1、1自然通风环境下的热舒适分析摘要：自然通风除了能减少传统空调制冷系统的使用, 降低能耗之外, 还有着更好的热舒适性。本文结合现阶段三种热环境评价标准，简要论述了 PMV 修正模型和适应模型，分析探讨了自然通风热舒适补偿评价模型。 关键词：自然通风环境、热舒适、PMV、适应模型 中图分类号：B845.6 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 建筑是人们生活与工作的场所，现代人类大约有 80%的时间在建筑物中度过，人们渐渐认识到建筑内环境品质如声环境、室内光环境、热湿环境及室内空气品质对人的身心健康、舒适感及工作效率都会产生直接的影响。随着经济的发展,提高生活质量已日益为人们所关心。改善室内环境，
2、尤其是室内热湿环境,是提高生活质量的主要途径之一。 二、热环境评价标准 1、生存标准 由于人的体温影响体内化学反应速度，尤其是酶系统最佳工作状态的维持，只允许体温在很窄的范围内波动，因此，机体内热调节系统的首要任务是使人在休息时能保持体温恒定在(370.15)左右，超过或2低于标准体温 2时,在短期内还可以忍受，但如持续时间太长时，就会损害健康,甚至危及生命； 2、舒适性标准 人可生存、适应的热环境往往并不一定使人感到舒适，在人类赖以生存的热环境范围内，只有一较小的范围可定义为热舒适区域； 3、工作效率标准 热环境会影响人的敏感、警觉、疲乏、专注和厌烦程度，通过上述作用对体力劳动和脑力劳动的效
3、率产生影响。热舒适指标是表示人们对室内热环境满意程度的一项重要指标。我们这里讨论的主要是热环境的舒适性。 三、PMV 修正模型 由 Fanger 提出的 PMV 指标以大量的实验室控制环境下的人体热反应为基础,综合考虑了 6 个客观物理因素的影响,包括 4 个环境因素(温度、湿度、风速、平均辐射温度)和 2 个人为因素(活动量和衣着量),将反映人体客观生理现象的人体热负荷与人的主观热感觉用一个指数函数联系起来,较为合理地反映了人体的主观感觉和客观物状态之间的关系,成为稳态空调环境下评价人体热感觉的公认的国际通用指标和热舒适标准ASHRAE55 和 ISO7730 的基础。 为了使 PMV 模型
4、在非空调环境下也能适用,Fanger 提出了在温暖气候下非空调房间 PMV 的修正模型,引入了一个值为 0.51 的期望因子 e 来修正当量稳态空调条件下计算出来的 PMV(如式(1)所示),并给出了不同气候3条件下不同区域的期望因子 e。 PMVe=ePM V（1） 图 1 比较了在非空调环境下采用 PMV 修正模型的预测结果与热舒适实测结果,从图中可以看出,PMV 修正模型的预测结果与实测结果吻合程度有所提高,但一个很明显的缺陷是,在实测结果中当受试者认为自己处于热中性时,修正后的 PMV 值依然是 0.3,即 PMV 修正模型并不能在受试者认为热中性时正确地给出预测值 0。 图 1 在非
5、空调环境下采用 PMV 修正模型的 预测结果与热舒适实测结果比较 四、适应模型 适应模型是基于对热舒适的大量的现场调研结果,针对 PMV 模型在自然通风环境下失效的问题,在 1998 年首次提出的。适应模型认为,PMV 指标建立的基础热量平衡模型是严格的实验室产物。实验过程中,人被看作是人造环境中天气变化的被动接受者,而不是实际情况下可在更大的温度范围内自然调节的适应者,因此现有的热舒适标准的热量平衡模型并不能反映出人们感受环境、改变行为或逐步调整自己的期望值以适应环境的复杂方式,人们对温度的实际选择标准和基于实验基础上的标准相去甚远。适应模型认为人体有 3 种基本的适应模式。 1、生理适应
