201 各气候分区的实际可接受温度区域的探讨.doc

各气候分区的实际可接受温度区域的探讨*国家科技支撑计划重大课题（编号：2006BAJ02A09）资助，重庆市科技攻关计划项目（编号：CSTC,2008AB7110）资助，国家科技支撑计划重大课题子课题（编号：2006BAJ02A13-4）资助 重庆大学 苏莹莹 丁勇 重庆市规划设计研究院 杨涌泉摘要：目前，ASHRAE55-2004和 ISO7730是世界上普遍采用的评价和预测室内热环境热舒适程度的标准。可是，一系列实地测试表明，这类模型并不能准确地预测出人体的热反应及相应的实际可接受温度区域。本文通过对比国内各气候分区的实际可接受的温度区域，发现冬季可接受的温度区域的下限普遍低于18，平均水平是16，夏季可接受的区域温度上限高于26，平均是28，与国际标准给定的区间有所差异；且不同类型建筑及男女所对应的温度区间也有所不同。这些发现不仅为国家冬夏季空调基准温度设定的调整提供一定的依据，对形成具有我国特色的热舒适标准的提供一定的数据支撑。关键词：热舒适 可接受温度 中性温度 Bin法线性Discussion of the actual region of acceptable temperature in each climate zone of China By Su Yingying, Ding Yong and Yang Yongquan Abstract: At present, the standards of ASHRAE55-2004 and ISO7730 is wildly used, but lots of tests showed that these standards were not exactly used in China. So in this paper, by analyzing the region of acceptable temperature in five climate zones, we can find that acceptability ranges lower limit in winter is lower than 18, meanly is 16, while in summer the acceptability ranges higher limit is higher than 26, meanly is 28. In addition to this, we can also find that the region of acceptable temperature of different kinds of buildings and different gender has discrepancy. And therefore, the study of this paper not only contribute the setting of electrolyte temperature of air-conditioning in summer and winter, but also is a basic database for drawing up thermal comfort standard of China. Key words: public buildings; energy audit; energy statistics; energy using characteristics1 前言热舒适是居住者对室内热环境满意程度的一项重要指标。关于人体热舒适和热环境之间关系的研究从本世纪初便开始了。目前，ASHRAE55 - 20041和 ISO 77302是世界上普遍采用的评价和 预 测 室 内 热 环 境 热 舒 适 程 度 的 标 准。ASHRAE标准中给出了至少满足 80 %居住者的舒适区。ISO 7730 阐述了丹麦工业大学 Fanger 教授提出的预测人体热感觉指标 PMV。与 PMV模型相似的还有Gagge 教授提出的有效温度指标(ET)和标准有效温度指标(SET)3。这类模型共同的特点是它们认为环境参数不随时间改变 ，而且把人体看作是外界热刺激的被动接受者。一定的热环境参数对人体的作用 ，是通过两者之间的热湿交换来影响人体的生理参数 ，进而产生不同的热感觉。所以 ，这类模型可以被认为是稳态的和以热平衡方程为基础的。按照这一类模型制定的 ASHRAE标准旨在营造一种稳态的、至少80 %居民能够接受的热环境。可是，一系列实地测试表明，这类模型并不能准确地预测出人体的热反应及相应的实际可接受温度区域4。国内的一些学者：如重庆大学的李百战教授、姚润明教授和清华大学的江亿院士等通过对国内可接受温度区间和中性温度的研究，发现与标准给定的有一定的差距5-13。另一方面，随着我国能源的短缺，降低空调能耗是实现节能很重要的举措，而空调温度的设定高低对于能耗由很大的影响，我国冬夏季空调温度设定到底多少合适？此外，国际热舒适标准很多，但是针对于我国的热舒适标准却没有出台。本文旨在研究对比和分析全国可接受温度范围，为解决上述问题提供一定的数据支撑。2 研究方法在国内各个地区都有对在自然通风环境下对热舒适的研究，通过分析，虽然各自在研究对象上有所不同，但是研究方法却大同小异，多是现场测试的方法。2.1 研究对象在分析的文献中，在热舒适方面研究的对象主要是针对住宅和高校公寓和教室等建筑。