提高熱濕環(huán)境空氣流速的熱舒適研究

通過(guò)熱舒適實(shí)驗(yàn)研究了空氣流動(dòng)在熱濕下對(duì)受試者熱舒適的影響，當(dāng)風(fēng)速適度提高后，室內(nèi)空氣溫度、相對(duì)濕度都可相應(yīng)提高，進(jìn)而分析比較了提高溫濕度設(shè)定值后空調(diào)運(yùn)行時(shí)間及蒸發(fā)冷卻空調(diào)方式可使用率的變化。

　　　　①溫度26℃或濕度19℃
②溫度26℃且濕度19℃　　　　
　　因此，對(duì)于天津類這地區(qū)，如使夏季室內(nèi)空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)保持在該舒適區(qū)內(nèi)，需要較大的建筑能耗，蒸發(fā)冷卻也無(wú)法得到充分利用。因此，在保證室內(nèi)居住者的舒適的前提下，適度提高室內(nèi)空氣的溫濕度設(shè)定值，是一條可行的節(jié)能途徑。
　　ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)中的舒適區(qū)對(duì)應(yīng)的空氣流速低于0.15m/s，可以認(rèn)為室內(nèi)空氣"靜止"，標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)亦指出當(dāng)環(huán)境溫度較高時(shí)，適當(dāng)提高人體表面空氣流速，可提高皮膚表面與環(huán)境的熱交換系數(shù)，同時(shí)加大皮膚表面汗液的蒸發(fā)，損失更多熱量，降低皮膚表面濕潤(rùn)度W，從而降低居住者的熱感覺(jué)，提高舒適感。因此，我校進(jìn)行一系列熱舒適實(shí)驗(yàn)，以觀察熱濕環(huán)境下，提高室內(nèi)的空氣流速對(duì)熱舒適的改善程序，以期得出室內(nèi)參數(shù)（溫度、濕度、氣流速度）的合理組合。
　　
2 熱舒適實(shí)驗(yàn)
　　
　　2．1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
　　熱舒適實(shí)驗(yàn)安排在天津大學(xué)暖通大實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的測(cè)試小室內(nèi)進(jìn)行，測(cè)試小室的大上為5m×4.5m×3m，配有一套小型空氣處理系統(tǒng)控制室內(nèi)溫溫度，為在室內(nèi)產(chǎn)生足夠的空氣流速，在吊頂中心上安裝風(fēng)扇。在室內(nèi)離地60cm及140cm處均勻布置溫濕度自動(dòng)巡檢儀的探頭，監(jiān)測(cè)環(huán)境溫濕度，保證實(shí)驗(yàn)過(guò)程測(cè)試室內(nèi)溫濕度穩(wěn)定。室內(nèi)為受試者安排有6個(gè)固定座位，采用TSI風(fēng)速檢測(cè)儀測(cè)定離地110cm處的平均風(fēng)速，因?yàn)槿梭w上部空氣流動(dòng)較其他部位對(duì)熱舒適影響更明顯。
　　參加實(shí)驗(yàn)的受試者是在天津大學(xué)的學(xué)生，其96名，男生50名，女生46名，平均年齡20歲。受試者的衣著量為夏季標(biāo)準(zhǔn)衣
著：短袖襯衣、長(zhǎng)褲、短襪和輕便拖鞋。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，其衣服熱阻約為0.5clo。每組6名受試者在進(jìn)入測(cè)試室前，先在準(zhǔn)備室靜坐，測(cè)試歷時(shí)90分鐘，每30分鐘填寫一次熱舒適調(diào)查問(wèn)卷，記錄熱感覺(jué)、熱舒適，以及對(duì)空氣流速和濕度的感覺(jué)。
　　為觀測(cè)熱濕環(huán)境下風(fēng)速對(duì)人體的熱舒適的影響，測(cè)試室內(nèi)的工況設(shè)定在27～30℃之間，相對(duì)濕度保持在70%，根據(jù)空氣溫度的不同，可分為4組，風(fēng)扇啟動(dòng)后，六個(gè)位置的氣流速度各不相同，因此共有24組。

