沈陽地區(qū)主動(dòng)式太陽能房室內(nèi)舒適性探究

孔維新

摘要：目的 本研究針對沈陽地區(qū)主動(dòng)式太陽能房間三種不同工況下的溫度場、濕度場對人體熱舒適性的影響。方法 在主動(dòng)式太陽能房間內(nèi)，收集不同工況下的溫度場、濕度場的實(shí)際數(shù)據(jù)；利用選定的數(shù)學(xué)模型在編譯的VB程序中進(jìn)行計(jì)算，采用問卷調(diào)查方式驗(yàn)證結(jié)果.結(jié)果 在開窗間隔一小時(shí)給蓄水箱換冷水的條件下，90%以上的人群感覺舒適；同比之下，夜間換水全天關(guān)窗的條件下的主動(dòng)式太陽能房間，僅有85%人群感覺舒適；結(jié)論 沈陽地區(qū)主動(dòng)式太陽能房間在開窗全天換水的條件下，全天滿足人體舒適性；關(guān)窗全天換水條件下，晚上8：00到早上6：00滿足人體舒適性。

關(guān)鍵詞：主動(dòng)式太陽能；舒適性；溫度；濕度；

引言

目前建筑節(jié)能勢在必行，綠色建筑將是以后建筑的首選模式具有推廣趨勢，而主動(dòng)式太陽能房更是已經(jīng)具備一定發(fā)展基礎(chǔ)，發(fā)展前景可觀。在國內(nèi)，以南京師范大學(xué)的王子介[1]為主要負(fù)責(zé)人的研究團(tuán)隊(duì)，最早開始了對地板輻射供暖與供冷技術(shù)的研究。他較早地建立了地板輻射供暖系統(tǒng)的模擬網(wǎng)絡(luò)圖，分析了管間距對室內(nèi)溫度的影?；趯κ孢m考慮的因素較少，主要考慮的是溫度分布。王子介，李先中等人[2-4]對地板輻射供冷技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，建立了由補(bǔ)償套間和實(shí)驗(yàn)房間兩部分組成的地板供冷-置換通風(fēng)復(fù)合式空調(diào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，分析了置換通風(fēng)系統(tǒng)與地板輻射系統(tǒng)相結(jié)合用于夏季供冷的可行性，為國內(nèi)地板輻射供冷技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。天津大學(xué)涂光備等人通過不同溫濕度與空氣流速組合進(jìn)行熱舒適實(shí)驗(yàn)得出了溫度升高人們感到空氣濕度越大，溫度達(dá)到28 ℃后人們更覺得潮濕，但風(fēng)速提高能有效減輕人們的潮濕感，相對濕度每增加 10% 可容忍的空氣溫度降低 0. 4 ℃。北京奧林匹克五棵松體育館的觀眾休息廳、北京韓美林藝術(shù)博物館的展廳區(qū)域等，均已采用了地板輻射供暖與供冷系統(tǒng)。加拿大蒙特利爾的 Rodrigo Mora等人，對一所采用地板輻射供冷系統(tǒng)的手術(shù)室進(jìn)行了研究。得出室內(nèi)空氣溫度設(shè)為 19℃時(shí)，醫(yī)生的著裝熱阻至少為 0.9clo，病人的著裝熱阻至少為 1.6clo。美國舊金山的 Peter Simmonds等人，也采用置換通風(fēng)技術(shù)對地板輻射供冷系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，并提出控制策略以降低建筑耗能和保證室內(nèi)的濕度要求。

本研究將以沈陽地區(qū)典型主動(dòng)式太陽能房間為研究對象，通過對蓄熱水箱添加冷水的時(shí)間和開關(guān)窗的關(guān)系，利用室內(nèi)的溫度、濕度分析人體在主動(dòng)式太陽房內(nèi)的舒適性。

1 物理模型與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 物理模型

本實(shí)驗(yàn)選用沈陽建筑大學(xué)的一間清潔員工休息室作為實(shí)驗(yàn)房間，該房間通過窗戶直接得熱進(jìn)行采暖。該房間長3m，寬3m，層高2.7m，面積9m2；南墻和西墻為外墻，南有窗尺寸為1.5m×1.2m；外墻傳熱系數(shù)為0.48W/（m2·℃），外窗傳熱系數(shù)為2.50W/（m2·℃），頂棚傳熱系數(shù)為0.48W/（m2·℃）；實(shí)驗(yàn)儀器為懸掛式溫度計(jì)以及溫濕度檢測儀，微風(fēng)儀。

圖1為實(shí)驗(yàn)房間平面圖[13-15]

