1、 高校校園建筑教室熱濕環境熱舒適性文獻綜述一、摘要 隨著經濟和社會的發展人們對于衣食住行等生活各個方面的要求都趨于理想化，高水平化，特別注意的是對于我們所處的生活環境熱舒適性的要求也愈來愈高，室內的熱舒適性受到越來越多的關注。熱舒適在ASHRAE Standard 54-1992 中定義為：人體對熱環境表示滿意的意識狀態。較高的室內熱濕環境質量直接關系到學生的學習和身心健康，為了進一步研究北京高校建筑室內的熱舒適狀況，通過對國內的熱舒適性研究文獻查閱，最終確定研究的方向和方法，采用現場測試和問卷調查的方法從客觀和主觀兩個方面分析的高校建筑室內的熱舒適狀況， 這項研究的目的是通過測試來確定我國北
2、方地區校園建筑內的熱舒適狀況，分析溫度、濕度、風速、平均輻射溫度等因素對熱舒適的影響程度，以及學生的熱感覺和熱期望，為制定合適的校園過渡季和采暖季室內熱環境標準及調控方法提供依據。關鍵詞：現場測試 主觀調查 教室室內的熱舒適性 室內熱濕環境 二、前言近年來，國家在環保、低碳、節能工作上十分重視，因此建筑節能工作也得到了大力推動。在此形勢下，綠色校園建筑受到了很多人的關注。高等學校是人才培養的重要基地，在滿足師生提供舒適健康的工作、學習和生活環境的前提下，同時需要在節能減排方面起到引領和示范作用，為此，研究能夠同時滿足舒適和節能要求的校園建筑室內環境條件顯得十分重要。在以往開展的研究中，大多是針
3、對某個季節進行的，并且大多是嚴寒地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區，而在地域廣闊的寒冷地區，研究較少。熱舒適在ASHRAE Standard 54-1992 中定義為：人體對熱環境表示滿意的意識狀態。建筑熱環境不僅僅關系到人體的熱舒適和健康，而且還關系到人與城市、資源和環境的可持續和諧發展。其研究的實際意義是以人體熱感覺和所處環境適應性為核心來研究熱舒適性，也可以解決人體熱舒適要求的建筑環境的構建問題等。學校作為培養人才的重要場所，室內環境熱舒適狀況直接影響著學生的學習效率，有著更深遠的社會意義。這項研究的目的是通過測試來確定我國北方地區校園建筑內的熱舒適狀況，分析溫度、濕度、風速、平均輻射溫度
4、等因素對熱舒適的影響程度，以及學生的熱感覺和熱期望，為制定合適的校園室內熱環境標準及調控方法提供依據。人體熱舒適研究對于評價室內環境質量具有重要意義。Fanger教授2根據歐美人種熱反應數據熱反應建立PMV預測平均投票模型被世界各地很多學者通過人工氣候實驗所驗證，得到廣泛的使用。而與此同時， 也有很多研究者通過現場調查發現，PMV預 測 結 果 與TSV（ thermal sensation vote，熱感覺投票）在偏離熱中性 的 環 境中往往存在偏差。Fanger等人匯總分析了研究者們在曼谷、新加坡、雅典和布里斯班非空調建筑中的現場調查結果， 發現PMV 擬合線與TSV擬合線之間存在較為明顯
5、的剪刀差現象。類似的剪刀差現象，江燕濤等人連續進行了全年的現場調查， 結果發現，無論在偏熱還是偏冷的環境下， 受 試 者 熱 感 覺 實 際 投 票 值 TSV 都 比 預 測 值PMV 更接近中性，即人們對熱感覺的主觀判 斷比預測的敏感程度要小。對于剪刀差現象的產生,Fanger教授將其歸結為心理因素的影響,并提出期望因子模型，用一個表征人們對所處環境期望值高低的心理期 望因子來修正PMV計算值，針對不同地區不同人種,的取值有所區別。以 Brager 和de Dear為代表的學者則提出了適應性熱舒 適 模 型 ，認為人體并不是環境的被動接受者，擁有生理適應、心理適應和行為適應這三種主動適應模