　?、?新陳代謝量為靜坐狀態(tài)下對(duì)應(yīng)的值，衣服熱阻按0.5clo計(jì)。
　　
　　2．2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)
　　
　　人體的熱舒適受到諸多因素的影響，主要因素包括二類，室內(nèi)物理因素，如空氣溫度、相對(duì)濕度、空氣流速、平均輻射溫度和個(gè)人因素，如衣服熱阻和人體新陳代謝率。因此采用一綜合指標(biāo)描述眾多影響因素，便于對(duì)熱環(huán)境進(jìn)行熱舒適的預(yù)測(cè)，因針對(duì)的是空氣流速較高的環(huán)境，采用Gagge基于新有效溫度ET*（Effective Temperature）提出的標(biāo)準(zhǔn)有效溫度SET*（Standard Effective Temperature），根據(jù)其定義可編寫相應(yīng)的計(jì)算程序，根據(jù)環(huán)境的溫濕度、空氣流速輻射溫度，受試者的衣服熱阻和新陳代謝率，計(jì)算出各工況的標(biāo)準(zhǔn)有效溫度SET*，如表2。
　　受試者對(duì)環(huán)境的主觀評(píng)價(jià)尺度則沿用ASHRAE的熱感覺(jué)七級(jí)指標(biāo)和熱舒適的四級(jí)指標(biāo)，同時(shí)調(diào)查受試者對(duì)環(huán)境潮濕度的評(píng)
價(jià)，以及對(duì)所處位置空氣流速大小的期望。
　　
　　2．3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
　　2．3．1 空氣流速對(duì)熱感覺(jué)、熱舒適的影響
　　將本次實(shí)驗(yàn)中受試者熱感覺(jué)投票值TSV（Thermal Sensation Vote）與所處環(huán)境的SET*進(jìn)行進(jìn)行線性擬合，根據(jù)Fanger的熱舒適方程計(jì)算各工況預(yù)測(cè)的熱感覺(jué)值PMV（Predicted Mean Vote），并將其與SET*的線性擬合，見(jiàn)圖2。比較兩條擬合線，可看出兩者之間存在較大差距，這說(shuō)明Fanger的熱舒適方程對(duì)本組環(huán)境的預(yù)測(cè)并不準(zhǔn)確，它低估了空氣流動(dòng)在熱濕環(huán)境中所起的降低熱感覺(jué)，提高熱舒適的作用。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)得出的擬事曲線，可得出中性溫度SET*=26.3℃（TSV=0時(shí)），與在美國(guó)和日本進(jìn)行的兩項(xiàng)類似實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較，見(jiàn)表3，它與日本東京實(shí)驗(yàn)的所得值相近，這反映了受試者的氣候習(xí)慣對(duì)熱感覺(jué)的影響，天津和東京夏季7月遙平均溫度皆在27℃以上，較為潮濕，所以其居住者相對(duì)更能忍受熱濕環(huán)境。

　　將受試者的熱舒適投票值TCV（Thermal Comfort Vote）與SET*進(jìn)行擬合，見(jiàn)圖3，可以看出熱不舒適最小TSV=0.27時(shí)，SET*=25.6℃，帶入SET*～TSV的線性擬合方程，相應(yīng)TSV=-0.3，這說(shuō)明中性溫度并不一定等于最令人舒適的溫度，在夏季，人們更喜歡中性偏涼的感覺(jué)。
　　2．3．2 受試者對(duì)空氣流速大小的期望
　　將調(diào)查表中受試者對(duì)環(huán)境空氣流速的期望VS（1-期望風(fēng)速變小，0-不變，-1-期望變大）在不同的空氣干球溫度下與空氣流速進(jìn)行線性擬合，見(jiàn)圖4。表4中列出了不同溫度下的擬合線性方程和期望風(fēng)速。溫度越高，期望風(fēng)速值也越高，而在較低溫度（27℃時(shí)），人體對(duì)風(fēng)速更加敏感（線性方程斜率較大）。除30.1℃/70.3%環(huán)境下，期望風(fēng)速對(duì)應(yīng)的SET*低于中性溫度，說(shuō)明，在熱濕環(huán)境，人們希望風(fēng)偏大一點(diǎn)，使熱感覺(jué)達(dá)到中性偏涼。

