本文是一篇建筑学论文，本文通过对邯郸平原地区冬季农宅的实地调研并运用热环境的相关理论分析，以尚璧镇 10 个村为例，得出了适合于邯郸平原地区农宅的室内热环境评价体系和热环境主观参数值。对当地具有代表性的 8 户典型农宅，利用专业仪器进行了室内热环境测试。根据实测数据以及主观参数值综合计算得出了邯郸平原地区冬季农宅室内热环境状况。利用模拟软件建立邯郸平原地区典型农宅模型，对该地区冬季农宅的采暖能耗进行了模拟分析。采用单因素分析法对能耗影响因素进行筛选，通过多因素正交实验法研究了能耗影响因素对冬季农宅能耗的影响作用，得出了影响因素的影响程度，并据此确定了优化方案，得出符合邯郸平原地区农宅的优化策略。
第 1 章 绪论
1.1 研究背景及研究意义
在全球气候变化的背景下，建筑热环境能耗问题与减少碳排放等节能问题依然是当前建筑节能的最主要研究方向。人类早期的建筑是为了抵御野兽和恶劣气候的侵袭，以及改善居住条件而建造的。随着人类文明的进步，人类的生活水平不断提升，追求舒适、健康的工作和居住环境已成为建筑行业的新目标。可持续发展战略已成为当今建筑行业的重要指导方针，以低能耗或零能耗的设计方法为建筑使用者创造舒适、健康的热环境，已经成为建筑行业的发展方向，带动、启发建筑师产生更加丰富、多元的创新型灵感。关注建筑与气候、地域与传统、技术与集成，增强对于气候的敏感性，可为建筑可持续发展带来更加丰富的艺术与技术内涵[1]。通过非设备系统消耗较少能源的方式达到节能效果的被动式技术的应用，为建筑的创作开拓了新思路.
改革开放以来，随着生产力的不断提高，我国的城市居民生活水平和室内热环境都有了很好的保障，但对农村居民而言，室内热环境水平仍相对落后。随着乡村振兴计划的出台，建设社会主义新农村已成为重要的发展战略。目前，农宅发展规模大、农村人口数量居高不下两大因素导致广大农村地区的能源和资源消耗量很大。如何解决农村节能问题已成为我国节能问题的一个重要环节，在改善农宅室内热环境同时又把能耗降到最低是当前急待解决的课题。
2005 年以来，随着新农村建设的深入开展，邯郸平原地区建造的农宅数量越发庞大，但由于建造水平相对落后，且多以自建为主，缺乏规划、建造标准和理论指导，导致大部分农宅建筑施工质量不高，室内热环境几乎都未达到良好的效果。大多数农宅的朝向也都不是按照正南正北的标准建造，而是随道路或沿地势而建。如图 1-1 所示，因对农宅室内热环境研究较少，邯郸平原地区农宅开窗面积较大，多为单层窗，且窗户的密闭性相对于墙体而言较差；又因农户追求大面积和高层高，导致建筑体型系数较大；且大部分农宅的墙体使用的建筑材料热工性能较差甚至不使用保温隔热材料，建筑整体无法满足热工性能标准。上述问题都会导致农宅室内热量大量流失，导致冬季室内热环境变差，大部分时间呈现不舒适的状态。因此，做好对邯郸平原地区农宅室内热环境的分析、研究，对于农宅环境的改善具有十分重要的意义。
图1-1邯郸平原地区农宅现状
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.1.1 热环境指标和标准研究概述
与国内相比，国外的建筑师很早就对建筑室内热环境进行了关注和研究。早在 1733 年，阿巴斯诺特就提出了空气如果由静态变为动态，人体周围的热湿空气将会被气流带走，以此来达到降温作用的理论。特雷德戈尔德于 1824 年提出了与热辐射相关的概念：即当人体受到周围热辐射源影响，且人体周围的空气温度较低时，热源对人体的影响较小[2]。1913 年，希尔又提出了人体热舒适度的标准，即头部温度应较低，足部温度应较高，同时，人体与空气的相对温度要适中。自此，国外学者、专家聚焦人体热舒适生理学、热舒适问题的研究初步形成。1919年，美国采暖、制冷和空调工程师协会（ASHRAE）开始研究室内热环境与人体热舒适度的关系问题。成立了比森堡实验室进行实验研究，并获取了有效温度标准。1923 年，Houghton 以仅存在温度和湿度两个变量的无流动空气状态为实验条件，经过反复实验，根据实验结果建立了半裸男性的身体热舒适曲线，并得出了有效温度 ET(Effective Temperature)[3]。1932 年，Warner 和 Vernon 对热辐射进行了校正，在热辐射计算中用黑球温度代替干球温度，得出校正有效温度 CET（Corrected Effective Temperature）[4]。1936 年，杜夫顿研制出一种拟人装置，通过控制空气温度、热辐射强度和气体流速三个变量，使该装置的温度保持恒定，并由此总结出当量温度（Equivalent Temperature）的概念；1950 年，雅格鲁通过修复热辐射计算，总结出当量有效温度的概念[5]。1971 年，Gagge 通过研究人体热舒适与空气温度、空气湿度之间的关系，提出了有效温度指标 ET（*Net Effective Temperature）[6]。该指标适用于身着标准服装的久坐人群，并被 ASHRAE55-74舒适标准采用；随后，Gagge 又根据人的活动状态和衣阻对热舒适度影响的实验结果，提出了标准有效温度指数 SET(Standard Effective Temperature)。
