集裝箱活動(dòng)房熱舒適性的影響因素及評(píng)價(jià)指標(biāo)(1)

2013年7月6日

摘要本文對(duì)影響集裝箱活動(dòng)房室內(nèi)舒適度的因素做了詳盡闡述，影響人體舒適度的因素不僅僅和室內(nèi)空氣溫度、濕度、流速、清新度等微氣候條件有關(guān)，還與輻射因素及人體自身因素有關(guān)。對(duì)集裝箱活動(dòng)房室內(nèi)舒適性的評(píng)價(jià)方法加以闡述，提出PMV和PPD評(píng)價(jià)方法并對(duì)活動(dòng)房室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)加以界定。在不影響活動(dòng)房室內(nèi)舒適性的前提下，提出了一些節(jié)能措施。

關(guān)鍵詞 集裝箱活動(dòng)房；舒適性；PMV&PPD指標(biāo)；節(jié)能

某些嚴(yán)寒地區(qū)有著豐富的礦產(chǎn)資源，對(duì)這些地區(qū)的開發(fā)，具有重要的科研考察、能源開采和戰(zhàn)略意義。根據(jù)科學(xué)考察、軍隊(duì)以及礦物開采人員流動(dòng)性大、工作場(chǎng)所和時(shí)間不固定的特點(diǎn)，他們?nèi)胱〉淖罴逊桨妇褪遣捎眉b箱活動(dòng)房。工作人員的健康、工作能力及效率極大程度上取決于集裝箱活動(dòng)房室內(nèi)的舒適狀況。人體的熱感覺與舒適感不可混為一談，舒適感具有更廣泛的意義，它不僅包含了人體的熱感覺，還與活動(dòng)房室內(nèi)的壁面溫度、空氣溫度、相對(duì)濕度、氣流速度、空氣品質(zhì)等因素相關(guān)。

寒冷地區(qū)集裝箱活動(dòng)房的室內(nèi)工況一般是由供暖系統(tǒng)加以維持的，并采用通風(fēng)設(shè)備來保證室內(nèi)空氣品質(zhì)，只有在少數(shù)情況下才配之以空調(diào)系統(tǒng)，來滿足工作人員對(duì)活動(dòng)地區(qū)所必須的溫度、空氣新鮮度等的需求。鑒于該地區(qū)的室外環(huán)境的特殊性，室內(nèi)與環(huán)境的溫差較大，墻體保溫層具有更高的要求，為了保障工作人員在這樣的環(huán)境中正常的工作和休息，研究其室內(nèi)舒適性具有重要的意義。

1 影響集裝箱活動(dòng)房舒適性的因素

ASHRAE55-92標(biāo)準(zhǔn)將人體的舒適性定義為人對(duì)周圍環(huán)境表示滿意的程度，是通過研究人對(duì)周圍環(huán)境的主觀反映來確定人體舒適環(huán)境參數(shù)的最佳范圍及允許范圍的。集裝箱活動(dòng)房室內(nèi)空氣的基本參數(shù)主要是根據(jù)人體舒適感要求來確定，對(duì)人體舒適性的研究涉及到集裝箱活動(dòng)房的箱體結(jié)構(gòu)、材質(zhì)及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫、人體熱調(diào)節(jié)機(jī)理的生理學(xué)和心理學(xué)等學(xué)科，影響人體舒適性的環(huán)境參數(shù)主要有空氣溫度、氣流速度、空氣清新度、空氣的相對(duì)濕度及平均輻射溫度等因素。本文主要從以下因素分別闡述。

1.1 室內(nèi)微氣候與舒適性

在這些寒冷地區(qū)特殊的環(huán)境條件下，對(duì)人體舒適感影響最大的是集裝箱活動(dòng)房的室內(nèi)微氣候指標(biāo)，主要是指室內(nèi)空氣溫度、氣流速度、空氣相對(duì)濕度及空氣清新度。集裝箱活動(dòng)房室內(nèi)微氣候環(huán)境質(zhì)量的高低對(duì)工作人員的身體健康、生活水平、工作學(xué)習(xí)效率將產(chǎn)生重大影響，營造一個(gè)舒適的集裝箱活動(dòng)房室內(nèi)微氣候環(huán)境旨在保證人的正常生活和工作，維護(hù)人體的健康。集裝箱活動(dòng)房設(shè)計(jì)室內(nèi)溫度、相對(duì)濕度、換氣次數(shù)、墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)及保溫性能，按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2005、《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50l76-93及《Structure Requirements for Mobile Homes》CAN/CSA-Z240.2.1-92設(shè)計(jì)。

