在尽量减少能耗和环境污染的条件下
来源:    发布时间: 2018-06-11 02:03    次浏览   

由上述可见,对空气调节的挑战已不仅限于维持何种热环境参数、采用何种工作模式及如何节省能量消费的问题,而是扩大到空气调节在维持空气环境的清洁度(如果把空气品质与清洁度联系起来)这一方面究竟能起什么作用。

人体可以接受的环境参数变化范围;

所谓动态空气环境是指空调系统所维持的某个空气环境参数或某几个环境参数的组合不是稳定不变的,而是随时间变化的。通过对空气环境和热环境各参数的分析可知,空气温度和空气流速是易变的,且易于控制。为了探索人体在动态环境条件下的适应性,我们以大学生为受试对象,在实验室内进行了动态热环境的人体热反应(生理的和心理的)及人体热反应的动态调节两方面的实验研究,以期回答下列问题:

热环境各因素对人体的影响研究已经经历了大半个世纪,并根据美国堪萨斯州立大学等长期研究的结果,产生了ashrae55-74标准,即《人们居住的热舒适条件》及后来的ashrae55-81标准《人们居住的热环境条件》。国际标准人组织(iso)根据丹麦工业大学p.o.fanger教授的研究成果于1984年制定了iso-7730标准,即《适中的热环境--pmv与ppd指标的确定及热舒适条件的确定》上述研究成果及相应标准都是以稳态热环境为条件,以人体的主观热感觉处于中性,风速不大于0.15m/s,相对湿度为50%为最舒适的热环境。显然,这是形成舒适性热环境设计的依据。

式中:pmv()--时刻预测稳态热感觉投票值;

在上述背景下,近年来空调技术取得了一些新进展。首先是在欧洲一些国家传统的上送下回气流分布方式被置换式(displacement)所取代。一种新型径向送风的矢流式送风口也应运而生。这种气流分布方式使送入房间的空气首先进入工作区,在房间的竖向形成一定的温度梯度。这样,不论在保证工作区空气的新鲜度还是在节能方面均有明显的优点。但是,这种送风方式要求较高的送风温度,送风温差不宜过大,因而送风量较大。在下送上回这一有效送风方式的基础上,进一步发展成送风系统只送新风的方式,在工作区下部形成一个新风带。由于人体表面温度较高,周围空气经人体加热后,可形成一上升对流气流,下部的新鲜空气则流经人的呼吸区,因而人体周周的空气品质是好的。与些同时,由于温度分层,房间顶部温度较高,所以在天花板设置一盘管式吸热面(cooled-ceiling)来传递大约70%的房间热负荷(最大负荷时),而其负荷则由送入房间的空气经采用上部排风排至室外。进入冷却天花板盘管的水温一般高于20℃,以防结露。这样就可在一些可能提供较低温度天然水源的地区减少人工制冷的负荷和能量消耗。

长期实践结果表明,人工维持的中性热舒适环境,即保持室内工作区空气温度、相对湿度及风速长期稳定的技术策略是不完善的。这主要表现在:人体长期处于性热舒适的稳态热环境内会产生空调适应不全症。即空调系统维持的相对低温环境使皮肤汗腺和皮脂腺收缩,腺口闭塞,导致血流不畅,发生神经功能紊乱等症状候群。同时,由于缺少适当刺激,人体的适应能力下降,抵御疾病的能力降低,或者由于室内外存在较大的热冲击,使人易患感冒或中暑。一些调查表明,使用空调越多,人们的抱怨也越多。

此外,在大型和高层建筑物内,大量合成材料的使用,采用密封性良好的门窗等建筑构件,以及为了节能尽可能减小新风量等措施,使室内产生的多种有机气体及由人体产生的生物性污染物等得不到合理的稀释和置换。因此,室内空气品质恶化,导致一些建筑物成为病态建筑(sickbuilding)。人生活在此种建筑物内,会表现出呼吸道系统和眼受刺激,困倦、乏力、胸闷、精神恍惚、过敏等症状,世界卫生组织已将此类症状称为病态建筑综合症(sickbuildingsyndrome)。尤其值得指出的是,设计和管理不善的空调系统(空气处理设备中大量水体的存在、空气过滤装置失效和管理不善等)也是造成病态建筑的一个重要因素。还有由空调系统传播的疾病,如军团病等,亦不可小视。

