頂板和地板輻射供冷方式下的室內(nèi)熱舒適研究

楊冬，張艷，聶怡丹

（1.山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101；2.可再生能源建筑利用技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250101）

頂板和地板輻射供冷方式下的室內(nèi)熱舒適研究

楊冬1，2，張艷1，聶怡丹1

（1.山東建筑大學(xué)熱能工程學(xué)院，山東濟(jì)南250101；2.可再生能源建筑利用技術(shù)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南250101）

對(duì)頂板和地板輻射供冷的室內(nèi)熱舒適進(jìn)行研究可為優(yōu)化供冷系統(tǒng)，提出能夠滿足人體熱舒適的、較為合理的輻射供冷方式提供一定的理論依據(jù)。文章闡述了頂板和地板輻射供冷兩種輻射供冷模式及其輻射供冷機(jī)理，分析了室內(nèi)熱舒適影響因素。以濟(jì)南市某個(gè)應(yīng)用輻射供冷空調(diào)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)房間為研究對(duì)象，采用Airpak構(gòu)建仿真房間模型，進(jìn)行數(shù)值模擬，從室內(nèi)垂直溫差、PMV—PPD指標(biāo)及吹風(fēng)感三方面對(duì)比分析了頂板輻射和地板輻射兩種供冷方式對(duì)室內(nèi)熱舒適的作用效果。結(jié)果表明：頂板輻射供冷沿房間高度方向垂直溫差小于3℃，而地板輻射供冷垂直溫差過大，不能滿足局部熱舒適要求；頂板輻射供冷的PMV值基本處于－0.5～＋0.5的范圍，人體離最佳熱舒適狀態(tài)最近，而地板輻射供冷只能保證在人體周圍取值時(shí)能夠得到比較滿意的PMV值；兩種供冷模式對(duì)于吹風(fēng)感的不滿意率PD均小于15%，都能滿足人體對(duì)于吹風(fēng)感熱舒適的要求。

頂板輻射供冷；地板輻射供冷；室內(nèi)熱舒適

0 引言

隨著空調(diào)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，人們對(duì)于建筑室內(nèi)環(huán)境的舒適度要求也逐漸增高。近年來，輻射供冷方式作為一種新型的空氣調(diào)節(jié)模式，克服了傳統(tǒng)的以對(duì)流換熱為主要方式的空調(diào)的缺點(diǎn)，增大了人體與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)與圍護(hù)結(jié)構(gòu)之間的輻射換熱［1］，與傳統(tǒng)送冷風(fēng)空調(diào)方式相比，以其高效節(jié)能、安靜舒適等優(yōu)點(diǎn)得到了越來越多的關(guān)注。輻射供冷系統(tǒng)是指通過安裝在豎直墻壁、地板、天花板的盤管中水的循環(huán)冷卻作用來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，以保證室溫處于人體舒適范圍的一種空調(diào)方式［2］。Miriel等對(duì)頂板輻射供冷（暖）系統(tǒng)的熱舒適和能耗水平進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算及實(shí)驗(yàn)測(cè)試對(duì)比研究［3］。Rhee等總結(jié)了輻射空調(diào)系統(tǒng)50年來的基礎(chǔ)理論及應(yīng)用現(xiàn)狀，提出輻射空調(diào)系統(tǒng)在提高舒適性及降低能耗上都得到了不斷地改善［4］。Mumma等提出了輻射空調(diào)系統(tǒng)與獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)結(jié)合的復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算方法［5］。Seo等利用數(shù)值仿真分析研究了在首爾炎熱和潮濕環(huán)境中，將地板輻射供冷與室外空氣冷卻耦合進(jìn)行除濕通風(fēng)的可能性，并用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了結(jié)果驗(yàn)證［6］。Diaz等對(duì)吊頂毛細(xì)管網(wǎng)輻射供冷系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及模型分析，分析了影響輻射供冷效果的幾種因素包括室內(nèi)熱源位置、圍護(hù)結(jié)構(gòu)及物體的表面溫度等［7］。王婷婷利用Airpak軟件，通過建立毛細(xì)管平面空調(diào)房間的數(shù)值仿真模型，對(duì)不同毛細(xì)管敷設(shè)位置、敷設(shè)形式下的室內(nèi)舒適性及毛細(xì)管空調(diào)性能等進(jìn)行了模擬研究［8］。陳鵬建立毛細(xì)管微環(huán)境的傳熱物理模型，獲得不同頂板溫度、送風(fēng)方式及送風(fēng)溫度下，供冷房間內(nèi)的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)的分布情況［9］。李永安等對(duì)毛細(xì)管網(wǎng)的敷設(shè)方式進(jìn)行了優(yōu)化［10］。

