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上海地区夏季青年室内热舒适研究

杨宇同  
【摘要】:近些年来,热舒适成为了暖通空调领域的研究重点,通过探寻合理环境工况,不仅可以节约能源,避免能源的过度浪费,也可以使处于室内空调环境下的人身心舒适,提高学习和工作的效率。热舒适是一个较为宽广的概念,是物理、化学、生物学、心理学等学科交叉的重要内容,故而近些年来也涌现了各类方法和角度以评估人体热舒适度。同时,计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)在空调领域经过数年的发展,也衍生出Airpak等为舒适度理论研究量身定做的工具。本文结合了生理心理因素,并将实际实验和数值模拟结合起来,探究针对上海地区青年人群夏季室内热舒适情况。本文首先阐述了国内外对于热舒适度的研究现状,确定了本文所切入的角度,即以各类研究方法,对比室内参数组合下的各类舒适性指标,确定最优的环境工况,并获得人体各类生理参数的变化规律及范围。接着介绍了热舒适的各项生理和心理指标,为研究打下了基础。本次研究的方法是模拟与实测,主观与客观参数相结合,从各个方面组合评判室内热舒适度。具体的研究内容如下:1.本文通过在人工环境室设置不同风速、温度、湿度组合的工况,采用TSV和TCV指标进行室内热舒适问卷调查,并利用响应面法对调查结果进行分析。通过三因素三水平分析,可以获得最优TSV和最优TCV工况。2.对于响应面法获得的两种最优工况,通过Airpark进行模拟,设定合理的边界条件,验证空气龄、TSV、TCV等指标,将两种模拟结果进行各类指标的对比,从而获得更优工况。可定义所得工况为上海地区青年夏季室内的最佳工况组合。3.在各工况下测定人体各部位皮肤温度并结合问卷调查,分析了人体皮肤温度与热环境的关系,并将其与热感觉进行回归。通过线性拟合,得到了夏季室内空调环境下热感觉与平均皮肤温度的关系式,并计算出人体生理中性温度。4.结合人体生理中性温度及环境工况、人体各类参数,计算出各工况下散热量并用以评价室内热环境。将所得散热量同问卷结果进行回归,通过线性拟合,得到夏季室内空调环境下人体的适宜散热量比例。经过以上内容的研究,最终得出如下结论:1.对比温度、湿度、风速对人体热感觉的影响,可以发现在室内正常湿度范围内湿度对热感觉影响不大,温度对热感觉影响最大,风速次之。在优化室内热环境时应将温度作为首要调整对象。2.响应面法结果显示,最优TCV工况为温度25.6℃、湿度为54.5%、风速为0.15 m/s,在该工况下,TCV仅为-0.03;最优TSV工况为温度25.8℃、湿度58.6%、风速0.2 m/s。3.模拟结果显示,最优TCV工况及最优TSV工况的各项数据均符合热舒适标准,实验结果较为可靠。同时对比数值模拟结果与实测结果,各项参数十分吻合。通过对比,选择更优工况,即温度25.6℃、湿度54.5%及风速0.15 m/s具有更加优良室内环境,可以做为上海地区夏季空调房间最优工况参考。4.皮肤温度随热环境变化明显,随温度升高而升高,随风速升高而降低,同热感觉有相同变化趋势。经过拟合,平均皮肤温度与热感觉投票的关联方程式为y=2.08624x-69.59447,该方程与热感觉拟合程度较高,可以作为评价热舒适的生理性指标。5.经过方程推导,上海地区夏季室内人体皮肤中性温度为33.4℃,可接受平均皮肤温度为32.9-33.8℃,人体各部位可接受温度范围为31.3℃-34.9℃。6.人体在26℃时散热量较为平衡,同时,综合TSV、TCV问卷结果,经过拟合,发现散热比例同热感觉拟合度较高,可以作为衡量热感觉的标准。将人体热舒适区间带入公式,可以得到人体散热的舒适区间为:蒸发散热24.32%~28.18%,对流散热26.11%~29.33%,辐射散热45.02%~48.45%。通过本次的研究,可以得到上海地区夏季室内青年人群的最优热环境,该热环境适宜于大多数办公人群,为办公建筑及家庭的舒适性空调的设计和使用提供了一定的理论参考依据。同时,本文所研究的皮肤温度及人体散热量与热感觉的关系及本文所采取的研究方法,可以作为后期热舒适研究中的参考,具有一定理论意义。


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