢驗(yàn),包括心率、血壓、皮溫、體重,體重主要是測(cè)出汗率,還有對(duì)他們進(jìn)行取血量。

結(jié)果是這樣的,首先左邊這一部分,上下熱感覺投票和熱舒適度投票,你可以發(fā)現(xiàn)他們一進(jìn)到36度高溫環(huán)境里,空調(diào)組的人對(duì)比非空調(diào)組的人感到更不舒適,然后他們熱舒適感也更差,中間這一部分,你可以看到,進(jìn)到高溫環(huán)境里,非空調(diào)組的皮溫就抬上去了,空調(diào)組的皮溫是緩慢上升的,所以它就很難對(duì)抗偏熱的環(huán)境,胸足溫差也是一樣,進(jìn)入到偏熱環(huán)境之后,空調(diào)組的人胸足溫差就大,肢端的溫度抬不上來(lái),所以散熱就不好。最右邊的反映了一個(gè)是出汗率,一個(gè)心率變異性。出汗率我們可以看到任何一個(gè)BMI組里面非空調(diào)組的人,出汗率都比空調(diào)組的出汗率要高,說(shuō)明他的熱調(diào)節(jié)能力強(qiáng)。心率變異性也看到了,代表的是交感神經(jīng)的緊張程度,我們看見非空調(diào)組的人進(jìn)到偏熱環(huán)境他并不緊張,心率變性數(shù)沒有什么太大變化,而空調(diào)組的人一進(jìn)到36度這個(gè)環(huán)境馬上就升上去了。

關(guān)鍵的還有血液中的熱應(yīng)激蛋白 HSP70,那么HSP70的它的血液中的濃度高,表示它的熱應(yīng)激能力強(qiáng)。

左邊這一組是10個(gè)人的兩次抽血的檢驗(yàn)結(jié)果,是非空調(diào)組的,右邊的是空調(diào)組的,很明顯空調(diào)組的平均的值只有非空調(diào)組的2/3,這個(gè)結(jié)果就反映了長(zhǎng)時(shí)間逗留在恒溫環(huán)境中,會(huì)導(dǎo)致人體的熱應(yīng)激能力退化,他沒有外界的冷熱刺激,它應(yīng)激能力就退化了,其實(shí)這是不健康的。

這是供冷的,我們?cè)賮?lái)看供暖的,給大家展示的是荷蘭熱生理的教授的研究成果,他在2009年發(fā)表了一篇引用率非常高的文章,他提出了人體內(nèi)其實(shí)有兩種脂肪,一種是白色脂肪,一種是褐色脂肪,白色脂肪與肥胖癥和2型糖尿病是密切相關(guān)的,而棕色脂肪可以促進(jìn)人體的代謝散熱,而這個(gè)棕色脂肪在北極熊企鵝身上很多,在人類的嬰兒身上也不少,但是成長(zhǎng)之后就會(huì)慢慢的退化掉。

我們可以看到左下角這兩張圖掃描圖,左邊這張圖是長(zhǎng)期處于不冷不熱的環(huán)境的人群的掃描,右圖是適應(yīng)偏冷或偏熱環(huán)境的人群,右圖上的人陰影黑色陰影的部分比較多,實(shí)際上這就是他的體內(nèi)的褐色脂肪,左圖的人身上基本褐色脂肪都退化了。

他提出一個(gè)觀點(diǎn)就是舒適能夠使人體節(jié)省能量,那么輕微的不舒適可以刺激代謝率增加,大家要想減肥的話都希望自己的身體的代謝率提高,那么如果你處于偏離舒適的環(huán)境溫度中,你的棕色脂肪它的含量就會(huì)被刺激的提高,來(lái)促進(jìn)你的代謝率提高,然后同時(shí)消耗體內(nèi)的白色脂肪,這樣降低患肥胖癥的風(fēng)險(xiǎn)。

右下角這張圖展示人在裸體的站立的時(shí)候,他的舒適溫度在28~32度。那么如果經(jīng)常經(jīng)過(guò)冷訓(xùn)練的人,他的熱舒適區(qū)往左移,熱訓(xùn)練的人往右移,他的代謝率也會(huì)改變偏離舒適區(qū)標(biāo)準(zhǔn)代謝率,可以看到舒適區(qū)的代謝率是最低的,那偏冷的時(shí)候代謝率就會(huì)提高,偏熱也會(huì)提高,偏熱提高的少,偏冷的時(shí)候會(huì)提高多,為了維持你的體溫恒定。