目前大多數(shù)都對(duì)單一的供冷方式進(jìn)行相關(guān)影響參數(shù)的研究。研究和應(yīng)用相對(duì)成熟的系統(tǒng)有頂板輻射供冷、地板輻射供冷及墻體輻射供冷。但是對(duì)于不同輻射供冷方式下室內(nèi)熱環(huán)境的對(duì)比研究相對(duì)較少。因此，文章根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際敷設(shè)情況，闡述了地板輻射供冷和頂板輻射供冷兩種方式及其供冷機(jī)理，以濟(jì)南市某個(gè)應(yīng)用輻射供冷空調(diào)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)房間為研究對(duì)象，采用Airpak構(gòu)建仿真房間模型，對(duì)比分析頂板輻射和地板輻射兩種供冷方式對(duì)室內(nèi)熱舒適的作用效果，為提出能夠滿足人體熱舒適的、較為合理的輻射供冷方式提供一定的理論支持。

1 頂板和地板輻射供冷機(jī)理

1.1 輻射供冷簡(jiǎn)介

輻射供冷是一種新型的對(duì)室內(nèi)進(jìn)行降溫的技術(shù)方法，以被降低溫度的室內(nèi)某個(gè)表面作為冷輻射面，與室內(nèi)其他表面進(jìn)行輻射換熱。輻射換熱的能量比例在輻射空調(diào)系統(tǒng)中占50%以上，所以，夏季室內(nèi)采用輻射供冷方式時(shí)，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比高出約1～2℃［11］。幾種輻射面敷設(shè)位置如圖1所示。

圖1 輻射面敷設(shè)位置圖

輻射供冷系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：

（1）節(jié)能性 與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)能源消耗水平相比，可降低約28%～40%［12］；

（2）舒適性 一般情況下，人體處于舒適狀態(tài)時(shí)散熱比例如下：對(duì)流換熱為30%、輻射熱交換為45%、通過蒸發(fā)換熱為25%［12］。可以看出輻射換熱所占份額較大，因此，夏季采用輻射供冷方式時(shí)，能顯著提高人體的輻射換熱量，增加舒適性；

（3）降低供電系統(tǒng)負(fù)擔(dān) 輻射供冷系統(tǒng)在高溫季節(jié)的耗電量比較低，約為全空氣空調(diào)系統(tǒng)27%左右，能明顯降低供電系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，有效調(diào)節(jié)用電峰值［12］；

（4）節(jié)省建筑空間 與全空氣空調(diào)系統(tǒng)相比，輻射供冷因?yàn)橄到y(tǒng)形式簡(jiǎn)單、布置方式靈活等特點(diǎn)，能夠減小風(fēng)道尺寸，節(jié)省空間。

1.2 頂板輻射供冷機(jī)理

輻射供冷頂板系統(tǒng)主要包括末端裝置、冷源裝置以及通風(fēng)裝置。在吊頂輻射供冷系統(tǒng)中，通過向末端頂板提供冷凍水降低頂板溫度，使其形成冷輻射面，承擔(dān)室內(nèi)顯熱冷負(fù)荷，而通風(fēng)系統(tǒng)則負(fù)擔(dān)室內(nèi)的部分顯熱冷負(fù)荷及潛熱冷負(fù)荷。頂板表面通過輻射和對(duì)流兩種方式與室內(nèi)空氣進(jìn)行換熱。冷卻頂板、墻體、人體以及室內(nèi)物體的表面溫度、形狀、位置等因素會(huì)對(duì)輻射換熱量產(chǎn)生顯著的影響。對(duì)流換熱量則由冷卻頂板附近空氣對(duì)流作用的強(qiáng)弱來決定。輻射供冷頂板工藝流程和冷量傳遞方式如圖2所示。

