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1、会计学1暖通空调设计方法与系统分析暖通空调设计方法与系统分析二、人体与环境之间热湿交换二、人体与环境之间热湿交换对流换热对流换热(C)辐射放热辐射放热(R)皮肤表面蒸发放热皮肤表面蒸发放热(Esk)呼吸对流换热呼吸对流换热(Cres)呼吸蒸发放热呼吸蒸发放热(Eres)W为人体对外所做功，为人体对外所做功，S表示人体储热量。表示人体储热量。第1页/共31页三、各影响因素对人体的作用密切相关三、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，过蒸发的散热量就越少，越容易感到闷热，反之会感到凉爽。反之会感到
2、凉爽。在一定的相对湿度下，气温越高通过对流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，反之和辐射的散热量越少，人体感觉热，反之人体感觉冷。人体感觉冷。而当气温高一点湿度低一点的热环境和气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。有相同的热作用效果。第2页/共31页组成热环境的各影响因素的不同组合，热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。从暖通空调的角可以有相同的作用效果。从暖通空调的角度来看，不
3、同的组合，暖通空调系统的能度来看，不同的组合，暖通空调系统的能耗是不同的。耗是不同的。因此，采用怎样的暖通空调方式、参数组因此，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。域的应用研究主要的课题之一。第3页/共31页评价热湿环境就是将影响热湿环境的各要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个评价指标，这个指标反映人体对热湿环境的真实感
4、受。境的真实感受。1-2 热、湿环境的评价方法与评价指标热、湿环境的评价方法与评价指标预测平均冷热感预测平均冷热感新标准有效温度新标准有效温度作用温度作用温度第4页/共31页一、预测平均冷热一、预测平均冷热感感 PMV(FangerPMV(Fanger教授教授)PMVPMV与人体的代谢量与人体的代谢量M M和人体的蓄热量和人体的蓄热量S S的的关系关系第5页/共31页PPDPPD：对温冷感的不满足率：对温冷感的不满足率FangerFanger教授通过实验得到被实验者的教授通过实验得到被实验者的PPDPPD与与PMVPMV的关系的关系从上式可以看出，即使从上式可以看出，即使PMVPMV为为0 0
5、，平均也会有，平均也会有5 5的人不满足，这说明了人体对冷热感觉存在个的人不满足，这说明了人体对冷热感觉存在个体差异。体差异。在在ISO7730ISO7730中，中，PMVPMV作为标准的热环境指标被采作为标准的热环境指标被采用，并将用，并将PMV=0.5(PPD=10PMV=0.5(PPD=10)作为舒适域。作为舒适域。第6页/共31页值得注意的是，在值得注意的是，在上述表示各热量的计算上述表示各热量的计算式式中，基本上是在人体舒适或接近舒适的中，基本上是在人体舒适或接近舒适的情况下导出的。特别足，皮肤平均温度情况下导出的。特别足，皮肤平均温度t tsksk只考虑了人体的代谢热只考虑了人体的
6、代谢热M M，而没有考虑其，而没有考虑其他环境条件和着衣的影响；蒸发热他环境条件和着衣的影响；蒸发热E E没有没有考虑气温、辐射、风速和着衣的影响。考虑气温、辐射、风速和着衣的影响。显然，当偏离舒适状态，显然，当偏离舒适状态，PMVPMV值较大时，值较大时，将与实际偏差较大。所以，运用将与实际偏差较大。所以，运用PMVPMV进行进行评价应控制在评价应控制在PWVPWV不超出不超出2(PPD=102(PPD=10)，最好是在最好是在PW PW=0.5(PPD=0.5(PPD1010)范围内使用。范围内使用。第7页/共31页二二 、新标准有效温度、新标准有效温度SETSET*是冷热感觉及人体与环境
7、的热交换量与实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际环境等同的相对湿度为5050的标准环境的标准环境的气温。的气温。由由GaggeGagge提出，并作为标准的体感温度被提出，并作为标准的体感温度被ASHRAEASHRAE采用。采用。标准环境标准环境是指相对湿度为是指相对湿度为r rshsh=50=50、风速、风速为为v vs s0.1m/s0.1m/s、人体代谢量、人体代谢量M Ms s=1.0met=1.0met，着，着衣热阻衣热阻I Iclscls=0.6clo=0.6clo的环境。的环境。第8页/共31页SETSET*以实际气温以实际气温t ts s、平均辐射温度平
8、均辐射温度t tr r、风、风速速v v、相对湿度、相对湿度r rh h、代代谢量谢量M M、实际着衣热、实际着衣热阻阻I Iclcl为输入值，用为输入值，用GaggeGagge提出的人体二层提出的人体二层生理模型算出人体的平均皮肤温度生理模型算出人体的平均皮肤温度t tsksk和汗和汗湿面积率湿面积率、结合热工学计算出通过皮肤、结合热工学计算出通过皮肤面的换热量面的换热量M Msksk，在实际环境和标准环境等，在实际环境和标准环境等待热感觉的条件下待热感觉的条件下计算得出计算得出，即：，即：第9页/共31页由于在计算由于在计算SETSET*的过程中，全部考虑了热的过程中，全部考虑了热环境的六
