国内外自然通风环境热舒适研究综述

国内外自然通风环境热舒适研究综述

摘要：与“稳态”的空调环境热舒适不同，自然通风环境是“动态”的环境。“稳态”的空调环境掩盖了人体的适应性，人是热环境被动的接受者，“动态”的自然通风环境体现了人体的适应性，人在环境中不仅是环境刺激被动的接受者，而且还是积极主动的适应者，通过行为、心理和生理调节逐步降低环境刺激引起的器官反应。在自然通风环境中，由于需要考虑人体适应性，因此自然通风环境比空调环境更加复杂，影响因素更多，而且各个影响因素之间相互耦合，如室外气候是影响人体热舒适的主要因素之一，同时它又影响室内温度、人体服装等热舒适影响因素。近年来，国内外对于自然通风环境热舒适的研究主要体现在以下三个方面：自然通风环境与空调环境热舒适的差异性的研究，主要是比较通过现场测试获得实测值和PMV模型预测值之间的差异，自然通风环境热舒适影响因素的研究以及自然通风环境热舒适模型和标准的研究。

关键词：国外自然通风环境；舒适研究；

自然通风环境与空调环境热舒适的差异性研究

Humphreys在1978年根据现场调查获得的数据分析了室内热舒适温度室外月平均温度的关系，分析结果，A线代表自由运行建筑(Free-running buildings)，B线代表供热/供冷建筑(Heated or cooled buildings)，从图中可以知道自然通风环境中室内热舒适温度与室外月平均温度线形相关，但是供热或供冷环境中室内热舒适温度与室外月平均温度线性相关性则不是很明显。Fishman和Pimbert在1982年分别收集自然通风和空调办公室26个人每小时的热感觉投票，结果证明在室内温度超过24℃时，空调办公室的人的忍受力要比自然通风环境的差；1985年，deDear和Auliciems比较了澳大利亚两座城市Brisbane和Melbourne的现场调查数据，结果表明Brisbane自然通风环境热舒适温度比空调环境高1.3℃；1990年Bush对曼谷自然通风和空调办公室进行了现场调查，结果表明自然通风环境热舒适温度比空调环境高2.7℃；1995-1996年，Oseland在英国对自然通风和空调环境办公建筑进行了调查，结果表明自然通风环境夏季和冬季的舒适温度范围(3.9-4.9)℃，要比空调环境的温度范围(2.4-2.6)℃宽。上述调查研究结果表明了在室外气象参数相同的条件下，自然通风环境热舒适温度和范围与空调环境热舒适温度和范围并不不同，自然通风环境热舒适温度范围要比空调环境宽，夏季自然通风环境的舒适温度高于空调环境。之所以出现这些状况，一种解释是由于空调环境是稳态环境，人在空调环境中只能被动地接受室内设定的环境参数，它掩盖了人体的适应性能力；与之相反，自然通风环境是一种动态环境，它强调人的热适应能力，即人们通过行为调节（开/关门窗、加/减衣服、喝冷/热饮料,运动或者静止等）、心理适应（热经历和热期望等）和生理适应（出汗、颤抖等）逐步减少环境对人体器官的刺激。另一种解释是经常呆在空调环境人群的热期望值要高于自然通风环境，并且空调环境人群对热的忍受能力要比自然通风环境差。

自然通风环境热舒适影响因素研究一般来说与设定的稳态空调环境相比，动态自然通风环境有两个明显的特征：一是室内参数受室外气象条件影响，二是人体适应性对热舒适产生重要影响，这就决定了自然通风环境热舒适影响因素将比空调环境更加复杂，以热平衡理论为基础对空调环境进行热舒适研究的实验室方法不能满足对自然通风环境各个影响因素的研究，虽然空调环境的热舒适考虑了6个经典影响参数，但是它没有考虑到室外气象参数和人体适应性行为的影响。目前的研究主要是通过大样本现场调查的方式获得影响自然通风热舒适各因素的基础数据，这些数据既有定量也有定性数据，然后运用统计学方法分析各