6、4在长期特定的且相对残酷的热环境下形成的生物体反应。 2、行为适应 人们改变身体热量平衡所做的有意或无意的行动,比如换衣服、改变活动量、打开风扇等；适应模型认为在自然通风环境中,用户通常拥有更多的环境控制手段,这也是用户感到更舒适的一个重要原因。 3、对热环境的心理适应: 人们由于自己的经历和期望而改变了的对客观环境的感受和反应。适应模型认为这是解释自然通风建筑中实际观测结果和 PMV 预测结果不同的主要原因。 适应模型认为建筑用户对温度的期望,进而对室内舒适度的期望会随室外温度的改变而改变,经过大量的数据统计,适应模型提出将室内最优的舒适温度和月平均室外温度(月平均最高温度和最低温度的代数平
7、均值)联系起来,并得到一个线性回归公式。deDear 和 Brager 给出的公式如式(2)所示。 （2） 式中 tcomf 为室内最优的舒适温度；ta.out 为室外空气平均温度。 Humphreys 等人给出的线性回归公式略有区别,如式(3)所示： （3） 适应模型根据 90%和 80%可接受舒适度定义了一个室内舒适温度的范围,如图 2 所示。在实际应用中,可计算出指定月份的最高和最低气温的平均值,而后根据图 2 确定自然通风建筑中室内有效温度的可接受范围。在建筑的设计阶段,可将建筑热环境模拟模型计算出的自然室温数值和利5用图 2 确定的数值进行比较,以确定利用自然通风是否能达到舒适要求,
8、或是否需要空调系统。 图 2 自然通风建筑的适应性热舒适标准 五、对自然通风热舒适补偿评价模型的探讨 针对自然通风环境下的热舒适问题而提出的 PMV 修正模型和适应模型，两者均有可取之处。在 PMV 修正模型中，将自然通风环境下 PMV 和TSV 的不吻合主要归结到人的心理期望，没有考虑人自身的热适应行为，也没有充分考虑室外气候的影响，因此，该模型在自然通风建筑中应用时有较大的误差。而在适应模型中，关于自然通风环境与稳态空调环境的区别有不少认识和观点是值得借鉴的，但其所提出的统计模型完全没有考虑影响人体生理热平衡的环境参数，并不能反映实际机理。因此，在研究、建立我国自然通风热舒适评价上，结合国
9、内外研究现状及我国的气候特征，笔者认为，应综合 PMV 修正模型和适应性模型的优点，发展一种适用于我国自然通风环境下的系统评价指标。该评价指标模型除了 PMV 所反映的 6 个主、客观因素的影响以外，还必须包含反映动态热环境特有的风速和温度变化的湍动特性参数、人的心理期望、人的精神紧张程度等参数。所以，基于适应性评价模型，还应重点考虑以下两个因素： 2、热舒适区的宽度范围 6适应性模型以中性温度为中心，以 90%的人可接受舒适区宽度为 5 和 80%的人可接受舒适区宽度为 7 定义室内舒适温度的范围，建立自然通风环境下的热舒适区。但是这个热舒适区宽度是针对欧洲人和美国人的人体热感觉数据所得出的
10、，中国人与欧美人的饮食结构不同，人体代谢率不同，人们对热环境的心理适应性、心理期望值不同，所以不能直接作为中国人的热舒适区。冬季欧美人感觉热舒适的室内温度，中国人可能会觉得偏高。目前，我国对自然通风建筑的同类分析还不足，许多方面仍在研究探讨中。 3、不同气候区的评价差异，适应性模型主要表征室外气候对人体的热舒适影响，不同气候区域的评价模型应有所区别。我国地域辽阔，南北气候迥异，气候类型多种多样，故应对各个气候地区的居室环境、人体热感觉分别进行理论和试验研究。近年来，国内的一些研究者通过对不同地区人体的热舒适和热感觉进行现场问卷调查研究，获得了不少成果。通过对比其研究结果，发现对同一气候区的热舒
11、适评价模型存在较大差别。鉴于此差异，研究者应充分了解各地气候特征，掌握不同地区人体对气候的适应能力，建立统一的热舒适性评价标准。 六、结语 综上所述，在细致分析自然通风环境与空调稳态环境的物理参数的基础上，根据我国各个气候区的特点，发展一种适用于我国自然通风环境下的热舒适性评价指标。该指标基于适应性模型，综合考虑类似 PMV 评价指标的各个主要参数，系统、准确地预测和评价自然通风热舒适性，7以建立我国自然通风热舒适评价指标。 参考文献： 1 王磊 龚波 余南阳：自然通风热舒适性 ， 哈尔滨工业大学学报 ， 2009 年 12 期 2 欧阳沁 戴威 周翔 朱颖心：自然通风环境下的热舒适分析， 暖通空调 ， 2005 年 08 期
