暖通空调设计方法与系统分析第1章

第一章热、湿环境§1-1热、湿环境的构成及对人体的作用§1-2热、湿环境的评价方法与评价指标§1-3热、湿环境基本参数的测量§1-4暖通空调系统与热湿环境一、影响人体与环境之间热湿交换过程的因素•人体与环境之间的相互作用过程实际上就是人体与环境之间的热湿交换过程，影响这一过程的因素有•空气的温度、相对湿度、流速以及环境的平均辐射温度构成了影响我们人体的热湿环境。•人体的新陈代谢率和着衣热阻。§1-1热、湿环境的构成及对人体的作用二、人体与环境之间热湿交换•对流换热(C)•辐射放热(R)•皮肤表面蒸发放热(Esk)•呼吸对流换热(Cres)•呼吸蒸发放热(Eres)•W为人体对外所做功，S表示人体储热量。三、各影响因素对人体的作用密切相关•在一定的气温下，相对湿度越大，人体通过蒸发的散热量就越少，越容易感到闷热，反之会感到凉爽。•在一定的相对湿度下，气温越高通过对流和辐射的散热量越少，人体感觉热，反之人体感觉冷。•而当气温高一点湿度低一点的热环境和气温低一点湿度高一点的热环境可能对人体有相同的热作用效果。•组成热环境的各影响因素的不同组合，热环境对人体可以有不同的作用效果，但也可以有相同的作用效果。从暖通空调的角度来看，不同的组合，暖通空调系统的能耗是不同的。•因此，采用怎样的暖通空调方式、参数组合才能使人体更舒适、暖通空调系统更易于实现、更节能是热湿环境在暖通空调领域的应用研究主要的课题之一。•评价热湿环境就是将影响热湿环境的各要素和人体生理学结合人的主观感觉构造一个评价指标，这个指标反映人体对热湿环境的真实感受。§1-2热、湿环境的评价方法与评价指标预测平均冷热感新标准有效温度作用温度一、预测平均冷热感PMV(Fanger教授)•PMV与人体的代谢量M和人体的蓄热量S的关系•PPD：对温冷感的不满足率•Fanger教授通过实验得到被实验者的PPD与PMV的关系•从上式可以看出，即使PMV为0，平均也会有5％的人不满足，这说明了人体对冷热感觉存在个体差异。•在ISO7730中，PMV作为标准的热环境指标被采用，并将PMV=±0.5(PPD=10％)作为舒适域。•值得注意的是，在上述表示各热量的计算式中，基本上是在人体舒适或接近舒适的情况下导出的。特别足，皮肤平均温度tsk只考虑了人体的代谢热M，而没有考虑其他环境条件和着衣的影响；蒸发热E没有考虑气温、辐射、风速和着衣的影响。•显然，当偏离舒适状态，PMV值较大时，将与实际偏差较大。所以，运用PMV进行评价应控制在PWV不超出±2(PPD=10％)，最好是在PW=±0.5(PPD＝10％)范围内使用。二、新标准有效温度SET*•是冷热感觉及人体与环境的热交换量与实际环境等同的相对湿度为50％的标准环境的气温。•由Gagge提出，并作为标准的体感温度被ASHRAE采用。•标准环境是指相对湿度为rsh=50％、风速为vs＝0.1m/s、人体代谢量Ms=1.0met，着衣热阻Icls=0.6clo的环境。•SET*以实际气温ts、平均辐射温度tr、风速v、相对湿度rh、代谢量M、实际着衣热阻Icl为输入值，用Gagge提出的人体二层生理模型算出人体的平均皮肤温度tsk和汗湿面积率ω、结合热工学计算出通过皮肤面的换热量Msk，在实际环境和标准环境等待热感觉的条件下计算得出，即：•由于在计算SET*的过程中，全部考虑了热环境的六大要素，因而可以说SET*比PMV具有更加广泛的适用性。•通过试验，在舒适的条件下SET*的大致范围，美国人为SET*=22.2－25.6℃，日本人为SET*=22－26℃。•其它的评价指标，如：有效温度ET*、作用温度OT等。一、热湿环境的基本参数•身体感觉冷热的环境基本要素如上所述有六大要素：(1)空气温度；(2)空气湿度；(3)风速；(4)辐射温度以及在人体侧的着衣的热特性；(5)着衣热阻和表示人体在体内产生的热量；(6)代谢量。•不同环境、不同时间各要素对环境和人体的作用大小不同。在实际中要根据实际情况选择测定项目和相应的检测方法。§1-3热、湿环境基本参数的测量二、温度及其测量方法温度的表示方法•摄氏温度(℃)•华氏温度(F)•绝对温度(K)温度计的种类•热膨胀直读式温度计•热电偶温度计•电阻温度计温度计的校正•为确保温度测量的精度，需要对测量用的温度计进行校正(标定)，用作校正的温度计通常采用水银温度计或者是已经用标准温度计校正过的温度计。•对于采用了二次仪表的测试系统，由于使用了连接测头和仪表较长的接线，则需要对包括二次仪表在内的温度测试系统整体进行校正。室温的测定•测点位置通常是在离地面1~1.5m的高度•在ISO7726中推荐室温的测定高度为离地面o.1m，0.6m，1.1m，1.7m。