重庆地区建筑室内动态环境热舒适研究

【摘要】：随着经济的发展和生活水平的提高,人们对室内热环境的舒适性要求也随之提高,追求高的热舒适性必将带来建筑能耗的增加。面对能源危机和全球气候变暖的严重问题,构建以节能减碳为目标的健康、舒适、安全的室内环境是中国建筑业可持续发展的理想之路。论文将稳态环境和动态环境下的热舒适进行分析和对比,认为无论从人体生理健康的角度还是从节约能耗的角度,建筑室内动态热舒适研究具有重要意义。同时,本文强调了动态环境热舒适研究应结合客观生理反应的研究和重庆地区气候特点而系统地展开。 目前,国内外动态环境下的热舒适研究大多集中在主观感觉反应方面的研究,人体客观生理反应的研究比较少。本文于2007年冬夏两季在重庆所辖10余个区县的办公室建筑室内热环境进行了问卷调查,初步了解了重庆地区冬夏季室内外热环境现状、在非采暖空调条件下人们对热环境变化进行自我调节的行为习惯以及对热环境满意度的评价。初步分析结果表明:重庆市辖区内冬夏季人们着装习惯基本相同,在大致相同的室内热环境和着装情况下,对室内环境的评价也是大致相同的。在此基础上于2008-2009年针对主城区的办公建筑和居住建筑进行了为期一年的全年各季节的室内环境现场测试和问卷调查。对所取得的数据经过数据分析统计检验,得到了:在非采暖空调的室内环境条件下,当室外空气温度大约在12～36℃时,室内空气温度随室外空气温度的升高而升高。室外空气温度小于12℃左右时,室内空气温度大于10℃且基本不随室外空气温度的变化而变化。室内外空气温度大约保持2℃左右温差;随着室内空气温度的升高,服装热阻逐渐减小。特别是在室内空气温度高于约28℃时,服装热阻主要集中在0.2clo～0.4clo之间,室内空气温度低于约14℃时,服装热阻集中在0.9clo～1.8clo之间,说明了当空气温度较低的时候人们习惯通过增加着装量来调节热舒适;随着室内空气温度的升高,室内空气流速也随之增大,当室内空气温度较低时,室内空气流速基本在0～0.2m/s之内,当室内空气温度大约超过28℃时,室内空气流速明显增加,最高空气流速到达1m/s左右。 在此基础上,采用现场主观问卷调查和现场实测以及实验室人体生理实验相结合的方法,首先对人体体温调节、出汗机能、心血管系统以及神经系统等表征热环境对人体热舒适影响的人体生理参数进行遴选。通过对体温、体表皮肤温度、皮肤阻抗、心电图ECG、心率、血压、感觉神经传导速度SCV、运动神经传导速度MCV、测点皮肤温度、脑电图EEG等10余个生理指标参数的进行显著性分析,遴选出了感觉神经传导速度SCV、运动神经传导速度MCV、测点皮肤温度和平均皮肤温度等生理参数作为下一阶段的研究对象。 在进一步进行的生理参数随停留时间的实验研究中发现,在冬季低温环境下,生理参数SCV、Tskin-SCV随停留时间的增加而减少,在停留时间超过大约1小时后,生理参数的变化趋于平缓。本文认为,这是由于环境冷应力对人体的持续作用使得低温环境下人体的生理自主调节达到了极限,这一点也从部分受试者出现流鼻涕的症状得到证实。通过分析认为,温度大约超过16℃时生理参数的这种变化现象将会避免,同时通过对实验中受试者的主观问卷的分析也发现,在温度大约低于16℃时,随着停留时间的增加,手部、脚部等身体部位将出现局部不舒适反应。由此认为,冬季在室内停留超过1小时的情况下,在人们的习惯着装条件下,室内温度不宜低于16℃。 为了进一步确认夏季的最高可接受温度,本文在人工气候室环境下对相同受试者进行了26、27、28、29℃不同工况下的体表皮肤温度随停留时间变化的实验。分析结果认为:当人体处于静坐状态,服装热阻约为0.3 clo时,相对湿度为70%,空气流速约为0.05m/s时,室内空气温度不宜高于28℃,如果服装热阻增加或空气相对湿度提高,人们可能接受的最高空气温度可能要低一点。 夏季高温热环境下,通过增加机械通风对人体的影响的实验研究,认为夏季高温环境下,当服装热阻约为0.3clo,相对湿度约70%,空气流速增加至约1m/s时,室内可接受温度的上限可增加至约30℃,较无机械通风时所得的28℃高出约2℃。 根据问卷调查与实验测试的主客观方法的研究成果,通过对获取数据的分段数理统计分析,获得了重庆地区非采暖空调环境下根据全年室外空气温度变化确定的建筑室内空气温度80%和90%可接受范围;并确定了在室内人员习惯着装和标准着装情况下,典型温湿度范围和通风情况下冬夏季的室内空气温度取值范围,对合理评价室内热环境的舒适性提供了有效方法。 通过论文的研究,掌握了重庆地区住宅和办公室人员对室内热环境的接受程度以及相应的人们室内服装热阻变化情况。通过人体生理实验遴选研究,遴选出人体生理参数,提出了可以通过对人体的感觉神经传导速度SCV、运动神经传导速度MCV、测点皮肤温度和平均皮肤温度等生理参数的测试来有效表征热环境对人体生理的影响;在此基础之上,通过大量的实验室人体生理和人体热舒适实验测试,总结得到了上述生理参数随环境参数变化的规律,结合现场实测和问卷调查,典型热环境条件下可接受室内空气温度随全年各季节室外空气温度而变化的范围,为非采暖空调热环境下室内热舒适的评价提供了基础。