动态辐射热环境对人体生理与热反应的影响

为了探索辐射空调形式下温度突变对人体热舒适的影响,给控制调节辐射空调系统提供一定的参考,通过人工气候室营造偏凉-中性温度突变环境,开展了对流、辐射地板与辐射吊顶三种不同空调形式下,20名受试者的整体-局部主观热感觉、热舒适投票以及皮肤温度等生理参数随时间的变化研究 . 根据生理参数测量结果显示,突变到中性温度的辐射热环境中皮肤温度存在滞后现象且动态辐射热环境下人体交感神经表现得更为活跃;由主观问卷分析得出,动态辐射热环境下受试者舒适感及热愉悦感更佳,主观热感觉出现心理超前现象,其中动态辐射地板的优势更为突出;背部、小腿、足部对于瞬态热刺激最敏感,可用于热感觉预测. 最后,根据人体平均皮肤温度随时间变化规律,建立了基于修正的Knothe时间函数相关预测模型,量化了三种工况下人体生理调节的响应特性;根据人体平均皮肤温度及其变化率与平均热感觉的变化规律,建立了三种工况下的热感觉预测模型,简化了动态环境下人体热感觉预测的求解过程.     

多种局部供冷方式下人体热反应特性

研究了热湿环境中不同局部供冷方式(辐射、传导、对流)下人体热反应特性.通过在热湿室内环境的试验房间内试验,收集人体主观反应数据,分析不同局部供冷方式对人体局部与整体产生的舒适效果差异.试验结果表明,在热湿环境中不同局部供冷方式作用下受试者达到稳定状态所需时间不同,局部对流供冷小于5 min、局部传导供冷10 min、局部辐射供冷20 min后受试者可达到稳定.对照组中对整体热反应影响程度较大的身体部位为颈部、大腿、背部;而在不同局部供冷作用下,对整体热反应影响最大的部位发生变化,变为被直接冷却的身体部位,分别为上臂(辐射)、前臂(传导)及头部(对流).根据热舒适投票值进行回归分析,环境温度低于27.55℃时,局部辐射供冷方式最优;27.55～28.96℃时,局部对流供冷方式最优;高于28.96℃时,局部传导供冷方式最优.     

地板辐射采暖系统的热舒适性评价

通过热舒适平衡方程、热平衡评价指标（PMV）及用来表示热舒适不满意百分率的（PPD）指标对地板辐射采暖的热舒适性进行评价．从而得出采用地板辐射采暖系统,当室内设计温度在14-17℃,人们就会感觉比较舒适,不但降低了室内设计温度,也达到了节能的目的。     

地板辐射供冷系统建筑空间尺寸参量对热感觉的影响

热舒适度是环境舒适度的主要方面,目前,室内环境的热舒适受到越来越多的关注,多变的建筑空间以及复杂的空调系统都会影响室内人员的热感觉,进而影响室内人员的身心健康和工作效率.由于地板辐射空调系统主要依赖辐射换热,故采用地板辐射的建筑中室内人员的热感觉与建筑空间尺寸参量之间的关系尤其值得研究.在天津大学可变建筑空间综合实验平台进行实验,实验时间是2018年9月8日—13日,供冷空调末端是地板辐射,房间底面积有6 m×6 m和12 m×12 m,房间高度有3 m、5 m、7 m和9 m,共8种实验工况.采用主观调查问卷与热环境参数测量相结合的方法,主观调查问卷包括热感觉投票和热满意率百分比,实验过程中操作温度的波动范围是22.8～26.7℃.实验结果表明,夏季采用地板辐射供冷时,建筑空间尺寸参量对地板辐射供冷下被试者的热感觉有明显影响:对比两种底面积的空间中被试者在各高度下的热感觉,发现趋于狭窄的建筑中被试者感觉更热;对比8种建筑空间中热感觉随操作温度变化的斜率,发现越是狭窄、低矮的空间,被试者对热环境的变化越敏感;被试者的热中性温度随高宽比增大而减小,即趋于扁平的建筑中被试者的热中性温度越高.这对建筑设计和空调节能都具有一定指导意义.     