圖2 頂板輻射供冷機(jī)理圖

1.3 地板輻射供冷機(jī)理

地板輻射供冷主要采用輻射換熱，通過向盤管中通入冷水來降低地板表面溫度，形成冷輻射面，然后與室內(nèi)其他表面通過輻射方式進(jìn)行換熱，降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)及室內(nèi)物體表面溫度，同時(shí)與室內(nèi)空氣通過對(duì)流方式進(jìn)行換熱，降低房間內(nèi)的空氣溫度。房間高度方向上溫度梯度較小，溫度分布均勻性很好，能有效降低冷損失。另外，地板供冷可與深井水、地?zé)岬壤湓唇Y(jié)合使用，可節(jié)約能源。

實(shí)驗(yàn)室的地板輻射空調(diào)系統(tǒng)采用了干式地板。根據(jù)地板輻射供冷應(yīng)用和研究的現(xiàn)狀，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的干式地板輻射采暖系統(tǒng)夏季通冷水，來達(dá)到夏季供冷要求，供水溫度的控制一方面依據(jù)人體的熱舒適，另一方面配合置換通風(fēng)，保證地板表面不出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象。地板輻射供冷為目前冬季供暖、夏季供冷的居住建筑提供了又一種末端系統(tǒng)形式［13］，用同一套地板系統(tǒng)供冷熱，有利于系統(tǒng)形式和布置方式的進(jìn)一步優(yōu)化。干式薄型地暖現(xiàn)場(chǎng)施工及干式薄型地暖模塊板分別如圖3所示。

圖3 干式地暖施工圖

2 室內(nèi)熱舒適影響因素

現(xiàn)階段熱舒適在常規(guī)空調(diào)環(huán)境下的研究成果已經(jīng)形成較為成熟的評(píng)價(jià)體系，對(duì)于室內(nèi)熱舒適環(huán)境已經(jīng)有較明確的數(shù)值界定。ISO 7730—2005［14］和ASHRAE 55—2004［15］是國(guó)際上通用的預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)室內(nèi)環(huán)境熱舒適度的標(biāo)準(zhǔn)。影響熱舒適的因素主要有6個(gè)，其中環(huán)境因素有空氣溫度、平均輻射溫度、濕度和風(fēng)速等4個(gè)；人體的因素有代謝率和服裝熱阻等2個(gè)。造成局部熱不舒適的因素主要有垂直溫差、吹風(fēng)感、地板溫度、輻射不對(duì)稱度等。

（1）PMV和PPD指標(biāo)

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 7730標(biāo)準(zhǔn)采用PMV—PPD（Predicted Mean Vote-Predicted Percentage Dissatisfied）指標(biāo)來評(píng)價(jià)人體對(duì)環(huán)境的舒適感，在此標(biāo)準(zhǔn)中將人體活動(dòng)量、衣著、空氣溫濕度、平均輻射溫度、空氣流速等因素考慮在內(nèi)。

PMV指標(biāo)反映了處于同一環(huán)境中的絕大多數(shù)人的熱舒適感覺，能夠預(yù)測(cè)不同熱環(huán)境下人體不同的熱反應(yīng)。而PPD指標(biāo)則反映了大多數(shù)人對(duì)熱環(huán)境的不滿意率。根據(jù)GB／T 18049—2000中等熱環(huán)境PMV和PPD指數(shù)的測(cè)定及熱舒適條件的規(guī)定［16］，采用PMV和PPD評(píng)價(jià)空氣調(diào)節(jié)室內(nèi)的熱舒適性，熱舒適等級(jí)劃分為A級(jí)和B級(jí)。PMV指標(biāo)的分布見表1，不同舒適度等級(jí)對(duì)應(yīng)的PMV、PPD值見表2。

表1 PMV指標(biāo)分布

表2 不同舒適度等級(jí)對(duì)應(yīng)的PMV、PPD值

（2）垂直溫差

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中給出了頭部和腳踝處允許的最大溫差值。ASHRAE 55—2004中規(guī)定溫差＜3℃；ISO 7730—2005中按建筑分類（A、B、C類）給出了不同的要求：A類＜2℃，B類＜3℃，C類＜4℃。

ISO 7730標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：人員采取坐姿時(shí)，人員活動(dòng)區(qū)處于地面上方0.1和1.1 m之間的溫差應(yīng)保證不大于3℃，而美國(guó)ASHRAE 55—92標(biāo)準(zhǔn)考慮人員站著工作的情況，從可靠性角度建議，1.8和0.1 m之間的溫差≤3℃［17］。

