高校校园建筑教室热湿环境热舒适性文献综述

高校校园建筑教室热湿环境热舒适性文献综述

一、摘要

      随着经济和社会的发展人们对于衣食住行等生活各个方面的要求都趋于理想化，高水平化，特别注意的是对于我们所处的生活环境热舒适性的要求也愈来愈高，室内的热舒适性受到越来越多的关注。热舒适在ASHRAE Standard 54-1992 中定义为：人体对热环境表示满意的意识状态。较高的室内热湿环境质量直接关系到学生的学习和身心健康，为了进一步研究北京高校建筑室内的热舒适状况，通过对国内的热舒适性研究文献查阅，最终确定研究的方向和方法，采用现场测试和问卷调查的方法从客观和主观两个方面分析的高校建筑室内的热舒适状况， 这项研究的目的是通过测试来确定我国北方地区校园建筑内的热舒适状况，分析温度、湿度、风速、平均辐射温度等因素对热舒适的影响程度，以及学生的热感觉和热期望，为制定合适的校园过渡季和采暖季室内热环境标准及方法提供依据。

关键词：现场测试 主观调查 教室室内的热舒适性 室内热湿环境  

二、前言

近年来，国家在环保、低碳、节能工作上十分重视，因此建筑节能工作也得到了大力推动。在此形势下，绿色校园建筑受到了很多人的关注。高等学校是人才培养的重要基地，在满足师生提供舒适健康的工作、学习和生活环境的前提下，同时需要在节能减排方面起到引领和示范作用，为此，研究能够同时满足舒适和节能要求的校园建筑室内环境条件显得十分重要。在以往开展的研究中，大多是针对某个季节进行的，并且大多是严寒地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区，而在地域广阔的寒冷地区，研究较少。

热舒适在ASHRAE Standard 54-1992 中定义为：人体对热环境表示满意的意识状态。建筑热环境不仅仅关系到人体的热舒适和健康，而且还关系到人与城市、资源和环境的可持续和谐发展。其研究的实际意义是以人体热感觉和所处环境适应性为核心来研究热舒适性，也可以解决人体热舒适要求的建筑环境的构建问题等。学校作为培养人才的重要场所，室内环境热舒适状况直接影响着学生的学习效率，有着更深远的社会意义。

这项研究的目的是通过测试来确定我国北方地区校园建筑内的热舒适状况，分析温度、湿度、风速、平均辐射温度等因素对热舒适的影响程度，以及学生的热感觉和热期望，为制定合适的校园室内热环境标准及方法提供依据。

人体热舒适研究对于评价室内环境质量具有重要意义。Fanger教授[2]根据欧美人种热反应数据热反应建立PMV预测平均投票模型被世界各地很多学者通过人工气候实验所验证，得到广泛的使用。而与此同时， 也有很多研究者通过现场调查发现，PMV预 测 结 果 与TSV（ thermal sensation vote，热感觉投票）在偏离热中性 的 环 境中往往存在偏差。Fanger等人汇总分析了研究者们在曼谷、新加坡、雅典和布里斯班非空调建筑中的现场调查结果， 发现PMV 拟合线与TSV拟合线之间存在较为明显的剪刀差现象。

类似的剪刀差现象，江燕涛等人连续进行了全年的现场调查， 结果发现，无论在偏热还是偏冷的环境下， 受 试 者 热 感 觉 实 际 投 票 值 TSV 都 比 预 测 值PMV 更接近中性，即人们对热感觉的主观判 断比预测的敏感程度要小。

对于剪刀差现象的产生,Fanger教授将其归结为心理因素的影响,并提出期望因子模型，用一个表征人们对所处环境期望值高低的心理期 望因子ｅ来修正PMV计算值，针对不同地区不同人种,ｅ的取值有所区别。以 Brager 和de Dear为代表的学者则提出了适应性热舒 适 模 型，认为人体并不是环境的被动接受者，拥有生理适应、心理适应和行为适应这三种主动适应模式。

三、主题

 由于文献显示对北京地区的热舒适研究较少，所以，从2016年10月-11月开始对北京地区某大学教室开展了为期两个月的现场研究，目的在于了解北京市校园建筑在过渡期和采暖期室内热舒适状况。