集裝箱活動(dòng)房室內(nèi)氣溫是表征室內(nèi)微氣候環(huán)境的主要指標(biāo)，它的高低影響人的冷熱感。室內(nèi)空氣溫度指室內(nèi)空氣的干球溫度，它直接影響人體通過對(duì)流及輻射的熱交換，在水蒸氣分壓力不變的情況下，空氣溫度較低，人體皮下微血管會(huì)收縮，皮膚溫度降低，人在集裝箱活動(dòng)房中就會(huì)有冷的感覺，人體對(duì)氣溫的感覺很靈敏，通過機(jī)體的冷熱感受可以對(duì)環(huán)境的冷熱程度做出判斷。

空氣相對(duì)濕度直接影響人體皮膚表面的蒸發(fā)散熱，從而影響人體的舒適感。寒冷地區(qū)活動(dòng)房室內(nèi)微氣候氣溫相對(duì)于人體溫度而言較低，人體皮膚比較干燥，人體蒸發(fā)散熱率不僅受汗液分泌率的限制，同時(shí)也受空氣蒸發(fā)率的影響，此時(shí)，空氣相對(duì)濕度高時(shí)，可以維持人體水分平衡，提高人體舒適度。但是鑒于圍護(hù)結(jié)構(gòu)壁面冷橋影響，避免在墻體壁面因低于空氣對(duì)應(yīng)的機(jī)器露點(diǎn)而出現(xiàn)結(jié)露現(xiàn)象，集裝箱活動(dòng)房室內(nèi)相對(duì)濕度不易過高，維持在65%以下為宜。

室內(nèi)空氣的流動(dòng)影響人體的對(duì)流換熱和蒸發(fā)換熱，同時(shí)也促進(jìn)室內(nèi)空氣的更新。當(dāng)室內(nèi)空氣流動(dòng)性較低時(shí)，室內(nèi)環(huán)境中的空氣得不到有效的通風(fēng)換氣，各種有害氣體不能得以及時(shí)排出到室外，造成室內(nèi)空氣質(zhì)量惡化，工作人員在室內(nèi)生活中所排出的各種微生物相對(duì)聚集在空氣中或在某些角落大量增生致使室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)一步惡化。

1.2 熱輻射與舒適性

活動(dòng)房圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面的熱輻射對(duì)于人體的舒適性的影響也很重要。集裝箱活動(dòng)房在寒冷地區(qū)主要是采用供熱模式來調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度的，在供熱條件下，提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的溫度有助于改善熱舒適性。對(duì)于邊界條件下的集裝箱活動(dòng)房而言，其對(duì)于壁溫的調(diào)節(jié)是通過空氣與墻面的對(duì)流換熱間接實(shí)現(xiàn)的。一般室內(nèi)氣溫在供熱系統(tǒng)啟動(dòng)后很快就會(huì)達(dá)到預(yù)定溫度，但是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的表面溫度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于氣溫的變化，使人產(chǎn)生輻射冷感。這是因?yàn)橄鄬?duì)空氣的熱容量而言，墻體的熱容量太大了。集裝箱活動(dòng)房一般采取先提高預(yù)設(shè)溫度，延長預(yù)熱時(shí)間的方法來提高室內(nèi)墻體的內(nèi)表面溫度，從而減少輻射冷感。

為了研究空氣溫度、相對(duì)濕度及氣體流速和墻體內(nèi)表面熱輻射對(duì)人體舒適性的綜合影響，這里引入有效溫度的概念。它是美國霍頓(Hougtan)等，1923-1925年為研究空調(diào)建筑中濕度對(duì)人舒適的影響而提出的，為考慮環(huán)境中輻射對(duì)人體的影響，用黑球溫度代替干球溫度來修正原有效溫度指標(biāo)，稱為修正有效溫度(ET)，它在數(shù)值上等于產(chǎn)生相同感覺的靜止飽和空氣的溫度?？諝鉁囟取⑾鄬?duì)濕度及有效溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖1所示，鑒于集裝箱活動(dòng)房使用場(chǎng)所的特殊性，一般這里選擇室內(nèi)溫度為20℃，相對(duì)濕度為60%，按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，室內(nèi)壁面溫度與室內(nèi)環(huán)境溫度溫差控制在3℃以內(nèi)，人體舒適感較好。