（3）DR和PD

DR（Percentage Dissatisfied Due to Local Discomfort from Draft）是指由于吹風(fēng)感而引起的不滿意百分比，PD（Percentage Dissatisfied Due to Local Discomfort from Other Sources）是指由吹風(fēng)感之外的其他因素而引起的不滿意百分比，ASHRAE 55—2004中給出的由于不同因素引起的DR和PD的限定范圍見表3。

表3 DR和PD的限定范圍

2 房間仿真模型的建立

2.1 房間幾何模型

以濟(jì)南市山東建筑大學(xué)科技館供熱鍋爐實(shí)驗(yàn)室房間內(nèi)一個(gè)小室為研究對(duì)象，房間尺寸5.9 m× 3.4 m×3.0 m（長(zhǎng)×寬×高），實(shí)驗(yàn)房間由2面混凝土墻及2面隔墻板組成，各墻體均為內(nèi)維護(hù)結(jié)構(gòu)，隔墻板上均安有900 mm×900 mm單層玻璃窗。根據(jù)房間建筑尺寸并結(jié)合空調(diào)區(qū)域中風(fēng)口的布置情況等因素，構(gòu)建房間三維仿真模型，房間的長(zhǎng)度、寬度和高度分別為5.9、3.4和3.0 m。以房間南面、高度、西面分別作為坐標(biāo)的x、y、z方向，將坐標(biāo)的原點(diǎn)設(shè)置在房間的西北角。房間幾何模型如圖4所示。

圖4 房間幾何模型示意圖

2.2 數(shù)值邊界條件

根據(jù)GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》［18］，以濟(jì)南市氣候參數(shù)為負(fù)荷計(jì)算依據(jù)，室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為26℃，相對(duì)濕度為60%。對(duì)于文中研究的實(shí)驗(yàn)房間，新風(fēng)量按照滿足人員要求的最小新風(fēng)量確定，G＝30 m3·h－1。假設(shè)人體在房間中處于站姿，不考慮室內(nèi)其他熱源影響，假設(shè)輻射頂板與地板面積相等。濟(jì)南市夏季空氣調(diào)節(jié)室外設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)見表4［18］。

表4 濟(jì)南市空調(diào)室外設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)

房間內(nèi)的熱源主要為人體、日光燈、設(shè)備以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)，輻射頂板承擔(dān)部分室內(nèi)負(fù)荷，其余負(fù)荷和全部濕負(fù)荷由新風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)。室內(nèi)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果有：室內(nèi)總冷負(fù)荷為1029.54 W，室內(nèi)濕負(fù)荷為0.35 kg／h。設(shè)定輻射板承擔(dān)全部室內(nèi)負(fù)荷的44.5%，新風(fēng)承擔(dān)55.5%，則新風(fēng)負(fù)荷為458.15W，室內(nèi)負(fù)荷為571.39 W。由此，數(shù)值模擬邊界條件見表5。

表5 數(shù)值模擬邊界條件

2.3 物理模型

通常情況下，將室內(nèi)空氣看作理想氣體，室內(nèi)空氣壓力看作常數(shù)。室內(nèi)空氣流速一般較小，屬于低速，尤其采用輻射供冷時(shí)，速度更小，所以將室內(nèi)空氣看作不可壓縮流體進(jìn)行分析。采用輻射供冷時(shí)，室內(nèi)空氣溫度的變化很小，密度變化可忽略，流體性質(zhì)幾乎不變，因此動(dòng)量守恒方程中的慣性力項(xiàng)、壓力項(xiàng)及粘性力項(xiàng)可忽略。但是室內(nèi)空氣的粘性不可忽略，須用粘性流體力學(xué)的理論來研究。

文章輻射換熱模型采用DO模型，湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k—ε模型，數(shù)值計(jì)算使用SIMPLE算法，浮升力影響通過Boussinesq模型來處理，模型的基準(zhǔn)溫度T0為0℃，基準(zhǔn)密度ρ0為1.2 kg／m3，熱膨脹系數(shù)β0為0.001344 1／K。為了加速收斂，各變量設(shè)置松弛因子見表6。除能量方程收斂于10－6外，速度方程及其他方程均收斂于10－3。

表6 控制參數(shù)

