制冷設(shè)備對(duì)人體舒適溫度影響的研究

喻春雨，費(fèi) 彬，繆亞健，李 艷

（南京郵電大學(xué)光電工程學(xué)院，南京 210023）

制冷設(shè)備對(duì)人體舒適溫度影響的研究

喻春雨，費(fèi) 彬，繆亞健，李 艷

（南京郵電大學(xué)光電工程學(xué)院，南京 210023）

舒適的環(huán)境溫度對(duì)人的工作學(xué)習(xí)有重要影響，本文將選取校園內(nèi)研究生實(shí)驗(yàn)室作為研究環(huán)境，通過(guò)空調(diào)控制室內(nèi)溫度及濕度，以男女學(xué)生為研究對(duì)象通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查法研究人體熱感覺(jué)舒適溫度及對(duì)應(yīng)濕度，由研究數(shù)據(jù)分析結(jié)果得出夏季炎熱室內(nèi)人體舒適溫度為24℃，對(duì)應(yīng)的人體舒適相對(duì)濕度為50%，舒適溫度剛好處于人體常溫37℃的黃金分割處。室內(nèi)溫度、濕度與人體舒適滿意度關(guān)系可近似為二階函數(shù)曲線。分析數(shù)據(jù)及結(jié)果對(duì)研究實(shí)驗(yàn)室、辦公室等工作場(chǎng)所在炎熱夏季的溫度和濕度設(shè)置有理論指導(dǎo)意義；通過(guò)對(duì)比不同人群的人體舒適溫度和濕度對(duì)研究身體健康狀況有理論參考價(jià)值。

黃金分割；舒適溫度；舒適濕度；滿意率

引言

在炎熱夏季，我們可以通過(guò)空調(diào)降低室內(nèi)溫度，使人體有涼爽的感覺(jué)。但當(dāng)室內(nèi)相對(duì)濕度較低時(shí)，人眼和皮膚會(huì)有明顯感覺(jué)到不舒適；在濕度較高的環(huán)境中，人體皮膚表面單位面積的汗液蒸發(fā)量減少，同樣導(dǎo)致人體舒適度降低。因此，除通過(guò)空調(diào)制冷外，適宜的空氣相對(duì)濕度可以令人體感覺(jué)更加舒適，確保人身心狀態(tài)良好，工作學(xué)習(xí)效率高。本文將以中國(guó)典型炎熱夏季的南京高校實(shí)驗(yàn)室為研究場(chǎng)所，以實(shí)驗(yàn)室內(nèi)學(xué)生為調(diào)查對(duì)象進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，分析實(shí)驗(yàn)室人體的最佳舒適溫度和濕度[1]。由于人體舒適溫度和濕度是人的主觀體現(xiàn)，本文研究采用感覺(jué)七級(jí)、舒適度四級(jí)投票法進(jìn)行問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)[2]，根據(jù)問(wèn)卷統(tǒng)計(jì)結(jié)果確定最佳人體舒適溫度、濕度，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可以作為炎熱夏季有效調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度的理論依據(jù)，滿足高效工作學(xué)習(xí)需要。

1測(cè)試實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析

1.1 問(wèn)卷調(diào)查實(shí)驗(yàn)介紹

本測(cè)試于2013年5月21日在學(xué)校內(nèi)一個(gè)建筑面積為50m2的研究生實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。問(wèn)卷調(diào)查對(duì)象為實(shí)驗(yàn)室研究生，男女各12人。調(diào)查對(duì)象統(tǒng)一著裝，睡眠狀況良好，飲食正常。 調(diào)查對(duì)象的基本背景資料見(jiàn)表1。環(huán)境溫度和濕度通過(guò)空調(diào)改變，并配以加濕器共同調(diào)節(jié)空氣濕度。對(duì)溫度和濕度的測(cè)量分別使用逸品博洋家用濕度計(jì)HTC-8和CEM華盛昌非接觸紅外測(cè)溫儀DT-8806H[3]。

