基于PMV指標(biāo)的房間熱舒適性評價方法及其實驗探討

林 竹 劉 博

（廣東美的制冷設(shè)備有限公司 佛山 528311）

引言

隨著生活水平的提高，用戶對空調(diào)產(chǎn)品的要求不再是簡單的制冷制熱能力的優(yōu)劣，更希望獲得溫度，濕度，風(fēng)速等多元化的熱舒適性體驗。目前，各大空調(diào)企業(yè)都投入大量人力物力開展產(chǎn)品的舒適性研究[1]，但房間熱舒適性評價方法較少，且評價因素不全面[2]，為舒適性的空調(diào)產(chǎn)品開發(fā)帶來挑戰(zhàn)。針對此問題，本文建立一種基于PMV指標(biāo)的房間熱舒適性的評價方法，并對其進(jìn)行實驗驗證。

1 熱舒適性評價公式

在國際上，目前被公認(rèn)的預(yù)測和評價室內(nèi)熱環(huán)境舒適性的標(biāo)準(zhǔn)為ISO 7730-2005和美標(biāo)ASHRAE 55-2013，在ISO 7730-2005標(biāo)準(zhǔn)中針對穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境進(jìn)行了舒適性的評價，穩(wěn)態(tài)環(huán)境的評價主要對PMV、PPD指標(biāo)以及局部的熱不舒適性等進(jìn)行考核。經(jīng)典的 PMV-PPD模型研究空氣溫度、濕度、風(fēng)速三種物理維度對人體冷熱感評價的影響探討人的熱舒適性[3,4]。

1.1 PMV方程

式中：

α—熱敏感系數(shù)，是對環(huán)境敏感程度；

HeatLoad—人體熱負(fù)荷。

1.2 PMV方程擬合優(yōu)化

GB/T 33658-2017中附錄A的PMV計算方程（1）是根據(jù)歐美人群的測試結(jié)果擬合的，因為中國人體的代謝水平與歐美人群有差異，所以計算出的預(yù)計熱感覺指數(shù)比較舒適的環(huán)境參數(shù)與實際體驗結(jié)果差異較大。如，根據(jù)PMV方程計算出來制冷工況下相對濕度50 %、風(fēng)速0.2 m/s條件下最舒適的溫度是25.4 ℃，而實際測試結(jié)果顯示，在制冷工況下40 %、風(fēng)速0.2 m/s條件下最適宜的溫度是26.5 ℃，相差近2 K。所以，為了得到適合中國人的最佳室內(nèi)熱舒適性參數(shù)，提出PMV優(yōu)化方程（2）。

PMV優(yōu)化方程為:

式中：

a—熱敏感系數(shù)，表示人體對環(huán)境的敏感程度；

b—熱敏感特性常數(shù)，表示人體熱敏感對理論舒適溫度的偏差程度。

2 實驗驗證

2.1 被試人員

為了擬合適合中國人的PMV模型，招募了44個被試者進(jìn)行舒適性體驗，其中包括11名12歲以下兒童、11名13～49歲青年（成年）男子、11名13～49歲青年（成年）女子和11名50歲以上老人。在招募被試時，盡量覆蓋各個年齡段、且兼顧南方和北方地區(qū)人員的比例。

2.2 測試設(shè)備

測試在熱舒適實驗室進(jìn)行，該實驗室模擬家居環(huán)境，內(nèi)間室的結(jié)構(gòu)尺寸為8 m×3.5 m×2.6 m，溫度、濕度和風(fēng)速可調(diào)。

溫度參數(shù)測試范圍：（-25～55）℃，測試精度：±0.5 ℃，響應(yīng)時間：≤1 s；濕度參數(shù)測試范圍：（20～80）% RH、測試精度：±3 %以下，響應(yīng)時間：1 s；風(fēng)速參數(shù)測試范圍：0.05～5 m/s，測試精度：±（0.05+0.05） m/s，響應(yīng)時間：0.5 s。

有兩個對稱的內(nèi)間室，每個內(nèi)間室有9個（長）×9個（寬）×7個（高），水平面共567個溫度測試點，水平面溫度測點之間間距0.4 m，垂直面溫度測點是距離地面0.1 m、0.5 m、0.9 m、1.3 m、1.7 m、2.1 m和距離天花板0.05 m；9個濕度測試點，該測點在房間距離地面1.2 m的平面內(nèi)均布；9個風(fēng)速測試點，但是在測試風(fēng)速時，依據(jù)ASHREA 55-2013的要求在距離地面0.1 m、0.6 m、1.1 m的高度，距離空調(diào)器出風(fēng)口約2 m距離，取三個數(shù)的平均值。室內(nèi)溫度取567個測溫點的平均值，室內(nèi)濕度取9個濕度測試點的平均值。

2.3 測試工況

進(jìn)行制冷工況和制熱工況熱舒適性測試。先按照GB/T 33658-2017 《室內(nèi)人體熱舒適環(huán)境要求與評價方法》中的PMV計算方法，計算并篩選出夏季制冷和冬季制熱最佳的溫度、濕度和風(fēng)速組合工況，詳見表1。

表1 理論計算制冷季節(jié)和制熱季節(jié)最佳熱舒適工況

以表1為基礎(chǔ)，在制冷工況相對濕度定為40 %和70 %、在制熱工況相對濕度定為50 %，風(fēng)速以0.05 m/s為起點以0.05 m/s為步長進(jìn)行調(diào)整，先由工作人員進(jìn)行預(yù)實驗，找到合適的溫度區(qū)間后，被試人員按照表2的工況進(jìn)行測試。

表2 制冷季節(jié)和制熱季節(jié)熱舒適測試工況

以上合計27個測試工況。

2.4 測試著裝

在測試過程中，要求被試對象按照GB/T 33658-2017中所規(guī)定的著裝要求進(jìn)行。

2.5 測試流程

待實驗室工況穩(wěn)定后，工作人員會告知被測試者的測試流程、問卷內(nèi)容和注意事項，然后被測試者換上規(guī)定著裝計入放進(jìn)開始測試，按照測試問卷內(nèi)容如實填寫，30 min后完成測試。

2.6 結(jié)果對比分析

數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)平均得到每個工況受試者的熱舒適性評分；同時將表4和表5中的溫度、濕度和風(fēng)速的數(shù)據(jù)代入公式（2），根據(jù)GB/T 33658-2017，M代謝率，取70 W/m2，W外部做功消耗的熱量取0 W/m2，tr近似取為環(huán)境干球溫度ta，可以得出PMV’計算值，一并匯總表中。其中制冷工況下測試結(jié)果見表3，制熱工況下測試結(jié)果見表4。

表3 室內(nèi)熱舒適制冷工況測試數(shù)據(jù)匯總

表4 室內(nèi)熱舒適制熱工況測試數(shù)據(jù)匯總

PMV’值介于-1～1之間，其中-1～0表示用戶感覺寒冷，0～1之間表示用戶感覺炎熱。由表3～4可以看出，PMV’計算值和PMV’測試評分的偏差在±15 %以內(nèi)，此公式可以準(zhǔn)確評價房間的舒適性指標(biāo)。

3 小結(jié)

本文根據(jù)國人特點，建立了一種基于PMV指標(biāo)的房間熱舒適性評價方法，然后舒適性實驗，通過實驗驗證此評價方法能夠準(zhǔn)確評價房間熱舒適性的優(yōu)劣，對后面的空調(diào)產(chǎn)品開發(fā)有指導(dǎo)意義。