3 兩種供冷方式的室內(nèi)熱舒適對(duì)比分析

3.1 垂直溫差對(duì)比分析

頂板輻射供冷可以加強(qiáng)人體的輻射散熱量，降低人體對(duì)流與蒸發(fā)部分的散熱量，有效地減少人體吹風(fēng)感，且室內(nèi)溫度分布均勻，可有效降低垂直溫差，增加人體的舒適性。與頂板輻射供冷相比，地板輻射供冷時(shí)冷表面在下面，也是通過對(duì)流和輻射作用與房間進(jìn)行熱量交換，但對(duì)流換熱量相對(duì)較小。頂板輻射供冷及地板輻射供冷時(shí)房間中心點(diǎn)沿垂直方向的溫度分布如圖5所示。

圖5 房間中心點(diǎn)沿垂直方向的溫度分布圖

由圖5可以看出，約在垂直高度1.7 m以下，兩種輻射供冷方式室內(nèi)空氣溫度都存在明顯的上升趨勢(shì)，并且垂直溫差較大；1.7 m高度以上，垂直溫度梯度較小，所以室內(nèi)在1.7 m高度左右形成熱力分層。

根據(jù)GB 50736—2012《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》［18］，舒適性空調(diào)夏季風(fēng)速取值小于等于0.25 m／s。因此對(duì)于風(fēng)速范圍內(nèi)的頂板、地板輻射供冷分別結(jié)合置換通風(fēng)兩種供冷模式下的垂直溫差進(jìn)行取值比較。設(shè)工作區(qū)距離地面0.1 m處溫度為t1，距離地面1.1 m處溫度為t2，則工作區(qū)的垂直溫差為t1－2。數(shù)值模擬計(jì)算的兩種供冷方式下的垂直溫差見表7。

表7 兩種供冷方式下的垂直溫差／℃

按照標(biāo)準(zhǔn)ISO 7730—2005規(guī)定，在工作區(qū)地面之上0.1 m和1.1 m之間的溫差不應(yīng)該大于3℃［14］。結(jié)合圖5和表7可以看出，采用地板輻射供冷時(shí)垂直溫差過大，會(huì)使人產(chǎn)生“頭暖足寒”的感覺，難以很好的滿足舒適度的要求；而采用頂板輻射供冷時(shí)，工作區(qū)垂直溫差小于3℃，沿高度方向溫度略有上升，滿足人體舒適度的要求。

3.2 PMV和PPD指標(biāo)對(duì)比分析

比較了應(yīng)用頂板輻射供冷和地板輻射供冷后，房間PMV、PPD的分布情況，房間中線垂直方向上的PMV、PPD的分布如圖6所示。

圖6 房間中線垂直方向上的PMV、PPD分布圖

從圖6可以看出，應(yīng)用頂板輻射供冷時(shí)，在人員活動(dòng)區(qū)域，PMV平均值在0.83左右，最小值為0.4，PMV值均小于1，PPD平均值大約為20%，人員對(duì)于房間熱舒適的滿意度比較高，因此，頂板輻射供冷可以較好地滿足人體對(duì)室內(nèi)熱舒適的要求。而應(yīng)用地板輻射供冷時(shí)，在人員工作區(qū)地面至0.25 m左右，PMV的值大于1，PPD值大于30%，這是由于冷輻射板向人體輻射冷量，對(duì)流換熱差，導(dǎo)致人體腳踝處溫度偏低。隨著房間高度增加，PMV值平均為0.9左右，PPD值平均為25%左右，基本滿足人體對(duì)舒適度的要求。

基于以上數(shù)值結(jié)果，同時(shí)考慮了Fanger提出的基于人體熱平衡的熱舒適方程，由式（1）表示為

PMV＝（0.303exp（－0.036M）＋0.0275）Q（1）式中：M為人體新陳代謝率；Q為熱舒適系統(tǒng)的能量傳輸率。

由于人與人之間存在生理上的區(qū)別，所以Fanger提出了PPD指標(biāo)來預(yù)測(cè)大多數(shù)人對(duì)熱環(huán)境的不滿意率，同時(shí)利用概率分析法提出了PMV和PPD之間的定量關(guān)系，由式（2）表示為

PPD＝100－95exp［－（0.03353PMV4

＋0.2179PMV2）］ （2）假設(shè)室內(nèi)溫度為室內(nèi)距離地面1.1 m處人體周圍的平均溫度，人員在室內(nèi)逗留時(shí)間大于3 h，由室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)及經(jīng)驗(yàn)公式可知，頂板和地板兩種輻射供冷模式下的PMV和PPD計(jì)算值見表8。

