船舶舱室内热舒适性参数的选取

王世忠，周爱民，施红旗，卜锋斌

(1.武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉 430064;2.海军驻上海704所军代表室，上海 000031)

0 引言

为使船员保持高效率的工作，就需要保证舰船上人员维持良好的身体状况和饱满的精神状态，于是就对其工作、居住等活动空间内的环境条件提出较高的要求，需要保证舱室环境的热舒适性。然而热舒适性定义没有任何物理量的限定，因为人的热舒适性是受到外界环境、个人的活动状况、生理、心理等主观感觉的多种变量影响的复杂问题。在工程实际应用中，人们需要对一定的热、湿、风速等环境参数进行评价，判断该环境是否满足人的舒适要求，然后再去根据人们的要求进行合理控制。

但由于研究场合、气候、人种群及其着装等因素的差异会造成各种地方的人在相同的环境中热感觉不同，因此不同人在某种环境下对热舒适性的要求也不同，因此国际上民用建筑领域的热标准在不同国家的通用性和准确性受到了质疑［1］。其中，针对不同的研究对象，选择什么样的评价指标以及如何合理确定该指标所需热环境参数取值或取值范围，是热舒适问题研究的核心内容。考虑到船舶舱室环境与一般民用建筑的差异性，直接引用民用建筑对热环境控制参数未必满足船员对环境控制的需求，因此开展了船舶舱室内热舒适性参数的选取研究。

目前比较受认可的热舒适性评价是以PMV热舒适模型为基础开展的相关工作，该模型在人员处于静态活动和着衣量较少时是最为准确的，特别是在服装热阻范围为0.3～1.2 clo，新陈代谢率小于1.4 met时，而随着衣服的加厚和活动水平的提高其预测值和实际热感觉投票值的偏差也越来越大［2－3］。

本文先对以PMV热舒适模型为基础建立的普遍公认的热舒适评价标准进行分析研究，为船舶舱室内热舒适性控制参数选择提供依据。目前民用建筑领域上普遍公认的热舒适评价标准有ASHRAE55－1992［4］和 GB/T18049 － 2000［5］。

1 热舒适性标准

1.1 ASHRAE55－1992

ASHRAE55－1992将一般建筑内人员感觉热舒适的温湿度范围分为冬季舒适区和夏季舒适区，其中冬季舒适区为:当湿球温度为18℃时，舒适区t=20℃ ～23.5℃;当露点温度dp=2℃时，舒适区t=20.5℃ ～24.5℃。如果采用新有效温度来表示，则冬季舒适区温度范围ET*=20℃ ～23.5℃，平均风速为0.15 m/s。夏季:当湿球温度为20℃时，舒适区t=22.5℃ ～26℃;当露点温度dp=2℃时，舒适区t=23.5℃ ～27℃。用新有效温度表示的夏季舒适温度范围ET*=22.8℃ ～26.1℃。平均风速为0.25 m/s。

因为人体的颈部和脚踝处对温度比较敏感，较大的垂直温差可引起人体对环境的不舒适感增加。因此，ASHRAE55－1992中规定垂直温差t1.1－t0.1≤3℃。另外，还明确了垂直方向不对称辐射温差应不超过5℃，水平方向不对称辐射温差不超过10℃。地板表面温度最好控制在18℃ ～29℃。

ASHRAE55－1992标准适用于以坐着为主的轻体力活动，新陈代谢率M≤1.2 met，所穿着服装的热阻夏季为0.5 clo，冬季为0.9 clo。

1.2 GB/T18049－2000

GB/T18049－2000标准的制定参照了ASHRAE55－1992，其中规定了预测处于中等热环境中的人对热的感觉和不舒适程度的方法，并规定了可接受的热舒适条件，只是该标准并未规定湿度的界限。该标准对适用条件具有一定的约束，适用于健康男性和女性，适用于室内工作环境的设计或对现有室内工作环境进行评价，其中人员是坐姿，从事轻体力活动 (新陈代谢率M≤1.2 met)，所穿着服装的热阻夏季为0.5 clo，冬季为1.0 clo。

