淺談空調環境下的室內熱舒適及其評價方法

連曉宇 田自群

（1.洛陽市規劃建筑設計研究院有限公司 河南 洛陽 471000；2.林同炎李國豪土建工程咨詢有限公司 中國 上海 200437）

0 前言

隨著科技、經濟的日益發展，人類賴以生存的室內環境已經發生了質的飛躍。由于人的一生中有絕大部分時間是在室內度過的，室內環境狀況對人體的生長發育、健康以及工作效率等有著密切的關系。特別是近年來空調系統的廣泛應用使得人們更加依賴于室內環境。所以研究人體熱舒適，創造健康、舒適、安靜、清潔的室內環境，是非常必要的。

1 熱舒適影響因素分析

人體熱舒適是多個因素相互作用的結果，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其所處的局部氣候產生的不冷不熱的主觀感覺，是人們在眾多因素作用下的主觀反映。美國采暖、制冷和空氣調節工程師學會（ASHRAE）在55－56標準中，給出了熱舒適環境的定義為：人在心理狀態上感到滿意的熱環境。國內外的廣泛研究表明，影響人體熱舒適的主要因素可以歸結為六個，與環境有關的四個因素：平均輻射溫度、空氣溫度、空氣速度及相對濕度；與人有關的兩個因素：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境參數，如吹風，垂直方向較大的溫度梯度以及輻射溫度的不對稱等。而人體的心理因素、性別差異、地區、以及種族差異等也使得不同人體對熱感覺的評價有一定的差異[1]。

很多相關研究[2]都給出空氣溫度、相對濕度、空氣流速等參數對人體熱舒適及能耗的影響，例如室內空氣溫度對人體熱舒適影響很大；在一定溫度范圍內可以通過增加室內風速來實現更佳的室內舒適性；室內相對濕度對人體舒適性不是很明顯，但是對空調系統能耗的影響很大。因此，在溫濕度允許范圍內我們可以適當降低溫度，增大濕度，并且可以在室內溫度偏高時，通過增加風速來補償室內舒適性。據美國國家標準局統計資料表明，如果在夏季將設定溫度值下調1℃，將增加9%的能耗，如果在冬季將設定溫度值上調1℃，將增加12%的能耗[3]。

2 熱舒適評價方法

“熱舒適”是指人體對熱環境的主觀熱反應。Bedford在1936年提出熱舒適的7級評價指標，美國供暖、制冷與空調工程師協會（ASHRAE Standard）在1996年開始使用7級熱感覺指標，如表1所示[4]：

表1 熱舒適和熱感覺評價指標

除常用的PMV指標外，各國學者針對各自不同的目的提出了許多用于評價人體熱感覺與熱舒適的指標，其中比較有代表性的指標有：有效溫度和標準有效溫度（美國）；卡他冷卻能力、當量溫度和主觀溫度（英國）；預測平均投票數和預測不滿意百分數（丹麥）；熱應力指標；濕球黑球溫度計指數[5]。對室內熱舒適性的評價指標規定，我國可依照的相關標準包括 《中等熱環境PMV和PPD指數的測定及熱舒適條件的規定》（GB/T18049-2000）、采暖通風與空氣調節設計規范（2001 年版）等。

人體熱舒適是人們對周圍熱環境感到滿意的一種主觀感覺，它是多種因素綜合作用的結果，是一個精神的、主觀的心理反應。最初人們對空調熱環境進行評價時，是用傳統數學方法，對熱感覺各個級別間原本很模糊的邊界給于精確的界定。這樣就會出現用精確數學處理熱舒適反而不精確的現象。引入模糊數學方法建立模糊綜合評判模型，這是一種比以前更加科學的熱舒適評判體系，但由于每個人生理上的差異及主觀感覺的多樣性，使得每個個體的舒適區都不盡相同，而模糊評判模型是根據群體的熱感覺建立的，不能完全適用于每一個個體[6]。因此，對室內熱舒適性進行評價時，發展了多種評價方法。

