集裝箱活動房熱舒適性的影響因素及評價指標(完)

2013年7月6日

式中:

集裝箱活動房舒適方程

PMV指標代表了同一環(huán)境下絕大多數(shù)人的感覺，但人與人之間存在生理差別，如性別、年齡、體格和體型、膚色等。因此PMV指標并不一定能夠代表所有人的感覺。所以這里引入PPD的指標。在ISO7730中規(guī)定了PPD的值:

式中:

M - 人體表面能量代謝率，W/m2；

W - 人體所作的機械功，w/m2，集裝箱活動房主要用于辦公和休息，大部分情況可以取零；

I_cl - 衣著的熱阻，m2·℃/W；

f_cl - 穿衣面積系數(shù)，及人體衣服的覆蓋率，與衣服熱阻有關(guān)；

t_a - 人體周圍空氣溫度，℃；

集裝箱活動房舒適公式參數(shù)含義

公式(1)可知，PMV與人體能量代謝率、衣著量、空氣溫度、平均輻射溫度、空氣流速和空氣濕度有關(guān)，集裝箱活動房該六個參數(shù)的取值可以參照下列范圍：

集裝箱活動房舒適公式參數(shù)取值范圍

可以根據(jù)集裝箱活動房所在的具體位置及活動房的室內(nèi)氣候條件、人員情況，直接帶入公式(l)和公式(5)計算出PMV和PPD，也可以實現(xiàn)根據(jù)不同的值，列出表格，然后采用插值法進行計算求取。得到的PMV指標代表了集裝箱活動房條件下工作人員的冷熱感覺，可以用以指導(dǎo)活動房設(shè)計和室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的調(diào)整，但人與人之間存在生理的差別，PPD指標用以表示工作人員對環(huán)境不滿意的百分數(shù)。ISO7730對PMV-PPD的推薦值為PPD<10%，PMV在-0.5~+0.5之間取值。利用概率分析法得到PMV和PPD的關(guān)系曲線如圖3所示。

集裝箱活動房PMV-PPD關(guān)系曲線

圖3 PMV-PPD關(guān)系曲線

3 提高集裝箱活動房舒適性及節(jié)能的措施

以PMV和PPD指標作為集裝箱活動房供暖系統(tǒng)和空氣處理系統(tǒng)的室內(nèi)參數(shù)控制方法，不僅可以為處在嚴寒地區(qū)的工作人員創(chuàng)造舒適健康的環(huán)境，還有利于降低系統(tǒng)的能耗。但是PMV和PPD指標與人體舒適性的關(guān)系較為復(fù)雜，并不是線性關(guān)系或存在一定的規(guī)律，所以還需采用計算流體力學(CFD)的仿真技術(shù)對室內(nèi)空氣環(huán)境參數(shù)進行必要的仿真，來預(yù)測環(huán)境溫濕度場、速度場及流場的分布情況，從而確定合理的設(shè)計方案。對于集裝箱活動房的設(shè)計，不僅要考慮到室內(nèi)環(huán)境的熱舒適性，同時還要兼顧節(jié)能因素。在圍護結(jié)構(gòu)和室外設(shè)計參數(shù)一定的情況下，供暖時每降低1℃，耗能可降低10%以上。

3.1 降低室內(nèi)環(huán)境參數(shù)

結(jié)合PMV和PPD的評價指標，適當降低室內(nèi)環(huán)境參數(shù)，不僅可以滿足舒適性的需要，還有助于節(jié)能。設(shè)計的時候不應(yīng)該盲目的套用設(shè)計手冊和國外標準，不結(jié)合實際情況追求高標準。國內(nèi)外一些暖通空調(diào)的設(shè)計標準也是在不斷變化的。對于集裝箱活動房，結(jié)合其使用環(huán)境的特殊性，室內(nèi)外溫差較大，可以考慮在維持舒適度的前提下適當降低設(shè)計標準，室內(nèi)環(huán)境溫度控制在20℃以下，相對濕度控制在50%一60%，即可滿足要求。

