房间空调器热舒适测试系统及其实验研究
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中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论.....................................................................................................................1
§1.1 课题的来源及意义..........................................................................................1
§1.2 国内外研究现状..............................................................................................2
§1.2.1 热舒适理论研究现状...........................................................................2
§1.2.2 热舒测试技术研究现状.......................................................................3
§1.2.3 房间空调器热舒适性能研究现状.......................................................4
§1.3 课题研究的内容和主要工作..........................................................................5
第二章 热舒适基本理论.................................................................................................6
§2.1 热舒适的影响因素..........................................................................................6
§2.1.1 环境因素...............................................................................................6
§2.1.2 个体因素...............................................................................................7
§2.2 热舒适方程......................................................................................................8
§2.2.1 人体热平衡方程...................................................................................8
§2.2.2 人体热舒适方程.................................................................................10
§2.3 热舒适的评价指标........................................................................................10
§2.3.1 PMV-PPD 指数....................................................................................11
§2.3.2 局部不满意度指标.............................................................................13
§2.4 热舒适研究所需的环境测量参数................................................................14
§2.5 本章小结........................................................................................................16
第三章 房间模拟负荷计算...........................................................................................17
§3.1 空调房间的得热与负荷................................................................................17
§3.2 平壁热力系统介绍........................................................................................17
§3.2.1 平壁热力系统的数学模型与传递函数.............................................17
§3.2.2 多层平壁和有空气边界层的平壁的传递矩阵.................................19
§3.3 维护结构得热................................................................................................20
§3.3.1 系统的单位阶跃反应.........................................................................21
§3.3.2 系统的单位三角波反应.....................................................................24
§3.3.3 周期扰量下的单位反应函数.............................................................24
§3.3.4 反应系数.............................................................................................25
§3.3.5 传热量的计算.....................................................................................25
房间空调器热舒适测试系统及其实验研究
§3.4 通过玻璃窗进入室内的得热量....................................................................27
§3.4.1 窗户的逐时瞬变传导得热.................................................................27
§3.4.2 窗户逐时日射得热.............................................................................27
§3.5 其它得热........................................................................................................28
§3.5.1 设备散热.............................................................................................28
§3.5.2 照明得热.............................................................................................29
§3.5.3 人体散热.............................................................................................29
§3.6 室外空气计算参数........................................................................................30
§3.6.1 设计日逐时气温的构成.....................................................................30
§3.6.2 综合温度.............................................................................................31
§3.7 冷负荷的计算................................................................................................32
§3.8 计算软件的编制............................................................................................35
§3.9 本章小结........................................................................................................36
