空氣質(zhì)量與熱舒適度

空調(diào)客車的空氣品質(zhì)與熱舒適室內(nèi)空氣品質(zhì)和熱舒適簡(jiǎn)介室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)(mQ)如聲、光、熱環(huán)境及室內(nèi)空氣品質(zhì)(IAQ)對(duì)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。在上述諸多影響因素中，室內(nèi)空氣品質(zhì)和熱環(huán)境因素對(duì)人的影響尤為顯著。20世紀(jì)70年代，由于世界能源危機(jī)的出現(xiàn)，建筑物加強(qiáng)了氣密性，減少了通風(fēng)量，加上有機(jī)合成材料在室內(nèi)裝飾及設(shè)備用具方面的廣泛應(yīng)用，致使室內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)氣體大量散發(fā)，嚴(yán)重惡化了室內(nèi)空氣品質(zhì)，出現(xiàn)了“病態(tài)建筑綜合癥”。影響空氣品質(zhì)的主要參數(shù)有：室內(nèi)污染物濃度分布、空氣年齡。最全面的評(píng)價(jià)熱舒適的指標(biāo)是Fanger提出的熱舒適評(píng)價(jià)指標(biāo)——預(yù)期平均評(píng)價(jià)(P^)和預(yù)期不滿意百分率(PPD)指標(biāo)。該指標(biāo)綜合了空氣溫度、平均輻射溫度、空氣流速、空氣濕度、人體新陳代謝率及服裝熱阻六個(gè)因素。隨后又提出了由風(fēng)速引起的不滿意百分率(肋)指標(biāo)。數(shù)值計(jì)算由于可任意設(shè)置條件和再現(xiàn)計(jì)算結(jié)果已廣泛應(yīng)用于通風(fēng)空調(diào)中，室內(nèi)溫度、速度分布和室內(nèi)污染物濃度可由通常的計(jì)算流體流動(dòng)模型(cFD)模型來(lái)計(jì)算。本文主要討論常用CFD模型和如何在CFD中計(jì)算室內(nèi)空氣品質(zhì)和熱舒適的評(píng)價(jià)參數(shù)PD、PPD、PMV和空氣年齡?？諝馄焚|(zhì)：室內(nèi)空氣質(zhì)量研究領(lǐng)域有兩種劃分方法，一種是按解決問(wèn)題的科學(xué)技術(shù)屬性劃分，另一種是按解決問(wèn)題的應(yīng)用或目標(biāo)屬性劃分。按解決問(wèn)題的應(yīng)用或目標(biāo)屬性劃分，室內(nèi)空氣質(zhì)量控制和改善可分為以下幾方面：城市建筑環(huán)境（居住建筑環(huán)境、辦公建筑環(huán)境和公共建筑環(huán)境），農(nóng)村建筑環(huán)境，交通工具內(nèi)環(huán)境，特殊空間（醫(yī)院、地下空間等），室外和室內(nèi)環(huán)境的相互影響等。按問(wèn)題的科學(xué)技術(shù)屬性劃分，研究?jī)?nèi)容可分為室內(nèi)空氣質(zhì)量對(duì)人舒適、健康和工作效率的影響；化學(xué)污染控制；微生物污染控制、顆粒污染控制、室內(nèi)空氣環(huán)境綜合控制、室內(nèi)外空氣質(zhì)量的關(guān)系等。1、室內(nèi)空氣品質(zhì)的定義：（1）室內(nèi)空氣品質(zhì)定義在近20年中經(jīng)歷了許多變化。最初，人們把室內(nèi)空氣品質(zhì)幾乎完全等價(jià)為一系列污染物濃度指標(biāo)。近年來(lái)，人們認(rèn)識(shí)到這種純客觀的定義不能函蓋室內(nèi)空氣品質(zhì)的內(nèi)容。