3.2 墻體內(nèi)表面布置預(yù)熱裝置

集裝箱活動房地處寒冷地區(qū)，房間供熱系統(tǒng)開啟后房間內(nèi)的氣溫很快就會上升到設(shè)定值，但鑒于墻體和窗體有熱惰性，墻體和窗體壁面溫度上升較慢，如果此時對房間加濕，就會因壁面溫度低于機器露點而出現(xiàn)結(jié)露甚至結(jié)霜的現(xiàn)象。門窗會凍結(jié)，工作人員會因地板結(jié)霜而出現(xiàn)粘連現(xiàn)象。同時，由于壁面溫度較低，增加了輻射冷感，降低了房間舒適度。所以，設(shè)計的時候可以考慮在房間墻體布置電加熱或其他預(yù)熱裝置，提升墻體內(nèi)表面的溫度，縮小與氣溫的溫差。當墻體溫度達到設(shè)定值后，預(yù)熱裝置退出供暖系統(tǒng)，此時由于圍護結(jié)構(gòu)的保溫作用和室內(nèi)空氣與墻體的對流換熱，將維持墻體壁面與房間氣溫的溫差在設(shè)定范圍內(nèi)。

3.3 合理設(shè)置換氣時間

集裝箱活動房為寒冷地區(qū)工作人員提供了舒適的工作和休息環(huán)境，一般工作人員在這樣的場合從事腦力勞動或者休息，室內(nèi)空氣受污染的程度不高。集裝箱活動房設(shè)有排風扇，用以調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣清新度。由于室外空氣溫度較低，頻繁的換氣，將室外低溫空氣引入房間勢必會造成能量的消耗?？梢钥紤]在工作人員外出作業(yè)，供暖系統(tǒng)停止工作時，將排風扇打開換氣，或者在工作人員休息時，定時將少量冷空氣送入房間，沖淡污濁空氣濃度，提高室內(nèi)空氣品質(zhì)，還有助于節(jié)能。

3.4 保證工作人員活動區(qū)域的供暖

供暖系統(tǒng)采用電加熱或者熱水散熱片加熱，有時采用空調(diào)供暖的方式來滿足活動房室內(nèi)氣溫的需求，送風方式或者散熱方式的不同，勢必會在房間內(nèi)局部存在“死角”。這些區(qū)域由于氣流不暢，溫升較慢。采用CFD仿真技術(shù)，設(shè)置送風速度、溫度、送風方式等邊界情況，根據(jù)氣流組織形式，尋求活動房室內(nèi)溫濕度場及流場的分布規(guī)律。根據(jù)仿真結(jié)果，調(diào)整封口及送風方式，將流場分布均勻的區(qū)域調(diào)整到人員活動頻繁的區(qū)域，也有助于增加人體舒適感。

4 結(jié)論

集裝箱活動房的目標是為在特殊環(huán)境下從事科考、勘探及軍事等工作人員提供一個舒適健康的環(huán)境，是暖通空調(diào)的個例，從事這一領(lǐng)域研究的學者較少，尤其是對集裝箱活動房舒適性的研究就更少了。筆者對活動房舒適性做了理論性的分析研究，對活動房的設(shè)計具有一定的參考價值，但這與實際目標還存在一定的距離，還應(yīng)從以下幾個方面做進一步的研究。

4.1 室內(nèi)動態(tài)熱舒適性的研究

在動態(tài)環(huán)境下，研究集裝箱活動房溫濕度場根據(jù)不同氣流組織的分布情況，不同工作人員對熱舒適性空氣參數(shù)的反應(yīng)，及不同地區(qū)所對應(yīng)的人體舒適區(qū)域。對供熱或者空調(diào)集裝箱活動房分別研究，尋求在制冷與制熱不同工況下人體舒適性區(qū)域的變化。

4.2 高效的空調(diào)或供暖控制方式

合理有效的控制方式是實現(xiàn)室內(nèi)熱舒適性和高室內(nèi)氣體品質(zhì)的重要手段。PMV-PPD引入到控制中無疑是一個重要的突破，結(jié)合模糊控制技術(shù)，必將會為暖通空調(diào)的控制研究提供全新的研究方向。

4.3 理論與實踐相結(jié)合

該領(lǐng)域的研究需要有實驗數(shù)據(jù)相結(jié)合，需從事相關(guān)的實驗研究來佐證理論成果。

相關(guān)內(nèi)容：

集裝箱活動房熱舒適性的影響因素及評價指標(1)