基于PMV-PPD指標(biāo)對(duì)學(xué)生宿舍熱濕環(huán)境的評(píng)價(jià)

王晨陽(yáng) 林成楷 程遠(yuǎn)達(dá)

摘 要：本文基于室內(nèi)熱濕環(huán)境評(píng)價(jià)中的熱感指標(biāo)PMV與預(yù)測(cè)不滿(mǎn)意率PPD這一指標(biāo)的基礎(chǔ)上，通過(guò)網(wǎng)上問(wèn)卷問(wèn)卷、實(shí)地考察以及數(shù)值計(jì)算等方式得出PMV-PPD數(shù)值。從三個(gè)方面對(duì)室內(nèi)熱濕環(huán)境進(jìn)行了較為系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。依據(jù)民用建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)GB50785-2012對(duì)太原理工大學(xué)學(xué)生宿舍進(jìn)行熱濕環(huán)境評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：室內(nèi)熱濕環(huán)境評(píng)價(jià);熱感指標(biāo);預(yù)測(cè)不滿(mǎn)意

Abstract： Based on the index of PMV and PPD in indoor thermal and humid environment assessment， the PMV-PPD value is obtained through online questionnaire， field investigation and numerical calculation. The indoor thermal and humid environment was evaluated systematically from three aspects. According to the evaluation standard of indoor thermal and humid environment of civil buildings （GB 50785-2012）， the thermal and humid environment of the dormitory of Taiyuan University of technology was evaluated.

Key words： indoor thermal and humid environment assessment; thermal sensitivity index; unsatisfactory prediction

0.引言

隨著當(dāng)今我國(guó)科學(xué)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，如何去提供與維持舒適的室內(nèi)熱環(huán)境已經(jīng)成為當(dāng)今學(xué)者的一個(gè)重大研究課題。Fanger教授在1970時(shí)候根據(jù)人體熱平衡方程提出了PMV概念，目前已經(jīng)在室內(nèi)熱濕環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中得到廣泛使用[1]。

太原屬北溫帶大陸性氣候，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥。年平均氣溫9.5℃，無(wú)霜期平均202天，年均降水量456毫米。年平均溫度為9.5℃，一月平均溫度為-6.4℃，七月平均溫度為23℃。本文中所調(diào)研的學(xué)生宿舍位于太原理工大學(xué)迎西校區(qū)位于汾河西畔，濕度受汾河影響較大，在研究中應(yīng)充分考慮其帶來(lái)的影響。因此本文主要通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查、實(shí)地考察與數(shù)值計(jì)算等方式得到宿舍室內(nèi)PMV-PPD指標(biāo)的數(shù)值。通過(guò)對(duì)獲取的指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行合理分析，從而對(duì)室內(nèi)熱濕環(huán)境做出合理、客觀的評(píng)價(jià)。

1.熱舒適調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果分析

1.1 PMV指標(biāo)與PPD指標(biāo)

人體熱舒適是對(duì)周?chē)鸁釢癍h(huán)境的直接主觀感受，丹麥工業(yè)大學(xué)Fanger教授在研究室內(nèi)熱舒適性時(shí)，根據(jù)熱平衡的原理制定了ISO-7730標(biāo)準(zhǔn)，提出了一個(gè)對(duì)熱舒適較為可觀的一個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)即PMV（Predicted Mean Vote），PMV取不同值的時(shí)候?qū)?yīng)的ASHRAE中冷熱感尺度如下表1。

不同人由于受到生理以及心理的影響，及時(shí)在相同情況下對(duì)熱舒適的感受也不盡相同，因此又提出的另外一個(gè)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)即PPD（Predicted Percentage of Dissatisfied），如圖1所示，給出了PMV與PPD的關(guān)系，該曲線反應(yīng)出了即使人體在舒適條件PMV=0情況下，也有5%的人群會(huì)感到不滿(mǎn)意[2]。

1.2調(diào)查對(duì)象分析

這里針對(duì)網(wǎng)上搜集的調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果以及實(shí)地考察，從而對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。這次調(diào)查共有33人填寫(xiě)了問(wèn)卷調(diào)查，其中男性有17人，女性有16人，所有調(diào)查對(duì)象均為太原理工大學(xué)學(xué)生，具有豐富的宿舍生活經(jīng)驗(yàn)。調(diào)查問(wèn)卷數(shù)量為33份。根據(jù)GB50785-2012規(guī)定，有效問(wèn)卷數(shù)≥30即可認(rèn)為此次調(diào)查有效。