（2）在1989年國(guó)際室內(nèi)空氣品質(zhì)討論會(huì)上，丹麥的Fanger教授提出了一種空氣品質(zhì)的主觀判斷標(biāo)準(zhǔn)：空氣品質(zhì)反映了人們的滿意程度。如果人們對(duì)空氣滿意，就是高品質(zhì)；反之，就是低品質(zhì)。（3）ASHRAE頒布的標(biāo)準(zhǔn)ASHRAE62-1989《滿足可接受室內(nèi)空氣品質(zhì)的通風(fēng)》中兼顧了室內(nèi)空氣品質(zhì)的主觀和客觀評(píng)價(jià)，定義如下：良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)應(yīng)該是“空氣中沒(méi)有已知的污染物達(dá)到公認(rèn)的權(quán)威機(jī)構(gòu)所確定的有害物濃度指標(biāo)，且處于這種空氣中的絕大多數(shù)人(≥80%)對(duì)此沒(méi)有表示不滿意”。2、室內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)方法——利用各種濃度監(jiān)測(cè)儀（1）實(shí)驗(yàn)室儀器分析：氣相色譜儀、分光光度計(jì)等（2）便攜式儀器：甲醛分析儀、一氧化碳分析儀、二氧化碳分析儀、臭氧分析儀等（3）先進(jìn)科研設(shè)備：PTR-MS質(zhì)譜儀、INNOVA氣體分析儀、微顆粒物分析儀熱舒適的定義：熱舒適是指大多數(shù)人對(duì)客觀熱環(huán)境從生理與心理方面都達(dá)到滿意的狀態(tài)?！盁崾孢m”是指人體對(duì)熱環(huán)境的主觀熱反應(yīng)。Bedford在1936年提出熱舒適的7級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，美國(guó)供暖、制冷與空調(diào)工程師協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(ASHRAEStandard)在1996年開始使用7級(jí)熱感覺指標(biāo)，如表1所示[1]。

表1熱舒適和熱感覺評(píng)價(jià)指標(biāo)BedfordASHRAEPMV值冷冷-3涼涼-2舒適的涼爽微涼-1舒適并不冷不熱中性0舒適的溫暖微暖1暖暖2熱熱3

除PMV指標(biāo)外，各國(guó)學(xué)者針對(duì)各自不同的目的提出了許多用于評(píng)價(jià)人體熱感覺與熱舒適的指標(biāo)，其中比較有代表性的指標(biāo)有：有效溫度和標(biāo)準(zhǔn)有效溫度（美國(guó)）；卡他冷卻能力、當(dāng)量溫度和主觀溫度（英國(guó)）；預(yù)測(cè)平均投票數(shù)和預(yù)測(cè)不滿意百分?jǐn)?shù)（丹麥）；熱應(yīng)力指標(biāo)；濕球黑球溫度計(jì)指數(shù)[2]。對(duì)室內(nèi)熱舒適性的評(píng)價(jià)指標(biāo)規(guī)定，我國(guó)可依照的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)包括《中等熱環(huán)境PMV和PPD指數(shù)的測(cè)定及熱舒適條件的規(guī)定》（GB/T18049-2000）、采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范(2001年版)等。

