空调器对居室热湿环境与热舒适性影响的研究

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3.0 牛悦 2024-11-19 4 4 7.95MB 85 页 15积分
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摘 要
目前我国居室中广泛使用房间空调器，一般的研究主要集中在其节能方面，
关于房间空调器对居室热湿环境与热舒适性影响的研究较少。舒适性空调的目的
是为了给人们的生活提供一个健康、舒适的人工环境。研究房间空调器对居室热
湿环境与人体热舒适性的影响，改进空调器使得空调房间的舒适性达到人们的要
求是急需解决的技术课题。
本文于 2006 年夏季对上海市区 138 户居民实施了热舒适性主观问卷调查，并
统计造成卧室空调环境下不舒适的原因。为了进一步分析卧室使用空调器后的室
内热湿环境，选择其中 10 户使用挂壁式空调器的典型卧室实施了连续六天的热湿
环境实测。
对现今小居室使用的房间空调器种类、应用特点和存在的问题进行了分析。针
对挂壁式下出风空调器室内温度分布不均匀、有吹风感的不足，利用房间上部空
间作为混合区的构想研制了一台机柜式上出风空调样机。
在实验室中模拟夏季室内外热环境，用两间房间分别提供夏季室内工况和室外
工况。在相同夏季工况下，测试使用挂壁式下出风空调器和机柜式上出风空调器
在不同送风角度情况下，房间温度场、速度场的分布。机柜式上出风空调器室内
水平、垂直温度分布和空气速度分布比挂壁式下出风空调器均匀，且工作区平均
空气速度、中心点和近窗点空气速度比下出风空调器小。机柜式上出风空调器 30°
送风室内 ADPI 值达到 100％，室内所有测点的 DR 值都小于 30％。而挂壁式下出
风空调器室内 ADPI 值仅为 70％左右，室内 DR 值也明显高于上出风空调器。说
明研制的机柜式上出风空调器较挂壁式下出风空调器室内温度场和速度场分布更
加均匀，大大提高了居室的热舒适性。
关键词：房间空调器 热湿环境 热舒适 温度场分布 速度场分布
ABSTRACT
At present, room air conditioner has been widely used in residence. Air conditioner
energy issues are of concern. The aim to use an air conditioner is to provide a healthy
and thermal comfort artificial environment for people. Research on room air
conditioner’s influence on thermal environment and thermal comfort to improve air
conditioner is an important technical subject.
In the summer of 2006, implements thermal comfort subjective survey of 138
residents in Shanghai. Statistics show the reasons of the discomfort in air-conditioned
room. In order to analyze thermal environment of air conditioned room for further study,
take thermal environment field study of ten typical bedrooms with wall-mounted air
conditioners in six days.
Analyses the types of air conditioners and the existent problems in small rooms. A
room using wall-mounted air conditioner sending air downward have uneven
temperature distribution and draft. To use the upper space of a room as the mixing area,
develops a new a prototype of air-conditioner with an out-let sending air upward.
Provides two rooms as indoor and outdoor conditions of summer in laboratory.
Measures indoor temperature and air speed distribution with wall-mounted air
conditioner and the new prototype air conditioner under the same condition. The room
with new prototype has a more uniform horizontal, vertical temperature distribution and
air speed distribution. The air speed of the work area, the center point and near the
window in the room with new prototype are smaller. The room with new prototype
sending air upward at 30 degrees have ADPI value of 100% and all measuring points’
DR value less than 30%. The room with wall-mounted air conditioner sending air
downward have ADPI value of 70% and bigger DR value. That proves using the new
prototype of air conditioner, indoor air temperature and air speed distribution are more
uniform, thereby greatly improving thermal comfort.
Keyword: Room air conditioner ，Thermal environment ，Thermal
comfort，
Temperature distribution，
Air speed distribution
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论 .....................................................................................................................1
§1.1 研究课题的背景和意义 ..................................................................................1
§1.2 国内外发展情况和研究现状 ..........................................................................1
§1.2.1 房间空调器发展的国内外背景 ...........................................................1
§1.2.2 人体热舒适性研究的历史与现状 .......................................................3
§1.2.3 我国居室热湿环境与热舒适研究现状与发展 ...................................5
§1.3 本文主要研究内容 ..........................................................................................7
第二章 热舒适理论研究 .................................................................................................8
§2.1 热湿环境中的人体生理学和心理学的基础 ..................................................8
§2.1.1 热湿环境中的人体生理学基础 ...........................................................8
§2.1.2 热湿环境中的人体心理学基础 ...........................................................9
§2.1.3 人体热平衡方程以及热舒适性描述 .................................................10
§2.2 人对热湿环境的评价 ....................................................................................13
§2.2.1 PMW-PPD 指标及其影响因素 ...........................................................14
§2.2.2 其他稳态热舒适性综合评价参数 .....................................................17
§2.2.3 空调房间引起局部热不舒适的主要因素 .........................................19
§2.3 本章小结 ........................................................................................................21
第三章 居室热湿环境实测与热舒适性调查 ...............................................................22
§3.1 热舒适性调查 .................................................................................................22
§3.1.1 调查内容 .............................................................................................22
§3.1.2 调查结果 .............................................................................................22
§3.1.3 卧室空调环境不舒适原因 .................................................................24
§3.2 卧室内热湿环境实测 ....................................................................................24
§3.2.1 调研对象 .............................................................................................24
§3.2.2 实测结果及分析 .................................................................................25
§3.2.3 空调器的使用特性 .............................................................................30
§3.3 本章小结 ........................................................................................................33
第四章 机柜式上出风空调样机的研制 .......................................................................34
§4.1 新型空调器的设想 ........................................................................................34