GB/T18049－2000标准以操作温度给出了热舒适区域。

在冬季坐姿活动下 (有供热)，人员感觉热舒适的温度范围及其他相关要求是 t0=20.0℃ ～24.0℃，在高于地面1.1 m与0.1 m之间 (头与踝之间)的垂直方向空气温度差应小于3℃;地表面温度通常是在19℃ ～26℃之间，但对供热系统的地面应设计为29℃;来自窗户或其他冷垂直表面的辐射温度的不对称性应小于10℃ (相对于1个小的垂直平面，高于地面0.16 m);来自加热的屋顶的辐射温度不对称性应小于5℃ (相对于1个小的水平面，高于地面0.6 m);平均风速v≤0.15 m/s;相对湿度在30%～70%之间。就夏季 (有空调)来说，坐姿活动下的人员感觉热舒适的温度范围及其他相关要求是t0=23.0℃ ～26.0℃，在高于地面1.1 m与0.1 m(头与踝之间)的垂直方向空气温度差应小于3℃;平均风速 v≤0.25 m/s;相对湿度应在30% ～70%之间。

上述标准对于坐姿活动人员，给出了相当详尽的环境控制要求，但是以上标准在建立没有充分考虑气候环境的差异和人们的适应能力、所处的周围环境、相关的心理因素等，另外其仅给出坐姿活动人员的热舒适性要求，没有明确其他代谢率下的人员热舒适性要求，因此对于船舶舱室的空调系统来说，上述标准不能直接推广至船舶居住舱室进行热、湿环境评价与控制上。

同时考虑到舱室内管路设备布置繁杂，舱室内空间狭窄等诸多因素，空气流速的均匀性不易实现，不能作为可有效控制的环境参数，因此针对船舶舱室热环境控制的特殊性，初步确定了主要对船舶舱室内温湿度进行有效控制，使舱室内的热环境参数达到舒适性水平，以满足船员对船舱环境热舒适性的要求。

本文沿用经典热舒适研究方法，针对船舶舱室进行了热环境实船测试及热舒适状况的问卷调查［6］，基于试验结果分析总结了船员热感觉投票值与其所处的局部空间内的微小环境温湿度关系，据此选取了适合船舶舱室内热舒适性温湿度参数指标控制范围。

2 人员热感觉与微小环境温湿度关系

试验测试过程中，在对舱室环境测量的同时，实时地对测量区域船员 (接受测试人员)进行了基于身体状态的主观判定量表的船员问卷调查［6］，保证了问卷调查真实反映热环境状况，便于对比了解船员的热感觉与实际温湿度参数的关联程度。热感觉调查标准采用ASHRAE标准中7个等级的衡量标准，分别为热、暖、稍暖、舒适、稍凉、凉、冷。

考虑到船舱内各工作区域对应了不同的劳动强度，即各区域的船员对热环境控制的要求不同，按照船员活动量的大小将参试船员分为坐姿休息、坐姿活动、立姿轻度活动和立姿中度活动等4类，这样便将船舱内各工作区域根据温湿度控制的需要分为4类。

另外，根据热感觉7级的衡量标准，微暖、舒适、微凉等3种热感觉是人体对环境的反应和认可，可以认为船员投票给出的微暖、舒适、微凉这3种热感觉是船员在该活动状态下对其所处的局部微小热环境下相对满意。

2.1 不同活动状态下人员相对较为满意的热感觉与微小环境温湿度关系

将试验调查结果分类整理后，分别给出了4种活动状态下的船员对热环境表示相对满意投票值时的温湿度分布图 (见图1～图4)，图中横坐标为不同活动状态的人员所处环境空气温度，纵坐标是人员所处的环境空气相对湿度，离散的点是调查问卷反馈的人员热感觉投票值为微暖、舒适、微凉时对应的温湿度参数值。

对于各图中各离散点出现相应集中的温度和相对湿度分布区域，可以认为在相应的活动状态下，船舶舱室内的多数船员对其所处的温湿度环境相对满意。也就是说，在对船舶舱室进行温湿度控制时，可以选取投票点集中的温湿度区域作为舱室内温湿度的控制指标，当船舶舱室内温湿度达到控制要求时船员对环境的不满意度较低。

从图1～图4可以看出，不同活动状态下，船员相对较为满意的温湿度环境参数不同，通常是随着活动量的增加，对温湿度参数控制的要求越高(这可能与船员劳动时衣物增减不及时有关)，具体见表1。

表1 在不同活动状态下船员相对较为满意的温湿度参数Tab.1 The temperature and humidity parameters the relatively satisfactory thermal sensation under multiple-activity

