室内热舒适性指标的评价

1、室内热舒适性指标的评价摘要本文对目前的一些主要的热舒适性指标进行了论述和评价，包括 卡塔冷却能力、当量温度、有效温度、新有效温度、标准有效温度、 平均预测反应、舒适方程和主观温度等。文中首先给出了上述各种温 标的定义、特点和应用场合，随后又结合中国南方区域与北方区域的 气候特征、人民的生活习惯、身体素质和一些实验数据，对各种区域 应该采用哪些指标进行了分析。最后作者就今后热舒适性研究的发展 方向和应做的一些工作，给出了自己的看法，以供同行参考。 关键词热舒适性指标评价1 引言 热舒适性是居住者对室内热环境满意程度的一项重要指标。 早在 20 世 纪实，人们就开始了舒适感研究，空气调节工程师、室

2、内空气品质研 究人员等所希望的是能对人体舒适感进行定量预测。这些年来，业已 提出了很多热舒适指标，不同国家的官方和专业机构推荐使用不同的 指标。因此，从整体上去把握各种指标及其发展史是非常有益的。就 我国而言，由于疆域辽阔，气候多变，不同地区所采用的标准也有所 不同，尤其是纬度有一定差异的地方。有鉴于此，本文作者对一些主 要指标作了简要分析，并根据我国国家的国情，结合国内外相关的研 究成果给出自己的看法，以供同行参考。2 各种指标的定义与特点21 卡他冷却能力 1最早的指标是 1914 年由 Leonardhiss 爵士提出的，以大温包温度计的 热损失量为基础。卡他温度计由一根长为 40mm，

3、直径为 20mm 的圆 柱形大温包的酒精玻璃温度计组成。 温度计杆上有 38和 35两条标 线，使用时将温度计加热到酒精柱高于 38这一刻度。然后将其挂于 流动空气中，测量酒精柱从 38下降到 35所需的时间。根据这一时 间和每一温度计所配有的校正系数，即可计算环境的冷却能力 。20世纪 30 年代进行的大量实验都采用卡他温度计， 它综合了平均辐射温 度、空气温度、空气流速的影响，但未考虑湿度的影响。22 拟人器和当量温度 1Dufton 在 1929 年研制了一种综合恒温器。这种恒温器可在空气温度、 热辐射和空气速度变化的条件下保持房间具有舒适的温度，这一装置 被称为拟人器(eupatheo

4、stat)。在这之后， Dufton 又定义了当量温度。 所谓当量温度，即是一个均匀封闭体的温度。在该封闭体内，一个高 为 550mm 、直径为 190mm 的黑色圆柱体的散热量与其在实际环境中 的散热量相等。圆柱体表面所维持的温度是圆柱体所散失的热量的精 确函数，并且这一温度在任何均匀空间内都比 37.8要低一个数值， 这个数值是 37.8和封闭空间温度之差的 2/3 。 当量温度未给出能根据基本环境变量进行计算的分析表达式，所用的 拟人器是一种又大又相当笨重的仪器，因此限制了它的应用。23 有效温度 在早期的美国空调工程中，人们迫切想知道湿度对舒适的影响方面的可靠资料。这一问题以及其他一些

5、问题促使了美国采暖通风工程师协 会新建了一个实验室。该实验室于 1919 年在匹茨堡开始工作，而有效 温度指标便是它的首批研究课题之一，并由此产生了这一指标。其定 义为：这是一个将干球温度、湿度、空气流速对人体温暖感或冷感的 影响综合成一个单一数值的任一指标。它在数值上等于产生相同感觉 的静止饱和空气的温度。有效温度曾为很多官方和专业团体所采用， 特别是用在热环境规范中， 直到 1967 年， ASHRAE也一直转载这个指标，但是有效温度在低温时 过分强调了湿度的影响， 而在高温时对湿度的影响强调得不够。 目前， 任何主要的官方机构均已不再推荐有效温度指标， ASHRAE则推荐使用 其代替形式

6、 -新的有效温度 ET*。尽管如此，它仍是那些早期指标中最 值得注意的指标。因为它不但得到普遍的承认，而且是具有大量的实 验数据。有效温度温标的建立是一项卓越的成就， ET 作为标准指标被 空气调节工程师使用了近 50 年。231 新有效温度（ ET*）4 这个指标是 GAGGE在1971年提出的，所谓 ET*，就是相对湿度为 50% 的假想封闭环境中相同作用的温度。该指标同时考虑了辐射、对流和 蒸发三种因素的影响，因而受到了广泛的采用。等新有效温度曲线如 图 1 所示。图 1 等新有效温度曲线24FANGER舒适方程241 舒适条件丹麦的 P.O.FANGER提出了一个综合舒适指标，即能够确

7、定人体舒适状 态的物理参数是与人体有关，而不是与环境有关，首先， FANGER制定 了三个舒适条件，第一个条件是人体必须处于热平衡状态，以便使人 体对环境的散热量等于人体体内产生的热量，第二个条件是皮肤平均 温度应具有与舒适相适应的水平，第三个条件是人体应具有最佳的排 汗率，排汗率也是新陈代谢的函数。随后， FANGER综述了文献，得出 了热平衡方程的每一个量的表达式。将热平衡方程与其他两个舒适条 件组合起来就得到了著名的舒适方程。满足舒适方程的一组变量必须 满足舒适的三个条件，因此该方程是舒适的必要条件，但不是充分条 件。因为可以设想会出现这样的情况，即满足了舒适方程，却并不令 人舒适，很容

8、易变化的环境就是一个例子。舒适方程已被证明是很成功的，但它所依据的大多数试验是以健康的 美国年轻人或欧洲大学生为受试者而进行的，因此不能假定将舒适方 程应用到其他各种人群时是没有问题的。242 预测平均反应（ PMV） 当一组环境变量满足舒适方程时就将产生最佳的舒适感。如果该方程 未得到满足，则该环境就不是最佳的，但是方程并未给出任何说明所 处的环境是如何不舒适的方法。 FANGER进一步发展了舒适方程，并用 公式表示一个可预测任何给定环境变量的组合所产生热感觉的指标， 这一指标被称为预测平均反应（ PMV）， FANGER教授把它分为七个等 级，每一个等级的代表意义如下表所示：FANGER的

9、七级指标表 1PMV值室内热舒适性指标的评价 :3 热舒适性指标的评价 本文列举了主要的温暖感和舒适感指标。当已知有关的人体活动状态 和衣着条件而需要预测舒适温度时，主观温度计算公式就会快速而足 够准确的估算出人体舒适所需要的温度。主观温度方程不能用来预测 人体不舒适感或人体感觉。必要时可采用预测平均反应。最通用的指标就是标准有效温度，它是专门用来解决高温高湿对人体 影响。它可跟踪体温和皮肤温度的时间变化过程，并给出作为人体状 态函数的热感和不舒适感，但要以复杂的计算机程序作为所付出的代 价。当温度高到足以使人们担心周围环境温度的提高会影响人体健康时就 必须采用为此而专门设计的一种热应力指标。我国南方地区普遍具有冬冷夏热、全年潮湿的气候特征，作者根据生 活经验，认为全年气候