集裝箱活動(dòng)房有效溫度曲線

圖1 集裝箱活動(dòng)房有效溫度曲線

1.3 室內(nèi)空氣品質(zhì)與舒適性

集裝箱活動(dòng)房是一個(gè)封閉的環(huán)境，室內(nèi)空氣的品質(zhì)與舒適性有著本質(zhì)的、密切的關(guān)聯(lián)。室內(nèi)空氣的溫濕度影響著人體的感覺，室內(nèi)氣流分布狀況及流場(chǎng)的均勻性影響室內(nèi)空氣的整體品質(zhì)。合理的送回風(fēng)方式及空氣流動(dòng)形式有助于排出室內(nèi)污濁物、塵埃，降低室內(nèi)污濁氣體的濃度，除濕降熱，營造舒適的室內(nèi)環(huán)境。

鑒于集裝箱活動(dòng)房室內(nèi)空間狹小及單元之間相互獨(dú)立的特點(diǎn)，按照標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)要求及節(jié)能方面的考慮，在后墻設(shè)有排風(fēng)扇，根據(jù)需要對(duì)房間內(nèi)換氣。按照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》，寒冷地區(qū)集裝箱活動(dòng)房的新風(fēng)量一般選擇為不高于10m3/(h?p)。

1.4 人體因素與舒適性

人體舒適程度還和人自身因素，如人的衣著、活動(dòng)量、人體代謝等有關(guān)。寒冷地區(qū)室外溫度較低，南北極及阿拉斯加、西伯利亞地區(qū)最冷季節(jié)溫度可低達(dá)-50℃，工作人員一般都要穿很厚的保暖衣服，其熱阻在0.23m2?K/w(1.50Clo)以上，人體能量代謝率在69.8W/m2(l.2met)左右，其對(duì)應(yīng)的最舒適工作溫度17℃。然而在實(shí)際設(shè)計(jì)和運(yùn)行中，將溫度普遍設(shè)置在20℃以上，其結(jié)果將導(dǎo)致衣服表面溫度與環(huán)境的溫差就很小，人體熱量散發(fā)也就很小，人就會(huì)有燥熱的感覺。所以集裝箱活動(dòng)房的室內(nèi)溫度盡量不要超過20℃。

寒冷地區(qū)集裝箱活動(dòng)房最舒適工作溫度曲線

圖2 寒冷地區(qū)集裝箱活動(dòng)房最舒適工作溫度曲線

2 舒適性的評(píng)價(jià)指標(biāo)

集裝箱活動(dòng)房是近年的新興產(chǎn)物，在該領(lǐng)域的相關(guān)研究并不是很多，本文對(duì)集裝箱活動(dòng)房的舒適性研究采用了目前使用較為廣泛的建筑物舒適性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，即引用了預(yù)期平均評(píng)價(jià)率PMV(predicted mean vote)和PPD(predicted Percent of dissatisfied)作為集裝箱活動(dòng)房舒適性的評(píng)價(jià)指標(biāo)。這一概念是丹麥技術(shù)大學(xué)教授FANGER提出的，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，F(xiàn)ANGER制定了三個(gè)舒適條件：第一個(gè)條件是人體必須處于熱平衡狀態(tài)，以便使人體對(duì)環(huán)境的散熱量等于人體體內(nèi)產(chǎn)生的熱量；第二個(gè)條件是皮膚平均溫度應(yīng)具有與舒適相適應(yīng)的水平；第三個(gè)條件是人體應(yīng)具有最佳的排汗率，排汗率也是新陳代謝的函數(shù)。隨后，F(xiàn)ANGER得出了熱平衡方程的每一個(gè)量的表達(dá)式。將熱平衡方程與其他兩個(gè)舒適條件組合起來就得到了著名的舒適方程。

集裝箱活動(dòng)房PMV方程