測(cè)試進(jìn)行過(guò)程中，調(diào)查對(duì)象首先在準(zhǔn)備室里靜坐30分鐘以確保各方面狀態(tài)穩(wěn)定。測(cè)試過(guò)程中調(diào)查對(duì)象接觸的附加熱阻均可以忽略不計(jì)[4]。在測(cè)試區(qū)域內(nèi)，男女分布平衡，交替而坐，入場(chǎng)15分鐘后進(jìn)行問(wèn)卷投票。

1.2 問(wèn)卷調(diào)查結(jié)果

對(duì)溫度感覺(jué)投票采用從冷、涼、微涼、正常、微暖、暖到熱七級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；舒適性采用很不舒適、不舒適、稍不舒適、到舒適四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)應(yīng)等級(jí)均以-3～+3進(jìn)行分類(lèi)。

濕度感覺(jué)投票采用從太干燥、干燥、有點(diǎn)干燥、正常、有點(diǎn)潮濕、潮濕到太潮濕七級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，舒適性采用很不舒適、不舒適、稍不舒適、到舒適四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)應(yīng)等級(jí)均以-3～+3進(jìn)行分類(lèi)。

為統(tǒng)計(jì)分析人體舒適溫度、濕度，實(shí)驗(yàn)中將室溫調(diào)節(jié)在18～32℃范圍內(nèi)，濕度調(diào)節(jié)在40%～60%范圍內(nèi)，測(cè)試初始值為溫度18℃、相對(duì)濕度40%；測(cè)試終止值為32℃、相對(duì)濕度60%。實(shí)驗(yàn)每次問(wèn)卷包括一個(gè)相對(duì)濕度值和一個(gè)溫度值；一個(gè)相對(duì)濕度對(duì)應(yīng)18～32℃范圍內(nèi)多個(gè)溫度值為一個(gè)問(wèn)卷循環(huán)；相對(duì)濕度和溫度的增加幅值為2。相鄰兩次問(wèn)卷間隔為15分鐘。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)風(fēng)速較低，可忽略風(fēng)的影響[5,6,7]。

表1 問(wèn)卷調(diào)查者背景資料

由所測(cè)得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以繪制滿意度和環(huán)境溫度、空氣相對(duì)濕度的關(guān)系曲線，如圖1所示。

圖1中曲線滿意度最高點(diǎn)100%所對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度為24.0℃，空氣相對(duì)濕度為50%，因此，將制冷設(shè)備的參數(shù)設(shè)置在環(huán)境溫度24.0℃、空氣相對(duì)濕度50%，可以令室內(nèi)工作學(xué)習(xí)的人們感到舒適。

2 制冷設(shè)備要求

由于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)不能滿足本次實(shí)驗(yàn)對(duì)熱濕變化的需要，因此，本實(shí)驗(yàn)采用了一種全新的空調(diào)系統(tǒng)，它可以進(jìn)行獨(dú)立的溫、濕度控制。與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)在節(jié)能、安全性、室內(nèi)空氣品質(zhì)、可調(diào)性及熱濕處理過(guò)程的解耦等方面均具有較大優(yōu)勢(shì)。

從系統(tǒng)組成來(lái)看，溫、濕度獨(dú)立控制分別由溫度控制和濕度控制兩部分完成，分別調(diào)節(jié)溫度和濕度。系統(tǒng)的溫、濕獨(dú)立控制采用了直接蒸發(fā)式新風(fēng)機(jī)組，使新風(fēng)承擔(dān)全部濕負(fù)荷；高溫冷水機(jī)組制取冷水通入干盤(pán)管，承擔(dān)系統(tǒng)顯熱負(fù)荷，采用供水溫度15℃，供回水溫差5℃。該系統(tǒng)真正實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫度、濕度獨(dú)立調(diào)節(jié)，即使在溫、濕變化范圍較大的房間也可以運(yùn)行順利。