回顾过去的研究工作，人体热舒适的研究方法有实验室研究和现场研究两种。 由于人体热舒适是一门关于建筑物理学、生理学和心理学的综合学科，因此各 种研究方法的基本思想都是通过测试室内热湿环境参数、 测试人体生理参数， 调 查人体的热感觉投票来研究人体对热湿环境的生理和心理反应。 实验室研究可以精确控制环境变量，将一或两个变量分离出来， 研究当其他 几个变量不变时，这一、两个变量的变化对人体热舒适的影响。很多重要的热舒 适指标如 PMV-PPD 指标等都是在实验室里获得的。 但现实的室内环境与人造的实 验室环境是不同的，比如实验室研究不能模拟太阳辐射等因素， 因此必须进行现 场研究。现场研究综合考虑了 6 个热舒适影响因素及其他影响因素，如过去的热 经历、 人体的自主调节能力等对人体热舒适的影响。 人体的适应性模型便是现场 研究的产物。 两种研究方法各有优缺点， 在人体热舒适研究过程中相辅相成，均不可或缺。

目前国内主要研究有：1994年清华大学有人提出一种以热舒适度热舒适指标PMV等于零作为控制的目标来追求节电、舒适的目的，在空调系统中采用了智能控制技术与智能信息处理的智能控制器。2000年郭富军等在空调最优最优控制系统中应用了热舒适性指标。湖南大学叶国栋直接、间接制作了一定的方法对舒适空调中的舒适度进行了分析，同时对温度进行了分析和测量并详同对其工作原理进行了更深的了解和探讨。2001年于航等人研究了暖通系统中应用了模糊控制对PMV的方法，同时控制传统的PID控制方法进行了深入的比较，最终结论是模糊控制PMV的方法不仅可以节约能源也可以满足人们对舒适性要求。2002年黄国辉一边用模糊控制压缩机的转速，一边调整舒适度要求。2004年申欢迎将PMV提出一种用模糊控制，控制PMV指标和室内冷负荷的方法来控制空调的舒适度。2005年梁健设计了控制舒适度的控制器。2006年韩滔研究动态舒适度指标控制情况。2007年刘伟伟等评估了人体舒适性模型用神经网络，最终得到一个最优的组合通过神经网络控制器从而实现不同的热舒适性要求。2008年重庆大学刘慧芳，通过研究提出了使用动态热舒适性指标的方法。2010年重庆大学徐涛以某居住小区住户作为研究问题对象，测试分析 不同状况下的自然通风的热舒适性温度在动态的室内环境。

国外研究发展历程：

1）关于气流运动对人的舒适性影响的研究起源于实验室，早期相关标准中关于风速的限值也是根据实验室研究结果确定。代表：美国ASHRAE实验室：气流运动与热舒适；丹麦技术大学：Fanger舒适方程；英国电气协会研究中心：关于通风对热舒适性

2）上世纪八十年代，国外科学家就有热舒适性控制的想法，从控制温度慢慢发展成控制控制舒适度，控制方法从手控制动到智能控制。

代表：1982年kaya提出一种使用最优控制方法是能耗最小的HVAC系统，通过控制空气温度、湿度、和风速并且保证室内状态大致ASHRAE所推荐的热舒适度指标范围。1986年Mac Arthur 第一次将控制空调的控制系统的热舒适度指标PMV做为了控制对象，并提出设定不同温度在不同的湿度下使PMV达到目标，结果表明，这种控制方法会比传统的控制方法节能10%左右。1998年Maher根据模糊逻辑控制以PMV为目标，设计风速和温度的一个多变量控制器，结果表明，这是一种既能满足人的热舒适性也能节约能耗的HVAC系统。

