第四节 舒适性空调与环境评价
一、人体热平衡和舒适感
我们知道，人体靠摄取食物（如糖、蛋白质等碳水化合物）获得能量维持生命。食物在人体新陈代谢过程中被氧化分解，同时释放出能量。其中一部分直接以热能形式维持体温恒定（36.5℃），并散发到体外；其他为机体所利用的能量，最终也都转化为热能散发到体外。人体为维持正常的体温，必须使产热量和散热量保持平衡，人体热平衡式为
S=M-W-E-R-C （1-24）
式中 S——人体蓄热量（W/m2）；
M——人体能量代谢率，决定于人体的活动量大小（W/m2）；
W——人体所作的机械功（W/m2）；
E——汗液蒸发和呼出的蒸汽所带走的热量（W/m2）；
R——穿衣人体外表面与周围表面间的辐射换热量（W/m2）；
C——穿衣人体外表面与周围环境之间的对流换热量（W/m2）。
在正常情况下，人体蓄热量S应为零。这时，人体保持了能量平衡，人的热感觉良好，体温保持在36.5℃左右。当某种原因使得人体蓄热量S＞0时，为了保持热平衡，人体会运用自身的自动调节机能来加强汗腺分泌，以增加蒸发散热来抵消外部环境对人体辐射换热和对流换热的影响。如果人体不能够及时补偿散热时，人体体温将迅速上升，余热量就会在体内蓄存起来，人体会感到很不舒适；体温增到40℃时，出汗停止；如不采取措施，则当体温上升到43.5℃时，人即死亡。
人体汗液的蒸发强度不仅与周围空气温度有关，而且还和空气相对湿度、空气流动速度有关。
在一定温度下，空气相对湿度的大小，表示空气中蒸汽含湿量接近饱和的程度。相对湿度越高，空气中蒸汽分压力越大，人体汗液蒸发量越少。所以，增加室内空气湿度，在高温时，会增加人体的热感。在低温时，由于空气潮湿增强了导热和辐射，会加剧人体的冷感。
周围空气的流动速度是影响人体对流散热和水分蒸发散热的主要因素之一。气流速度高时，由于提高了对流换热系数及湿交换系数，使对流散热和水分蒸发散热随之增强，也加剧了人体的冷感。
周围物体表面温度决定了人体辐射散热的强度。围护结构内表面温度高，人体增加热感；在同样的室内空气参数条件下，围护表面温度低则会增加冷感。在冷的空气环境中，人体散热增多。如果人体比正常热平衡情况多散出87W的热量，则一个睡眠者将被冻醒。这时，人体皮肤平均温度相当于下降了2.8℃，人体感到不舒适，甚至会生病。
综上所述，人体冷、热感与组成热环境的室内空气温度、相对湿度、人体附近的空气流速、围护结构内表面及其他物体表面温度有关，同时还和人体活动量、衣着情况（衣服热阻）以及人的年龄有关。
二、有效温度图和舒适区
图1-25所示为美国供暖、制冷、空调工程师学会（American Society of Heating，Refrig-erating and Air Conditioning Engineer，ASHRAE）给出的新的等效温度图。图中，斜向的一组虚线为等效温度线，它们的数值是在相对湿度φ=50%的相对湿度曲线上标注的。例如，在干球温度为25℃、相对湿度为50%两线的交点通过的虚线就是25℃等效温度线，该线上各个点所表示的空气状态的实际干球温度均不相等，相对湿度也不相同，但各点空气状态给人体的冷热感却相同，都相当于室内温度为25℃、相对湿度为50%时的感觉。这些等效温度是室内空气流速为0.15m/s时，对身着0.6clo的服装、静坐着的被试验人员实测所得。
这里clo是衣服的热绝缘系数（工程上常俗称为热阻）单位，1clo=0.155m2·K/W。国外相关资料给出，内穿衬衣、外套、普通衣服，热阻为1clo；正常冬服（室外穿）为1.5～2.0clo；在北极地区的服装为4.0clo。
图1-25中还给出了两块舒适区，一块是菱形面积，它是美国堪萨斯州立大学通过实验所得到的，另一块平行四边形面积是ASHRAE推荐的舒适标准55-74所绘出的舒适区。两者的实验条件不同，前者适用于身着0.6～0.8clo服装坐着的人，后者适用于身着0.8～1.0clo服装坐着但活动量稍大的人。两块舒适区重叠处则是推荐的室内空气设计条件。25℃等效温度线正好穿过重叠区的中心。
图1-25 有效温度舒适图
三、热环境评价指标PMV和PPD
国际标准化组织（International Standard Organization，ISO）2005年提出了评价和测量室内热湿环境的新标准，ISO7730：2005《舒适热环境条件——表明热舒适程度的PWV和PPD指标》。在ISO 7730：2005标准中，以预期平均评价（Predicted Mean Vote，PMV）和预期不满意百分率（Predicted Percentage of Dissatisfied，PPD）指标来描述和评价热环境。该指标是由丹麦工业大学的P.O.Fanger首次提出的。其理论依据为：在稳态环境下，综合考虑了人体活动情况、着衣情况、空气温度、湿度、流速、平均辐射温度六个因素，以人体热平衡式为基础进行分析所得。
P.O.Fanger收集了1396名美国与丹麦受试对象的冷热感觉资料，提出了表征人体热反应（冷热感）的预期平均评价（PMV）指标，其判断标准如下：
PMV=+3 热（hot）
PMV=+2 暖和（warm）
PMV=+1 稍暖和（slightlywarm）
PMV=0 适中、舒适（neutral）
PMV=1 稍凉快（slightlycool）
PMV=2 凉快（cool）
PMV=3 冷（cold）
图1-26 PPD与PMV的关系
由于人与人之间生理的差别，故用PPD指标来表示对热环境不满意的百分数，PPD与热舒适指标PMV的关系可用下式和图1-26所示曲线表示。
PPD=100-95exp[-（0.03353PMV4+2179PMV2）] （1-25）
ISO 7730：2005对PMV-PPD指标的推荐值为：PPD＜10%；PMV值要求范围为
-0.5＜PMV＜0.5
四、室内空气参数选取
1.舒适性空调
对于舒适性中央空调室内设计参数的确定，除了要考虑室内参数综合作用下的人体热舒适条件外，还应依据室外气温、经济条件和节能要求进行综合考虑。根据我国国标GB50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》中规定，舒适性空调室内计算参数如下：
室内空气温度和室内相对湿度
1）人员长期逗留区域空调室内设计参数，应符合表1-6中的规定。
表1-6 人员长期逗留区域空调室内设计参数
注：Ⅰ级热舒适度较高，Ⅱ级热舒适度一般。
2）人员短期逗留区域空调供冷工况室内设计参数宜比长期逗留参数提高1～2℃，供热工况宜降低1～2℃。短期逗留区域供冷工况风速不宜大于0.5m/s，供热工况风速不宜大于0.3m/s。
2.工艺性空调
工艺性空调的室内计算参数是由生产工艺过程的特殊要求决定的。对于夏季室温和相对湿度低于舒适性空调的场所，在工艺条件允许的前提下，夏季尽量提高室温和相对湿度，这样可以节省设备投资和能源消耗，而且有利于工人健康。
各种建筑物内室内空气计算参数的具体规定详见GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》。