　　在30.1℃/70.3%時(shí)期望風(fēng)速低于使SET*值達(dá)到中性溫度所需的風(fēng)速，這說(shuō)明人們對(duì)身體周圍空氣流速有一最高接受限度，超過(guò)該限度，即使熱感覺(jué)在可接受范圍內(nèi)，對(duì)風(fēng)速也無(wú)法接受。參考已有的文獻(xiàn)和本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，可認(rèn)為居住者能接受的風(fēng)速不高于0.8m/s。
　　2．3．3 風(fēng)速對(duì)潮濕感覺(jué)的影響
　　在不同溫度下，將受試者對(duì)空氣潮濕程度感覺(jué)的投票DS值（+3-潮濕，0-適中，-3-干燥）與空氣流速V進(jìn)行擬合，見(jiàn)圖5,可以看出在同一相對(duì)濕度下,空氣溫度、氣流速度都會(huì)影響人體對(duì)空氣的潮濕感覺(jué)。溫度升高，DS上升，而且空氣溫度27℃的擬合線與其他三條（28℃、29℃、30℃）的擬合線之間有較大的差距，溫度達(dá)到28℃以后，人們易覺(jué)得環(huán)境潮濕。而空氣流速加大，DS會(huì)下降。因此，空氣流速的提高可以緩解環(huán)境給人的潮濕感。將2.3.2得到的各溫度上的期望風(fēng)速帶入圖5的各擬合曲線，相應(yīng)的DS值在±0.5之間，說(shuō)明提高風(fēng)速后，可消除潮濕感。
　　
3 結(jié)論與討論
　　
　　從以上實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果可得出以下結(jié)論：
　?。?）SET*|_TSV=0=26.3℃，SET*|_TSV最小=25.6℃，為保證居住者的熱舒適，建議使室內(nèi)的SET*=25.6℃；
　?。?）居住者能夠接受的環(huán)境最高空氣流速為0.8m/s，這就是限制了室內(nèi)干球溫度值。見(jiàn)表5，相對(duì)濕度為70%時(shí)，能保證TCV最小的干球溫度為29.3℃，即當(dāng)空氣干球溫度低于29.3℃時(shí)，依靠調(diào)整室內(nèi)空氣流速，可保證居住者的舒適。

　　(3)空氣流動(dòng)速度提高，居住者的潮濕感地下降，但濕度過(guò)大（80%以上），易于細(xì)菌滋生。因此，一般場(chǎng)合相對(duì)濕度維持70% 以下是可以接受的。
　　根據(jù)以上結(jié)論，為保證人體的熱舒適（SET*=25.6℃），相對(duì)濕度70%時(shí)，運(yùn)用SET*程序可算出相應(yīng)干球溫度下推薦的風(fēng)速。

　　以上的結(jié)論使夏季室內(nèi)允許的溫度、濕度都有所提高，舒適區(qū)得以擴(kuò)大，節(jié)省了夏季空調(diào)的允許時(shí)間，也擴(kuò)大了蒸發(fā)制冷在需要空調(diào)時(shí)間內(nèi)的利用率。
　　圖6中可以看出當(dāng)室內(nèi)溫度選取定在不同值時(shí)，天津地區(qū)夏季需運(yùn)行空調(diào)時(shí)間的變化。圖7則可看到濕度變化時(shí)，蒸發(fā)制冷占總空調(diào)運(yùn)行時(shí)間的比率的變化，濕度提高后，在最熱的七、八月蒸發(fā)制冷的可利用率大大增加。因此，風(fēng)速的提高可帶來(lái)明顯的節(jié)能效益。
　　　　　　　　　　　　　　　　
　　當(dāng)然，室內(nèi)參數(shù)的設(shè)定還應(yīng)根據(jù)場(chǎng)所的性質(zhì)來(lái)設(shè)定。對(duì)于一些長(zhǎng)期停留的場(chǎng)所，允許的風(fēng)速還應(yīng)適度降低，以避免長(zhǎng)期吹風(fēng)產(chǎn)生的不舒適，如實(shí)行崗位送風(fēng)和方式，可以讓居住者選擇風(fēng)向和風(fēng)速，會(huì)進(jìn)一步提高熱舒適。而在較短期的停留場(chǎng)所，要求較低，風(fēng)速可以適度提高，從而溫度設(shè)定值也可提高。另外，以上的結(jié)果是受試者在靜坐狀態(tài)下得出的，對(duì)于居住者從事其他活動(dòng)時(shí)新陳代謝率會(huì)有所提高，SET*值亦會(huì)提高，應(yīng)適度提高風(fēng)速，或降低空氣溫度。
　　
　　
參考文獻(xiàn)

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