關(guān)于人體熱舒適性研究的探討

李亮紅

摘 要：近年來，空調(diào)既要求節(jié)能又要保證舒適度越來越成為人們關(guān)注的重點內(nèi)容，因此本文對于人體熱舒適性的研究進行了探討。其中討論了預(yù)測平均投票（PMV）模型和適應(yīng)性（ACM）模型，對這兩個模型相關(guān)標準進行分析。

關(guān)鍵詞：熱舒適性；PMV；ACM；PPD；模型

引言：近年來，全球范圍內(nèi)關(guān)于提高室內(nèi)溫度的話題持續(xù)升溫。中國政府主張民眾夏天將空調(diào)的溫度調(diào)到25.5℃-26℃，但25.5℃-26℃的溫度并不適合所有人，由于個體存在差異，著裝習慣、冷熱感和對室內(nèi)空氣質(zhì)量要求都不同。同時，為響應(yīng)政府節(jié)能號召，本文旨在確定室內(nèi)溫度的設(shè)定標準，這標準即可設(shè)定最適宜室溫以提高熱舒適水平，也可滿足節(jié)能的要求[1，2] 。

一、熱舒適模型

上個世紀以來，學者們根據(jù)大基數(shù)實驗樣本建立了熱舒適模型以描述人們在建筑物內(nèi)感覺到舒適的條件范圍。這個熱舒適模型有：范格爾提出表征人體冷熱感的預(yù)測平均投票PMV（Predicted Mean Vote）模型。另一種是考慮了室內(nèi)人體熱中性溫度與室外氣候關(guān)系的熱舒適適應(yīng)性模型ACM（Adaptive

Comfort Model）

（一）預(yù)測平均投票（PMV）-預(yù)期不滿意百分數(shù)（PPD）模型[2] 。世界范圍內(nèi)，很多建筑設(shè)計過程中室內(nèi)熱舒適標準都是依據(jù)于PMV-PPD指標的。預(yù)測平均投票（PMV）是由范格爾教授在美國暖通、空調(diào)、制冷工程師學會ASHRAE（2001）和國際標準ISO7730（ISO，1994）中提出的，這是評價和測量室內(nèi)熱濕環(huán)境最被廣泛應(yīng)用的熱舒適指數(shù)。此指標基于穩(wěn)態(tài)傳熱理論，后來Nevins（1996）和McNall對其進行修正。范格爾運用經(jīng)典熱傳遞理論和實證研究導(dǎo)出了一般舒適方程（人體熱平衡方程），包括空氣流速、平均輻射溫度、相對濕度和空氣溫度這四個基本環(huán)境參數(shù)，以及衣著和活動程度這兩個個人參數(shù)。此指標用七級分度代表同一環(huán)境下絕大多數(shù)人的舒適感。但支持這個舒適模型的理念在指定活動的最佳舒適度所要求的熱流和從人體到環(huán)境的熱流上并不平衡。

（二）適應(yīng)性模型。de Dear et al.（1998）收集了21000組測量數(shù)據(jù)建立起了一個全球數(shù)據(jù)庫，基于此數(shù)據(jù)庫的拓展研究表明，自然通風和混合通風的計算方式是不一樣的，尤其是在室外溫度較高的月份。相比于范格爾模型的預(yù)測值，在建筑中，更高的室溫也會讓人們所接受。

二、熱舒適標準

（一）美國暖通空調(diào)、制冷工程師學會（ASHRAE）。ASHRAE對于在同一空間內(nèi)同一環(huán)境下的大多數(shù)住戶群體可以接受熱環(huán)境做出了規(guī)定。它定義了熱舒適標準里面的“大多數(shù)”為80%的人群可以接受。ASHRAE在后續(xù)標準中進一步采取了范格爾的PMV-PPD模型和等效溫度概念并提出了舒適圖。熱舒適圖描述了PPD小于10%且PMV的值為-0.5～0.5之間的溫濕度。ASHRAE在其手冊中討論了熱舒適問題的細節(jié)部分，里面涵蓋了92個方程和130多個參數(shù)。其熱舒適模型包括了在穩(wěn)態(tài)條件下覆蓋了從基礎(chǔ)物理熱環(huán)境到人體生理情況的人體熱舒適所有方面。估算方法隨后應(yīng)用于建立各個情況下的熱環(huán)境的可接受范圍，而不是簡單的查詢舒適圖上的舒適區(qū)，而且，研究推薦舒適區(qū)及設(shè)計條件只作為參考。

（二）國際標準化組織（ISO）。國際標準化組織（ISO）提出了一種基于PMV-PPD指標的評價室內(nèi)熱濕環(huán)境的分析方法。此標準考慮人體由于著裝情況和新陳代謝率所影響的熱平衡而帶來的人體冷熱感，同時也考慮了空氣溫度、熱輻射溫度、濕度和空氣流速這四個環(huán)境參數(shù)影響。

三、關(guān)于空氣流動的熱舒適性研究

早在本世紀二十年代就有學者在研究熱舒適性與空氣流動的關(guān)系。后來Rohles et al.第一次在實驗室中實行了空氣流動和人體舒適性之間的關(guān)系研究。他們在天花板上打孔以供應(yīng)房間空氣，以此測試了90個主體。研究表明，皮膚溫度和主體的熱舒適性有較強相關(guān)性。實驗中，被測試對象處于七個不同典型空氣氣流中，包括正弦波（10s～60s）、隨機波、穩(wěn)定波和脈沖波，其中空氣平均流速范圍是0.5～2m/s。實驗表明，正弦波使人有更強冷感。在此基礎(chǔ)上，他們以測試空氣平均流速控制在0.2 m/s對人體熱舒適的影響。結(jié)果表明，人體對于波動的空氣流能使人的冷感更強。

結(jié)論：關(guān)于人體熱舒適性的模型很多，在本文中介紹了較為經(jīng)典的預(yù)測平均投票（PMV）-預(yù)期不滿意百分數(shù)（PPD）模型（PMV-PPD）和適應(yīng)性模型。其中PMV-PPD模型綜合考慮了人體的服裝和活動情況，以及空氣溫度、熱輻射溫度、濕度和空氣流速這四個參數(shù)，因其考慮的因素較為全面，是使用最為廣泛的熱舒適模型。而適應(yīng)性模型在數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，比PMV-PPD模型多考慮了更為極端情況，因此也有一定的合理性。根據(jù)這些模型，各個標準組織或機構(gòu)制定了相應(yīng)的標準，其中以美國暖通空調(diào)、制冷工程師學會（ASHRAE）和國際標準化組織（ISO）制定的標準使用最廣。在使用這些模型或標準的時候要注意人們個體之間的差異性，并且其推薦值或計算式。另外，本文還討論了空氣流動速度以及周期性空氣流動對人體的熱舒適性的影響，結(jié)果表明人對于波動的空氣流感覺更為敏感。

參考文獻：

[1] 丁穎慧，陳濱，陳星，《關(guān)于熱舒適模型研究發(fā)展的綜述》，《暖通空調(diào)》[J]。2006年36卷9期，29-34。