与此同时,在另一些国家(如德、美、英、日、南非等)则兴起一种工位调节(task-conditioning)。这种调节方式的主要特点在于就地设置送风的末端装置,强调个人舒适要求的可实现性。伴随办公建筑内现代办公用具的发展,架空地板已成为方便布线形成网络的一种必要条件。而架空地板的下部则为空调送风系统提供了一个良好的分配空间,也为每一个工位设置送风末端装置提供了条件。为避免办公室的恒温器之争,集中空调系统保持多数人可以接受的室内空气参数,而对于个人舒适要求则通过送风末端(地板上设置的带风扇或不带风扇的风向可调的风口、柱式送风装置等)来予以满足。

在动态空气环境下人体热反应的特点;

tsv()--时刻实际热感觉投票值,或称动态热感觉。

面对空气调节所带来的一些负面效应,有人提出研究如何避免和最低限度使用空调的问题。在世界范围内,数以百万计的病态建筑使室内空气品质的研究成为热点。以此为背景,在尽量减少能耗和环境污染的条件下,提供健康、舒适、可承受的居住和工作环境就理所当然地成为人们追求的目标。

室内空气环境按其原有的意义应为空气温度、湿度、流速及清洁度四种因素的综合。但在研究人体热舒适时,则将清洁度换成表面平均辐射温度,且称其为热环境。显然,空气环境和热环境有其共同性,而又有差异。本文主要涉及其共性,所以通用两个术语。

类似于工位调节,对坐椅送风方式也有不少的研究成果。尤其是椅下低速送风方式的研究值得关注。采用下送风方式,成其是地板风口送风,人们普遍关心的问题是二次扬尘。在这方面所做的实测研究结论并不一致。在有的建筑物内,采用下送风的室内空气含尘浓度反而比上送下回方式低。这说明房间使用的表面材料和维护洁净的水平也不能忽视。

总之,我们认为当前舒适性空气调节的发展归纳为三种趋势:一是由全面向局部的转化,即改变经典空调将整个房间作用调节对象,而将经过处理的空气直接送入人所在的区域,甚至送到人所在的工位,提高送风的有效性;二是由主要关心空气的温湿度调节、保证人体的热舒适向全面关心空气品质、提供保证人体健康舒适的空气环境的转化;三是由稳态的调节模式向动态模式的转化。显然,这些趋势与前述的目标是一致的,即减少能耗和环境污染,提供健康、舒适和可承受的居住和工作环境。

另一方面的发展则在于使工位调节的末端装置送风动态化。目前日本已开发出顶置式动态送风口(条缝式和方形风口),认为这是办公建筑空调的新发展,并将这种空调方式称为刺激空调。同样,在工位调节的送风末端装置上加装可动导叶已有实验研究成果。众所周知,在一定温湿度条件下的风作用具有增强人体散热、降低等感温度的效果。因此,利用动态送风可不同程度地提高工作区的空气温度,这无疑会有一定的节能意义。一些国家对利用自然通风夜间冷却,尤其是对历史性建筑物和传统民居在空气环境调节方面的经验总结,也值得我国重视。

动态空气环境下人体的热反应研究包括空气温度发生突变、递变和波动三种情况。尤以空气温度突变具有典型性。在人体的活动强度为静坐,衣服热阻为0.5~0.6clo,由中性热环境(25℃)突变到30℃、35℃等温度较高的热环境时,人体热感觉呈现逐渐升高直到稳定的过程。然而,当由较高温度的热环境突变至中性热环境时,人体热感觉则呈现迅速降低,而且会超过中性热反应(见图1),出现热感超越的现象。对这一现象,目前从生理学上尚只能解释为人体皮肤表面的冷感受器远比热感受器分布密度高(一般为4~10倍数)的缘故。人体热瓜的这一特点虽然在变化率较小的温度递变和周期较长的温度波动热环境中表现并不明显,但在较短周期温度波动和周期性风作用时却有不可忽视的作用。如在周期性温度波动时,对应各时刻的空气温度下人体预测的稳态平均热感觉和实际平均热感觉(采用ashrae的7级热感觉指标)之间存在一定的差别,即

动态空气环境的调节策略。