2.2 研究的方法（1）现场实测研究方法在调查热舒适过程中，普遍的研究方法如下：一是对房间物理参数的测量，包括空气温度、相对湿度和空气流动速度。所用的测量仪器是干湿球温度计和热线风速仪。二是问卷的形式，内容包括：基本的背景情况，如年龄、性别，在北京居住的时间，办公室是否有空调等；调查时刻居民的热感觉 ，以及对此时环境的风速、空气清新程度和潮湿状况的主观评价。热感觉投票值采用 ASHRAE的 7 级指标表示( - 3 冷，- 2 凉，- 1 凉爽，0不冷不热的中性状态， + 1有点热，+ 2 热，+ 3很热)；通常采用的改善室内热环境的适应性措施，包括遮阳、风扇等有关改变房间物理参数的手段和人员增减衣服、喝饮料等自身的适应性行为。（2）中性温度和可接受温度计算方法在计算中性温度时，普遍用的是根据现场调查的问卷，根据调查人员的热感觉投票值得出对应的AMV值，测试期间的AMV及相关环境参数，采用Bin法后进行线性回归，即以每一个被划分的室内温度区间的中心温度值作为自变量，被调查者在每一温度区间内的投票值的平均值AMV作为因变量进行线性回归，得到相应的回归曲线（AMV随室内温度变化曲线），当AMV为0时，对应的温度即为该地区的中性温度。有PMV-PPD模型，当PPD=20%时，PMV=0.85。在实际过程中，把AMV=0.85带入AMV与室内温度回归的曲线，即可得出实际可接受温度范围。3 研究内容3.1 严寒地区文献5在2000年12月至2001年1月，对哈尔滨市2个住宅小区66户住宅的室内热湿环境及其中的120名居民的热舒适性进行了现场调查。得出的舒适温度区域为16.6-25.2（男）、18.4-25.4（女），中性温度为20.9（男）、21.9（女）。文献6于 2006 年 12 月中旬至 2007 年 1 月中旬对哈尔滨市某高校 33 间教室冬季热环境进行了为期一个月的现场调查和测试，受试者 643 名，其中男生 458 人，女生185 人。女生的舒适温度区域为18.5-24，热中性温度为22.01,男生的舒适温度区域为16.9-25.2，热中性温度 19.97。3.2 寒冷地区文献7 在1998 年夏季进行了一次北京市居民住宅热舒适调查，选择调查的 88 家住户基本上没有装空调 ,或虽然有空调 ,也处于极少开启的状态。在选择这些住户时 ,主要考虑了房间的楼层、朝向以及自然通风情况。调查了总楼层为26层的低层建筑及总楼层为 20 层的高层住宅。得出的舒适温度区域为22.6-28.0，中性温度时25.3。文献8是在2005年4月25日至5月25日对西安建筑科技大学校内，一栋为24层的高层建筑和一个七层的多层建筑内的152居民进行调查，其中男性85人，女性67人，室内均为开启空调。得出女生的舒适温度区域为19.6-27.4，热中性温度为23.50,男生的舒适温度区域为18.1-25.6，热中性温度21.87。3.3 夏热冬冷地区文献9于2005年4月到2006年6月对重庆大学教师的室内热环境作了相关调查。室内没有任何制冷和采暖设置，服装平均热阻1.42clo。夏季得出的舒适温度区域为22.2-29.3，中性温度为25.7，冬季舒适温度区域为14.1-24.2，中性温度为19.12。文献10于2005 年3月24日至4月 23日对湖南大学校内两栋教学楼及一栋学生宿舍楼进行测试。得出的舒适温度区域为12.9-30.6，中性温度为21.73。文献11于2004年1月到2005年1月，对湖南大学教学楼内的学生做了热湿环境调查，问卷509份，其中男性为344名，女性为246名。湖南本地人的舒适温度区域为9.1-32.7，热中性温度为20.92，在该学校的北方人的舒适温度区域为12.6-35.9，热中性温度为24.27。文献12于2007 年 10 月到 2008 年 1 月在武汉某高校教室内进行测试，共进行 42 次现场测试，收集样本1725例 测试对象以高校学生为受试主体，年龄段为 2125岁，男女比例大约为4：1，中性温度为21.7。3.4 夏热冬暖地区文献13在东莞理工学院实验室进行了实验测试，测试年龄段为15岁到65岁之间，人员是广东人和外地人。测得男性的舒适温度区域为19.5-29.1，中性温度为24.23，女性的舒适温度区域为19.5-28.8，中性温度为24.11。对于温和地区，由于该地区气候比较宜人，人们对环境比较满意，这方面的研究要少些。4 分析讨论4.1 数据对比从上面各个文献得出了各类建筑和地区人们所对应的舒适温度区域和中性温度，汇总以上数据见表1.表1 各个地区现场研究结果统计（自然通风建筑）调查人员调查时间调查地点气候特点建筑类型热感觉回归方程相关系数实际可接受的温度范围中性温度王昭俊2000.12-2001.1哈尔滨严寒住宅TSV=0.199t-4.1580.658216.6-25.2（男）20.9TSV=0.243t-5.330.800218.4-25.4（女）21.9朱卫兵2006.12-2007.1哈尔滨严寒教室TSV=0.205t-4.3120.826316.9-25.2（男）19.97TSV=0.301t-6.410.778718.5-24（女）20.01夏一哉1998年夏季北京寒冷住宅TSV=0.319t-8.0680.96322.6-28.025.3李安桂2004.4-2004.5西安寒冷住宅TSV=0.225t-4.9210.85918.1-25.6（男）21.87TSV=0.218t-5