陶愛榮等[7]提出了模糊評判的方法，即針對傳統室內環境舒適性評價方法的局限性，提出了廣義舒適感的概念，利用模糊數學方法建立多級FCE指標，并用實驗的方法對該指標的精度和可靠性作了檢驗。胡平放等[8]采用了主觀評價的方法，即選擇典型大型商場，采用問卷調查的方式，了解不同商場、不同人員對室內環境滿意程度、可接受性和引發的癥狀水平，進而對室內環境舒適性進行主觀評價。數值預測方法[9]是將計算傳熱學和計算流體力學綜合應用于室內氣候組織的數值計算，將計算范圍擴至建筑圍護結構外表面，根據Patankar提出的對r求調和平均的措施，建立共軛傳熱室內環境的一種數值預測模型方法。目前還有很多基于神經網絡理論進行評判的熱舒適評價方法。趙博等[10]以Matlab 6.0為開發工具，建立了BP神經網絡評判模型，選取不同個體對17種不同環境做出熱舒適判斷作為學習的教師，然后再對4種不同的環境進行了驗證。該方法能夠解決個體熱舒適差異的問題。

魏東等[11]在分析影響人體熱舒適的六個主要室內熱環境因素的基礎上，討論了PMV指標的作用和運算方法。利用人工神經網絡建立了PMV指標的預測模型，并將PMV指標用作空調系統的優化性能指標，研究了空調系統優化控制方案。控制方法采用預測控制滾動優化的思想，優化指標取舒適性指標和耗能量之和。在仿真過程中，對空調區域冷濕負荷進行預測，并用Matlab軟件進行數據擬和。在模型不確定和環境、負荷參數不斷變化的情況下，仿真結果表明，房間的溫度基本維持在24～27℃之間，相對濕度也保持在45%～60%之間，可以做到隨外部環境參數的變化進行實時調控。既實現了建筑節能的要求，又可以使空調區域內的溫濕度保持在舒適范圍內。

3 結論

空調系統主要通過控制室內空氣的狀態（空氣溫度、濕度等）來對室內熱濕環境進行調控，提供令人感到熱舒適的空調房間熱環境是HVAC系統的首要目的。HVAC系統的作用點是人而不是室內的空氣，以室內人員的熱舒適指標為控制目標，不但可以將HVAC系統的作用點真正轉移到人體上來，同時也有利于實現空調系統舒適性與節能性的統一。

［1］茅艷.人體熱舒適氣候適應性研究[D].西安建筑科技大學，2007.

［2］閆斌，郭春信，程寶義，繆小平.舒適性空調室內設計參數的優化[J].暖通空調,1999，29（1）：44-45.

［3］鄭姍姍，李炎峰，賈衡.智能建筑中建筑設備控制技術與建筑節能[J].中國建設信息供熱制冷，2005，6：27－30.

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

［5］王昭俊，王剛，廉樂明.室內熱環境研究歷史與現狀[J].哈爾濱建筑大學學報，2000，33（6）：97-101.

［6］上海情報服務平臺www.istis.sh.cn.

［7］陶愛榮，虞萍.關于室內環境舒適性評價指標的研究[J].通風除塵，1998，2：36-43.

［8］胡平放，鄒春，等.大型商場室內環境舒適性主觀評價結果分析[J].通風除塵，1998，2：36-43.

［9］張泠，張楠，等.共軛傳熱室內環境數值預測模型[J].湖南大學學報：自然科學版，2002，29（4）：92-97.

［10］趙博，連之偉，等.基于神經網絡的室內熱舒適評判模型[J].哈爾濱工業大學學報，2003，35（12）：1436-1438.

［11］魏東，潘興華，張明廉.舒適性指標PMV在暖通空調控制中的應用[J].北京建筑工程學院學報，2004，20（1）：52-56.