热舒适研究综述与展望

热舒适研究是近年来的研究热点,营造舒适的建筑环境不仅可提高人体舒适健康水平,而且可减少建筑能耗。本文回顾了热舒适研究的发展历程,介绍了其成果的应用形式之一——热舒适标准。阐述了我国热舒适研究中的问题与挑战,从理论研究和成果应用领域总结了我国热舒适研究取得的进展。列举了在热舒适数据库、动态热环境、非均匀环境、舒适健康与工作效率等方面取得的主要成果,并展望了未来的研究方向。

基于Fluent的沈阳地区某住宅夜间自然通风热舒适模拟研究

自然通风能够有效改善室内热舒适性,降低室内能耗。采用Fluent软件,利用加入修正系数的自适应热舒适评价指标(aPMV)模型对沈阳某住宅夜间自然通风热舒适性进行模拟。结果显示,夏季夜间自然通风条件下室内热舒适情况较好,室内热舒适情况受窗户开启面积影响。住宅卧室整体吹风感受门窗开度影响。夏季夜间自然通风能够有效改善室内热环境,降低空调的使用。

蒸发冷却空调的热舒适评价方法综述及展望

在绿色节能的新形势下,蒸发冷却空调相比于传统空调更具有节能减排的优势。目前关于蒸发冷却空调的研究仍集中于系统性能和能效上,而忽略了其所营造的室内环境的热舒适情况。准确预测蒸发冷却空调的热舒适对其发展同样起着不可忽视的作用。文章介绍了国内外蒸发冷却空调的热舒适研究现状并综述了其采用的热舒适评价方法,分析了蒸发冷却空调采用适应性热舒适评价的可能性和必要性。针对蒸发冷却空调所营造的室内热环境特点,提出了蒸发冷却系统的适应性热舒适模型框架。

超高层办公建筑开窗通风对室内热舒适与能耗的影响研究

超高层建筑的供冷供热能耗居高不下,合理利用自然通风能够减小空调的运行时间与运行能耗。实测过程中发现,超高层办公建筑由于安全性与室外噪声的限制基本很少开窗。以西安地区为例,通过实测数据和热力学第一定律,使用MATLAB软件建模计算分析采用开窗通风方式或空调供冷供热方式对室内温度的影响,发现超高层建筑冬季过热问题非常明显,开窗或使用通风器时噪声过大,针对上述问题给出开窗建议。以西安市某超高层办公建筑的测试数据作为计算工况参考,并借助其验证本文结论,为设计提供实施性较强的指导。

太阳辐射作用下不同活动水平的室内人体传热特性及热舒适研究

太阳辐射是影响室内空调负荷的重要因素,当阳光直射人体时,影响人体与周围环境热交换,进而影响热感觉,人体处于热中性的环境温度的变化关乎空调系统能耗和人体热舒适。本研究在人工气候室进行冬季实验,利用太阳辐射模拟装置控制太阳辐射强度,受试者穿着典型服装,分别进行静坐与两种步速(3.2、5 km/h)活动,测试生理参数并进行热感觉问卷调查,分析太阳辐射与活动水平共同作用下,人体与周围环境间的传热特性,研究热舒适区偏移规律。结果表明:有太阳辐射时,随着活动强度增加,蒸发传热量占比增加,对流传热与辐射传热占比减小,热舒适区向下偏移,冬季人体维持舒适状态所需的环境温度降低。为该条件下空调室内设计参数的设定提供一定参考,使空调系统更节能。

寒冷地区典型办公园区室外热舒适研究

办公建筑作为城市中常见的建筑类型,是城市居民的重要活动场所,室外热环境的改善能够有效提升办公园区的空间品质。选取大连市典型办公园区作为研究对象,采用类型学研究方法,以通用热气候指数(Universal Thermal Climate Index,UTCI)与热舒适预测平均投票数(Predicted Mean Vote,PMV)作为评价指标,通过软件模拟不同围合度条件下办公园区热舒适的分布情况。结果表明:①以平面围合程度作为划分依据,将研究样本按照围合程度从低到高分为点式、板式、L字型、U字型、庭院型、复合型六大类。②在建筑参数相近的条件下,随着建筑组团围合度的提高,办公园区建筑场地内的室外热舒适度越高,即场地热舒适度从高到低排序为:复合式>庭院式>U字型>L字型>板式>点式。在仅考虑室外热舒适度的情况下,寒冷地区办公建筑适合围合度高(复合型、庭院型、U字型)的建筑形式。

