【摘 要】
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近年来,能源的消耗在持续增加,其中建筑能耗占较大比重。辐射空调具有热舒适性好和节能性强等优点,在降低空调能耗和改善室内环境方面发挥着重要作用,并在公共建筑和居住建筑中得到广泛应用。本文以课题组关于辐射空调环境人体热舒适方面的实验数据为基础,构建了辐射空调环境人体整体热舒适评价模型和局部热不舒适评价模型,理论分析了人体整体及局部皮肤表面能量传递特性。首先,分析了辐射顶板+混合通风（Ceiling C
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近年来,能源的消耗在持续增加,其中建筑能耗占较大比重。辐射空调具有热舒适性好和节能性强等优点,在降低空调能耗和改善室内环境方面发挥着重要作用,并在公共建筑和居住建筑中得到广泛应用。本文以课题组关于辐射空调环境人体热舒适方面的实验数据为基础,构建了辐射空调环境人体整体热舒适评价模型和局部热不舒适评价模型,理论分析了人体整体及局部皮肤表面能量传递特性。首先,分析了辐射顶板+混合通风（Ceiling Cooling+Mixing Ventilation,CC+MV）及辐射顶板+地板送风（Ceiling Cooling+Underfloor Air Distribution,CC+UFAD）房间人体生理及心理反应变化,以人体热感觉投票结果为依据建立了基于平均皮肤温度的人体整体热舒适评价模型,即整体不满意率（Whole Percentage Dissatisfied,WPD）模型,结果显示CC+MV房间模型公式的拟合度略高于CC+UFAD房间,分别为0.7882和0.6403。同时,提出了人体局部皮肤温度与热中性温度的加权平均偏差tsk,m和加权标准差（或皮肤温度非均匀度）tsk-non的概念及其计算定义式,建立了基于局部皮肤温度的人体局部热不舒适评价模型,即局部不满意率（Local Percentage Dissatisfied,LPD）模型,结果表明CC+MV房间模型公式的拟合度也略高于CC+UFAD房间,分别为0.8053和0.6031。其次,基于Gagge的二节点模型建立了人体整体热调节模型,并验证该模型预测人体平均皮肤温度的准确性,定量分析了辐射空调室内热环境参数对人体平均皮肤温度的影响,结果表明当空气相对湿度为30%～70%时,空气温度和平均辐射温度的变化对人体平均皮肤温度的影响较大;而当空气温度和平均辐射温度为20℃～30℃时,空气相对湿度的变化对人体平均皮肤温度的影响较小。在热平衡模型的基础上进一步建立了人体整体火积平衡模型,并推导出了人体火积耗散计算公式,定量分析了辐射空调室内热环境参数对人体火积耗散的影响,结果表明当空气相对湿度为30%～70%时,空气温度和平均辐射温度的变化对人体火积耗散的影响较大;而当空气温度和平均辐射温度均小于25℃时,空气相对湿度的变化对人体火积耗散的影响较小。根据这些理论模型及上述的人体热舒适评价模型,分析了人体整体热舒适性与皮肤表面能量传递特性之间的关系,发现汗液蒸发散热量变化曲线与人体不满意率变化曲线基本一致,相比对流辐射火积耗散,汗液蒸发火积耗散对人体热舒适的影响最大。最后,将上述单段人体热调节模型扩展为15段得到人体局部热调节模型,并验证该模型预测局部皮肤温度的准确性,分析了室内热环境参数对tsk,m和tsk-non的影响,结果发现tsk,m随top的升高而增大,拟合曲线线性关系较强,拟合度为0.99956;tsk-non随top的升高先减小后增大,拟合曲线为二次曲线,拟合度较高为0.94491。当空气相对湿度为30%～70%时,空气温度和平均辐射温度的变化对tsk,m和tsk-non的影响较大;而当空气温度和平均辐射温度在21℃～29℃时,空气相对湿度的变化对tsk,m和tsk-non的影响较小。进一步分析了人体局部热不舒适性与局部皮肤表面能量传递特性之间的关系,结果表明为了满足人体局部热不舒适性的要求需要考虑前臂和手背等裸露部位的散热或火积耗散情况,相比蒸发散热,裸露部位的火积耗散更能体现上述影响关系。本课题的研究揭示了辐射空调环境下人体热舒适性与皮肤表面传热特性之间的关系,为基于人体皮肤温度的辐射空调系统设计及运行控制提供理论依据。
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