室內(nèi)熱舒適性指標(biāo)的評(píng)價(jià)

1、室內(nèi)熱舒適性指標(biāo)的評(píng)價(jià)摘要 本文對(duì)目前的一些主要的熱舒適性指標(biāo)進(jìn)行了論述和評(píng)價(jià)，包括卡塔冷卻能力、當(dāng)量溫度、有效溫度、新有效溫度、標(biāo)準(zhǔn)有效溫度、平均預(yù)測(cè)反應(yīng)、舒適方程和主觀溫度等。文中首先給出了上述各種溫標(biāo)的定義、特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，隨后又結(jié)合中國(guó)南方區(qū)域與北方區(qū)域的氣候特征、人民的生活習(xí)慣、身體素質(zhì)和一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)各種區(qū)域應(yīng)該采用哪些指標(biāo)進(jìn)行了分析。最后作者就今后熱舒適性研究的發(fā)展方向和應(yīng)做的一些工作，給出了自己的看法，以供同行參考。關(guān)鍵詞 熱舒適性 指標(biāo) 評(píng)價(jià)1 引言熱舒適性是居住者對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境滿意程度的一項(xiàng)重要指標(biāo)。早在20世紀(jì)實(shí)，人們就開(kāi)始了舒適感研究，空氣調(diào)工程師、室內(nèi)空氣品質(zhì)研究人員

2、等所希望的是能對(duì)人體舒適感進(jìn)行定量預(yù)測(cè)。這些年來(lái)，業(yè)已提出了很多熱舒適指標(biāo)，不同國(guó)家的官方和專業(yè)機(jī)構(gòu)推薦使用不同的指標(biāo)。因此，從整體上去把握各種指標(biāo)及其發(fā)展史是非常有益的。就我國(guó)而言，由于疆域遼闊，氣候多變，不同地區(qū)所采用的標(biāo)準(zhǔn)也有所不同，尤其是緯度有一定差異的地方。有鑒于此，本文作者對(duì)一些主要指標(biāo)作了簡(jiǎn)要分析，并根據(jù)我國(guó)國(guó)家的國(guó)情，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究成果給出自己的看法，以供同行參考。2 各種指標(biāo)的定義與特點(diǎn)21 卡他冷卻能力1最早的指標(biāo)是1914年由Leonard hiss爵士提出的，以大溫包溫度計(jì)的熱損失量為基礎(chǔ)。卡他溫度計(jì)由一根長(zhǎng)為40mm，直徑為20mm的圓柱形大溫包的酒精玻璃溫度計(jì)

3、組成。溫度計(jì)桿上有38和35兩條標(biāo)線，使用時(shí)將溫度計(jì)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(cè)量酒精柱從38下降到35所需的時(shí)間。根據(jù)這一時(shí)間和每一溫度計(jì)所配有的校正系數(shù)，即可計(jì)算環(huán)境的冷卻能力。20世紀(jì)30年代進(jìn)行的大量實(shí)驗(yàn)都采用卡他溫度計(jì)，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。22 擬人器和當(dāng)量溫度1Dufton 在1929年研制了一種綜合恒溫器。這種恒溫器可在空氣溫度、熱輻射和空氣速度變化的條件下保持房間具有舒適的溫度，這一裝置被稱為擬人器（eupatheostat）。在這之后，Dufton又定義了當(dāng)量溫度。所謂當(dāng)量溫度，即是一個(gè)均勻封閉體的溫

4、度。在該封閉體內(nèi)，一個(gè)高為550mm、直徑為190mm的黑色圓柱體的散熱量與其在實(shí)際環(huán)境中的散熱量相等。圓柱體表面所維持的溫度是圓柱體所散失的熱量的精確函數(shù)，并且這一溫度在任何均勻空間內(nèi)都比37.8要低一個(gè)數(shù)值，這個(gè)數(shù)值是37.8和封閉空間溫度之差的2/3。當(dāng)量溫度未給出能根據(jù)基本環(huán)境變量進(jìn)行計(jì)算的分析表達(dá)式，所用的擬人器是一種又大又相當(dāng)笨重的儀器，因此限制了它的應(yīng)用。23 有效溫度在早期的美國(guó)空調(diào)工程中，人們迫切想知道濕度對(duì)舒適的影響方面的可靠資料。這一問(wèn)題以及其他一些問(wèn)題促使了美國(guó)采暖通風(fēng)工程師協(xié)會(huì)新建了一個(gè)實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室于1919年在匹茨堡開(kāi)始工作，而有效溫度指標(biāo)便是它的首批研究課題之