1.3調(diào)查結(jié)果分析

本次調(diào)查周期為48h，對(duì)于各個(gè)時(shí)間段的室外溫差以及室內(nèi)溫濕度變化受太陽(yáng)輻射照度、天氣變化以及室內(nèi)人員分布等多重因素的影響。故只能進(jìn)行在PMV-PPD的計(jì)算中，選取一組典型的特征值作為室內(nèi)溫濕度參數(shù)進(jìn)行探究。

根據(jù)圖2整體熱感覺(jué)餅狀圖分析，60.6%的被調(diào)查者的室內(nèi)熱感覺(jué)為適中，12.1%的被調(diào)查者認(rèn)為室內(nèi)冷，15.2%的被調(diào)查者認(rèn)為室內(nèi)較冷;3.0%的被調(diào)查者認(rèn)為室內(nèi)溫度較暖，6.1%的被調(diào)查者認(rèn)為室內(nèi)暖，3.0%認(rèn)為室內(nèi)熱感覺(jué)為熱。

據(jù)圖3熱濕環(huán)境評(píng)價(jià)餅狀圖，熱濕環(huán)境總體評(píng)價(jià)等級(jí)依次為0到10級(jí)，10級(jí)為熱濕環(huán)境感覺(jué)最好，0級(jí)為熱濕環(huán)境感覺(jué)最差，其余等級(jí)依次遞減，9.1%的被調(diào)查者的室內(nèi)熱濕環(huán)境等級(jí)最好，同樣也有9.1%的被調(diào)查者的室內(nèi)熱濕環(huán)境等級(jí)最差。

從上述分析可以看出，在冬季這種氣候下，大部分人對(duì)于宿舍熱感覺(jué)適中，僅有少部分人存在較熱或較冷的情況?？赡苁怯捎谏眢w出現(xiàn)發(fā)熱頭暈或是沒(méi)有攜帶足夠的服裝熱阻，不能對(duì)調(diào)查問(wèn)卷中的問(wèn)題做出準(zhǔn)確的判斷導(dǎo)致的。

2.實(shí)地測(cè)量分析

2.1測(cè)量原理

PMV在穩(wěn)態(tài)的環(huán)境下的計(jì)算公式如下：

由于上式中變量過(guò)多，測(cè)量起來(lái)比較困難，故需要對(duì)其進(jìn)行一些假設(shè)（依據(jù)GB50785-2012）[3]：

（1）斜倚時(shí)M=46.52W/m2;坐姿放松時(shí)，M=58.15W/m2;坐姿活動(dòng)時(shí)（辦公室、居住環(huán)境、學(xué)校、實(shí)驗(yàn)室）M=69.78W/m2;立姿放松時(shí)M=81.41W/m2;立姿輕度活動(dòng)時(shí)（購(gòu)物、實(shí)驗(yàn)室工作、輕體力勞動(dòng)）M=93.04W/m2;立姿中度勞動(dòng)時(shí)（商場(chǎng)售貨、家務(wù)勞動(dòng)、機(jī)械工作等）M=116.30W/m2;

（2）人所做的功W=0;

（3）取fcl =2.3（宿舍處于冬季，人體未穿衣外表面積相對(duì)較小）;

（4）室內(nèi)的平均太陽(yáng)輻射溫度近似等于室內(nèi)空氣溫度;

（5）假設(shè)所有人為成年男性，對(duì)于溫度變化感受不大，利于后續(xù)服裝熱阻計(jì)算。

2.2參數(shù)計(jì)算

以下為對(duì)于相關(guān)參數(shù)的計(jì)算計(jì)算：

對(duì)于上述表2而言，在宿舍內(nèi)，39.39%的人在室內(nèi)進(jìn)行的活動(dòng)為斜倚例如躺著休息或者是坐在椅子上休息，有同樣比例的人在坐姿活動(dòng)，即坐在凳子上進(jìn)行學(xué)習(xí)、打游戲與看書(shū)等活動(dòng)。按照加權(quán)平均的方法進(jìn)行計(jì)算：

對(duì)于表3，表明宿舍39.39%穿的是厚睡衣厚睡褲，主要是調(diào)查這兩天氣溫驟降導(dǎo)致的。39.39%穿的是厚外套和秋褲，可能是在宿舍想從事相關(guān)的室內(nèi)活動(dòng)。但是仍有21.21%的人在宿舍內(nèi)的衣著搭配不跟隨大眾，仍以秋衣秋褲為主。其對(duì)應(yīng)的服裝熱阻的計(jì)算也采用加權(quán)平均的方式進(jìn)行計(jì)算：

對(duì)調(diào)查宿舍的宿舍進(jìn)行室內(nèi)外空氣溫度與相對(duì)濕度的變化情況進(jìn)行分析取較為典型的10次測(cè)量數(shù)據(jù)作為宿舍室內(nèi)空氣溫度與相對(duì)濕度進(jìn)行分析，結(jié)果如表4所示：