6、式。三、主題 由于文獻顯示對北京地區的熱舒適研究較少，所以，從2016年10月-11月開始對北京地區某大學教室開展了為期兩個月的現場研究，目的在于了解北京市校園建筑在過渡期和采暖期室內熱舒適狀況。回顧過去的研究工作，人體熱舒適的研究方法有實驗室研究和現場研究兩種。 由于人體熱舒適是一門關于建筑物理學、生理學和心理學的綜合學科，因此各 種研究方法的基本思想都是通過測試室內熱濕環境參數、 測試人體生理參數， 調 查人體的熱感覺投票來研究人體對熱濕環境的生理和心理反應。 實驗室研究可以精確控制環境變量，將一或兩個變量分離出來， 研究當其他 幾個變量不變時，這一、兩個變量的變化對人體熱舒適的影響。很多
7、重要的熱舒 適指標如 PMV-PPD 指標等都是在實驗室里獲得的。 但現實的室內環境與人造的實 驗室環境是不同的，比如實驗室研究不能模擬太陽輻射等因素， 因此必須進行現 場研究。現場研究綜合考慮了 6 個熱舒適影響因素及其他影響因素，如過去的熱 經歷、 人體的自主調節能力等對人體熱舒適的影響。 人體的適應性模型便是現場 研究的產物。 兩種研究方法各有優缺點， 在人體熱舒適研究過程中相輔相成，均不可或缺。目前國內主要研究有：1994年清華大學有人提出一種以熱舒適度熱舒適指標PMV等于零作為控制的目標來追求節電、舒適的目的，在空調系統中采用了智能控制技術與智能信息處理的智能控制器。2000年郭富軍
8、等在空調最優最優控制系統中應用了熱舒適性指標。湖南大學葉國棟直接、間接制作了一定的方法對舒適空調中的舒適度進行了分析，同時對溫度進行了分析和測量并詳同對其工作原理進行了更深的了解和探討。2001年于航等人研究了暖通系統中應用了模糊控制對PMV的方法，同時控制傳統的PID控制方法進行了深入的比較，最終結論是模糊控制PMV的方法不僅可以節約能源也可以滿足人們對舒適性要求。2002年黃國輝一邊用模糊控制壓縮機的轉速，一邊調整舒適度要求。2004年申歡迎將PMV提出一種用模糊控制，控制PMV指標和室內冷負荷的方法來控制空調的舒適度。2005年梁健設計了控制舒適度的控制器。2006年韓滔研究動態舒適度指
9、標控制情況。2007年劉偉偉等評估了人體舒適性模型用神經網絡，最終得到一個最優的組合通過神經網絡控制器從而實現不同的熱舒適性要求。2008年重慶大學劉慧芳，通過研究提出了使用動態熱舒適性指標的方法。2010年重慶大學徐濤以某居住小區住戶作為研究問題對象，測試分析 不同狀況下的自然通風的熱舒適性溫度在動態的室內環境。國外研究發展歷程：1）關于氣流運動對人的舒適性影響的研究起源于實驗室，早期相關標準中關于風速的限值也是根據實驗室研究結果確定。代表：美國ASHRAE實驗室：氣流運動與熱舒適；丹麥技術大學：Fanger舒適方程；英國電氣協會研究中心：關于通風對熱舒適性2）上世紀八十年代，國外科學家就有
10、熱舒適性控制的想法，從控制溫度慢慢發展成控制控制舒適度，控制方法從手控制動到智能控制。代表：1982年kaya提出一種使用最優控制方法是能耗最小的HVAC系統，通過控制空氣溫度、濕度、和風速并且保證室內狀態大致ASHRAE所推薦的熱舒適度指標范圍。1986年Mac Arthur 第一次將控制空調的控制系統的熱舒適度指標PMV做為了控制對象，并提出設定不同溫度在不同的濕度下使PMV達到目標，結果表明，這種控制方法會比傳統的控制方法節能10%左右。1998年Maher根據模糊邏輯控制以PMV為目標，設計風速和溫度的一個多變量控制器，結果表明，這是一種既能滿足人的熱舒適性也能節約能耗的HVAC系統。
11、1999年Xia等人把PMV控制使用在了變風量空調系統中，使用HVASIM仿真軟件模擬研究的。Goto等人將一視室內環境的溫度和濕度設定為定值然后通過調整風速來使PMV達到舒適要求的范圍內。Kakegawa等人通過控制窗戶的開度變化情況來控制PMV，通過PMV的控制實現人體熱舒適性。2000年通過控制算法來實現PMV控制建立空調的舒適控制模型。2003年Nassif找出了HVAC系統最優值通過遺傳算法以使舒適度合適的范圍內，并且可以節約能源。2005年Gouda實現自冷卻和除濕采用自然通風的方法，使室內空氣品質和熱舒適度得到滿足。Freire假定一個能夠測量的控制變量，在HVAC中應用模糊預測