9、大要素，因而可以说环境的六大要素，因而可以说SETSET*比比PMVPMV具有更加广泛的适用性。具有更加广泛的适用性。通过试验，在舒适的条件下通过试验，在舒适的条件下SETSET*的大致范的大致范围，美国人为围，美国人为SETSET*=22.2=22.225.625.6，日本，日本人为人为SETSET*=22=222626。其它的评价指标，如：有效温度其它的评价指标，如：有效温度ETET*、作、作用温度用温度OTOT等。等。第10页/共31页一、热湿环境的基本参数一、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身体感觉冷热的环境基本要素如上所述有六大要素：六大要素：(1)(1)空气温
10、度；空气温度；(2)(2)空气湿度；空气湿度；(3)(3)风速；风速；(4)(4)辐射温度以及在人体侧的着辐射温度以及在人体侧的着衣的热特性；衣的热特性；(5)(5)着衣热阻和表示人体在着衣热阻和表示人体在体内产生的热量；体内产生的热量；(6)(6)代谢量。代谢量。不同环境、不同时间各要素对环境和人体不同环境、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。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热、湿环境基本参数的测量第11页/共31页二、温度及其测量方法二、温度及其测量方法温度的表示方
11、法温度的表示方法摄氏温度摄氏温度()()华氏温度华氏温度(F)(F)绝对温度绝对温度(K)(K)第12页/共31页温度计的种类温度计的种类热膨胀直读式温度计热膨胀直读式温度计热电偶温度计热电偶温度计电阻温度计电阻温度计第13页/共31页温度计的校正温度计的校正为确保温度测量的精度，需要对测量用的为确保温度测量的精度，需要对测量用的温度计进行校正温度计进行校正(标定标定)，用作校正的温度，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。温度计校正过的温度计。对于采用了二次仪表的测试系统，由于使对于采用了二次仪表的测试系统，由于使用了连接
12、测头和仪表较长的接线，则需要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对包括二次仪表在内的温度测试系统整体进行校正。进行校正。第14页/共31页室温的测定室温的测定测点位置通常是在离地面测点位置通常是在离地面1 11.5m1.5m的高度的高度在在ISO7726ISO7726中推荐室温的测定高度为离地面中推荐室温的测定高度为离地面o.1mo.1m，0.6m0.6m，1.1m1.1m，1.7m1.7m。对于不同的建筑、不同的空调系统、在不对于不同的建筑、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
13、位置和高度位具体需要在有代表性的平面位置和高度位置布置测点。置布置测点。非稳态室温测定选择热惰性较小的温度计。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。辐射影响较明显场合注意防止辐射的影响。第15页/共31页辐射的测定辐射的测定热辐射的测定就是测定与人体进行辐射热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，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。或者测定空间某点的辐射温度或辐射热量。第16页/共31页辐射的测定方法辐射的测定方法接触
14、法测定周围表面的温度接触法测定周围表面的温度，热电偶或半，热电偶或半导体温度计直接接触。导体温度计直接接触。非接触法测定周围表面的温度非接触法测定周围表面的温度，红外线辐，红外线辐射温度计。射温度计。黑球温度计黑球温度计，测量无发热球的辐射与对流，测量无发热球的辐射与对流达到热平衡时的温度，再求出平均辐射温达到热平衡时的温度，再求出平均辐射温度的装置。度的装置。第17页/共31页平均辐射温度计算平均辐射温度计算当气温与黑球温度之差小于当气温与黑球温度之差小于2-32-3时，可简化为时，可简化为第18页/共31页湿度的测量湿度的测量湿度计的种类湿度计的种类阿斯曼通风干阿斯曼通风干湿球温度计湿球温
15、度计电阻式湿度计电阻式湿度计电容式湿度计电容式湿度计毛发湿度计毛发湿度计第19页/共31页湿度的测量湿度的测量湿度表示：湿度表示：绝对湿度、相对湿度、露点温绝对湿度、相对湿度、露点温度度在室内对湿度进行简易测定的场合，通常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。采用数字式湿度计。采用阿斯曼通风干湿球温度计测量湿度时，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，每点测量需要为了使其达到平衡，每点测量需要3-5min3-5min以上。即使是采用电阻和电容式湿度计，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。也要考虑时间延滞性问题。毛发式自动记录湿度计，主要
16、用于以湿度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。的湿度测控常常采用。第20页/共31页空气流速及其测量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、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。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。人体的气流感也有较大的影
