基于PMV指标的房间热舒适性评价方法及其实验探讨

2021-07-19林竹刘博

日用电器 2021年6期

林竹刘博

（广东美的制冷设备有限公司佛山 528311）

引言

随着生活水平的提高，用户对空调产品的要求不再是简单的制冷制热能力的优劣，更希望获得温度，湿度，风速等多元化的热舒适性体验。目前，各大空调企业都投入大量人力物力开展产品的舒适性研究[1]，但房间热舒适性评价方法较少，且评价因素不全面[2]，为舒适性的空调产品开发带来挑战。针对此问题，本文建立一种基于PMV指标的房间热舒适性的评价方法，并对其进行实验验证。

1 热舒适性评价公式

在国际上，目前被公认的预测和评价室内热环境舒适性的标准为ISO 7730-2005和美标ASHRAE 55-2013，在ISO 7730-2005标准中针对稳态和非稳态热环境进行了舒适性的评价，稳态环境的评价主要对PMV、PPD指标以及局部的热不舒适性等进行考核。经典的 PMV-PPD模型研究空气温度、湿度、风速三种物理维度对人体冷热感评价的影响探讨人的热舒适性[3,4]。

1.1 PMV方程

式中：

α—热敏感系数，是对环境敏感程度；

HeatLoad—人体热负荷。

1.2 PMV方程拟合优化

GB/T 33658-2017中附录A的PMV计算方程（1）是根据欧美人群的测试结果拟合的，因为中国人体的代谢水平与欧美人群有差异，所以计算出的预计热感觉指数比较舒适的环境参数与实际体验结果差异较大。如，根据PMV方程计算出来制冷工况下相对湿度50 %、风速0.2 m/s条件下最舒适的温度是25.4 ℃，而实际测试结果显示，在制冷工况下40 %、风速0.2 m/s条件下最适宜的温度是26.5 ℃，相差近2 K。所以，为了得到适合中国人的最佳室内热舒适性参数，提出PMV优化方程（2）。

PMV优化方程为:

式中：

a—热敏感系数，表示人体对环境的敏感程度；

b—热敏感特性常数，表示人体热敏感对理论舒适温度的偏差程度。

2 实验验证

2.1 被试人员

为了拟合适合中国人的PMV模型，招募了44个被试者进行舒适性体验，其中包括11名12岁以下儿童、11名13～49岁青年（成年）男子、11名13～49岁青年（成年）女子和11名50岁以上老人。在招募被试时，尽量覆盖各个年龄段、且兼顾南方和北方地区人员的比例。

2.2 测试设备

测试在热舒适实验室进行，该实验室模拟家居环境，内间室的结构尺寸为8 m×3.5 m×2.6 m，温度、湿度和风速可调。

温度参数测试范围：（-25～55）℃，测试精度：±0.5 ℃，响应时间：≤1 s；湿度参数测试范围：（20～80）% RH、测试精度：±3 %以下，响应时间：1 s；风速参数测试范围：0.05～5 m/s，测试精度：±（0.05+0.05） m/s，响应时间：0.5 s。

有两个对称的内间室，每个内间室有9个（长）×9个（宽）×7个（高），水平面共567个温度测试点，水平面温度测点之间间距0.4 m，垂直面温度测点是距离地面0.1 m、0.5 m、0.9 m、1.3 m、1.7 m、2.1 m和距离天花板0.05 m；9个湿度测试点，该测点在房间距离地面1.2 m的平面内均布；9个风速测试点，但是在测试风速时，依据ASHREA 55-2013的要求在距离地面0.1 m、0.6 m、1.1 m的高度，距离空调器出风口约2 m距离，取三个数的平均值。室内温度取567个测温点的平均值，室内湿度取9个湿度测试点的平均值。

2.3 测试工况

进行制冷工况和制热工况热舒适性测试。先按照GB/T 33658-2017 《室内人体热舒适环境要求与评价方法》中的PMV计算方法，计算并筛选出夏季制冷和冬季制热最佳的温度、湿度和风速组合工况，详见表1。

表1 理论计算制冷季节和制热季节最佳热舒适工况

以表1为基础，在制冷工况相对湿度定为40 %和70 %、在制热工况相对湿度定为50 %，风速以0.05 m/s为起点以0.05 m/s为步长进行调整，先由工作人员进行预实验，找到合适的温度区间后，被试人员按照表2的工况进行测试。

表2 制冷季节和制热季节热舒适测试工况

以上合计27个测试工况。

2.4 测试着装

在测试过程中，要求被试对象按照GB/T 33658-2017中所规定的着装要求进行。

2.5 测试流程

待实验室工况稳定后，工作人员会告知被测试者的测试流程、问卷内容和注意事项，然后被测试者换上规定着装计入放进开始测试，按照测试问卷内容如实填写，30 min后完成测试。

2.6 结果对比分析

数据进行加权平均得到每个工况受试者的热舒适性评分；同时将表4和表5中的温度、湿度和风速的数据代入公式（2），根据GB/T 33658-2017，M代谢率，取70 W/m2，W外部做功消耗的热量取0 W/m2，tr近似取为环境干球温度ta，可以得出PMV’计算值，一并汇总表中。其中制冷工况下测试结果见表3，制热工况下测试结果见表4。