人體熱舒適是人們對(duì)周圍熱環(huán)境感到滿意的一種主觀感覺，它是多種因素綜合作用的結(jié)果，是一個(gè)精神的、主觀的心理反映。最初人們對(duì)空調(diào)熱環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，是用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法，對(duì)熱感覺各個(gè)級(jí)別間原本很模糊的邊界給于精確的界定。這樣就會(huì)出現(xiàn)用精確數(shù)學(xué)處理熱舒適反而不精確的現(xiàn)象。引入模糊數(shù)學(xué)方法建立模糊綜合評(píng)判模型，這是一種比以前更加科學(xué)的熱舒適評(píng)判體系，但由于每個(gè)人生理上的差異及主觀感覺的多樣性，使得每個(gè)個(gè)體的3硬臥車空調(diào)系統(tǒng)氣流組織的數(shù)值模型為了分析和比較個(gè)體送風(fēng)方式與常規(guī)空調(diào)送風(fēng)的差異，利用英國(guó)CHAM公司的PHOENICS軟件對(duì)空調(diào)客車模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。本文以YW25型空調(diào)客車為計(jì)算對(duì)象，每個(gè)臥鋪隔間的幾何參數(shù)為：長(zhǎng)3．1m、寬1．7m、高2．9m。為節(jié)省計(jì)算容量，在多次試算的基礎(chǔ)上，對(duì)研究區(qū)域進(jìn)行簡(jiǎn)化，僅取客室長(zhǎng)度方向的1／5，即2個(gè)隔間單元為計(jì)算區(qū)域。模擬計(jì)算時(shí)以出風(fēng)口平面作為計(jì)算區(qū)域的頂面，以客室端門為邊界，以端門底部格柵或端門為回風(fēng)口?？照{(diào)客室內(nèi)的氣流運(yùn)動(dòng)屬于紊流運(yùn)動(dòng)。通常所使用的紊流模型有零方程模型、一方程模型以及兩方程模型，而對(duì)于靠近壁面區(qū)域的計(jì)算來(lái)說(shuō)，以ε方程最為方便。所以，在紊流的工程計(jì)算中，k-ε兩方程模型的應(yīng)用最為廣泛，并且也取得了較為成功的結(jié)果。因此，本次計(jì)算選用k一ε兩方程模型對(duì)問(wèn)題進(jìn)行模擬求解。在假設(shè)和簡(jiǎn)化的基礎(chǔ)上，建立含連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、紊流動(dòng)能方程(k方程)紊流動(dòng)能耗散方程(ε方程)、能量方程等在內(nèi)的一套封閉的方程組，并將其表示成以下的通用形式：4數(shù)值結(jié)果分析現(xiàn)有臥鋪車廂氣流組織如圖3、圖4所示，靠近送風(fēng)口的地方氣流速度較大，氣流沿著鋪位流動(dòng)。從截面看，各鋪位之間存在著氣流回流現(xiàn)象，送風(fēng)氣流沿臥鋪向車廂端運(yùn)動(dòng)，從鋪位上方回流。回流氣流會(huì)帶動(dòng)車廂內(nèi)污染物，特別是鋪位上的灰塵、細(xì)菌等污染物一起運(yùn)動(dòng)，影響車內(nèi)空氣品質(zhì)。采用個(gè)體送風(fēng)方式的氣流組織如圖5、圖6所示。從圖5可以看到，個(gè)體送風(fēng)方式改變了現(xiàn)行的新型空調(diào)客車車內(nèi)氣流組織，小風(fēng)量、低風(fēng)速的個(gè)體送風(fēng)干擾了各個(gè)臥鋪上的回流氣流，在呼吸區(qū)附近為新風(fēng)氣流提供了一個(gè)單向通道。個(gè)體送風(fēng)口送入的新鮮空氣首先達(dá)到人的呼吸區(qū)域，然后攜帶污染物由上部運(yùn)動(dòng)排出，這減少了新風(fēng)受到車廂內(nèi)已有污染物的二次污染，保證了新風(fēng)到達(dá)呼吸區(qū)的有效品質(zhì)，具有良好的通風(fēng)效率，改善了車內(nèi)空氣品質(zhì)。5結(jié)論隨著社會(huì)的發(fā)展，空調(diào)客車內(nèi)的空氣品質(zhì)和熱舒適狀況日益受到關(guān)注?？蛙囓噹麅?nèi)空氣品質(zhì)和熱舒適是相互聯(lián)系的，影響它們的重要因素是氣流組織和車廂內(nèi)污染物的散發(fā)。（1）為保證車內(nèi)具有良好的車內(nèi)空氣品質(zhì)及熱舒適環(huán)境，在車輛制造時(shí)應(yīng)選用低揮發(fā)性的有機(jī)物裝飾材料和配件；在日常運(yùn)用過(guò)程中，應(yīng)加強(qiáng)空調(diào)設(shè)備的管理、保養(yǎng)以及通風(fēng)系統(tǒng)定期的清潔維護(hù)，這是改善車廂內(nèi)空氣品質(zhì)和熱舒適狀況的有效手段。（2）提高空調(diào)客車內(nèi)空氣品質(zhì)和熱舒適性，除了采用更高的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)外，還要優(yōu)化空調(diào)系統(tǒng)，更新傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路。采用個(gè)體送風(fēng)的方式，能夠改善臥鋪車廂空氣品質(zhì)和熱舒適狀況，值得進(jìn)一步研究。（3）通過(guò)對(duì)硬臥車氣流組織建立數(shù)值模型并分析其結(jié)果，為空調(diào)硬臥車車廂內(nèi)氣流組織的優(yōu)化設(shè)計(jì)、舒適環(huán)境的評(píng)價(jià)與研究提供了借鑒，可為空調(diào)客車空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供參考。參考文獻(xiàn)：

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