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中二楼热舒适性研究
摘要:本文以西安交通大学中二楼为研究对象,通过问卷调查和实际监测的方式研究中二楼的热环境。研究结果表明:中二楼的整体热环境能够满足学生的热舒适性要求,但是夏季局部环境偏热。为了满足学生全年的热舒适性要求以及减少冬季采暖能耗,我们建议对西面墙和屋顶进行绿化、西面顶层教室增加遮阳措施、屋顶增加“风帽”以及对整个中二楼实施外保温。希望通过以上节能措施,可以实现在低能耗的情况下满足学生的热舒适性要求。
关键词:中二楼;热舒适性;低能耗;节能措施
对于学校的老师和同学而言,绝大多数的时间是在室内度过的。因此,良好的室内热环境对他们的健康舒适,工作和学习效率都会产生积极有利的影响。建筑热环境的设计目标是舒适、健康、高效,以最少的能源消耗提供舒适、健康的工作和居住环境,提高生活质量。本文以西安交通大学中心二楼为研究对象,通过实验计算和调查的方式研究中心二楼的热湿环境是否满足老师和同学的热舒适性要求,并且通过调查结果,提出改进措施以使建筑在尽可能低的能耗下满足人体的热舒适性要求,从而满足建筑节能的目的。
1 影响热舒适性的主要因素
关于热舒适的定义,现在比较通用的是美国供暖制冷空调工程师学会标准ASHRAE Standard 55-1992中的叙述:“热舒适是人对热环境感到满意的意识状态”。这一定义认为热舒适是人体对周围环境在主观心里上的一个感知过程[1]。
1962年,Macpherson定义了影响热舒适的六个因素:空气温度,相对湿度,流速,平均辐射温度,新陈代谢率和衣着指数。
2 热舒适方程式和热舒适性指标
1967年fanger教授提出了包括温度,相对湿度,风速,平均辐射温度,新陈代谢率和衣着指数六个影响人体热舒适的主要因素在内的热舒适方程式。
Fanger热舒适方程式如下:(2—1)
式中:
H—人体净得热(W/m2);M—人体新陈代谢率(W/m2);
η—机械效率(%);tcl—着装人体表面的平均温度(℃)Tcl= tcl +273.15(K);
ta—空气温度(℃);Pa—空气水蒸气分压力(Kpa);
fcl—服装面积系数(%);Tmrt—环境的平均辐射温度(K),
tmrt = Tmrt -273.15(℃)。
其中M,η可查表获得,fcl(%),Pa(Kpa)而分别用下式计算:
(2-2)
(2-3)
hc按下式大致取定:
(2-4)
(2-5)
平均辐射温度可用下式计算:
(2-6)
式中,T1,T2,···Tn为室内各表面温度,℃;A1,A2,···An为室内各表面面积,m2。
1972年Fanger在热舒适方程的基础上提出了一个较为客观的度量热感觉的环境指标—PMV。其由空气温度,相对湿度,风速,平均辐射温度,衣着指数和新陈代谢率六个因素决定。
PMV可用下式表示:
(2-7)
Fanger把PMV分为七个等级:PMV=0为最舒适的中性值;-1和+1分别为稍冷和稍热;-2和+2分别为冷和热;-3和+3分别为过冷和过热。
由于人与人之间存在生理差别,因此fanger又提出了预测不满意率PPD指标来表示人群对热环境不满意的百分数。
PPD可用下式表示:
(2-8)
1984年国际标准化组织提出了室内热环境评价与测量的新标准化方法ISO7730,它对PMV—PPD指标的推荐值在-0.5~+0.5之间,相当于人群中允许有10%的人感觉不满意。
3 人体热舒适性调查统计及数据分析
本文以中心二楼为研究对象,采用问卷调查的方式来了解中心二楼的热环境是否满足人体的热舒适性要求。本次调查选择阴天和晴天两天,在中二楼随机调查100名学生,根据调查结果绘制预测平均投票数(PMV)。如图1所示:
图1 预测平均投票数(PMV)的分布图
由图1所示:PMV主要分布在0~2之间,占样本88%,说明中二楼的热环境大多数情况下处于人体热舒适范围内,但是夏季局部环境还是稍微偏热。
4 改善建筑室内热环境提高人体热舒适性
根据第三部分我们得知,中二楼夏季热环境在大多数情况下处于人体热舒适范围内,但是局部环境还是稍微偏热。因此,我们应该采取措施以改善中二楼的热环境,从而为学生提供一个良好的学习环境。
影响人体热舒适性的因素可以分为两类:物理因素和人为因素。物理因素包括空气温度,相对湿度,空气流速以及平均辐射温度;而人为因素包括新陈代谢率和服装指数。对于绝大多数学生而言,他们处于教室这个大环境中,新陈代谢率(表1)和服装指数(表2)大体相同。因此,本
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