建筑室内热环境研究的快速发展得益于人们对舒适的建筑热环境和节能建筑需求的不断增加。作为热环境研究的基础之一，热环境评价方法逐渐成为研究的主要对象。1976 年，Fanger 综合空气湿度、温度等多种主观因素，以及人体代谢率、衣阻等客观因素，提出了人体热舒适平衡方程，根据热感调控结果对 1396名大学生进行了反复实验，并根据最终得到的热平衡方程，提出了预测平均调谐率和预测不满意率（PMV-PPD）指数。目前，这两个指数已成为热环境评价中应用最广泛的指数[7] [8]。Fishman 和 Pimber 经过对某商业建筑一年的热环境监测研究（参与的受试者有 26 人）[9]，监测结果与 Fanger 提出的热舒适方程的计算结果一致，证实了两个指标的准确性。
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第 2 章 建筑室内热环境概述及其评价指标
2.1 室内热环境组成要素
测量室内热环境所依据的指标分别为室内空气温度、空气湿度、空气流速及热辐射温度，这四个要素不同程度地影响着室内热环境，并对人体的热感受起到决定性作用。下面重点围绕这四个要素进行详细研究及分析。
2.1.1 空气温度
空气温度对室内热环境影响最大。由于人体皮肤暴露在外且对于温度感觉较为敏锐等原因，空气温度对人体温感产生影响最直接。每当空气温度发生明显变化，人体就会通过冷热变化来作出感官反应。此外，人体的热量输送传递也与空气温度密不可分。当室内空气温度处于正常值 16℃-30℃范围内时，人体的感觉很舒适。尤其是在 20℃-24℃范围内时，人体的感觉最舒服。这时，人们的日常生活、工作不会受到影响，可以保持正常运行。但如果室内空气温度超出了上述范围，人体机能很有可能就会受到影响，会对人的身体安全产生危害。假使室内空气温度大于 30℃，此时人体的总换热量中所含的对流和辐射换热量所占比例就会出现减少趋势，并直接导致人体热量无法有效发散。如果室内空气温度进一步升高，就会导致人的体温同步增高，出现中暑的现象，若不加以降温就会出现生命危险；反之，如果室内空气温度低于 16℃的正常值，就会导致人体热量不断流失，人的体表温度会迅速下降，为保证人体处于正常的体温状态，人体新陈代谢率会不断加快。持续低温后，因人体新陈代谢率显著提升，手脚就会出现疼痛感，直至出现麻木症状。
2.1.2 辐射温度
辐射温度也是直接影响室内热环境的一个重要因素。辐射温度指的是人所处环境中物体所辐射出的温度，这与周围各种物体表面的辐射热交换有着密切的关系，辐射温度的数值就是在室内所有物体的表面温度。但是因为在一个密闭空间内，各种物品摆放位置不同，大小不一，物品向外辐射热量或者向内吸收热量各不相同，导致辐射温度在该空间内并不均衡。例如，桌子上摆放了火炉，那么离火炉越近的身体部位，所感受的辐射温度相比于身体其他部分就越高。所以，人体对于辐射温度的感受很多都是局部的感觉。在热工性能较好的室内，辐射温度和空气温度差值较小，因此对人体的感觉不会产生太大影响。在寒冷地区，这种差值尤为明显。住宅在外围护结构材料温度较低的情况下，会向内吸收室内的热量，进而导致人体热量快速流失，对人体热感觉就会产生影响。丹麦科学家 Fanger通过测试住宅室内天花板的舒适度限值，发现当处于热舒适环境之内，且未出现不对称热辐射，仍然有 3.5%的实验人群会感受到不舒服。若按人数小于 5%的比例为标准，那么对应的热辐射的差值应该不超过 4℃[65]。
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2.2 主要评价指标
处于室内环境时，室内保持舒适热环境能够有效提升人们的办事效率，人们的工作生活才能正常、有序运转，所以对室内热环境的评价是非常必要的。其标准主要有三种。第一种是生存标准，这是室内环境的最低标准，室内热环境只能够基本维持人体温度。由于人体机制的原因，热调节系统只允许体温在 1-2 度范围内波动，均值维持在 36.5℃。若人体的体温出现异常波动，在短暂时期内机体仍可以维持正常运转，时间过长就会让人无法忍受，甚至出现生命危险。第二种是舒适性标准，舒适性标准是在生存标准上的更进一层。在生存范围内，人体并不一定感到舒适，但可以维持机体的正常运转。第三种是工作效率