那么他做了一個(gè)輕度冷暴露實(shí)驗(yàn),選擇了兩組受試者,環(huán)境溫度14~15度,每天暴露6小時(shí)暴露10天,身體穿的還是夏裝,在溫度下肯定是冷的,那么所有的人在剛實(shí)驗(yàn)的時(shí)候就投票,你可以看到很不舒適,然后訓(xùn)練了10天之后,他對(duì)這個(gè)環(huán)境能接受了,說(shuō)明這些人經(jīng)過(guò)訓(xùn)練都能接受偏冷環(huán)境了。有兩組人,一組人是偏瘦體型的年輕人,九女八男,實(shí)驗(yàn)結(jié)果是體內(nèi)的褐色脂肪都增加了,由下圖可以展示。身體的產(chǎn)熱量增加了10~20%。第二組人是8位男性, 肥胖導(dǎo)致的糖尿病患者,發(fā)現(xiàn)他們血液中的胰島素的敏感性也顯著增加了,所以他得出這樣的結(jié)論,應(yīng)該把輕度冷暴露激活體內(nèi)褐色脂肪的方法,作為治療2型糖尿病和肥胖代謝并發(fā)癥的新方法。

另外他指出這種方法應(yīng)該融入我們的日常生活,作為一種鍛煉方式,有利于預(yù)防肥胖癥和2型糖尿病,并保持應(yīng)對(duì)極端環(huán)境的能力。

這些研究結(jié)果我們可以還看到有一些旁證,有一篇文章講的目標(biāo)跟我說(shuō)的不一樣,但是他的材料我們覺得是可以作為旁證。這篇文章發(fā)表在美國(guó)科學(xué)院報(bào),2013年一篇關(guān)于淮河兩岸供暖和非供暖區(qū)人群健康的調(diào)查,這篇文章發(fā)表后5年后他又發(fā)表了一篇文章,調(diào)查數(shù)據(jù)是差不多的,作者包括北大、清華的兩個(gè)經(jīng)管學(xué)院多名作者合作的,他們選取淮河南北供暖區(qū),非供暖區(qū)150公里以內(nèi)的地區(qū),他們認(rèn)為在這個(gè)地區(qū)兩個(gè)地區(qū)氣候文化、教育、食品、習(xí)俗、建筑、衣著等等條件都是類似的,唯一的區(qū)別就是北岸是集中供暖區(qū),南岸是非集中供暖區(qū),他發(fā)現(xiàn)南岸居民的預(yù)期平均壽命比北岸居民要長(zhǎng)5年左右,后來(lái)他在過(guò)幾年后他發(fā)表在一篇論文,他發(fā)現(xiàn)南岸大概比北岸壽命長(zhǎng)5.5年左右,但是它的結(jié)論是這樣的,它認(rèn)為北岸是因?yàn)橛腥济汗┡?,?dǎo)致北岸室外冬季懸浮顆粒物的濃度比南岸高,那么達(dá)到了北岸是每立方米550微克,南岸的354微克,相差將近200每立方米微克。他認(rèn)為這是導(dǎo)致的,實(shí)際上你看數(shù)據(jù),都是污染濃度很高,但是他認(rèn)為有無(wú)室內(nèi)供暖是對(duì)于健康的正面影響是正面的。

所以他認(rèn)為導(dǎo)致南岸本案與預(yù)期壽命損失的原因就是因?yàn)榭諝馕廴颈饶线叺母撸俏覀兛梢钥吹角懊娼淌诘难芯拷Y(jié)果,如果經(jīng)常輕度冷暴露對(duì)健康的影響是正面的。

由于沒有直接的證據(jù),所以我也讓我的學(xué)生在剛過(guò)去的冬天做了一些調(diào)查。

選取的是夏熱冬冷地區(qū)的一個(gè)城市,這個(gè)城市有集中供暖小區(qū),絕大部分地方都是非集中供暖,有個(gè)別的集中供暖小區(qū),那么新建的商品樓也不是集中供暖的,這兩個(gè)小區(qū)進(jìn)行了一些調(diào)查,首先它對(duì) b城區(qū)就是沒有集中供暖地區(qū)測(cè)了他們的室內(nèi)室溫,而集中供暖小區(qū)室溫基本都在20度以上,非集中供暖小區(qū)什么情況?大家可以看到這6戶人家。

調(diào)查了4天,左邊這個(gè)圖就是這6戶人家的室溫室曲線,除了有紅線的這家的溫度會(huì)開空調(diào)一天會(huì)開到25度以上,其他平均值基本都在15度左右,很多都是15度以下,非常有趣,但是他們自己覺得可以,那么又做了一些對(duì)這片地區(qū)的人進(jìn)行了問卷調(diào)查,回答調(diào)查問卷有341人,年齡大概在從20多歲到50多歲,男女的各占一半,上面這張圖是他們的室溫,你覺得你們家里供暖不管集中供暖也好,分散供暖也好,怎么一個(gè)情況?那么TSV大于等于0的是偏暖的,TSV小于0的是偏冷的,可以看到自報(bào)告糖尿病患病率的差異啊,室溫比較低的人家他們自報(bào)告的糖尿病的患病率少,自報(bào)告室溫高的糖尿病患病率的更高。下面這張圖是集中供暖和非集中供暖兩個(gè)區(qū),很明顯的也是非集中供暖區(qū)的糖尿病的患病率要更低一些,而集中供暖區(qū)的要更高。

