室内热舒适性的评价方法

文章编号:1000-2375(2001)02-0139-04

室内热舒适性的评价方法

袁旭东,　甘文霞,　黄素逸

(华中科技大学新能源研究中心,湖北武汉430074)

摘　要:室内热舒适性是空调设计成功与否的一项重要指标.针对几种不同的建筑微气候指标组合,讨论了有关人体热感觉的评价方法和可供工程应用的热舒适图.

关键词:热舒适性;微气候指标;人体热感觉;热舒适图中图分类号:T U111.3 文献标识码:A

收稿日期:2001-03-19

基金项目:国家重点基础研究发展规划项目(合同号G 2000026303)

作者简介:袁旭东(1945-　

),男,副教授1　引　言

人的健康、自身感觉及工作能力在很大程度上取决于室内的舒适状况.人的热感觉和舒适感不能视为同一概念,舒适感具有更广泛的含义,除了与空气温度、湿度相关外,还与气流速度、室内空气品质密切相关,而热感觉在舒适感中无疑起着举足轻重的作用.

最初室内微气候主要是利用供暖系统来保持的,在一些情况下采用了通风手段.只有对少数条件要求高的房间才安装空调系统.供暖系统的选择按房间所需保证的空气温度来决定,通风系统和空气调节系统则考虑了保证人们活动地区所必须的气流速度.

对空气温度和气流速度的要求,是在对生理学进行深入研究后提出的.在大多数情况下,这些要求.密实型的围护结构和保温窗不大的建筑物,即使在室外空气温度急剧波动和太阳辐射强烈时,也能使房间保持稳定的热状态,因此在大多数房间中微气候的唯一控制参数是空气温度.这一时期的突出特点是:保证适当的微气候的任务是依靠设备工程师来完成,实际上不依赖结构工程师和建筑师.

然而,随着轻型结构在建筑上的应用,建筑物窗户面积增大以及新的建筑方案的应用,出现了人的热感觉与房间微气候的传统要求不相适应的情况.因此研究人员在密闭室内的舒适感包括热感觉就显得特别重要.人体热感觉是一个复杂的问题.应该由生理学家、心理学家、设备专家和建筑师共同协作解决,才能取得良好的效果.

2　影响热舒适性的微气候指标

对人体热感觉起重要作用的是建筑物的微气候指标,它包含周围环境的热工参数及其组合.其中受直接调节和间接调节的有下列最重要的5个参数:空气温度、气流速度、空气相对湿度、周围表面温度和热辐射.最后两个参数具有同样的物理本质,但在计算热感觉时,可以把它们分开考虑.例如在供暖系统中,顶棚的温度既可看做是周围表面的温度,又可看做是辐射的温度.因此,我们只研究4个参数对热感觉的影响.

把微气候参数以及对热感觉有显著影响的微气候参数的各种组合的综合指标,称之为微气候指标.其中重要的组合有:空气温度和周围表面温度;空气温度、周围表面温度和气流速度;空气温度、周围表面温度、气流速度和相对湿度;空气温度、气流速度和相对湿度;空气温度和相对湿度.

第23卷第2期2001年6月湖北大学学报(自然科学版)

Journal of Hubei University (Natural Science Edition )　V ol.23　N o.2　Jun.,2001

使微气候参数的计算复杂化,在很大程度上是由于它们的参数数目过多,在参数中间难以显示出确定的数值所致.因此对热感觉研究,或者根据房间的用途(民用建筑、公共建筑、工业厂房等),或者根据微气候调节系统类型(热风供暖、辐射供暖等)来制定.

3　几种微气候参数的人体热感觉

微气候参数组合情况很多,作为示例,下面就3种主要的组合情况加以讨论.

3.1　空气温度和周围表面温度　属于这一组的指标,广泛地应用于工程实践中.按照生理学家的意见,

热感觉绝不能只用两个参数来表征.对其它参数的限制,在很大程度上缩小了微气候指标的应用范围,所以对某些指标常常要作修改和补充.例如折算温度和变通折算温度,有效温度和当量有效温度等.

所谓折算温度就是周围环境的温度.在该环境中,当最大流速为0.07～0.08m/s 时,人体以辐射和对流方式把热量传递给环境中的空气和墙壁.而所谓最终温度是指人的感觉温度.

无着装的人体在静止状态下,折算温度的数学表达式为[1]:

t 0=0.48t 0.n +0

.52t B

(1)

式中　t 0———折算温度(℃),t B ———空气温度(℃

),t 0.n ———周围表面的平均温度(℃

).对身着普通衣服的人,其折算温度为: t 0=0.55t 0.n +0.45t B

(2)

最终温度表达式为:t p.c =0.557t 0+0.443t 0.n (3)

式中　t p.c ———最终温度(℃

).根据文献[2]的研究,舒适指标为:

t B +t 0.n =42.2℃.

图1　热感觉图

1—热;2—舒适;3—冷

空气温度、周围表面温度与人的热感觉之间的关系如

图1所示.

图1最初为空气流速在0.15m/s 内的工业建筑物中计算微气候时用的,后来发现它可以推广应用到空气温度和表面温度的变化范围为10～30℃的其它建筑物中.

人体的感觉温度(最终温度)也可以用如下计算式[3]:

t p.c =(αc t B +αR t 0.n )/(αc +αR )(4)式中　αc —

——对流换热系数(W/(m 2・℃)),αR —

——辐射换热系数(W/(m 2・℃)).当气流速度较小时,αc ≈αR ,可得:

t p.c =(t B +t 0.n )/2

(5)

上式的适用范围为空气流速很小,温度为15～25℃,

相对湿度为30%～70%.

3.2　空气温度、周围表面温度和气流速度　为了测定最终温度,采用球形温度计.它是在直径为15.7cm 的铜制球形表面涂上黑颜色,球内有一支水银温度计.球体的温度由热平衡方程式确定:

αR F (t 0.n -t m )=αc F (t m -t B )

(6)

式中　F ———球体表面积(m 2),

t m ———球体表面温度(℃

).当αR ≈αc 时,

t m =(t B +t 0.n )/2=t p.c (7)黑球温度计不适合于测定最终温度的准确值.若t B

针对黑球温度与平均辐射温度的关系,文献[2]给出了如下关系式:

T 4R ・10-9=T 4m ・

10-9+0.128U (t m -t B )(8)

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