寒冷地区城市公园老年人秋季热舒适特征及影响因素分析

为进一步明确寒冷地区城市公园老年人秋季热舒适特征及影响因素,结合微气候实测和热舒适调研的方法,通过与非老年人进行对比,分析了老年人室外热感觉与热舒适的关系特征,从热中性生理等效温度(physiological equivalent temperature,PET)、满足80%热可接受率的PET范围以及热偏好PET 3个方面,划定了老年人热舒适评价标准,并探明了微气候因素对老年人热舒适的影响特征。结果表明:寒冷地区秋季城市公园中,相较于非老年人,老年人的耐热性较强,耐寒性较弱;老年人的热中性PET为8.3℃,非老年人为11.5℃,热可接受PET范围为3.2~28.0℃,非老年人为4.9~24.3℃,热偏好PET为25.8℃,非老年人为24.2℃;各微气候因素对老年人热感觉的影响程度由大到小依次为黑球温度>风速>相对湿度。

风机盘管加新风系统室内微循环热舒适性研究

随着人们生活水平的提高,医院在提升治疗服务的同时迫切需要改善患者就医环境和医护人员的工作环境。目前,医院建筑中特别是病房广泛应用的风机盘管加新风系统存在温度分布不均匀、吹风感较强、噪音大等问题,导致了患者的室内热舒适性无法得到保障。因此,针对医院病房,探索研究风机盘管加除湿置换新风空调系统,在实际搭建的实验平台基础上建立CFD数值模拟模型,将模拟结果与实验数据相对比,论证了模型的准确性之后,通过CFD模拟的方式,在保证对流换热可以达到室内设定温度的前提下,找到一种新的气流组织形式,这样不仅有效降低室内人员的吹风感和噪音,而且避免了传统置换通风容易出现温度分层、垂直温差过大的问题。

基于个人舒适系统杭州住宅冬季热舒适与能耗

为揭示该地区个人舒适系统(PCS)作用下的居民冬季热舒适特征和供暖能耗需求,以杭州市为对象,采用问卷调研和入户现场实测的方式得出冬季住宅开窗、遮阳、使用空调和PCS等典型热环境组合调节模式以及典型供暖模式和居民活动状态组合下的热舒适特征;在此基础上模拟得到冬季室内热舒适和供暖能耗特征。结果表明,冬季“无设备+静坐”、“空调+静坐”、“PCS+静坐”、“无设备+家务劳动”、“空调+家务劳动”、“PCS+家务劳动”等6种工况下的冬季中性温度分别是17.3、18.8、16.4、15.7、15.7、13.9℃,舒适温度区间分别是14.3~20.3℃、17.1~20.5℃、14.4~18.4℃、13.7~17.8℃、13.3~18.1℃、11.0~16.9℃。冬季室内热舒适水平受热环境调节模式影响较大,客厅在室舒适时间占比在43.74%~80.21%之间,卧室在室舒适时间占比均为70%以上。使用空调与PCS供暖时,典型建筑在冬初冬末的供暖能耗强度是1.28 kWh·m^(-2),在严冬的供暖能耗强度是13.06 kWh·m^(-2)。

小学教学楼庭院空间构成要素对儿童热舒适的影响

为探究儿童热舒适度与户外空间构成要素之间的相关性,对苏州姑苏区与工业园区内的95个小学教学楼庭院空间进行微气候数据采集、空间构成要素量化测量以及对儿童进行问卷调查,结果表明:1)苏州夏季、春季、冬季小学教学楼庭院的儿童热舒适度范围分别为26.5~34.2℃、18.5~26.3℃、23.1~28.2℃;2)与儿童热舒适度PET值显著相关的空间构成要素有5个,即绿地配置形式(“贴边+中央”型最佳)、朝向(东西朝向最佳)、围合度(4面围合最佳)、植物种植类型(乔灌草复合搭配最佳)、绿地率(30%~50%最佳)。基于研究结果,建议通过综合考虑景观特征、优化植物品种、完善辅助设施等手段提升小学教学楼庭院空间的热舒适度。