辐射供冷空调系统下的人体热舒适性研究

为了深入研究辐射供冷空调系统下的人体热舒适性,对辐射供冷空调系统的传热机理进行了分析,合理简化了人体热平衡方程,获得了人体显热散热量、辐射对流散热量比与热舒适性的关系。实验及数值模拟结果表明:在辐射供冷空调系统下,人体热舒适性指标(PMV)与人体显热散热量之间具有较好的线性关系,利用该线性关系,可从人体热平衡的角度直接对人体热舒适性进行评价;人体辐射对流散热量比与热舒适性指标之间没有明显的相关关系,即人体辐射对流散热量比对热舒适性没有影响。因此,在保证人体热舒适性的基础上,可以通过提高人体辐射对流散热量比,即使辐射供冷空调系统具有较大的辐射末端面积、较低的辐射末端温度或较高的送风温度,从而达到建筑节能的效果。此项研究可为辐射供冷空调系统的热舒适性评价及系统设计提供参考。     

建筑室内热环境的模糊评判模型

以地板送风空调房间为对象，通过大量调查与人体热舒适实验，引入模糊数学的方法，确定了4个室内环境主要影响因素（环境温度，风速，相对湿度，平均辐射温度）相对于热感7级别的隶属函数，并建立了相应的热舒适模糊综合评判模型，为较好地反映室内人员的热感觉及定量给出室内环境的预测平均反应值奠定了基础。     

家用热泵空调送风方式对热舒适性的影响

为研究家用热泵空调送风方式对热舒适性的影响,在人工环境实验室内测试了中送风、下送风和分布式送风的环境参数,并对15名受试者的热感觉和热舒适进行了问卷调查.实验结果表明:初始背景温度为0℃时,分布式送风可快速、均匀地提升人体各部位的空气温度,受试者的整体热感觉以及整体热舒适上升最快,受试者的热舒适性可得到显著改善;室内热环境稳定后,分布式送风温度均匀度最小为1.9℃,在送风区域内的受试者各部位感觉较暖,局部热感觉差异最小,且其他位置的受试者都不觉得冷;稳态局部热感觉与整体热舒适的拟合结果表明,足部热感觉对整体热舒适影响显著,下送风与分布式送风垂直温差小于3℃,在送风区域内,可以明显提升人体足部的热感觉,约75％的受试者对热环境表示满意.综合环境参数测试及问卷调查的结果,分布式送风热舒适性的综合效果最好.     

铁路客运站候车厅冬季供暖系统优化分析

建立铁路客运站候车厅的数学物理模型,并采用实测数据对物理模型进行验证;运用数值模拟的方法,对比分析候车厅冬季最不利工况下,采用分层空调、地板辐射结合喷口送风和地板辐射结合通风柱送风共3种供暖方案下候车厅的室内热舒适性和空气品质。研究结果表明:单独使用分层空调系统时,候车厅室内出现了严重的"热气上浮"现象,非空调区域囤积有大量热量,难以满足室内舒适性要求,并造成能源的大量浪费;采用辐射地板与送风相结合的供暖系统,能得到较均匀的温度场分布,人员活动区垂直方向温差较小,有利于改善冬季空调"头暖脚凉"的不舒适感,并且大大减少了因对流换热造成的热损失,其供暖能耗可降低20%左右。     