表8 兩種輻射供冷模式下的PMV-PPD值

從表8及圖6中可以看出，采用輻射頂板供冷時(shí)的PMV和PPD的值比較接近ISO 7730—2005中對(duì)于PMV—PPD的指標(biāo)推薦值－0.5～＋0.5的范圍，人體離最佳熱舒適狀態(tài)最近；采用地板輻射供冷時(shí)，只有在人體膝部以上范圍取值時(shí)能夠得到比較滿意的舒適狀態(tài)，若不采取合適的通風(fēng)措施，會(huì)造成“腳冷頭熱”的感覺，不符合人體健康要求，尤其對(duì)于老年人群體會(huì)有不舒適感。如果地板溫度過低還可能導(dǎo)致結(jié)露現(xiàn)象。因此，采用地板輻射供冷時(shí)，基本滿足人體對(duì)于熱舒適的要求，但不能滿足人體局部熱舒適的需求。

3.3 吹風(fēng)感指標(biāo)對(duì)比分析

為了評(píng)價(jià)室內(nèi)熱環(huán)境是否滿足室內(nèi)熱舒適，吹風(fēng)感是常用的評(píng)價(jià)指標(biāo)，由此提出了吹風(fēng)感的預(yù)測(cè)模型，來預(yù)測(cè)一定環(huán)境條件下，因吹風(fēng)感引起的人體不滿意百分比。其中，被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)廣泛采用的是Fanger模型。在實(shí)驗(yàn)中，將測(cè)試者裸露于空氣溫度分別為20、23和26℃，空氣流速逐步增加，紊流程度分別為高、中、低三種的氣流中，根據(jù)測(cè)試者的主觀回應(yīng)，分析得出PD模型。該模型由動(dòng)態(tài)部分（反應(yīng)人體整體熱損失）和靜態(tài)部分（反應(yīng)氣流紊流強(qiáng)度對(duì)吹風(fēng)感的影響）組成，由式（3）表示為

PD＝PDstatic＋PDdynamic＝3.143（34－ta）（v－0.05）0.6223

＋0.3696vTu（34－ta）（v－0.05）0.6223（3）式中：v是人員附近平均空氣速度，m／s；ta是人員附近平均空氣溫度，℃；Tu是空氣紊流強(qiáng)度，設(shè)為40%。

根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果，取人員工作區(qū)距離地面1.1 m處的平均值，可以得出在送風(fēng)速度較小的情況下，頂板輻射供冷和地板輻射供冷對(duì)于吹風(fēng)感的不滿意率PD均小于15%，相差不大，說明在相同的供冷參數(shù)下，兩種方式均能滿足人體熱舒適的要求。

4 結(jié)論

根據(jù)上述研究表明：

（1）采用地板輻射供冷時(shí)垂直溫差大于3℃，會(huì)引起人體腳冷頭熱的感覺，而采用頂板輻射供冷時(shí)，沿房間垂直方向，溫差較小，不超過3℃，所以從垂直溫差來看，頂板輻射供冷比地板輻射供冷熱舒適性好。

（2）采用頂板輻射供冷時(shí)人體活動(dòng)區(qū)域PMV值和PPD值均在標(biāo)準(zhǔn)指定的舒適范圍－0.5～＋0.5內(nèi)，人體離最佳熱舒適狀態(tài)最近；而采用地板輻射供冷時(shí)，在近地板處，PMV值和PPD值超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，無法滿足人體局部熱舒適的需求，只有在人體周圍取值時(shí)能夠得到比較滿意的舒適狀態(tài)。

（3）在相同的供冷參數(shù)下，頂板輻射供冷和地板輻射供冷兩種方式對(duì)于吹風(fēng)感的不滿意率PD取值相差不大，取值均小于15%，且都在合理范圍之內(nèi)，兩者均能夠滿足人體對(duì)于吹風(fēng)感熱舒適的要求。

［1］ 王子介.低溫輻射供暖與輻射供冷［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［2］ 白曉玲.低溫輻射供冷空調(diào)水系統(tǒng)除氣的試驗(yàn)與模擬研究［D］.天津：天津大學(xué)，2007.

［3］ Miriel J.，Serres L.，Trombe A..Radiant ceiling panel heatingcooling systems：experimental and simulated study of the performances，thermal comfort and energy consumptions［J］. Applied Thermal Engineering，2002，22（16）：1861－1873.

［4］ Rhee K.N.，Kim K.W..A 50 year review of basic and applied research in radiant heating and cooling systems for the built environment［J］.Building＆Environment，2015，91：166－190.