基于室内非均匀环境营造的新型通风模式下人员热舒适性及系统节能潜力

为解决现有通风空调系统无法根据占用区域实现按需供冷造成的热不舒适及能源浪费问题,本研究根据人员占用区域需求实时切换气流模式组合及冷量供给,提出了一种新型通风模式,旨在利用多种气流模式的最优组合控制特定需求场景。采用数值模拟的方法探究了不同占用区域情况下新型通风模式的人员热舒适性和系统的节能潜力,并与混合通风模式和层式通风模式进行了对比。结果表明:新型通风模式在气流组织上具有明显优势;新型通风模式较混合通风模式和层式通风模式具有更高的热舒适性,空气分布特性指数最大;新型通风模式局部冷量利用系数最小,冷量有效利用率最高,所需供冷量最小,因此新型通风模式的节能潜力最大。

长沙市夏季校园热舒适研究——以湖南农业大学为例

选取夏热冬冷地区典型城市长沙市内的湖南农业大学为研究对象,通过微气候实测、问卷调查,探究校园夏季室外热舒适性。结果表明,校园室外热中性PET为23.75℃,热中性PET范围为21.18~26.52℃,夏季无最舒适的PET值,90%热可接受PET范围小于26.84℃;空气温度和黑球温度是影响受访者热感觉和热舒适的主要因素。研究结果对于校园空间景观设计和校园微气候优化具有一定的参考意义,能为改善校园微气候、提高人群活动空间的舒适性提供科学依据。

基于ISSA-LSTM的热舒适短期预测模型

为解决在测试日内的短期预测过程中,农村城镇人体热舒适中建筑惰性及人员等随机因素使人体感受变化的样本对预测结果影响大而导致预测精准度低的问题,提出基于改进麻雀搜索算法(ISSA)优化长短期记忆神经网络(LSTM)的方法建立新型户用空调热舒适短期预测模型;首先,对测试日气象数据进行动态性分析,对数据进行有效性验证并构建多种热舒适预测模型;随后选用新型用户热舒适短期预测模型(ISSA-LSTM)对热舒适进行预测。结果表明,模型的最高预测均方误差(MSE)比麻雀搜索算法(SSA)和蜣螂优化算法(DBO)优化LSTM分别提高了0.02296和0.10827,采用ISSA-LSTM方法后改善了短期热舒适预测的精度问题,并提高了分体式空调通过热舒适来控制温度的性能。

高温热浪期间城市空间热环境特征及人群热舒适度评价研究——以重庆渝中区典型空间为例

针对高密度城市空间的高温热浪问题,以山地城市重庆的核心城区渝中区为例,对商业区、住区、山地公园、滨江公园3类4种典型城市功能空间进行一个热浪周期的实测,通过空气温度、地表温度、相对湿度、太阳辐射等热环境参数分析,比较不同城市空间热环境特征;结合城市人群热舒适相关问卷调研,选取生理等效温度(PET)描述人体热感受,归纳城市空间高温热浪期间对人群热舒适的影响要素及规律,建立夏季室外热舒适度预测模型。显示:1)高温热浪期间热环境受城市空间要素影响且具有差异化特征,老旧住区受高温热浪影响严重,商业区紧随其后,公园绿地较好;2)室外热舒适度与空间要素紧密相关,PET、空气温度和地表温度与热感觉和热舒适显著负相关,相对湿度与热感觉和热舒适呈显著正相关,空气温度和热辐射对热舒适度影响较大,相对湿度与地表温度影响相对较小;3)合理的空间形态和遮阴规划、植被及水体设置、高蓄热性下垫面等设计要素可缓解高温热浪,降低热中性温度,提高热舒适性。研究结果为山地城市高温热浪形成机制探究及城市空间热环境优化设计提供一定依据。

CFD技术在地板辐射采暖复合机械送风下人体热舒适性的应用

采用计算流体力学数值模拟的方法,探究地板辐射采暖复合机械送风形式的2种送风气流组织变化对人体热舒适的影响。根据模拟得到工作区平面的平均温度、湿度、风速及其分布情况探究2种工况下人体舒适度。并通过对比2种气流组织下头足温差、垂直温差以及热舒适性指标预计平均舒适度V_(PM)、预计不满意率P_(PD)对人体热舒适度进行定量评价。结果表明:在送风风速、温度相同的条件下,下送风与上送风工作面平均温度基本相同,风速提升0.02 m·s^(-1),湿度下降0.6%。上送风的空气温度分层更明显,2者的头足温差分别是0.09℃、0.02℃,皆不会令人感到不舒适。上送风和下送风2种气流组织的V_(PM)、P_(PD)值均为-0.18、6%,均符合GB/T 33658—2017《室内人体热舒适环境要求与评价方法》的热舒适要求。综合考虑室内温度分布以及头足温差等指标后,表明在地板辐射采暖复合机械送风中下送风气流组织的效果更好。

