室內熱舒適性的評價(jià)指標綜述

　　摘要：通過(guò)對室內熱環(huán)境舒適性研究狀況的回顧，對影響室內熱環(huán)境的評價(jià)指標進(jìn)行了較詳細的綜述，提出應結合我國國人的生理參數及我國國情，對室內熱環(huán)境的預測評價(jià)做深入的研究。并指出了在暖通空調設計時(shí)必須從人體的熱舒適角度考慮其設計方案。

　　關(guān)鍵詞：熱環(huán)境,熱舒適,評價(jià)指標

　　1.引言

　　建筑是人們生活與工作的場(chǎng)所，現代人類(lèi)大約有80%的時(shí)間在建筑物中度過(guò)，人們漸漸認識到建筑內環(huán)境品質(zhì)如聲環(huán)境、室內光環(huán)境、熱濕環(huán)境及室內空氣品質(zhì)對人的身心健康、舒適感及工作效率都會(huì )產(chǎn)生直接的影響[1]。隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展,提高生活質(zhì)量已日益為人們所關(guān)心。改善室內環(huán)境，尤其是室內熱濕環(huán)境,是提高生活質(zhì)量的主要途徑之一。對熱環(huán)境的評價(jià)可根據三類(lèi)不同的標準：1)生存標準：由于人的體溫影響體內化學(xué)反應速度，尤其是酶系統最佳工作狀態(tài)的維持，只允許體溫在很窄的范圍內波動(dòng)，因此，機體內熱調節系統的首要任務(wù)是使人在休息時(shí)能保持體溫恒定在(37±0.15)℃左右，超過(guò)或低于標準體溫2℃時(shí),在短期內還可以忍受，但如持續時(shí)間太長(cháng)時(shí)，就會(huì )損害健康,甚至危及生命;2)舒適性標準：人可生存、適應的熱環(huán)境往往并不一定使人感到舒適，在人類(lèi)賴(lài)以生存的熱環(huán)境范圍內，只有一較小的范圍可定義為熱舒適區域;3)工作效率標準：熱環(huán)境會(huì )影響人的敏感、警覺(jué)、疲乏、專(zhuān)注和厭煩程度，通過(guò)上述作用對體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)的效率產(chǎn)生影響。我們這里討論的主要是熱環(huán)境的舒適性[2]。

　　熱舒適指標是表示人們對室內熱環(huán)境滿(mǎn)意程度的一項重要指標。從2O世紀初，人們便開(kāi)始對人體熱舒適性和熱環(huán)境之間的關(guān)系進(jìn)行研究。由于我國各地氣候差異較大，各個(gè)地區又缺乏實(shí)際的針對性的研究，降低了人們對夏季舒適性的要求。本論文通過(guò)對室內熱環(huán)境舒適性研究狀況的回顧,對影響室內熱環(huán)境的各項評價(jià)指標進(jìn)行了較詳細的綜述，為今后的研究提供了參考。

　　2.室內熱環(huán)境舒適性的影響因素及研究狀況

　　人體熱舒適在A(yíng)SHRAE標準中，定義為人對熱環(huán)境表示滿(mǎn)意的意識狀態(tài)。它通過(guò)研究人體對熱環(huán)境的主觀(guān)反映，得到人體熱舒適的環(huán)境參數組合的最佳范圍和允許范圍以及實(shí)現這一條件的控制、調節方法。影響人體熱舒適的環(huán)境參數主要有四個(gè)：空氣溫度、空氣速度、空氣相對濕度和平均輻射溫度，人自身參數兩個(gè)：衣服熱阻和勞動(dòng)強度[3]。人們對熱舒適性的認識和研究是不斷發(fā)展的。在20世紀初，一些發(fā)達國家的學(xué)者就已開(kāi)始了對室內熱環(huán)境的研究，目前人體熱舒適問(wèn)題已發(fā)展成為熱工學(xué)、建筑物理學(xué)、生理學(xué)和心理學(xué)的交叉學(xué)科。早期的熱舒適評價(jià)標準只規定室內溫、濕度，最多加上送風(fēng)速度要求，例如，夏季溫度26℃、相對濕度50%，冬季18℃、相對濕度40%，風(fēng)速≤0.125m/s等。稍后，ASHRAE(美國采暖空調制冷工程師學(xué)會(huì ))提出有效溫度(ET)概念，以綜合考慮溫度和相對濕度的影響。由于房間圍護結構內表面與人體的輻射熱交換對熱舒適性影響極大，在評價(jià)房間的熱舒適性時(shí)，為了綜合考慮輻射影響，又相繼提出了等感有效溫度、合成溫度、房格爾熱舒適方程、平均輻射溫度(MRT)、作用溫度(OT)、標準有效溫度(SET)、主觀(guān)溫度等概念和指標，對人體熱舒適性評價(jià)又提高了一步。1984年，國際標準化組織提出了室內熱環(huán)境評價(jià)與測量的新標準化方法ISO7730，采用PMV-PPD指標評價(jià)人體熱舒適性[4]。目前用于室內熱環(huán)境舒適性的預測評價(jià)主要指標見(jiàn)表1。