5、一，并由此產(chǎn)生了這一指標(biāo)。其定義為：這是一個(gè)將干球溫度、濕度、空氣流速對(duì)人體溫暖感或冷感的影響綜合成一個(gè)單一數(shù)值的任一指標(biāo)。它在數(shù)值上等于產(chǎn)生相同感覺(jué)的靜止飽和空氣的溫度。有效溫度曾為很多官方和專業(yè)團(tuán)體所采用，特別是用在熱環(huán)境規(guī)范中，直到1967年，ASHRAE也一直轉(zhuǎn)載這個(gè)指標(biāo)，但是有效溫度在低溫時(shí)過(guò)分強(qiáng)調(diào)了濕度的影響，而在高溫時(shí)對(duì)濕度的影響強(qiáng)調(diào)得不夠。目前，任何主要的官方機(jī)構(gòu)均已不再推薦有效溫度指標(biāo)，ASHRAE則推薦使用其代替形式-新的有效溫度ET*。盡管如此，它仍是那些早期指標(biāo)中最值得注意的指標(biāo)。因?yàn)樗坏玫狡毡榈某姓J(rèn)，而且是具有大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。有效溫度溫標(biāo)的建立是一項(xiàng)卓越的成就，E

6、T作為標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)被空氣調(diào)節(jié)工程師使用了近50年。231 新有效溫度（ET*）4這個(gè)指標(biāo)是GAGGE在1971年提出的，所謂ET*，就是相對(duì)濕度為50%的假想封閉環(huán)境中相同作用的溫度。該指標(biāo)同時(shí)考慮了輻射、對(duì)流和蒸發(fā)三種因素的影響，因而受到了廣泛的采用。等新有效溫度曲線如圖1所示。圖1 等新有效溫度曲線24 FANGER 舒適方程241 舒適條件丹麥的P.O.FANGER提出了一個(gè)綜合舒適指標(biāo)，即能夠確定人體舒適狀態(tài)的物理參數(shù)是與人體有關(guān)，而不是與環(huán)境有關(guān)，首先，F(xiàn)ANGER制定了三個(gè)舒適條件，第一個(gè)條件是人體必須處于熱平衡狀態(tài)，以便使人體對(duì)環(huán)境的散熱量等于人體體內(nèi)產(chǎn)生的熱量，第二個(gè)條件是皮膚平均

7、溫度應(yīng)具有與舒適相適應(yīng)的水平，第三個(gè)條件是人體應(yīng)具有最佳的排汗率，排汗率也是新陳代謝的函數(shù)。隨后，F(xiàn)ANGER綜述了文獻(xiàn)，得出了熱平衡方程的每一個(gè)量的表達(dá)式。將熱平衡方程與其他兩個(gè)舒適條件組合起來(lái)就得到了著名的舒適方程。滿足舒適方程的一組變量必須滿足舒適的三個(gè)條件，因此該方程是舒適的必要條件，但不是充分條件。因?yàn)榭梢栽O(shè)想會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，即滿足了舒適方程，卻并不令人舒適，很容易變化的環(huán)境就是一個(gè)例子。舒適方程已被證明是很成功的，但它所依據(jù)的大多數(shù)試驗(yàn)是以健康的美國(guó)年輕人或歐洲大學(xué)生為受試者而進(jìn)行的，因此不能假定將舒適方程應(yīng)用到其他各種人群時(shí)是沒(méi)有問(wèn)題的。242 預(yù)測(cè)平均反應(yīng)（PMV）當(dāng)一組環(huán)境