将不同活动状态下船员对热环境相对满意的投票值绘制在一张温湿度分布图 (见图5)上，可以明显看出:

1)船员对热环境相对满意的温湿度值相对集中地处于16℃ ～27℃以及40% ～80%之间;

2)船员对热环境相对满意的温湿度值具有随着空气温度的升高，相对湿度逐渐下降的特点，也就是说当温度升高时，船员对空气相对湿度的要求将变得苛刻;

3)更进一步可以将船员对热环境相对满意的温湿度值用1个椭圆曲线包揽其中 (见图5)，通过拟合该椭圆曲线，得到如下的椭圆方程表达式:

图5 不同活动状态下热感觉相对较为满意的温湿度参数分布Fig.5 The temperature and humidity parameters distribution of the relatively satisfactory thermal sensation under multiple-activity

2.2 不同活动状态下人员相对不满意的热感觉与微小环境温湿度关系

同样，将不同活动状态下船员对热环境相对不满意 (投票值为冷、凉、暖和热)的投票值绘制在一张温湿度分布图 (见图6)上，可明显看出:

1)人员对热环境不满意的温湿度环境较为离散，温度较低空气相对湿度较高以及温度较高时，人员通常表现出对环境的不满意;

2)随着温度升高，相对湿度即使控制在通常人们认为舒适的适度区域 (相对湿度40% ～60%)，也有部分船员表现出对环境的不满意。

图6 不同活动状态下人员热感觉不满意的投票值与微小环境温湿度关系Fig.6 The temperature and humidity parameters distribution of the relatively dissatisfactory thermal sensation under multiple-activity

3 结语

将试验结果与陆上的热舒适性标准相对比，可以看出陆上民用建筑的热舒适性标准规定的温湿度参数不能作为船舶船员比较集中的工作、生活居住区域内环境控制指标，通过船员在不同活动量时对其所处的热环境的反应，得到结论:

1)当环境温度升高时，船员对空气相对湿度的要求将变得苛刻，当温度达到一定值后，即使相对湿度控制较好，也有船员对环境控制表示不满意，但总体来讲，将温湿度参数控制在如2.1节给出的椭圆方程中，大部分船员能表示满意;

2)整体来说船员对热环境相对满意的温湿度值相对集中地处于16℃ ～27℃以及40% ～80%之间，对于具备条件的船舶舱室，该参数应当作为其空调系统的控制指标范围，如果能够分工作区域进行环境控制的空调系统，应当按照不同劳动强度确定该区域的空调系统控制指标;

3)随着活动量的增加，对温湿度参数控制的要求越高，在船员劳动强度较大的工作区域，应当将环境温湿度严格控制，对于集中式的空调系统来说最好采用岗位送风的型式。

根据实船条件下对船员热感觉的调查，给出了相对满意的温湿度环境参数控制指标范围。这一指标的得出完全根据实船船员穿衣着装、活动状态参数以及船员整体对温湿度环境的适应以及其长期处于该环境的心理因素等得到的，不依赖于理论公式以及模拟试验，排除了人为干扰，将该温湿度参数应用于船舶舱室空调系统的设计指标，是比较可靠的，是能够满足船员的热舒适性要求的。

［1］PETE R T.The thermal sensation difference between chinese and american people［J］.IndoorAir，1991，1(4):399 －403.

［2］HUMPHREYS M.Field studies and climate chamber experiments inthermal comfort research.Thermal Comfort:Past Present and Future［J］，Watford:Building Resteeh Establishment，1994:52－72.

［3］王海英，胡松涛.对 PMV热舒适模型适用性的分析［J］.建筑科学，2009，25(6):108 －114.

［4］ASHRAE55 －1992，Thermal environmental condition for human occupancy［S］.Atlanta:American Society ofHeating，Refrigerating and Air-Conditioning Engineers，Inc.，1992.

［5］GB/T 18049－2000，中等热环境PMV和PPD指数的测定及热舒适条件的规定［S］.

［6］王世忠.PMV热舒适性模型在船舶舱室热环境评价中的应用研究［J］.舰船科学技术，2012，34(8):127－130.WANG Shi-zhong.The Research on the application of the PMV model for the evaluation of thermal environment in ship chambers［J］，Ship Science and Technology，2012，34(8):127－130.