•对于不同的建筑、不同的空调系统、在不同的时间其室温分布不同，因此，应根据具体需要在有代表性的平面位置和高度位置布置测点。•非稳态室温测定选择热惰性较小的温度计。•辐射影响较明显场合注意防止辐射的影响。辐射的测定•热辐射的测定就是测定与人体进行辐射热交换的墙壁、家具等表面的温度，通过计算求出辐射热交换量和平均辐射温度，•或者测定空间某点的辐射温度或辐射热量。辐射的测定方法•接触法测定周围表面的温度，热电偶或半导体温度计直接接触。•非接触法测定周围表面的温度，红外线辐射温度计。•黑球温度计，测量无发热球的辐射与对流达到热平衡时的温度，再求出平均辐射温度的装置。平均辐射温度计算448273.15273.152.4710rggattvtt当气温与黑球温度之差小于2-3℃时，可简化为2.37rggattvtt湿度的测量•湿度计的种类阿斯曼通风干湿球温度计电阻式湿度计电容式湿度计毛发湿度计湿度的测量•湿度表示：绝对湿度、相对湿度、露点温度•在室内对湿度进行简易测定的场合，通常采用数字式湿度计。•采用阿斯曼通风干湿球温度计测量湿度时，为了使其达到平衡，每点测量需要3-5min以上。即使是采用电阻和电容式湿度计，也要考虑时间延滞性问题。•毛发式自动记录湿度计，主要用于以湿度管理为目的的场合，如美术馆、博物馆等的湿度测控常常采用。空气流速及其测量•空气的流速是形成热环境的四个基本要素之一，同时还直接关系到室内热量及粉尘、有害气体等污染物的扩散。•空气的流速主要以平均风速进行评价。但是，最近的研究发现，风速的不稳定度对人体的气流感也有较大的影响。空气流速及其测量风速仪的种类•在室内热环境的测量中经常使用的风速仪有热线风速仪、热敏电阻风速仪、晶体管式风速仪等。热线风速仪热敏电阻风速仪晶体管式风速仪室内空气流速的测定•气流速度的测量高度，以离地面10cm和100-120cm的高度为好。在这两个高度位置正好是坐着的人着衣量少的脚踝关节部和裸露的脖子、头的部位，对气流十分敏感。•在计测平面分布的场合，除了人员的工作位置等具有代表性的位置外，在近壁面和空调系统吹出口下方及近旁处也需设立测定点。•测量时，对于平均流速的测定要考虑到风速仪的时间延滞性；对于测量风速变动的场合要使用反应时间短的风速仪。着衣量•单位是clo值，1clo相当于男性穿着西装时的热阻。•clo值越大衣服的热阻越大，反之越小。•一般厚衣服的clo值大，薄衣服的clo值小，长衣服的clo值大，短衣服的clo值小，显然，裸体时的clo值为0。•温度测量法：在十分平静的环境中测量被试验者着衣的表面温度tcl、衣服内的皮肤温度tsk及作用温度to，(当气温和作用于人体的平均辐射温度相等时可以用空气温度代替)，根据热平衡:着衣热阻(clo)的测定•要精确测量着衣热阻值是困难的，不同面料的衣服、人体的不同姿势、衣服的大小不同时衣服的热阻是个同的。1/0.155/skclcloIhtttt•重量测量法•多件衣服的clo值代谢量及其测量方法•人的活动量或者作业强度可以用代谢量表示。•通常用单位体表面积、单位时间的代谢量表示。如安静地坐在椅子上时为58.2W/m2。•代谢量如果对标准体格的成人而言，每人相当于100W的电灯1个。•作为代谢量的基准单位，通常用met表示，lmet就是安静时的代谢量58.2W。•代谢量的测定：直接法、间接法一、室内热湿环境的内扰与外扰•内扰：室内作用因素如室内的照明装置、办公设备和人员向室内散热散湿。•内扰主要是通过对流、辐射和蒸发(或吸湿)与室内进行热湿交换。•外扰：室内因素以外的作用因素如室外气温、湿度、太阳辐射、室外风等。•外扰主要通过门窗辐射、围护结构热湿传导以及室内外的空气交换进行热湿传递。§1-4暖通空调系统与热湿环境二、暖通空调系统与热湿环境•以往的空调系统主要是以空气环境为控制主体，即室内空气的温度、湿度和速度。•室内空气环境的内、外扰最终是作用到室内空气上，使室内空气的参数改变。•为了抵抗这个干扰、保持室内空气的参数达到所需要的值，人们通过暖通空调系统供冷(或供热)、加湿(或去湿)。存在问题•影响人体冷热感、舒适感的环境因素不仅仅是空气的温度、湿度、速度，还有环境的平均辐射温度。•内扰、外扰或暖通空调系统，对室内空气状态参数作用过程较慢，延滞性很大。•对于以控制空气参数为目的的空调系统，其节能性较差。•采用辐射空调可改变送风温度，降低围护结构耗热量。•随着热湿环境研究工作的不断深入，发现传统的单一以空气参数为控制目标的空调方式已经越来越不能适应发展的需要了。•影响人体冷热感、舒适感的六大因素共同作用于人体，可用热环境评价指标如SET*、PMV等来衡量•要达到相同的SET*值可以有许多不同因素的组合，研究这些参数的最佳组合。