［5］ Mumma S.A.，Jeong JW..Direct digital temperature，humidity，and condensate control for a dedicated outdoor air-ceiling radiant cooling panel system［J］.Ashrae Transactions，2005，111：547－558.

［6］ Seo J.M.，Song D.，Lee K.H..Possibility of coupling outdoor air cooling and radiant floor cooling under hot and humid climate conditions［J］.Energy＆Buildings，2014，81：219－226.

［7］ Diaz N.F.，Lebrun J.，AndréP..Experimental study and modeling of cooling ceiling systems using steady-state analysis［J］. International Journal of Refrigeration，2010，33（4）：793－805.

［8］ 王婷婷.毛細(xì)管平面輻射空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置方式與運(yùn)行策略研究［D］.濟(jì)南：山東建筑大學(xué)，2012.

［9］ 陳鵬.毛細(xì)管網(wǎng)輻射供冷的傳熱分析及熱舒適性研究［D］.上海：東華大學(xué)，2012.

［10］李永安，閆佳佳，田丹丹，等.毛細(xì)管網(wǎng)敷設(shè)方式對(duì)換熱性能的影響研究［J］.暖通空調(diào)，2015，45（4）：78－83，63.

［11］張雙迎，輻射供冷空調(diào)方式的特性及結(jié)露問題的研究［D］，江蘇：江蘇科技大學(xué)，2012.

［12］黃菁.輻射冷頂板條件下室內(nèi)熱舒適及PMV指標(biāo)適用性研究［D］.長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2013.

［13］Kwong Q.J.，Arsad M.A.，Adam N.M..Evaluation of Indoor Thermal Environment in a Radiant-Cooled-Floor Office Building in Malaysia［J］.Applied Mechanics＆Materials，2014，564：228－233.

［14］ISO 7730—2005，Ergonomics of the thermal environment-Analytical determination and interpretation of thermal using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria［S］.Brussels Belgium：International Standard Organization，2005.

［15］ASHRAE Standard 55，Thermal Environment Conditions for Human Occupancy［S］.Atlanta：ASHRAE Standards Committee，2004.

［16］GB／T 18049—2000，中等熱環(huán)境PMV和PPD指數(shù)的測(cè)定及熱舒適條件的規(guī)定［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2000.

［17］GJ 142—2012，輻射供暖供冷技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

［18］GB 50736—2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

Study on the indoor thermal com fort under the condition of the ceiling and floor radiant cooling

Yang Dong1，2，Zhang Yan1，Nie Yidan1

（1.School of Thermal Energy Engineering，Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China；2.Key Laboratory of Renewable Energy Utilization Technologies in Buildings of the National Education Ministry，Jinan 250101，China）

Study of indoor thermal com fort under the condition of the ceiling and floor can provide the oretical basis for opitirnizing the cooling system and meeting the human body thermal comfort.This paper expounds the two types of radiation cooling mode for ceiling radiant cooling and floor radiant cooling，and their radiant cooling mechanism，analyzes the factors affecting the indoor thermal comfort.Taking experiment room applied of radiant cooling air conditioning technology as the research object，this paper builds simulation model of the room using Airpak，makes numerical simulation and contrastively analysis of the effect on the indoor thermal comfort for the two types of radiation cooling mode for ceiling radiant cooling and floor radiant cooling in three aspects of indoor vertical temperature difference，PMV-PPD index and draft sensation.The results show that along the height direction of the room，the vertical temperature difference of roof radiant cooling is less than 3℃.But that of roof radiant cooling is toomuch，local thermal comfort requirements can't bemet well；PMV value of the ceiling radiant cooling is fundamentally in－0.5～＋0.5，the human body is closest to the best state of thermal comfort.But the floor radiant cooling only guarantees satisfactory PMV value around human body.When considering draft sensate，disapproval rating PD of two cooling patterns are less than 15%，which can meet the requirements of the human body for the thermal comfort of the hairdryer.

ceiling radiant cooling；floor radiant cooling；indoor thermal comfort

TU831.8

：A

1673－7644（2017）02－0125－07

2017－02－17

山東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（ZR2016EEM10）；山東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳科技計(jì)劃項(xiàng)目（K12016071）

楊冬（1973－），男，副教授，博士，主要從事室內(nèi)空氣品質(zhì)控制等方面的研究.E-mail：ydc1178＠sdjzu.edu.cn