其實(shí)這就印證了前面教授的做的實(shí)驗(yàn),當(dāng)然我們的數(shù)據(jù)還不多,未來(lái)我們會(huì)收集更多的數(shù)據(jù),可能需要跟疾控中心來(lái)進(jìn)行合作才行。

最后我們來(lái)看一看關(guān)于供暖形式的問題,日本到現(xiàn)在常用的傳統(tǒng)個(gè)性化的供暖設(shè)備,桌面下面有個(gè)電采暖器,過(guò)去是燒炭的,后來(lái)就變成電采暖了,到現(xiàn)在還用。三大都市圈東京、名古屋、大阪都是相當(dāng)于我國(guó)的夏熱冬冷地區(qū),沒有集中供暖,都是自采暖,很多人家的室溫都非常低,用的這個(gè)采暖設(shè)備他們接受的室內(nèi)溫度都在8~14度,跟咱們南方也差不多,我自己也試驗(yàn)過(guò)這個(gè)東西的使用,但我這個(gè)東西不是那種,先說(shuō)說(shuō)我的辦公室。

我的辦公室是這么一個(gè)灰磚樓,這個(gè)樓是1923年磚混結(jié)構(gòu),沒有做過(guò)保溫改造,窗戶做過(guò)改造,做了一個(gè)普通雙層玻璃的鋁合金窗框,我的辦公室大概是20平米。

我采用了這樣的個(gè)人的個(gè)體局部采暖,把腿可以放進(jìn)去,上面就拿一條毛巾搭著膝蓋。冬季日間陽(yáng)光好時(shí),不采暖溫度也可以達(dá)到15度左右,我采用這種足部電采暖足夠維持我的熱舒適,底板的電功率有十幾瓦我不用,那么側(cè)幫的電功率它有幾檔,我常用到38~93這一檔,即便就算我用93瓦這一檔,相當(dāng)于我每平米4.65度電,我就拿4.65度電用熱泵的話供熱量不過(guò)是每平米14瓦,遠(yuǎn)低于咱們北京采暖的耗熱量了。

就算我一冬季我一半時(shí)間去辦公室,因?yàn)槲议g歇教室辦公,我用400個(gè)小時(shí)的話,一平米采用不到兩度電,對(duì)于間歇使用的辦公室節(jié)能效果其實(shí)是非常顯著的,而且關(guān)鍵它的舒適性是頭涼腳暖,所以把我這個(gè)辦公室我一般都不采暖,我采暖的話也溫度弄得很低,供一點(diǎn)我就關(guān)了。

那么我們可以有我的學(xué)生也做過(guò)一些模擬,對(duì)于在不同的地區(qū)室內(nèi)溫度的設(shè)定溫度,和空調(diào)采暖能耗之比的關(guān)系,縱坐標(biāo)是耗熱量、耗冷量的節(jié)能率。我們可以看到如果在北京地區(qū),比如說(shuō)我從22度降到16度作為供暖設(shè)定值的話它,它的熱負(fù)荷下會(huì)下降68%,其實(shí)是非常有意義的。

所以我得到的結(jié)論是這樣,首先應(yīng)盡量避免長(zhǎng)期逗留在熱中性的熱環(huán)境中,那么冬季經(jīng)常進(jìn)行一些輕度的暴露,但是得有一定的時(shí)間,經(jīng)常連續(xù)性的輕度冷暴露是有益于健康的,居住者如果擁有對(duì)環(huán)境的感知控制力,對(duì)暖通空調(diào)系統(tǒng)感知控制力,將有效提高它對(duì)室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量的滿意度,同時(shí)也有助于降低建筑能耗。所以獨(dú)立調(diào)控非常重要。

第三,人體的熱適應(yīng)力導(dǎo)致需求時(shí)的舒適室溫是不一樣的,北京農(nóng)村建筑我也調(diào)查過(guò),因?yàn)樯詈蜕a(chǎn)形態(tài),在家里穿的衣服很多出出進(jìn)進(jìn),所以室溫也不宜過(guò)高,所以城市與農(nóng)村建筑應(yīng)該具有不同的采暖溫度標(biāo)準(zhǔn)。

最后我的建議是采用局部采暖的設(shè)備,將有助于在改善熱舒適的同時(shí)又降低采暖能耗好。謝謝。