高校历史建筑夏季室内热舒适研究——以宋卿体育馆为例

该文研究武汉大学早期历史建筑宋卿体育馆夏季室内热环境现状及热舒适评价,通过对体育馆室内热环境现场实测和问卷调查相结合的方法,对建筑室内相关物理参数及使用者主观评价进行收集。对室内热环境实际热感觉投票值TSV与预测热舒适指标PMV进行对比分析,评测该历史建筑夏季室内热舒适性后,发现宋卿体育馆在夏季自然通风状态下室内热环境较差,主要是因为建筑大面积西向开窗设计很容易受到太阳辐射的影响,室内风速过低,使用者运动强度高,从而导致实际热感觉投票值偏高。因此对该历史建筑提出了相应的优化策略,如增设外窗遮阳、机械通风以及必要的空调系统。

冬季校园户外空间不同活动水平的热舒适研究——以吉林大学前卫南区为例

严寒地区冬季气候寒冷,室内外温差大,限制了高校大学生的户外活动。大学校园户外空间是大学生开展休闲体力活动的载体,营造舒适的校园户外空间有利于促进大学生的身体健康,并为校园增加活力。为了揭示严寒地区校园户外空间中不同活动强度的大学生冬季生理与热舒适特征,本研究结合气象监测、生理参数测量、问卷调查等方法,分析不同活动水平生理响应与校园户外空间热舒适度的关系。结果表明:人体活动强度越大,感觉越温暖,也就越舒适;户外空间测点的TCV与TSV从大到小排序依次是F1>E1=D1>C1=B1>A1;出现冷症状的人数比例随着活动强度的升高而逐渐降低,不同空间因气象因子与环境的差异受试者所表现的冷症状不同;MTSV投票升高1个标尺,MST升高(低强度3.9℃,中强度2.2℃,高强度1.5℃)。

鲁南地区农宅冬季老年人适应性热舒适评价研究

采用控制温度的方法,在2021年12月份对鲁南地区典型农宅房间进行了热湿环境测试与主观问卷调查。研究结果表明:老年人平均服装热阻为1.63 clo;考虑老年人心理、生理特点以及行为习惯等,得到的农村地区冬季老年人热中性温度为17.83℃,80%可接受热舒适温度为15.78~19.93℃,热期望温度为21.63℃;建立了室外空气温度与室内热中性温度的拟合曲线,得到了适应性热舒适模型。

中学校园室外空间环境热舒适度调查研究

校园室外空间作为学校的组成部分,是师生日常生活及开展户外活动的重要场所,校园室外空间热环境质量与师生的舒适感受及身心健康息息相关。本文以夏热冬冷地区的重庆市中学校园为研究对象,通过校园室外空间的热环境状况实测,以及校内师生的热舒适问卷调查,对比分析不同环境要素对校园室外热环境的影响,计算生理等效温度PET,分析热感觉投票值TCV、热舒适投票值TSV与PET的函数关系,得到不同校园室外空间的夏季热舒适范围,并从热舒适感受及评价几个方面对中学校园室外环境优化提出建议。

寒冷地区高铁站完整乘车过程的乘客热舒适动态需求

1研究背景近年来,我国高速铁路发展迅速,截至2023年底全国高速铁路运营里程达到45,000km,且这一势头仍在延续[1]。营造舒适的室内热环境是建筑最基本的环境性能要求[2-3],为此高铁站付出巨大的能源代价。数据显示,高铁站建筑能耗高达101~423kWh/m2[4],其中为满足乘客热舒适需求而产生的空调系统能耗占比达到30%~60%[5]。但调查显示,高耗能并未实现环境的高品质,高铁站内过冷或过热问题仍普遍存在[6-7]。这种热舒适设计目标与使用效果偏离问题的关键在于,现有热舒适研究以及现行设计规范多假定乘客处于稳定状态,并多关注于其相对长时间停留的候车厅空间。