第四章 实验系统的建立...............................................................................................37
§4.1 总体介绍........................................................................................................37
§4.2 环境室............................................................................................................38
§4.2.1 设计原理.............................................................................................38
§4.2.2 设计方案及结果.................................................................................38
§4.3 电加热墙体系统............................................................................................39
§4.3.1 设计原理..............................................................................................39
§4.3.2 电热墙体设计方案.............................................................................41
§4.3.3 控制系统..............................................................................................44
§4.4 室外环境控制................................................................................................45
§4.5 热环境数据测量系统....................................................................................46
§4.5.1 空气温度测量装置.............................................................................46
§4.5.2 风速测量装置.....................................................................................47
§4.5.3 湿度测量装置.....................................................................................47
§4.5.4 其他测量装置.....................................................................................48
§4.6 数据采集系统................................................................................................48
§4.7 本章小结........................................................................................................49
第五章 室内热环境测量技术.......................................................................................50
§5.1 室内热环境测量标准....................................................................................50
§5.2 热环境测试仪器要求....................................................................................50
目录
§5.3 空气温度的测定............................................................................................51
§5.3.1 辐射对温度测定的影响.....................................................................51
§5.3.2 传感器热惯性对温度测定的影响.....................................................52
§5.3.3 热电偶的冷端补偿.............................................................................52
§5.4 平均辐射温度的测定....................................................................................53
§5.4.1 使用黑球温度计测定平均辐射温度.................................................53
§5.4.2 壁面温度法计算平均辐射温度.........................................................54
§5.4.3 平面辐射温度法计算平均辐射温度.................................................55
§5.5 平面辐射温度的测定....................................................................................56
§5.5.1 使用净辐射计测量平面辐射温度.....................................................56
§5.5.2 平面辐射温度的计算.........................................................................57
§5.6 空气湿度的测定............................................................................................58
§5.6.1 通风干湿表法测量空气湿度.............................................................59
§5.6.2 电湿度法测量空气湿度.....................................................................59
§5.7 空气速度的测定............................................................................................59
§5.7.1 使用热球风速仪测量风速.................................................................60
§5.7.2 使用热线风速仪测量风速.................................................................60
§5.8 表面温度的测定............................................................................................61
§5.8.1 接触式测量表面温度.........................................................................61
§5.8.2 非接触式测量表面温度.....................................................................61
§5.9 本章小结........................................................................................................63
第六章 实验研究...........................................................................................................64
§6.1 实验准备........................................................................................................64
§6.2 环境室漏热实验............................................................................................64
§6.3 恒定负荷室温控制实验................................................................................66
