連曉宇 田自群

（1.洛陽(yáng)市規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 河南 洛陽(yáng) 471000；2.林同炎李國(guó)豪土建工程咨詢有限公司 中國(guó) 上海 200437）

0 前言

隨著科技、經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展，人類賴以生存的室內(nèi)環(huán)境已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。由于人的一生中有絕大部分時(shí)間是在室內(nèi)度過(guò)的，室內(nèi)環(huán)境狀況對(duì)人體的生長(zhǎng)發(fā)育、健康以及工作效率等有著密切的關(guān)系。特別是近年來(lái)空調(diào)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用使得人們更加依賴于室內(nèi)環(huán)境。所以研究人體熱舒適，創(chuàng)造健康、舒適、安靜、清潔的室內(nèi)環(huán)境，是非常必要的。

1 熱舒適影響因素分析

人體熱舒適是多個(gè)因素相互作用的結(jié)果，而且隨著室外氣候條件的變化而變化。熱舒適一般是指人們對(duì)其所處的局部氣候產(chǎn)生的不冷不熱的主觀感覺(jué)，是人們?cè)诒姸嘁蛩刈饔孟碌闹饔^反映。美國(guó)采暖、制冷和空氣調(diào)節(jié)工程師學(xué)會(huì)（ASHRAE）在55－56標(biāo)準(zhǔn)中，給出了熱舒適環(huán)境的定義為：人在心理狀態(tài)上感到滿意的熱環(huán)境。國(guó)內(nèi)外的廣泛研究表明，影響人體熱舒適的主要因素可以歸結(jié)為六個(gè)，與環(huán)境有關(guān)的四個(gè)因素：平均輻射溫度、空氣溫度、空氣速度及相對(duì)濕度；與人有關(guān)的兩個(gè)因素：人體代謝率和服裝熱阻。除此之外，還有其它能引起人體局部不舒適的環(huán)境參數(shù)，如吹風(fēng)，垂直方向較大的溫度梯度以及輻射溫度的不對(duì)稱等。而人體的心理因素、性別差異、地區(qū)、以及種族差異等也使得不同人體對(duì)熱感覺(jué)的評(píng)價(jià)有一定的差異[1]。

很多相關(guān)研究[2]都給出空氣溫度、相對(duì)濕度、空氣流速等參數(shù)對(duì)人體熱舒適及能耗的影響，例如室內(nèi)空氣溫度對(duì)人體熱舒適影響很大；在一定溫度范圍內(nèi)可以通過(guò)增加室內(nèi)風(fēng)速來(lái)實(shí)現(xiàn)更佳的室內(nèi)舒適性；室內(nèi)相對(duì)濕度對(duì)人體舒適性不是很明顯，但是對(duì)空調(diào)系統(tǒng)能耗的影響很大。因此，在溫濕度允許范圍內(nèi)我們可以適當(dāng)降低溫度，增大濕度，并且可以在室內(nèi)溫度偏高時(shí)，通過(guò)增加風(fēng)速來(lái)補(bǔ)償室內(nèi)舒適性。據(jù)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局統(tǒng)計(jì)資料表明，如果在夏季將設(shè)定溫度值下調(diào)1℃，將增加9%的能耗，如果在冬季將設(shè)定溫度值上調(diào)1℃，將增加12%的能耗[3]。

2 熱舒適評(píng)價(jià)方法

“熱舒適”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)（ASHRAE Standard）在1996年開始使用7級(jí)熱感覺(jué)指標(biāo)，如表1所示[4]：

表1 熱舒適和熱感覺(jué)評(píng)價(jià)指標(biāo)

除常用的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(jué)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)[5]。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(jué)，它是多種因素綜合作用的結(jié)果，是一個(gè)精神的、主觀的心理反應(yīng)。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(jué)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(jué)的多樣性，使得每個(gè)個(gè)體的舒適區(qū)都不盡相同，而模糊評(píng)判模型是根據(jù)群體的熱感覺(jué)建立的，不能完全適用于每一個(gè)個(gè)體[6]。因此，對(duì)室內(nèi)熱舒適性進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，發(fā)展了多種評(píng)價(jià)方法。