通過(guò)分析，我們可以看出，室內(nèi)的空氣溫度Ta為21.31℃，黑球溫度Tg為21.03℃，相對(duì)濕度大致為33.32%RH，人體表面溫度為22.47℃。對(duì)于平均輻射溫度，現(xiàn)場(chǎng)儀器無(wú)法直接測(cè)量，因此我們采用GB50785-2012中關(guān)于平均輻射溫度計(jì)算方法即黑球溫度計(jì)法對(duì)其進(jìn)行計(jì)算：通過(guò)測(cè)量黑球溫度、空氣溫度和空氣流速后計(jì)算平均輻射溫度。

2.3 PPD指標(biāo)

對(duì)于PMV代表的是絕大部分人在同一環(huán)境下熱感覺(jué)，并不能代表所有人的熱感覺(jué)[4]。PPD則表示對(duì)環(huán)境的不滿(mǎn)意百分比，F(xiàn)anger利用概率分析的方法，從而給出了PMV-PPD的定量關(guān)系如式（3）：

PPD=100-95*e[-（0.03353PMV4+0.2197PMV2）]? （3）

3.測(cè)量結(jié)果與分析

3.1測(cè)量結(jié)果

經(jīng)上述公式計(jì)算，我們大致得出PMV=-0.38，PPD=8%的結(jié)果，同時(shí)也可以得知熱感覺(jué)為中性時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)有效溫度SET=24.3℃。下面將結(jié)果分別分別以焓濕圖（干球溫度）、焓濕圖（操作溫度）與溫濕度圖三種形式呈現(xiàn)在本文中，如圖4至6所示[5]。

3.2結(jié)果分析

本文通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查以及實(shí)際考察，利用相關(guān)規(guī)范以及參考文獻(xiàn)得出PMV=-0.38，PPD=8%的結(jié)論。同時(shí)計(jì)算得出標(biāo)準(zhǔn)有效溫度SET=24.3℃，它是以人體生理反應(yīng)模型為基礎(chǔ)，由人體傳熱的物理過(guò)程分析得出的[6]，不同于以往的僅從主觀評(píng)價(jià)由經(jīng)驗(yàn)推導(dǎo)得到的有效溫度指標(biāo)，其定義為：身著標(biāo)準(zhǔn)熱阻服裝的人，在相對(duì)濕度為50%，空氣靜止不動(dòng)，空氣溫度等于平均輻射溫度的等溫環(huán)境下，若與他在實(shí)際環(huán)境中和實(shí)際服裝熱阻條件下的平均皮膚溫度和溫度濕潤(rùn)度相同，則必將具有相同的熱損失，則該溫度就是上述實(shí)際環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)有效溫度SET。

該指標(biāo)滿(mǎn)足ASHRAE Standard 55-2013的熱舒適要求，說(shuō)明宿舍室內(nèi)的熱濕環(huán)境符合學(xué)生的生活居住。熱感覺(jué)為適中，數(shù)值-0.38距0即適中水平有0.38的差距，不排除在室內(nèi)環(huán)境之中可能會(huì)有部分窗戶(hù)打開(kāi)，破壞穩(wěn)態(tài)的室內(nèi)熱濕環(huán)境或者是人員服裝熱阻穿著過(guò)少等原因[6]，宿舍室內(nèi)熱濕環(huán)境在大體上符合我們室內(nèi)活動(dòng)的基本需求。圖7、圖8為太原理工大學(xué)基本的宿舍樣式，現(xiàn)予以呈現(xiàn)。

4.結(jié)論

本次調(diào)查時(shí)間為冬季，氣候干燥且溫度低，受調(diào)查者們身著衣服較多，具有服裝熱阻高、調(diào)整范圍有限的特點(diǎn)?？傮w而言調(diào)查得出熱感覺(jué)為適中，PMV=-0.38，意味著宿舍內(nèi)環(huán)境還是適宜并滿(mǎn)足學(xué)生的日常學(xué)習(xí)休息等基本活動(dòng)。PPD=8%，即意味著在室內(nèi)熱環(huán)境處于最佳的熱舒適狀態(tài)時(shí)，仍有8%的同學(xué)感到不滿(mǎn)意，這是很正常的，同學(xué)們可以通過(guò)增減衣物、開(kāi)窗等方式來(lái)使室內(nèi)的熱感覺(jué)獲得相應(yīng)的調(diào)整，這類(lèi)行為手段可以認(rèn)為是感知熱反應(yīng)后的熱適應(yīng)行為。

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（太原理工大學(xué) 土木工程學(xué)院? 山西 太原 030024）