§4.2 设计参数 ........................................................................................................35
§4.3 蒸发器的设计计算 ........................................................................................35
§4.3.1 换热器计算软件 .................................................................................35
§4.3.2 蒸发器的设计 .....................................................................................36
§4.3.3 循环风机 .............................................................................................37
§4.4 样机研制 ........................................................................................................38
§4.5 本章小结 ........................................................................................................39
第五章 空调器对室内热环境影响的实验研究 ...........................................................40
§5.1 实验方法 ........................................................................................................40
§5.1.1 房间热负荷的确定 .............................................................................41
§5.1.2 测点布置 .............................................................................................44
§5.2 挂壁式下出风空调器室内环境参数测量 ....................................................45
§5.2.1 房间水平温度 .....................................................................................46
§5.2.2 房间垂直温度 .....................................................................................47
§5.2.3 房间内空气速度 .................................................................................49
§5.2.4 平均辐射温度 .....................................................................................50
§5.3 机柜式上出风空调器室内环境参数测量 ....................................................50
§5.3.1 房间水平温度 .....................................................................................51
§5.3.2 房间垂直温度 .....................................................................................52
§5.3.3 房间内空气速度 .................................................................................54
§5.3.4 平均辐射温度 .....................................................................................55
§5.4 本章小结 ........................................................................................................55
第六章 空调器热舒适性分析 .......................................................................................57
§6.1 舒适性指标的选择 ........................................................................................57
§6.2 舒适性评价 ....................................................................................................58
§6.2.1 PMV-PPD 指标 ....................................................................................58
§6.2.2 作用温度 .............................................................................................59
§6.2.3 空气分布特性指标 ADPI .................................................................. 60
§6.3 局部热不舒适分析 ........................................................................................64
§6.3.1 吹风感 .................................................................................................64
§6.3.2 非对称热辐射 .....................................................................................68
§6.4 本章小结 ........................................................................................................69
第七章 结论与展望 .......................................................................................................70
§7.1 主要结论 ........................................................................................................70
§7.2 需要进一步进行的工作 ................................................................................70
符号表 .............................................................................................................................71
附录 1夏季卧室热舒适性主观问卷调查表 1...........................................................73
附录 2 10 户卧室布置图 .............................................................................................76
参考文献 .........................................................................................................................78
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................81
致 谢 .............................................................................................................................82
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1 研究课题的背景和意义
随着我国人们生活水平的迅速提高和空调器价格的快速下降，以及居住环境
气温的不断升高，近 10 年来，我国住宅空调器数量迅速增加。根据相关统计数据
[1]，包括城镇和农村居民平均百户空调器拥有量、人口数、平均每户人数，通过计
算分析得出 2000-2004 年我国居民空调器拥有量，见表 1-1。平均年增长率达到
31%。截至 2004 年底，北京市、上海市和广东省每户居民的空调器平均拥有量分
别达到了 1.36 台、1.59 台和 1.56 台，全国住宅空调器拥有量高达 1.36 亿台，其中
城镇居民空调器拥有量占 93％。
表1-1 我国居民空调器拥有量的变化情况
2000
年底
2001
年底
2002
年底
2003
年底
2004
年底
平均年
增长率％
全国/万台
4765
5875
8874
11445
13589
31
目前我国居室中广泛使用房间空调器，一般的研究主要集中在其节能方面，
关于房间空调器对居室热湿环境与热舒适性影响的研究较少。一般房间空调器的
热舒适性与中央空调相比有较大的差距，主要表现在室内温度分布不均匀、局部
风速过大有吹风感、过渡季节湿度过高等方面。
舒适性空调的目的是为了给人们的生活提供一个健康、舒适的人工环境。如
何改进空调器使得空调房间的舒适性达到人们的要求，为空调领域内的科研机构
和生产厂家提出了急需解决的技术课题。研究房间空调器对居室热湿环境与人体
热舒适性的影响，对上面的问题具有指导意义。
§1.2 国内外发展情况和研究现状
§1.2.1 房间空调器发展的国内外背景
自人类诞生以来，人们就在不断地征服自然和改造自然，在与自然的斗争中，
不断地获取智慧，得以进化和繁衍。例如，火的使用改善了人类的食物结构，增
强了御敌能力，找到了战胜严冬的方法；天然冰的贮藏和利用，为食物的保鲜、
防腐创造了条件，同时天然冰也成了酷夏中防暑降温、创造舒适环境的天然冷源。
随着社会的进步，人们在各方面对舒适性的要求越来越高，越来越接近自然，从
世界空调环境的变迁就可以看到这一点[2~4]。
空调器从诞生至今，从追求舒适的空调环境方面看，已经走过了三个阶段：
1) 防暑御寒阶段（70 年代以前）：实现供冷和供热，在冬、夏为人们提供一
摘要：

摘要目前我国居室中广泛使用房间空调器，一般的研究主要集中在其节能方面，关于房间空调器对居室热湿环境与热舒适性影响的研究较少。舒适性空调的目的是为了给人们的生活提供一个健康、舒适的人工环境。研究房间空调器对居室热湿环境与人体热舒适性的影响，改进空调器使得空调房间的舒适性达到人们的要求是急需解决的技术课题。本文于2006年夏季对上海市区138户居民实施了热舒适性主观问卷调查，并统计造成卧室空调环境下不舒适的原因。为了进一步分析卧室使用空调器后的室内热湿环境，选择其中10户使用挂壁式空调器的典型卧室实施了连续六天的热湿环境实测。对现今小居室使用的房间空调器种类、应用特点和存在的问题进行了分析。针对挂...

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