 

　　3.室內熱環(huán)境舒適性的評價(jià)指標

　　3.1 PMV-PPD指標

　　Fanger的預測平均投票值PMV(Predicted Mean Vote)和預測不滿(mǎn)意百分數PPD(Predicted Percentage Of Dissatisfied)指標是目前為止公認的最合理的評價(jià)方法，它是在大量實(shí)驗數據的統計分析的基礎上,并以人體的熱舒適方程和ASHRAE七點(diǎn)標度為出發(fā)點(diǎn)，對McNall等在Kansas州立大學(xué)所進(jìn)行的實(shí)驗得出的四種新陳代謝率情況下的熱感覺(jué)數據進(jìn)行曲線(xiàn)擬合分析，提出的表征人體熱舒適的一個(gè)較為客觀(guān)的指標。該指標綜合考慮了環(huán)境因素和人的因素，包括人體活動(dòng)情況(新陳代謝率)，衣著(zhù)情況(服裝熱阻)，空氣溫度，空氣相對濕度，空氣流速，平均輻射溫度六個(gè)因素[1]，并從心理、生理學(xué)主觀(guān)熱感覺(jué)的等級為出發(fā)點(diǎn),是迄今為止,考慮人體熱舒適感諸多因素最全面的評價(jià)指標，但PMV-PPD評價(jià)指標只考慮穩態(tài)熱環(huán)境，有一定的使用范圍。

　　3.2 卡他冷卻能力

　　卡他溫度計由一根長(cháng)為40mm，直徑為20mm的圓柱形大溫包的酒精玻璃溫度計組成。溫度計桿上有38℃和35℃兩條標線(xiàn)，使用時(shí)將溫度計加熱到酒精柱高于38℃這一刻度。然后將其掛于流動(dòng)空氣中,測量酒精柱從38℃下降到35℃所需的時(shí)間。根據這一時(shí)間和每一溫度計所配有的校正系數，即可計算環(huán)境的“冷卻能力”。它綜合了平均輻射溫度、空氣溫度、空氣流速的影響，但未考慮濕度的影響。

 

　　3.3 有效溫度

　　有效溫度的定義為：“這是一個(gè)將干球溫度、濕度、空氣流速對人體溫暖感或冷感的影響綜合成一個(gè)單一數值的任意指標。它在數值上等于產(chǎn)生相同感覺(jué)的靜止飽和空氣的溫度。”他意味著(zhù)在實(shí)際環(huán)境和飽和空氣環(huán)境中衣著(zhù)和環(huán)境情況均相等，且平均輻射溫度等于空氣溫度。有效溫度指標的建立是一項卓越的成就，使用了近50年，但曾一度認為有效溫度在低溫時(shí)過(guò)分強調了濕度的影響，而在高溫是對濕度的影響強調不夠。由于它存在一些缺陷，美國采暖制冷和空氣調節工程師推薦使用新的有效溫度ET*代替。

 

　　3.4 新有效溫度ET*

　　1971年蓋奇(Gagge)等人引入了皮膚濕潤度的概念從而得到了新有效溫度ET*提供了一個(gè)適用于穿標準服裝和坐著(zhù)工作的人的舒適指標。ET*的定義是：通過(guò)對身著(zhù)0.6clo服裝靜坐在0.15m/s的空氣中的人的熱舒適試驗，采用相對濕度50%時(shí)的空氣溫度作為與其冷熱感相同，則后者所處環(huán)境的空氣干球溫度就是前者的ET*。該指標只適用于著(zhù)裝輕薄，活動(dòng)量小，風(fēng)速低的環(huán)境。