基于个人舒适系统杭州住宅冬季热舒适与能耗

为揭示该地区个人舒适系统(PCS)作用下的居民冬季热舒适特征和供暖能耗需求,以杭州市为对象,采用问卷调研和入户现场实测的方式得出冬季住宅开窗、遮阳、使用空调和PCS等典型热环境组合调节模式以及典型供暖模式和居民活动状态组合下的热舒适特征;在此基础上模拟得到冬季室内热舒适和供暖能耗特征。结果表明,冬季“无设备+静坐”“、空调+静坐”“、PCS+静坐”“、无设备+家务劳动”“、空调+家务劳动”、“PCS+家务劳动”等6种工况下的冬季中性温度分别是17.3、18.8、16.4、15.7、15.7、13.9℃,舒适温度区间分别是14.3～20.3℃、17.1～20.5℃、14.4～18.4℃、13.7～17.8℃、13.3～18.1℃、11.0～16.9℃。冬季室内热舒适水平受热环境调节模式影响较大,客厅在室舒适时间占比在43.74%～80.21%之间,卧室在室舒适时间占比均为70%以上。使用空调与PCS供暖时,典型建筑在冬初冬末的供暖能耗强度是1.28 kWh·m^-2,在严冬的供暖能耗强度是13.06 kWh·m^-2。     

热湿环境工位辐射空调加桌面风扇热舒适实验研究

为了研究热湿环境中工位辐射空调加桌面风扇供冷方式下的人体热舒适情况,采用环境测量和主观问卷相结合的方式,在环境背景温度分别为26℃,28℃和30℃(相对湿度80%)的人工环境实验室内测试了24名受试者的整体热感觉、热舒适、热可接受度和热期望.结果表明,热湿环境中,工位辐射空调加桌面风扇供冷方式能显著改善处于热湿环境中的受试者的热舒适情况,但在26℃时,其效果并不明显.虽然背景环境参数超出了舒适范围,在工位辐射空调加桌面风扇供冷方式下,受试者的热感觉随着时间的增加逐渐趋于中性,且室内环境温度达到30℃(相对湿度80%)时,仍有超过80%受试者表示可接受其所处环境.因此,工位辐射空调加桌面风扇的供冷方式有效地扩展了夏季室内舒适温度范围.工位辐射空调加桌面风扇供冷方式的研究为非中性环境中维持人体热舒适和降低建筑能耗提供了新的途径.     

冬季浴室中空气制暖和地面热辐射并用时的冷热感和舒适感

探讨改善冬季浴室温热环境的取暖方法,通过在空气制暖和地面热辐射同时作用下的被验者实验,分析浴室环境的热特性,比较被验者的冷热感、舒适感,分析不同取暖条件下的人体反应,探索冷热感不“冷”、舒适感“舒适”的适当取暖条件.阐明在适当的地面热辐射下,人体脚底部冷热感被改善的程度.     

基于室内对流换热人体热反应模型的生理参数预测

为了在不同对流换热方式的室内环境中对皮肤温度、核心温度等人体生理参数进行有效的预测,基于Fiala模型,综合考虑不同对流方式对人与环境换热量的影响,尤其是通过修正不同对流方式的对流换热系数、平均辐射温度以及服装热阻等,建立了室内对流环境中的人体热反应模型。通过将模拟值与文献实验值进行对比来验证所建模型的有效性,结果表明两者高度吻合。在自然对流、混合对流环境下,平均皮肤温度预测误差以及受迫对流环境下人体大部分部位局部温度预测误差均小于1℃。所建模型可用于各种对流空调环境下的人体生理参数预测,为新型对流空调系统设计、评估以及规范修正等提供参考。     

客滚船住舱气流组织的数值模拟研究

基于长江航线的工况对客滚船提出了人员住舱的空调系统方案。在此基础上,基于Airpak软件研究了客滚船住舱气流特性。其次,基于气流组织分布的评价指标,对夏季和冬季工况下客滚船舱室舒适性进行评价分析。最后,通过能量利用系数值,给出经济性好的空调系统方案。研究结果表明:①辐射空调系统能够在全工况下营造舒适性更高的室内热环境,相比于常规空调系统,其表征热舒适性的PMV-PPD(predicted mean vote-predicted percentage of dissatisfied)值完全满足ISO7730规范的要求,且热环境舒适度均匀性更高;②辐射空调系统送风得到了充分的利用,经济性好。     