圖1 滿意度和環(huán)境溫度、空氣相對(duì)濕度的關(guān)系曲線

3 結(jié)論

本次關(guān)于人體對(duì)于環(huán)境溫度舒適情況的問(wèn)卷調(diào)查實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，對(duì)于空調(diào)環(huán)境來(lái)說(shuō)，人體可以接受空氣相對(duì)濕度在40%～60%范圍內(nèi)；在室內(nèi)溫度24.0℃和相對(duì)濕度50%時(shí)，人體感覺(jué)最舒適。在相同室溫下，較低的相對(duì)濕度能增強(qiáng)人體冷的感覺(jué)；在溫度為定值時(shí)，改變室內(nèi)環(huán)境的相對(duì)濕度，可以讓人感覺(jué)到暖冷變化；當(dāng)室內(nèi)相對(duì)濕度過(guò)大時(shí)，可采取減低濕度來(lái)提高人體的熱舒適.由于本次問(wèn)卷調(diào)查對(duì)象為22～23歲身體健康、身材勻稱(chēng)且身體狀況良好的青年男女，因此他們的問(wèn)卷結(jié)果可以代表正常人群對(duì)于炎熱夏季空調(diào)環(huán)境內(nèi)溫度、濕度的舒適感覺(jué)。而其他人群通常由于年齡、身體健康狀況以及生活習(xí)慣等因素影響，會(huì)與本文結(jié)論略有不同，但本文數(shù)據(jù)分析結(jié)果對(duì)其他人群環(huán)境溫度舒適度分析具有理論參考價(jià)值，如通過(guò)差異比較法分析相同環(huán)境下，不同人群環(huán)境舒適感的差異及原因[8,9]。

1] 閔俊杰，張金池，張?jiān)鲂?，王永平，俞紅，張軍， 陳家棟.近60年來(lái)南京市人體舒適度指數(shù)變化及其對(duì)溫度的響應(yīng)[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2012,36(1):53-58.

[2]張樣,尹琰琰.高校建筑物夏季熱舒適研究[J].安徽工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2007,24(2):225-228.

[3]YS Yoo,BH Kim,SD Lim,SN Park,S Park. Realization of a radiation temperature scale from 0 degrees C to 232 degrees C by a thermal infrared thermometer based on a multiple-fixedpoint technique [J]. Metrologia, 2013,50(4) 409-416.

[4]McCullough E.B，W Olesen. Thermal insulation provided by chairs[J]. ASHRAE Trans，1994,l00(l): 795-802.

[5]向立平.空調(diào)客車(chē)內(nèi)氣流分布的人體熱舒適性研究[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2009,40(5):1194-1198.

[6]徐大海,朱蓉.人對(duì)溫度,溫度,風(fēng)速的感覺(jué)與著衣指數(shù)的分析研究[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2000,11(4):430-439.

[7]賈慶賢,趙榮義.吹風(fēng)對(duì)舒適性影響的主觀調(diào)查與客觀評(píng)價(jià)[J].暖通空調(diào),2000,30(3):15-17.

[8]劉蔚巍,連之偉.人體熱舒適客觀評(píng)價(jià)指標(biāo)[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2011,42(2):521-526.

[9]丁策,康仁杰,李佩佩,許玉龍 黃晨.高校圖書(shū)館室內(nèi)環(huán)境及人體主觀感覺(jué)調(diào)查[J].環(huán)境與健康雜志,2013,30(6):537-538.

Study on Refrigeration Equipment’s Effect on Thermal Comfort Temperature

YU Chun-yu, FEI Bin, MIAO Ya-jian, LI Yan
(College of Optoelectronic Engineering, Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210023)

The comfortable environment temperature is important to work and study indoors. A 50m2reading room was selected to find the comfortable environment temperature and the comfortable humidity for human body. Temperature and humidity of the environment are controlled through modulating the air conditioner and its humidifier. Questionnaire survey and data analysis were needed in this research, which related the room air temperature and the room humidity with the human body thermal comfort in a quadratic function with the maximal value at (24℃,50%,100%).So in this research, the comfortable environment temperature and the comfortable humidity for human body is 24℃ and 50%, which is the golden section point at human body mormal temperature 37℃. Data analysis is referential for the environment temperature control indoors and health diagnosis for human body.

gold section；comfortable temperature；comfortable humidity；satisfaction percentage

TB657

A

1004-7204（2014）01-0033-03

喻春雨(1976-)，女，遼寧沈陽(yáng)人，副教授，博士，主要研究領(lǐng)域?yàn)楣怆娞綔y(cè)及信息處理。

教育部博士點(diǎn)基金（20133223120007）；江蘇省教育廳自然科學(xué)基金（TJ212031）；南京郵電大學(xué)自然科學(xué)基金（NY211042）。