12、控制系統當中實現人體舒適度的要求。 通過對熱舒適度研究的發展脈絡，發現國內外的熱舒適研究已經發展的比較成熟，很多的前輩們為我們打下了很好的基礎。但是對于室內熱舒適性的研究最困難的一點就是對于服裝熱阻的計算方法，目前并沒有一個標準的規范對于中國的服裝熱阻的總結。最近的研究中8，建議以我國標準中的測量方法為基礎，將 ASHRAE標準中的相關規定作為補充，測量“中國特色”的服裝類型的熱阻情況，ASHRAE及ISO標準中的數據庫進行補充，建立適合我國各地 區使用的服裝熱阻數據庫。此外，可結合國內熱舒 適調研的常用方法，提出成套服裝的新的熱阻計算 方法，使國內的熱舒適研究更規范、準確。 四、 總結1）在
13、以往開展的研究中，大多是針對某個季節進行的，并且大多是嚴寒地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區，而在地域廣闊的寒冷地區，研究較少，而且大多數文獻中對于服裝熱阻的計算方法并沒有詳細介紹，而且ASHRAE和ISO標準，并不是所有的都是用于中國。2）在僅有的有關寒冷地區的熱舒適性研究中，復合通風模式下的熱舒適性研究僅有天津工業大學的天津初夏某大學復合通風教室著裝習慣和熱舒適的調查研究（1）自然通風模式 9，研究的是在自然通風和空調通風模式下的學生著裝習慣和熱舒適性。比較好的一點是通過選學生體重作為確定樣本總量的方法，是比較新穎的。這篇文獻給該校過渡季以空調通風和自然通風的復合式通風對學校的節能提供了良好
14、的方案。3)北京校園建筑夏冬兩季室內熱舒適性現場調查研究11和北京地區大學教室熱舒適長期調查研究12是唯一的兩篇將北京全年氣候和氣候影響較大的夏季和冬季教室室內熱舒適性綜合研究的文獻，并且對于地域差異也有考慮。前文將TSV和PMV之間剪刀手的差異出現情況詳細的用實驗和主管調查問卷說明，但是在每一個季節樣本量選擇還是比較少的。后文的出在過渡季的大多數時間內可以用自然通風的方式滿足受訪者對于是內熱環境的要求。4）由調查研究15知道，北京冬季人體預測中性溫度為 21 . 3 ,而根據主觀投票得到的中 性溫度為 20. 7 ,二者相差0. 6 。 這表明將相對濕度 、風速 、服裝熱阻 、新陳代謝率的數
15、值進行標準化之后 ,即使是在現場調查中 , PMV 模型也仍然能夠較為準確地預測人體中性溫度 。在冬季寒冷的氣候條件下 ,當 室內 作業溫度低于中性溫度時 ,人們對于偏冷的室內 環境表現出耐受性 。 而當室內 作業溫度高于中性溫度時 ,人對于冷環境的 適應性被影響 , 表現出 對熱的 不適應性 。 因 此 ,冬季將室內 溫度維持過高 ,不僅浪費能源 ,同時也會引 發人們的不舒適感 。室外溫度越低 ,人對于冷環境的適應性就越強 ,對偏熱環境的 適應性就越差 ,越容易 覺得熱 。室外溫度的高低 ,對于人體熱適應性的形成起著非常重要的作用 。 五、參考文獻1 INTERNATIONAL STANDA
16、RD ISO77302 朱穎心. 建筑環境學M. 北京：中國建筑工業出版社，2005.3吳婧. 室內空氣流速與人體舒適及生理應激關系的研究D. 碩士學位論文. 重慶：重慶大學，200510014譚青. 夏季教室通風速率對人體熱舒適影響研究D.碩士學位論文. 重慶：重慶大學，20115李武剛.冬季高校教室熱舒適性控制方法研究D.學位論文 西安：西安建筑科技大學， 20156諸葛陽，盧雅林，宋潞云，張曼，王祺麟，錢華. 南京高校室內冬季熱舒適性和IAQ調查研究J 建筑熱能通風空調，2016，35（6）7王劍，郭曉男，王昭俊.嚴寒地區春季教室內知識背景對舒適影響的研究J 嚴寒地區，2008，24（6
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