關于人體熱舒適性研究的探討

摘 要：近年來，空調既要求節能又要保證舒適度越來越成為人們關注的重點內容，因此本文對于人體熱舒適性的研究進行了探討。其中討論了預測平均投票（PMV）模型和適應性（ACM）模型，對這兩個模型相關標準進行分析。

關鍵詞：熱舒適性；PMV；ACM；PPD；模型

引言：近年來，全球范圍內關于提高室內溫度的話題持續升溫。中國政府主張民眾夏天將空調的溫度調到25.5℃-26℃，但25.5℃-26℃的溫度并不適合所有人，由于個體存在差異，著裝習慣、冷熱感和對室內空氣質量要求都不同。同時，為響應政府節能號召，本文旨在確定室內溫度的設定標準，這標準即可設定最適宜室溫以提高熱舒適水平，也可滿足節能的要求[1，2] 。

一、熱舒適模型

上個世紀以來，學者們根據大基數實驗樣本建立了熱舒適模型以描述人們在建筑物內感覺到舒適的條件范圍。這個熱舒適模型有：范格爾提出表征人體冷熱感的預測平均投票PMV（Predicted Mean Vote）模型。另一種是考慮了室內人體熱中性溫度與室外氣候關系的熱舒適適應性模型ACM（Adaptive

Comfort Model）

（一）預測平均投票（PMV）-預期不滿意百分數（PPD）模型[2] 。世界范圍內，很多建筑設計過程中室內熱舒適標準都是依據于PMV-PPD指標的。預測平均投票（PMV）是由范格爾教授在美國暖通、空調、制冷工程師學會ASHRAE（2001）和國際標準ISO7730（ISO，1994）中提出的，這是評價和測量室內熱濕環境最被廣泛應用的熱舒適指數。此指標基于穩態傳熱理論，后來Nevins（1996）和McNall對其進行修正。范格爾運用經典熱傳遞理論和實證研究導出了一般舒適方程（人體熱平衡方程），包括空氣流速、平均輻射溫度、相對濕度和空氣溫度這四個基本環境參數，以及衣著和活動程度這兩個個人參數。此指標用七級分度代表同一環境下絕大多數人的舒適感。但支持這個舒適模型的理念在指定活動的最佳舒適度所要求的熱流和從人體到環境的熱流上并不平衡。

（二）適應性模型。de Dear et al.（1998）收集了21000組測量數據建立起了一個全球數據庫，基于此數據庫的拓展研究表明，自然通風和混合通風的計算方式是不一樣的，尤其是在室外溫度較高的月份。相比于范格爾模型的預測值，在建筑中，更高的室溫也會讓人們所接受。

二、熱舒適標準

（一）美國暖通空調、制冷工程師學會（ASHRAE）。ASHRAE對于在同一空間內同一環境下的大多數住戶群體可以接受熱環境做出了規定。它定義了熱舒適標準里面的“大多數”為80%的人群可以接受。ASHRAE在后續標準中進一步采取了范格爾的PMV-PPD模型和等效溫度概念并提出了舒適圖。熱舒適圖描述了PPD小于10%且PMV的值為-0.5～0.5之間的溫濕度。ASHRAE在其手冊中討論了熱舒適問題的細節部分，里面涵蓋了92個方程和130多個參數。其熱舒適模型包括了在穩態條件下覆蓋了從基礎物理熱環境到人體生理情況的人體熱舒適所有方面。估算方法隨后應用于建立各個情況下的熱環境的可接受范圍，而不是簡單的查詢舒適圖上的舒適區，而且，研究推薦舒適區及設計條件只作為參考。

（二）國際標準化組織（ISO）。國際標準化組織（ISO）提出了一種基于PMV-PPD指標的評價室內熱濕環境的分析方法。此標準考慮人體由于著裝情況和新陳代謝率所影響的熱平衡而帶來的人體冷熱感，同時也考慮了空氣溫度、熱輻射溫度、濕度和空氣流速這四個環境參數影響。

三、關于空氣流動的熱舒適性研究

早在本世紀二十年代就有學者在研究熱舒適性與空氣流動的關系。后來Rohles et al.第一次在實驗室中實行了空氣流動和人體舒適性之間的關系研究。他們在天花板上打孔以供應房間空氣，以此測試了90個主體。研究表明，皮膚溫度和主體的熱舒適性有較強相關性。實驗中，被測試對象處于七個不同典型空氣氣流中，包括正弦波（10s～60s）、隨機波、穩定波和脈沖波，其中空氣平均流速范圍是0.5～2m/s。實驗表明，正弦波使人有更強冷感。在此基礎上，他們以測試空氣平均流速控制在0.2 m/s對人體熱舒適的影響。結果表明，人體對于波動的空氣流能使人的冷感更強。

結論：關于人體熱舒適性的模型很多，在本文中介紹了較為經典的預測平均投票（PMV）-預期不滿意百分數（PPD）模型（PMV-PPD）和適應性模型。其中PMV-PPD模型綜合考慮了人體的服裝和活動情況，以及空氣溫度、熱輻射溫度、濕度和空氣流速這四個參數，因其考慮的因素較為全面，是使用最為廣泛的熱舒適模型。而適應性模型在數據庫的基礎上，比PMV-PPD模型多考慮了更為極端情況，因此也有一定的合理性。根據這些模型，各個標準組織或機構制定了相應的標準，其中以美國暖通空調、制冷工程師學會（ASHRAE）和國際標準化組織（ISO）制定的標準使用最廣。在使用這些模型或標準的時候要注意人們個體之間的差異性，并且其推薦值或計算式。另外，本文還討論了空氣流動速度以及周期性空氣流動對人體的熱舒適性的影響，結果表明人對于波動的空氣流感覺更為敏感。

參考文獻：

[1] 丁穎慧，陳濱，陳星，《關于熱舒適模型研究發展的綜述》，《暖通空調》[J]。2006年36卷9期，29-34。