个因素对自然通风条件下热舒适的影响。如1993-1994年，Nicol J F等在夏、冬两个季节就分别对巴基斯坦的五个城市室内热舒适进行了横向和纵向调查，结果表明室内舒适温度与室外月平均气温紧密相关，开窗、风扇、取暖器和增/减服装的百分比随室内黑球温度或者室外空气温度变化；Bouden C等对北非突尼斯自然通风环境的热舒适进行现场调查，结果表明人体热感觉与辐射温度相关，自然通风环境舒适温度与室外温度有关；Nicol J F 研究了热湿气候区自然通风环境室内风速和湿度对热舒适的影响，研究结果表明在夏季采用风扇提高风速能够使室内舒适温度提高约2℃，湿度对自然通风环境热舒适影响较小；Brager G S等研究了自然通风办公室中个人控制行为对热舒适的影响，结果表明在暖和季节经历同一作用温度24℃情况下，容易控制窗户的人群的中性温度要比不能控制或难控制窗户的人群的中性温度高约1.3℃；

Raja I A 对夏季高温条件下自然通风环境的控制行为进行了研究，结果表明人体热感觉与环境控制行为有关，使用环境控制行为的百分数与室内外温度相关；Rijal H B等研究了开/关窗行为对热舒适和能耗的影响，统计分析现场调查获得开/关数据，建立了开/关窗适应性算法(Adaptive algorithm)，并且把这个计算方法与现有能耗模拟软件ESP-r进行了耦合，定量分析了开窗行为与居民热舒适以及建筑能耗的关系；De Carli M 等研究了加/减衣服适应性行为与室内外气温的关系，研究表明在自然通风环境下衣服的选择主要是受室外气温的影响，早晨6:00的室外气温对人们选择衣服的影响最大，室内气温不影响早晨人们衣服的选择，但是影响每天衣服的变化，性别对人选择衣服没有影响；Chun C Y等为了研究热经历与室内热舒适的相互关系，在2002年对韩国首尔和东京横滨的52个大学生进行了调查，结果表明人们经历的室外环境影响其对室内热舒适的评价。上述现场调查表明自然通风环境热舒适影响因素主要包括：环境因素如室内外气温和风速，人的因素如热适应性行为（开/关门窗、取暖器、风扇和加/减衣服等）和热期望，这些因素既有定性也有定量，研究这些因素对自然通风条件下的热舒适影响是确定自然通风利用的基础。

自然通风环境热舒适模型和标准的研究20世纪八十年代以前，人们并没有意识到自然通风环境和空调环境有什么本质的不同，普遍接受和采用Fanger教授的PMV/PPD模型和国际热舒适评价标准ASHRAE 55-1992和ISO7730对室内热舒适进行预测和评价，但是后来大量的现场调查发现：在稳态空调环境条件下的PMV预测值与实测热感觉投票TSV(Thermal Sensation Vote)吻合较好，而在自然通风环境下，PMV预测值与TSV 实测值却有明显偏差。de Dear和Brager 分别比较了空调环境和自然通风环境实测与预测热舒适温度，如图1.3所示，黑线表示现场调查实测值，带空心圈直线表示预测值，从中可以知道在空调环境中室内实测热舒适温度与PMV预测热舒适温度相一致，在自然通风环境中室内实测热舒适温度与PMV预测热舒适温度差别较大，当室外空气温度为20℃时，室内实测热舒适温度等于预测热舒适温度24℃，当室外空气温度高于20℃时，实测热舒适温度高于预测热舒适温度，当室外空气温度低于20℃时，实测热舒适温度低于预测热舒适温度，即在相同室外温度变化范围内，实测热舒适温度变化范围要比预测热舒适温度范围宽的多。a）中央空调建筑；b）自然通风建筑Fanger教授也意识到这个问题，他把这个误差产生的原因归因于在非空调环境中人们的低期望，如当生活在暖和环境中的人群。

他们自己认为“注定” 就生活在这种环境，因此他们的中性环境应该就是暖和环境。为了使PMV模型在非空调环境中适用，Fanger提出了修正的PMV/PPD模型，他认为根据不同的建筑类型，不同的地区，以及周围环境中空调建筑的多少，将PMV值乘上一个相应的热期望因子，他给出了0.5~1之间的热期望因子来修正当量稳态空调条件下计算出来的