1.2實(shí)驗(yàn)方法

在選定的主動(dòng)式太陽能冷熱聯(lián)供的房間內(nèi)，采取三種方式對房間進(jìn)行夏季房間供冷.分別為關(guān)窗夜間換水即全天24小時(shí)關(guān)閉房間窗戶，在晚上10點(diǎn)到凌晨5點(diǎn)每過一小時(shí)給蓄水箱更換17.5℃的地下水。關(guān)窗全天換水即全天24小時(shí)關(guān)閉窗戶，間隔一小時(shí)給蓄水箱更換17.5℃的地下水。開窗全天換水即全天24小時(shí)關(guān)閉窗戶，間隔一小時(shí)給蓄水箱更換17.5℃的地下水。在試驗(yàn)期間溫度、濕度、垂直溫差均用平均值代替。測點(diǎn)位置根據(jù)JGJ/T177-2009公共建筑節(jié)能檢測標(biāo)準(zhǔn)對平均溫度，平均濕度測量的規(guī)定，固在實(shí)驗(yàn)房間中心1.5出放置一溫濕度檢測儀，作為平均溫度與平均濕度測點(diǎn).同時(shí)距四周壁面0.05m出分別放置懸掛式溫度計(jì)，測量壁面輻射溫度，取其平均值作為四周壁面輻射溫度，該值與平均溫度差值即為垂直溫差。在開窗測量時(shí)利用微風(fēng)儀測量窗口和距窗口1m處的風(fēng)速大小。時(shí)間連續(xù)24小時(shí)，間隔一小時(shí)測量一次，測量日期為2013年7月20、22、25日。該三天最高最低氣溫基本相同，風(fēng)速風(fēng)向相近，天氣晴。

按照以上方法，將所測數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與分析，圖1.2～1.6為7月20、22、25日的24小時(shí)的測量值，從圖1.2中可以看出主動(dòng)式太陽能房間，在開窗全天換水的條件下室內(nèi)溫度較低，關(guān)窗夜間換水條件下室內(nèi)溫度較高，在三種條件下溫度趨勢大致相同，最高溫度與最低溫度相差7℃左右。圖1.3為三個(gè)月份的濕度圖，在關(guān)窗的條件下，室內(nèi)濕度趨勢接近且變化不大，在開窗的條件下，由于空氣流通室內(nèi)濕度變化接近室外濕度變化，最大差值為33%。

2 VB模擬分析

2.1 VB程序介紹與建立數(shù)學(xué)模型

本次軟件以Visual Basic為平臺(tái)，使用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，運(yùn)用ADO數(shù)據(jù)控件和DataGrid控件訪問Microsoft Office Access，并用結(jié)構(gòu)化查詢語言SQL語句對數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇。

數(shù)學(xué)模型引用論文“沈陽地區(qū)被動(dòng)式太陽房室內(nèi)舒適性研究” 中丹麥學(xué)P.O.Fanger提出的表征人體熱舒適性評價(jià)指的數(shù)學(xué)模型，整理數(shù)據(jù)，代入PMV公式中，利用VB的編譯程序，得出主動(dòng)式太陽能房間在不同時(shí)間PMV值，見圖7

2.2 結(jié)果分析

從圖中可以看出，主動(dòng)式太陽能房間開窗全天換水工況下的PMV值明顯低于其他兩種工況，PMV的絕對值小于0.5，根據(jù)PMV-PPD指標(biāo)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，所測房間滿足人體的舒適.在關(guān)窗全天換水的工況下，在晚上10：00到凌晨4：00之間，PMV的絕對值小于0.5，滿足人體的舒適性。其他時(shí)間不滿足.在關(guān)窗夜間換水的工況下，舒適性條件變得較差，基本上PMV的絕對值已經(jīng)超過0.5，尤其是在中午，PMV達(dá)到最大值，遠(yuǎn)超人體可接受范。利用VB編程，輸出圖形，可以很好地將數(shù)據(jù)趨勢傳達(dá)出來，圖像清晰、直觀，使讀者一目了然。

3.結(jié)論

（1）沈陽地區(qū)主動(dòng)式太陽能房間，利用蓄冷水箱蓄冷，通過循環(huán)水泵將冷量散發(fā)到整個(gè)房間內(nèi)，在開窗全天換水的工況下，是可以達(dá)到室內(nèi)供冷要求的，尤其是午夜至清晨，室內(nèi)溫度低于白天，人體舒適性更佳；

（2）在關(guān)窗夜間換水的工況下，房間的舒適性較差；僅僅在晚上 10：00到夜間4：00之間滿足人體的舒適性，中午12：00左右時(shí)，室內(nèi)溫度高，濕度大，室內(nèi)舒適性達(dá)到最差。

（3）在關(guān)窗全天換水的工況下，晚上8：00到早上6：00滿足人體舒適性，雖然中午的室內(nèi)溫度不是很高，但室內(nèi)整體沒有空氣流動(dòng)，綜合考慮人體的舒適性要求PMV要高于開窗全天換水的PMV，舒適性較差。

（4）通過對圖像的觀察和結(jié)果的對比分析，VB程序具有使用方便，結(jié)果清晰，運(yùn)算速度快，可靠性高的特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王子介，夏學(xué)鷹. 地板輻射供冷/暖的簡化動(dòng)態(tài)模型及其應(yīng)用[J].南京：南京師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2004

[2] 李先中，王子介，劉傳聚. 地板供冷/置換通風(fēng)復(fù)合空調(diào)系統(tǒng)的可行性探討[J].長沙：建筑熱能通風(fēng)空調(diào)，2002

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[4] 王子介，夏學(xué)鷹，戎衛(wèi)國，陳寶明. 地板輻射供冷可行性研究分析[J]. 暖通空調(diào)，2002