§6.3.1 实验方案与步骤.................................................................................66
§6.3.2 实验数据与分析.................................................................................66
§6.4 某房间空调器舒适性测试............................................................................68
§6.4.1 实验方案.............................................................................................70
§6.4.2 温度场测量.........................................................................................71
§6.4.3 速度场测量.........................................................................................74
§6.4.4 平均辐射温度的测量.........................................................................75
§6.4.5 数据分析与舒适性评价.....................................................................75
房间空调器热舒适测试系统及其实验研究
§6.5 本章小结........................................................................................................78
第七章 结论与展望.......................................................................................................79
§7.1 结论................................................................................................................79
§7.2 展望................................................................................................................79
参考文献.........................................................................................................................81
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果.............................................84
致 谢.............................................................................................................................85
第一章 绪论
1
第一章 绪论
§1.1 课题的来源及意义
随着经济技术的发展和生活水平的不断提高，人们对于室内环境热舒适的要求
也越来越高。室内良好的热舒适环境不仅可使人们精神愉快，而且有助于人的身
心健康，提高学习、工作效率。而当人处于过冷、过热的环境中则会引起疾病，影
响健康。人的一生有大半时间是在室内度过的，所以研究人体热舒适，创造一个健
康、舒适的室内环境是非常必要的。
为了获得舒适的热环境，每年各国都要消耗大量的能源用于供热、空调。因缺
乏对热舒适的正确理解及对建筑热指标的正确使用，往往造成对建筑过分加热或过
分冷却。这样，不仅给人体造成不舒适的感觉，同时，浪费大量的能源。另一方面，
受能源危机的影响，建筑设计师从节能的角度出发，一度提倡采用提高建筑围护
结构的热绝缘性、房间的气密性、减少通风次数等方法来维护室内所需的基本条
件。但后来大量研究及调查发现，这样的建筑由于偏重“节能”因素， 房间气密
性高，加上建材、装潢油漆散发的氡气、石棉、甲醛等有害气体，以及通风空调
系统设计不当或管理不良， 能使人们感到不舒适并造成“病态建筑综合症”。因
此，从建筑的功能、节能、健康、功效等目的出发，研究建筑室内的热环境是有
意义的。
人体热舒适在 ASHRAE 标准中定义为人对热环境表示满意的意识状态。它通
过研究人体对热环境的主观热反应得到人体热舒适的环境参数组合的最佳范围和
允许范围以及实现这一条件的控制、调节方法。影响人体热舒适的环境参数主要
有四个：空气温度、气流速度、空气的相对湿度和平均辐射温度；人的自身参数两
个：衣服热阻和劳动强度。人体热舒适的研究涉及建筑热物理、人体热调节机理的
生理学和人的心理学等学科。研究方法有：实验、实际调查和数值模拟。
房间空调器是一种实用的室内热湿环境控制装置，作为一种成熟的低成本的空
调方式被越来越多的家庭所接受。2003 年以来，国内房间空调器产销规模出现的
较快增长，截止到 2004 年底，产销规模已接近 6000 万台。到 2003 年底，我国城
市居民家庭空调普及率达 48.9%，在拥有空调的城市居民家庭中，平均每个家庭拥
有空调数量为 2.13 台。从城市级别的角度看，一级城市家庭的拥有率达到 64.8%，
而二、三级城市的拥有率分别达到 50.3%、39.6%[1]。随着房间空调器的不断普及，
房间空调器的能耗问题越来越多的被关注，各种节能空调不断推出。在人们不断
关注空调节能的同时房间空调器的舒适性问题却很少触及，很多空调的节能手段
是建立在降低空调舒适性的基础上的。
目前家电企业对房间空调器房间热舒适性的分析与评估往往只是停留在理论
房间空调器热舒适测试系统及其实验研究
2
计算和数值模拟的层面上，没有一套完整的房间空调器热舒适性测试方法和标准。
本课题将为家电企业在房间空调器热舒适性能方面的研究开发提供有应用意义的
数据。
§1.2 国内外研究现状
§1.2.1 热舒适理论研究现状
20 世纪初，国外曾进行过人体热舒适生理学方面的研究，并解决了人体的换
热和热舒适的条件问题，但没有把结果用于实践中。1919 年在美国的匹兹堡由美
国采暖和通风工程师学会(ASHVE)建造了一个实验室，主要目的就是研究湿度对
人体热感觉、热舒适的影响。1923 年Houghton 和Yaglou 确定了包括温度、湿度
两个变量的裸体男子的等舒适线，并由此创立了对热环境研究具有深远影响的有
效温度指标 ET[2-3]。1924-1925 年Houghton、Yaglou 和米勒又进一步研究了包括空
气流速和衣着影响的实验。1923 年Vernon 和Warner 使用黑球温度代替干球温度
对热辐射进行了修正，产生了修正有效温度温标 CET。1950 年Yaglou 等对热辐射
进行了修正，提出了当量有效温度的概念[4]。1971 年Pierce 研究所的 Gagge 提出
了新的有效温度 ET*指标[5]，该指标综合了温度、湿度对人体热舒适的影响，适用
于穿标准服装和坐着工作的人群，并已为 ASHERAE55_74 舒适标准所采用。随后，
又综合考虑了不同的活动水平和服装热阻的影响，提出了众所周知的标准有效温
度指标 SET[6-7]。
1967 年丹麦的 Fanger 教授在 Kansas 州立大学的实验数据基础上，
发表了著名的热舒适方程式。1970 年Fanger 以人体热平衡方程及 ASHERAE 七点
标度为出发点，并对 McNall 等[8]在Kansas 州立大学所进行的实验得出的四种新陈
代谢率情况下的热感觉数据进行曲线拟合，得到了至今被广泛使用的热舒适评价
指标——预测平均投票数 PMV 和预测不满意百分数 PPD 指标。该指标综合了空
气温度、平均辐射温度、空气流速、空气湿度、人体新陈代谢率及服装热阻六个
因素，是至今最全面的评价热环境的指标，已被编入国际标准 ISO7730[9]，1972
年至 1975 年，Fanger 又对影响人体热舒适的其它因素如：年龄、性别、种族、健
康水平等作了进一步的研究，认为：人体热舒适不受上述因素影响。
近年来 CFD 技术已成为对室内热环境参数如空气温度、湿度、空气速度、污
染物浓度进行数值模拟和预测的重要工具。日本东京大学的 Marahami 利用低雷诺
数κ-ε湍流模型和 Gagge 的人体两节点模型，模拟计算了人体与环境热湿传递过
程中人体周围的空气温度、湿度、空气流速分布，模拟计算结果与对真人和暖体
假人的实测结果相近。利用模拟计算结果可准确预测各种室内热环境下人体的热
感觉[10]。日本开发了用于人体热舒适评价和室内空气品质评价的软件，并将 PMV、
空气龄等指标的计算问题编入 CFD 软件[11]。
摘要：
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目录目录中文摘要ABSTRACT第一章绪论.....................................................................................................................1§1.1课题的来源及意义..........................................................................................1§1.2国内外研究现状..................................................
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作者：牛悦
分类：高等教育资料
价格：15积分
属性：87 页
大小：9.54MB
格式：PDF
时间：2024-11-19
