浅谈空调环境下的室内热舒适及其评价方法

连晓宇 田自群

（1.洛阳市规划建筑设计研究院有限公司 河南 洛阳 471000；2.林同炎李国豪土建工程咨询有限公司 中国 上海 200437）

0 前言

随着科技、经济的日益发展，人类赖以生存的室内环境已经发生了质的飞跃。由于人的一生中有绝大部分时间是在室内度过的，室内环境状况对人体的生长发育、健康以及工作效率等有着密切的关系。特别是近年来空调系统的广泛应用使得人们更加依赖于室内环境。所以研究人体热舒适，创造健康、舒适、安静、清洁的室内环境，是非常必要的。

1 热舒适影响因素分析

人体热舒适是多个因素相互作用的结果，而且随着室外气候条件的变化而变化。热舒适一般是指人们对其所处的局部气候产生的不冷不热的主观感觉，是人们在众多因素作用下的主观反映。美国采暖、制冷和空气调节工程师学会（ASHRAE）在55－56标准中，给出了热舒适环境的定义为：人在心理状态上感到满意的热环境。国内外的广泛研究表明，影响人体热舒适的主要因素可以归结为六个，与环境有关的四个因素：平均辐射温度、空气温度、空气速度及相对湿度；与人有关的两个因素：人体代谢率和服装热阻。除此之外，还有其它能引起人体局部不舒适的环境参数，如吹风，垂直方向较大的温度梯度以及辐射温度的不对称等。而人体的心理因素、性别差异、地区、以及种族差异等也使得不同人体对热感觉的评价有一定的差异[1]。

很多相关研究[2]都给出空气温度、相对湿度、空气流速等参数对人体热舒适及能耗的影响，例如室内空气温度对人体热舒适影响很大；在一定温度范围内可以通过增加室内风速来实现更佳的室内舒适性；室内相对湿度对人体舒适性不是很明显，但是对空调系统能耗的影响很大。因此，在温湿度允许范围内我们可以适当降低温度，增大湿度，并且可以在室内温度偏高时，通过增加风速来补偿室内舒适性。据美国国家标准局统计资料表明，如果在夏季将设定温度值下调1℃，将增加9%的能耗，如果在冬季将设定温度值上调1℃，将增加12%的能耗[3]。

2 热舒适评价方法

“热舒适”是指人体对热环境的主观热反应。Bedford在1936年提出热舒适的7级评价指标，美国供暖、制冷与空调工程师协会（ASHRAE Standard）在1996年开始使用7级热感觉指标，如表1所示[4]：

表1 热舒适和热感觉评价指标

除常用的PMV指标外，各国学者针对各自不同的目的提出了许多用于评价人体热感觉与热舒适的指标，其中比较有代表性的指标有：有效温度和标准有效温度（美国）；卡他冷却能力、当量温度和主观温度（英国）；预测平均投票数和预测不满意百分数（丹麦）；热应力指标；湿球黑球温度计指数[5]。对室内热舒适性的评价指标规定，我国可依照的相关标准包括 《中等热环境PMV和PPD指数的测定及热舒适条件的规定》（GB/T18049-2000）、采暖通风与空气调节设计规范（2001 年版）等。

人体热舒适是人们对周围热环境感到满意的一种主观感觉，它是多种因素综合作用的结果，是一个精神的、主观的心理反应。最初人们对空调热环境进行评价时，是用传统数学方法，对热感觉各个级别间原本很模糊的边界给于精确的界定。这样就会出现用精确数学处理热舒适反而不精确的现象。引入模糊数学方法建立模糊综合评判模型，这是一种比以前更加科学的热舒适评判体系，但由于每个人生理上的差异及主观感觉的多样性，使得每个个体的舒适区都不尽相同，而模糊评判模型是根据群体的热感觉建立的，不能完全适用于每一个个体[6]。因此，对室内热舒适性进行评价时，发展了多种评价方法。

陶爱荣等[7]提出了模糊评判的方法，即针对传统室内环境舒适性评价方法的局限性，提出了广义舒适感的概念，利用模糊数学方法建立多级FCE指标，并用实验的方法对该指标的精度和可靠性作了检验。胡平放等[8]采用了主观评价的方法，即选择典型大型商场，采用问卷调查的方式，了解不同商场、不同人员对室内环境满意程度、可接受性和引发的症状水平，进而对室内环境舒适性进行主观评价。数值预测方法[9]是将计算传热学和计算流体力学综合应用于室内气候组织的数值计算，将计算范围扩至建筑围护结构外表面，根据Patankar提出的对r求调和平均的措施，建立共轭传热室内环境的一种数值预测模型方法。目前还有很多基于神经网络理论进行评判的热舒适评价方法。赵博等[10]以Matlab 6.0为开发工具，建立了BP神经网络评判模型，选取不同个体对17种不同环境做出热舒适判断作为学习的教师，然后再对4种不同的环境进行了验证。该方法能够解决个体热舒适差异的问题。

魏东等[11]在分析影响人体热舒适的六个主要室内热环境因素的基础上，讨论了PMV指标的作用和运算方法。利用人工神经网络建立了PMV指标的预测模型，并将PMV指标用作空调系统的优化性能指标，研究了空调系统优化控制方案。控制方法采用预测控制滚动优化的思想，优化指标取舒适性指标和耗能量之和。在仿真过程中，对空调区域冷湿负荷进行预测，并用Matlab软件进行数据拟和。在模型不确定和环境、负荷参数不断变化的情况下，仿真结果表明，房间的温度基本维持在24～27℃之间，相对湿度也保持在45%～60%之间，可以做到随外部环境参数的变化进行实时调控。既实现了建筑节能的要求，又可以使空调区域内的温湿度保持在舒适范围内。

3 结论

空调系统主要通过控制室内空气的状态（空气温度、湿度等）来对室内热湿环境进行调控，提供令人感到热舒适的空调房间热环境是HVAC系统的首要目的。HVAC系统的作用点是人而不是室内的空气，以室内人员的热舒适指标为控制目标，不但可以将HVAC系统的作用点真正转移到人体上来，同时也有利于实现空调系统舒适性与节能性的统一。

［1］茅艳.人体热舒适气候适应性研究[D].西安建筑科技大学，2007.

［2］闫斌，郭春信，程宝义，缪小平.舒适性空调室内设计参数的优化[J].暖通空调,1999，29（1）：44-45.

［3］郑姗姗，李炎峰，贾衡.智能建筑中建筑设备控制技术与建筑节能[J].中国建设信息供热制冷，2005，6：27－30.

［4］牛润萍，陈其针，张培红.热舒适的研究现状与展望[J].人类工效学，2004，10（1）：38-40.

［5］王昭俊，王刚，廉乐明.室内热环境研究历史与现状[J].哈尔滨建筑大学学报，2000，33（6）：97-101.

［6］上海情报服务平台www.istis.sh.cn.

［7］陶爱荣，虞萍.关于室内环境舒适性评价指标的研究[J].通风除尘，1998，2：36-43.

［8］胡平放，邹春，等.大型商场室内环境舒适性主观评价结果分析[J].通风除尘，1998，2：36-43.

［9］张泠，张楠，等.共轭传热室内环境数值预测模型[J].湖南大学学报：自然科学版，2002，29（4）：92-97.

［10］赵博，连之伟，等.基于神经网络的室内热舒适评判模型[J].哈尔滨工业大学学报，2003，35（12）：1436-1438.

［11］魏东，潘兴华，张明廉.舒适性指标PMV在暖通空调控制中的应用[J].北京建筑工程学院学报，2004，20（1）：52-56.