1999年Xia等人把PMV控制使用在了变风量空调系统中，使用HVASIM仿真软件模拟研究的。Goto等人将一视室内环境的温度和湿度设定为定值然后通过调整风速来使PMV达到舒适要求的范围内。Kakegawa等人通过控制窗户的开度变化情况来控制PMV，通过PMV的控制实现人体热舒适性。2000年通过控制算法来实现PMV控制建立空调的舒适控制模型。2003年Nassif找出了HVAC系统最优值通过遗传算法以使舒适度合适的范围内，并且可以节约能源。2005年Gouda实现自冷却和除湿采用自然通风的方法，使室内空气品质和热舒适度得到满足。Freire假定一个能够测量的控制变量，在HVAC中应用模糊预测控制系统当中实现人体舒适度的要求。

    通过对热舒适度研究的发展脉络，发现国内外的热舒适研究已经发展的比较成熟，很多的前辈们为我们打下了很好的基础。但是对于室内热舒适性的研究最困难的一点就是对于服装热阻的计算方法，目前并没有一个标准的规范对于中国的服装热阻的总结。最近的研究中[8]，建议以我国标准中的测量方法为基础，将 ASHRAE标准中的相关规定作为补充，测量“中国特色”的服装类型的热阻情况，ASHRAE及ISO标准中的数据库进行补充，建立适合我国各地 区使用的服装热阻数据库。此外，可结合国内热舒 适调研的常用方法，提出成套服装的新的热阻计算 方法，使国内的热舒适研究更规范、准确。 

4、总结

1）在以往开展的研究中，大多是针对某个季节进行的，并且大多是严寒地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区，而在地域广阔的寒冷地区，研究较少，而且大多数文献中对于服装热阻的计算方法并没有详细介绍，而且ASHRAE和ISO标准，并不是所有的都是用于中国。

2）在仅有的有关寒冷地区的热舒适性研究中，复合通风模式下的热舒适性研究仅有天津工业大学的《天津初夏某大学复合通风教室着装习惯和热舒适的调查研究（1）自然通风模式 》[9]，研究的是在自然通风和空调通风模式下的学生着装习惯和热舒适性。比较好的一点是通过选学生体重作为确定样本总量的方法，是比较新颖的。这篇文献给该校过渡季以空调通风和自然通风的复合式通风对学校的节能提供了良好的方案。

3)《北京校园建筑夏冬两季室内热舒适性现场调查研究》[11]和《北京地区大学教室热舒适长期调查研究》[12]是唯一的两篇将北京全年气候和气候影响较大的夏季和冬季教室室内热舒适性综合研究的文献，并且对于地域差异也有考虑。前文将TSV和PMV之间剪刀手的差异出现情况详细的用实验和主管调查问卷说明，但是在每一个季节样本量选择还是比较少的。后文的出在过渡季的大多数时间内可以用自然通风的方式满足受访者对于是内热环境的要求。

4）由调查研究[15]知道，北京冬季人体预测中性温度为 21 . 3 ℃ ,而根据主观投票得到的中 性温度为 20. 7 ℃ ,二者相差0. 6 ℃。 这表明将相对湿度 、风速 、服装热阻 、新陈代谢率的数值进行标准化之后 ,即使是在现场调查中 , PMV 模型也仍然能够较为准确地预测人体中性温度 。在冬季寒冷的气候条件下 ,当 室内 作业温度低于中性温度时 ,人们对于偏冷的室内 环境表现出耐受性 。 而当室内 作业温度高于中性温度时 ,人对于冷环境的 适应性被影响 , 表现出 对热的 不适应性 。 因 此 ,冬季将室内 温度维持过高 ,不仅浪费能源 ,同时也会引 发人们的不舒适感 。室外温度越低 ,人对于冷环境的适应性就越强 ,对偏热环境的 适应性就越差 ,越容易 觉得热 。室外温度的高低 ,对于人体热适应性的形成起着非常重要的作用 。

五、参考文献

[1] INTERNATIONAL STANDARD  ISO7730

[2] 朱颖心. 建筑环境学[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2005.

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[4]谭青.  夏季教室通风速率对人体热舒适影响研究[D].硕士学位论文.    重庆：重庆大学，2011

[5]李武刚.冬季高校教室热舒适性控制方法研究[D].学位论文  西安：西安建筑科技大学， 2015

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[12]李敏,曹彬,欧阳沁,朱颖心.   北京地区大学教室热舒适长期调查研究[J]  暖通空调， 2014，44（12）  

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