.1240.89219.6-27.4（女）23.5李百战2005.4-2006.6重庆夏热冬冷教室TSV=0.2389t-6.15580.964122.2-29.3（夏）25.7TSV=0.1672t-3.1970.759114.1-24.2（冬）19.12杨薇2005.3-2005.4湖南夏热冬冷教室TSV=0.0959t-2.08360.402612.9-30.621.73李文菁2004.1-2005.1湖南夏热冬冷教室TSV=0.072t-1.5060.8519.1-32.7（本地）20.92TSV=0.073t-1.7720.9112.6-35.9（北方）24.27叶晓江2007.10-2008.1武汉夏热冬冷教室TSV=0.032t-0.6950.32221.7胡钦华2006年夏季东莞夏热冬暖实验室TSV=0.178t-4.3130.86119.5-29.1（男）24.23TSV=0.183t-4.4130.87219.5-28.8（女）24.114.2 数据分析有关非热因素的结论有：性别的不同、年龄的不同、地区气候的差异以及季节时间的变化也有可能使人们对于相同的热环境有不同的热感觉。但对于这些非热因素的影响作用，虽有许多学者做过大量深入的研究，结论却不尽相同。国外的一些研究，Fanger教授所作的测试表明年龄性别差异对舒适度没有影响。1987年Tanabe在日本作的一项测试结果为：在冷环境中，女性比男性对环境的变化更敏感，女性的中性温度比男性高1；在1993年Moderate的测试证明，在高活动量时，女性的最佳皮肤温度比男性低1.2，而在低活动量时，二者相同。内文斯1975年测试结果为女性对温度的敏感性强，热反应与温度之间的线性回归的斜率要陡一些，斜率为0.37标度单位/K，而男性的斜率为0.3标度单位/K。就总结国内的热舒适区域和中性温度数据分析，可以从以下几方面进行论述。（1）总体上对比。对于冬季热舒适区域下限几乎都是低于18，大致水平式16左右，对于夏季热舒适区域的上限是大于26，根据各个地方不同，普遍是28及以上，见图1和图2。这个结论对于国家冬夏季室内温度的设定有一定的参考依据，通过提高夏季室内设定温度和降低冬季室内设定温度来实现节能。同时国内热舒适标准的制定也有一定的数据支撑。 图 1 哈尔滨、重庆某教学楼冬季可接受温度区间 图2 重庆某教学楼冬夏季可接受温度区间 图3 哈尔滨某住宅男女中性温度 图4 哈尔滨市某住宅和教室中性温度（2）女生和男生的数据对比。总的来说女生的热舒适区域是比男生窄的。在寒冷地带，女生的热舒适区在下限比男生温度约高1.5，上限来说是没有太大差别，见图3所示。而暖和区域，女生在下限上与男生大致相同，上限上比男生低约0.5。对于中性温度，女生的中性温度相对高些，而在炎热的地区，女生的中性温度比男生的又相对较低。出现以上的情况的原因可归纳为：着装、活动量、承受能力、生理反应、心理反应等方面。 （3）相同地区的不同建筑。如哈尔滨的住宅建筑和教学楼建筑，热舒适区域和中性温度有一定的出入，见图4所示。教室的热舒适温度区域比住宅的要窄些，中性温度也普遍低于住宅楼，出现上述情况的原因：一是建筑本身的条件设施，一般住宅楼的维护结构要优于教学楼，室内本身的温湿度环境要优于建筑；二是教学楼里人员众多，个体生活习惯是不同，对于室内开不开门窗等要求不尽相同，这也会造成室内热湿环境劣于住宅；三是教学楼条件本身不是很好，学生已经有了心理准备，对室内的环境的改变也没有抱多大的希望，心理调节方面起了很大的作用。另外也与测试的年份、时间、仪器的精度、测点的布置等有很大的关系。（4）地区与地区之间。各个地区之间舒适温度区间和中性温度有很大的差异，如图1所示。这与各个地方的人文、风俗习惯、气候因素、经济水平等因素有很大的关联。5 总结通过上面的数据对比和分析，主要得出了一下重要的结论：（1）冬季可接受温度区间下限低于18，平均为16。夏季上限高于26，平均为28。这对于我国空调温度的设定和热舒适标准的建立提供了一定的数据支撑；（2）学校建筑的热湿环境比较恶劣。随着高校的扩招，建议学校在教室和寝室的设施上应有所改进，使学生有个更加优越的学习环境；（3）各个地区的热中性温度处于ASHRAE推荐的舒适区域范围内。参考文献1 ASHRAE. ANSI/ ASHRAE 55 - 2004 , Thermalenvironmental conditions for human occu pancy. Atlanta :American Society of Heating , Ref rigerating and AirConditioning Engineers , Inc. 1992.2 ISO. International Standard 7730 , Moderate thermalenvironments - determination of the PMV and PPD indicesand specification of the conditions for thermal comfort .Geneva : International Standards Organization. 1984.3 Gagge A P. A standard predictive index of human res ponseto the thermal environment . ASHRAE Trans , 1986