8、變量滿足舒適方程時(shí)就將產(chǎn)生最佳的舒適感。如果該方程未得到滿足，則該環(huán)境就不是最佳的，但是方程并未給出任何說(shuō)明所處的環(huán)境是如何不舒適的方法。FANGER進(jìn)一步發(fā)展了舒適方程，并用公式表示一個(gè)可預(yù)測(cè)任何給定環(huán)境變量的組合所產(chǎn)生熱感覺(jué)的指標(biāo)，這一指標(biāo)被稱為預(yù)測(cè)平均反應(yīng)（PMV），F(xiàn)ANGER教授把它分為七個(gè)等級(jí)，每一個(gè)等級(jí)的代表意義如下表所示：FANGER的七級(jí)指標(biāo) 表1PMV值+3+2+10-1-2-3預(yù)測(cè)熱感覺(jué)熱暖稍暖舒適稍涼涼冷為了擴(kuò)大該想法的應(yīng)用范圍，F(xiàn)ANGER提出在某一活動(dòng)量下的熱感使人體熱負(fù)荷的函數(shù)的建議（所謂有體熱負(fù)荷就是體內(nèi)產(chǎn)熱量與人體對(duì)實(shí)際環(huán)境散熱量?jī)烧咧?，假設(shè)人體的平均皮膚溫

9、度及實(shí)際活動(dòng)量相適應(yīng)的汗液分泌量均保持舒適值），并通過(guò)實(shí)驗(yàn)建立了PMV方程。PMV方程沒(méi)有被各種衣著和活動(dòng)情況下的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)所證實(shí)，它對(duì)于坐著工作和穿著輕便衣服的人體可給出很好的結(jié)果，然而有關(guān)在較高新陳代謝下的熱感的資料是不大令人滿意的。25 標(biāo)準(zhǔn)的有效溫度（SET）在介紹標(biāo)準(zhǔn)有效溫度之前，讓我們先來(lái)看一下皮膚濕潤(rùn)度的概念。皮膚濕潤(rùn)度是皮膚表面的實(shí)際蒸發(fā)損失與在相同環(huán)境中可能出現(xiàn)的最大損失之比，最大損失意味著皮膚表面是完全濕潤(rùn)的。皮膚濕潤(rùn)度的概念對(duì)于新的有效溫度是很重要的，將這一指標(biāo)與空氣的溫度和濕度聯(lián)系起來(lái)，就可提供一個(gè)適用于穿標(biāo)準(zhǔn)服裝和坐著工作的人的指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，工程師們又?jǐn)U展了新有效溫

10、度的主要內(nèi)容，以綜合考慮不同的活動(dòng)水平和衣服熱阻，由此產(chǎn)生了眾所周知的標(biāo)準(zhǔn)有效溫度（SET）。標(biāo)準(zhǔn)有效溫度應(yīng)包含平均皮膚溫度和皮膚濕潤(rùn)度，以便確定某個(gè)人的熱狀態(tài)。確定某一狀態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)有效溫度需分兩步進(jìn)行，首先要求出一個(gè)人的皮膚溫度和皮膚濕潤(rùn)度，這可以通過(guò)實(shí)測(cè)來(lái)完成，其次就是求出產(chǎn)生相同皮膚溫度和濕潤(rùn)度值的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度，這一步可通過(guò)對(duì)人體的傳熱分析來(lái)完成。標(biāo)準(zhǔn)有效溫度是本文所述中比較全面的一種，盡管它的最初設(shè)想是用以預(yù)測(cè)人體排直時(shí)的不舒適感，但經(jīng)過(guò)發(fā)展卻能應(yīng)付各種各樣衣著條件、活動(dòng)量和環(huán)境變量的情況。然而它所具有的復(fù)雜性，使其需要計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算皮膚溫度和皮膚濕潤(rùn)度，因此阻礙了它的通用性。26 主觀溫度早期所制定的哪些指標(biāo)大多已廢棄不用了，他們已被舒適方程和標(biāo)準(zhǔn)有效溫度之類更完善的指標(biāo)所代替，但是，新指標(biāo)固然有自己的優(yōu)點(diǎn)，他們也有關(guān)共同的弱點(diǎn)，其一，數(shù)學(xué)公式的復(fù)雜性，導(dǎo)致必須在計(jì)算機(jī)上求值，其二，盡管他們包括了所有的變量，但令人遺憾的是這都使得他們?cè)趯?shí)際中的用處不大?；谝陨显颍こ處熡侄x了一個(gè)新的指標(biāo)，這種指標(biāo)的應(yīng)用是以想要設(shè)計(jì)一個(gè)舒適環(huán)境的設(shè)計(jì)師的問(wèn)題為中心。它要求有兩種數(shù)據(jù)，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