新型复合空调系统的结露情况及舒适性数值模拟

为了对竖壁贴附射流与地板辐射复合空调系统的结露情况及舒适性进行数值研究,建立室内复合空调模型,以实测数据作为边界条件,利用 Airpak3.0 软件对该系统的热环境进行数值模拟,分析设计相对湿度、送风速度以及排风口位置对室内热环境的影响,定性地分析室内各工况下相对湿度,PMV,PPD的特点,从而为竖壁贴附射流与地板辐射复合系统合理的运行设计提供了参考依据。     

一种空调系统实时节能舒适控制新方法的可行性研究

针对现有热舒适控制方法存在的不能根据房间扰动进行实时控制、不能兼顾舒适和节能、控制模型参数整定不易精确及智能控制方法固有的限制性等问题,提出了基于复合形法的实时节能舒适控制方法。复合形法不需要精确的数学模型,通过不同热环境参数组合与测得的其相应的空调能耗值,求得在满足热舒适条件下使空调能耗值最小时的热环境参数的最优参数组合。扰动的变化和空调系统动作对室内热环境参数和PMV的影响必然出现滞后现象。通过对夏热冬冷地区办公建筑中扰动变化和空调系统动作对工作区热环境参数和PMV改变的滞后时间比较,得出了空调系统能够贴近最优参数组合运行的结论,因此在夏热冬冷地区办公建筑内利用复合形进行的实时节能舒适控制是可行性的。     

建筑室内温热环境的预计冷热感指标PMV的探讨

探讨建筑室内温热环境指标的预计冷热感指标PMV,以及冷热舒适感预计不满率PPD的具体计算内涵.阐述PMV的舒适方程式、计算流程和演算方法.通过冬季辐射地板取暖下的建筑室内环境的被验者实验,浅析室内气温与被验者的冷热感、PMV、PPD,以及PMV与PPD的关系.探明应用PMV值来评价温热环境的可行性.     

装配式辐射供冷顶板性能的数值模拟

为提高装配式辐射供冷顶板的性能,建立了一种采用空气层进行热量交换的装配式辐射供冷顶板的数学模型,应用CFD(computational fluid dynamics)技术,数值模拟了耦合冷冻水管辐射顶板空气层的流场和温度场,分析了不同空气层厚度和不同供水温度对辐射顶板热特性的影响.数值模拟结果表明:空气层内由于温度差引起自然对流,辐射板内通过辐射,对流和导热的传热方式,使辐射板表面温度分布更均匀.在保证辐射板表面最低温度高于室内露点温度的条件下,随着空气层厚度和供水温度的增加,辐射板的表面平均温度升高,供冷能力下降.空气层厚度和供水温度的增加或减小会降低辐射板表面温度分布的均匀性.     

基于PMV指标的室内环境热舒适度控制器设计

针对目前室内热环境调节缺少合理控制方法的问题,本文在分析温度、湿度、风速和平均辐射温度四个热环境参数对PMV指数影响的基础上,基于人体舒适度模型的模糊控制,将嵌入式ARM9芯片作为主控制芯片,结合无线传感网络,设计了一种室内舒适度控制器,并阐述了其系统构成与决策方法。该控制器不仅布设方便,而且能够在保证人体室内舒适度的情况下,减少调节室内热环境过程中带来的能耗。     

夏热冬冷地区室外广场空间冬季热舒适研究

随着城市发展及居民室外活动时间不断增多,良好的室外空间环境及热舒适性对居民身心健康具有重要影响。针对关注较少的冬季室外环境热舒适问题,以夏热冬冷地区的重庆三峡广场为例,基于冬季热环境实测和热舒适问卷调查,利用Rayman软件计算PET（生理等效温度值）作为热舒适评价参数,建立TCV（热舒适投票值）、TSV（热感觉投票值）与PET的函数关系式,得到不同室外环境空间的冬季热舒适范围,提出适用于夏热冬冷地区的冬季综合舒适度评价模型。研究成果可为完善夏热冬冷地区的室外热舒适研究提供基础数据参考。