　　3.5 標準有效溫度SET*

　　在ET*提出后不久，ET*的主要內容又有了擴展，綜合考慮了不同的活動(dòng)水平和衣服熱阻，產(chǎn)生了目前最通用的指標--標準有效溫度SET*，并且稱(chēng)為合理的導出指標。標準有效溫度應包含平均皮膚溫度和皮膚濕潤度,以便確定某個(gè)人的熱狀態(tài)。其定義是：某個(gè)空氣溫度等于平均輻射溫度的等溫環(huán)境中的溫度，其相對濕度為50%，空氣靜止不動(dòng)，在該環(huán)境中身著(zhù)標準熱阻服裝的人若與他在實(shí)際環(huán)境和實(shí)際服裝熱阻條件下的平均皮膚溫度和皮膚濕潤度相同時(shí)，則必有相同的熱損失，這個(gè)溫度就是實(shí)際環(huán)境的SET*[7].

 

　　3.6 熱舒適指標PD

 

　　3.7 主觀(guān)溫度

　　主觀(guān)溫度的定義為：一個(gè)具有空氣溫度(Ta)等于平均輻射溫度(Tr),相對空氣流速(v)等于0.1m/s和相對濕度50%的均勻封閉空間的溫度，該環(huán)境將產(chǎn)生與實(shí)際環(huán)境相同的溫暖感。它要求有兩種數據，即居住者需要什么樣的溫度、以及什么樣的物理變量組合會(huì )產(chǎn)生這一溫度。主觀(guān)溫度取決于主觀(guān)溫暖感,利用環(huán)境變量表示的主觀(guān)公式無(wú)論何時(shí)均可由現有的溫暖感數據加以確定，因此這是由經(jīng)驗得出的公式。

　　4 結合我國氣候特征及國情舉例說(shuō)明熱舒適評價(jià)指標的研究與應用

　　目前在我國雖然已經(jīng)有不少人開(kāi)始著(zhù)手熱舒適性的理論研究，但人體熱舒適還沒(méi)有得到廣泛應用。由于我國的地理特征復雜，幅員遼闊，南北氣候差異較大，人們生活習慣多變。因此需要對各地區進(jìn)行實(shí)際的針對性的研究，結合當地的氣候條件和人們的舒適感，選擇最優(yōu)的評價(jià)指標，以滿(mǎn)足人們對舒適性的要求。例如：我國北方地區冬季寒冷干燥，夏季氣溫高，濕度大，生活或工作在非空調建筑中的舒適度成為一個(gè)值得研究的問(wèn)題，用PMV指標對我國北方地區非空調住宅建筑冬季、夏季的熱舒適性進(jìn)行分析發(fā)現，對PMV 影響的六個(gè)因素中，空氣相對濕度φ與空氣流速v對PMV 的影響不大，而且，如果在空調房間內這兩個(gè)值一般為定值;而對PMV 值影響比較大的兩個(gè)因素為室內空氣溫度ta 及服裝熱阻Icl ，其實(shí)人體的新陳代謝率M 對PMV 的影響也比較顯著(zhù)，但是在住宅建筑內，人們一般以休息為主，M 為定值。對于北方地區，冬季供暖技術(shù)已比較成熟也得到普及，除一些供暖條件差或室內溫度過(guò)高的住宅建筑內，室內的環(huán)境幾乎全部滿(mǎn)足人們的熱舒適度要求;而夏季使用空調的家庭并不是很多，在非空調住宅建筑中很大一段溫度范圍內，人們都處于不舒適狀態(tài)，從人們舒適角度來(lái)講，建議普及家庭空調。

　　5 結論

　　到目前為止所有的熱舒適指標均存在一定的局限性, 突出表現在所有指標均未反映出某些細節的但很重要的熱物理參數的影響, 這主要包括室內氣溫垂直變化程度、壁面熱輻射均勻程度, 氣流的垂直和水平分布情況等[9]。我國是發(fā)展中國家由于經(jīng)濟狀況、能源狀況不同, 生活習慣等導致的心理期望值不同。因此,我們不能全部照搬國外的研究成果，而應立足于我國的實(shí)際情況,研究適合我國國情的室內熱環(huán)境熱舒適理論。這就要求我國科技工作者結合我國人的生理參數及實(shí)際情況，在熱環(huán)境領(lǐng)域尤其是在對室內熱環(huán)境的評價(jià)標準和方法方面做較深入的研究，且在暖通空調設計時(shí)必須從人體的熱舒適角度考慮其設計方案。

　　參考文獻

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