17、响。第21页/共31页空气流速及其测量空气流速及其测量风速仪的种类风速仪的种类在室内热环境的测量中经常使用的风速仪在室内热环境的测量中经常使用的风速仪有有热线风速仪、热敏电阻风速仪、晶体管热线风速仪、热敏电阻风速仪、晶体管式风速仪式风速仪等。等。热线风速仪热线风速仪热敏电阻风速仪热敏电阻风速仪晶体管式风速仪晶体管式风速仪第22页/共31页室内空气流速的测定室内空气流速的测定气流速度的测量高度，以离地面气流速度的测量高度，以离地面10cm和和100-120cm的高度为好。在这两个高度位的高度为好。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置正好是坐着的人着衣量少的脚踝关节部和裸露的脖子、
18、头的部位，对气流十分敏和裸露的脖子、头的部位，对气流十分敏感。感。在计测平面分布的场合，除了人员的工作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空调系统吹出口下方及近旁处也需设立测定点。定点。测量时，对于测量时，对于平均流速平均流速的测定要考虑到风的测定要考虑到风速仪的速仪的时间延滞性时间延滞性；对于测量；对于测量风速变动风速变动的的场合要使用场合要使用反应时间短反应时间短的风速仪。的风速仪。第23页/共31页着衣量着衣量单位是单位是cloclo值，值，1clo1clo相当于男性穿着西装时相当
19、于男性穿着西装时的热阻。的热阻。cloclo值越大衣服的热阻越大，反之越小。值越大衣服的热阻越大，反之越小。一般厚衣服的一般厚衣服的cloclo值大，薄衣服的值大，薄衣服的cloclo值小，值小，长衣服的长衣服的cloclo值大，短衣服的值大，短衣服的cloclo值小，显值小，显然，裸体时的然，裸体时的cloclo值为值为0 0。第24页/共31页温度测量法温度测量法：在十分平静的环境中测量被：在十分平静的环境中测量被试验者着衣的表面温度试验者着衣的表面温度t tclcl、衣服内的皮肤、衣服内的皮肤温度温度t tsksk及作用温度及作用温度t to o，(当气温和作用于人当气温和作用于人体的平
20、均辐射温度相等时可以用空气温度体的平均辐射温度相等时可以用空气温度代替代替)，根据热平衡，根据热平衡:着衣热阻着衣热阻(clo)(clo)的测定的测定要精确测量着衣热阻值是困难的，要精确测量着衣热阻值是困难的，不同面不同面料的衣服、人体的不同姿势、衣服的大小料的衣服、人体的不同姿势、衣服的大小不同不同时衣服的热阻是个同的。时衣服的热阻是个同的。重量测量法重量测量法多件衣服的多件衣服的cloclo值值第25页/共31页代谢量及其测量方法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人的活动量或者作业强度可以用代谢量表示。示。通常用单位体表面积、单位时间的代谢量通常用单位体表面积、单位时间
21、的代谢量表示。如安静地坐在椅子上时为表示。如安静地坐在椅子上时为58.2W/m58.2W/m2 2。代谢量如果对标准体格的成人而言，每人代谢量如果对标准体格的成人而言，每人相当于相当于100W100W的电灯的电灯1 1个。个。作为代谢量的基准单位，通常用作为代谢量的基准单位，通常用metmet表示，表示，l metl met就是安静时的代谢量就是安静时的代谢量58.2W58.2W。代谢量的测定：代谢量的测定：直接法、间接法直接法、间接法第26页/共31页一、室内热湿环境的内扰与外扰一、室内热湿环境的内扰与外扰内扰内扰：室内作用因素如室内的照明装置、：室内作用因素如室内的照明装置、办公设备和人员
22、向室内散热散湿。办公设备和人员向室内散热散湿。内扰主要是通过对流、辐射和蒸发内扰主要是通过对流、辐射和蒸发(或吸或吸湿湿)与室内进行热湿交换。与室内进行热湿交换。外扰外扰：室内因素以外的作用因素如室外气：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。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。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暖通空调系统与热湿环境第27页/共31页二、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以往的空调系统主要
23、是以空气环境空气环境为控制为控制主体，即室内空气的温度、湿度和速度。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。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达到所需要的值，人们通过暖通空调系统供冷供冷(或供热或供热)、加湿、加湿(或去湿或去湿)。第28页/共31页存在问题存在问题影响人体冷热感、舒适感的环境因素不仅影响人体冷热感、舒适感的环境因素不仅仅是空气的温度、湿度、速度，还有环境仅是空气的温度、湿度
24、、速度，还有环境的平均辐射温度。的平均辐射温度。内扰、外扰或暖通空调系统，对室内空气内扰、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。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，对于以控制空气参数为目的的空调系统，其节能性较差。其节能性较差。采用辐射空调可改变送风温度，降低围护采用辐射空调可改变送风温度，降低围护结构耗热量。结构耗热量。第29页/共31页随着热湿环境研究工作的不断深入，发现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。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作用于人体，可用热环境评价指标如SETSET*、PMVPMV等来衡量等来衡量要达到相同的要达到相同的SETSET*值可以有许多不同因素值可以有许多不同因素的组合，研究这些参数的最佳组合。的组合，研究这些参数的最佳组合。第30页/共31页