陶愛(ài)榮等[7]提出了模糊評(píng)判的方法，即針對(duì)傳統(tǒng)室內(nèi)環(huán)境舒適性評(píng)價(jià)方法的局限性，提出了廣義舒適感的概念，利用模糊數(shù)學(xué)方法建立多級(jí)FCE指標(biāo)，并用實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)該指標(biāo)的精度和可靠性作了檢驗(yàn)。胡平放等[8]采用了主觀評(píng)價(jià)的方法，即選擇典型大型商場(chǎng)，采用問(wèn)卷調(diào)查的方式，了解不同商場(chǎng)、不同人員對(duì)室內(nèi)環(huán)境滿意程度、可接受性和引發(fā)的癥狀水平，進(jìn)而對(duì)室內(nèi)環(huán)境舒適性進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)。數(shù)值預(yù)測(cè)方法[9]是將計(jì)算傳熱學(xué)和計(jì)算流體力學(xué)綜合應(yīng)用于室內(nèi)氣候組織的數(shù)值計(jì)算，將計(jì)算范圍擴(kuò)至建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面，根據(jù)Patankar提出的對(duì)r求調(diào)和平均的措施，建立共軛傳熱室內(nèi)環(huán)境的一種數(shù)值預(yù)測(cè)模型方法。目前還有很多基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論進(jìn)行評(píng)判的熱舒適評(píng)價(jià)方法。趙博等[10]以Matlab 6.0為開發(fā)工具，建立了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評(píng)判模型，選取不同個(gè)體對(duì)17種不同環(huán)境做出熱舒適判斷作為學(xué)習(xí)的教師，然后再對(duì)4種不同的環(huán)境進(jìn)行了驗(yàn)證。該方法能夠解決個(gè)體熱舒適差異的問(wèn)題。

魏東等[11]在分析影響人體熱舒適的六個(gè)主要室內(nèi)熱環(huán)境因素的基礎(chǔ)上，討論了PMV指標(biāo)的作用和運(yùn)算方法。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了PMV指標(biāo)的預(yù)測(cè)模型，并將PMV指標(biāo)用作空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化性能指標(biāo)，研究了空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化控制方案?？刂品椒ú捎妙A(yù)測(cè)控制滾動(dòng)優(yōu)化的思想，優(yōu)化指標(biāo)取舒適性指標(biāo)和耗能量之和。在仿真過(guò)程中，對(duì)空調(diào)區(qū)域冷濕負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)，并用Matlab軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬和。在模型不確定和環(huán)境、負(fù)荷參數(shù)不斷變化的情況下，仿真結(jié)果表明，房間的溫度基本維持在24～27℃之間，相對(duì)濕度也保持在45%～60%之間，可以做到隨外部環(huán)境參數(shù)的變化進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控。既實(shí)現(xiàn)了建筑節(jié)能的要求，又可以使空調(diào)區(qū)域內(nèi)的溫濕度保持在舒適范圍內(nèi)。

3 結(jié)論

空調(diào)系統(tǒng)主要通過(guò)控制室內(nèi)空氣的狀態(tài)（空氣溫度、濕度等）來(lái)對(duì)室內(nèi)熱濕環(huán)境進(jìn)行調(diào)控，提供令人感到熱舒適的空調(diào)房間熱環(huán)境是HVAC系統(tǒng)的首要目的。HVAC系統(tǒng)的作用點(diǎn)是人而不是室內(nèi)的空氣，以室內(nèi)人員的熱舒適指標(biāo)為控制目標(biāo)，不但可以將HVAC系統(tǒng)的作用點(diǎn)真正轉(zhuǎn)移到人體上來(lái)，同時(shí)也有利于實(shí)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)舒適性與節(jié)能性的統(tǒng)一。

［1］茅艷.人體熱舒適氣候適應(yīng)性研究[D].西安建筑科技大學(xué)，2007.

［2］閆斌，郭春信，程寶義，繆小平.舒適性空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化[J].暖通空調(diào),1999，29（1）：44-45.

［3］鄭姍姍，李炎峰，賈衡.智能建筑中建筑設(shè)備控制技術(shù)與建筑節(jié)能[J].中國(guó)建設(shè)信息供熱制冷，2005，6：27－30.

［4］牛潤(rùn)萍，陳其針，張培紅.熱舒適的研究現(xiàn)狀與展望[J].人類工效學(xué)，2004，10（1）：38-40.

［5］王昭俊，王剛，廉樂(lè)明.室內(nèi)熱環(huán)境研究歷史與現(xiàn)狀[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，33（6）：97-101.

［6］上海情報(bào)服務(wù)平臺(tái)www.istis.sh.cn.

［7］陶愛(ài)榮，虞萍.關(guān)于室內(nèi)環(huán)境舒適性評(píng)價(jià)指標(biāo)的研究[J].通風(fēng)除塵，1998，2：36-43.

［8］胡平放，鄒春，等.大型商場(chǎng)室內(nèi)環(huán)境舒適性主觀評(píng)價(jià)結(jié)果分析[J].通風(fēng)除塵，1998，2：36-43.

［9］張泠，張楠，等.共軛傳熱室內(nèi)環(huán)境數(shù)值預(yù)測(cè)模型[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2002，29（4）：92-97.

［10］趙博，連之偉，等.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)熱舒適評(píng)判模型[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，35（12）：1436-1438.

［11］魏東，潘興華，張明廉.舒適性指標(biāo)PMV在暖通空調(diào)控制中的應(yīng)用[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2004，20（1）：52-56.