摘要
辐射空调系统主要以辐射热交换形式吸收室内环境的热量，室内无凝水和运转设备，具有安静、舒适和节能等优点。但辐射空调系统夏季运行时，末端辐射面与其他面(外墙、外窗、内墙和家具)存在较大的温差，室内会形成强度不一的不对称辐射场，这种不对称辐射场中人体各局部部位与冷辐射面及围护结构表面之间的换热量存在差异，在一定程度上也影响了人体热舒适感觉。应用目前均匀环境热舒适评价模型评价不对称辐射供冷环境存在一定的偏差。本文分析人体传热特性，开展吊顶冷辐射不对称辐射环境人体热反应实验，探究人体在不对称辐射供冷环境中的生理和心理热反应规律，构建了相应的热舒适评价模型，用于对各不对称辐射供冷环境的热舒适评价，为推动辐射供冷系统应用提供支持。 首先，结合人体与周围环境的传热机理，考虑不对称辐射对人体局部辐射换热的影响，建立了人体各节段不同朝向与周围辐射面的局部角系数模型，对人体各部位与周围辐射面的辐射换热模型进行改进，以体温调节 65MN 节点模型为基础，考虑服装热阻的影响，增设服装节点，建立了适用于不对称辐射供冷环境的人体体温调节模型，并对模型进行了实验验证。 其次，设计了顶板冷辐射+外围护结构热辐射不对称辐射环境人体长时间暴露的热反应实验，揭示了人体在该不对称辐射场的热反应规律。结果表明：受试者的平均皮肤温度在暴露180min后逐渐趋于稳定，大部分局部皮肤温度在120min后趋于稳定，除手背、小腿和足背外，受试者整体热感觉在暴露 150min后趋于稳定，整体热舒适和整体热可接受度逐渐提高，心率逐渐下降；随着外围护结构内表面温度的升高，受试者的局部皮肤温度逐渐升高，热感觉和热舒适降低；顶板表面辐射温度对人体局部和整体热感觉的影响比外围护结构温度影响更小。 再次，建立了适用了不对称辐射供冷空调环境下的热感觉模型。人体皮肤温度与局部热感觉之间具有明显的相关性，通过分析皮肤温度与局部热感觉的变化规律，确定了回归方程，通过神经网络随机梯度下降法建立基于皮肤温度的局部热感觉模型。综合考虑局部热感觉的影响，应用逐步线性回归分析法对热感觉进行分析，确定了各局部热感觉对整体热感觉的权重系数，从大到小依次为大腿、胸部、背部、上臂和头部；再结合人体冷热点分布密度和平均皮肤温度计算公式的权重系数，确立了不对称辐射供冷环境下的整体热感觉预测模型，并对其进行实验验证。结果表明所建立的模型能准确预测人体的整体热感觉，减少了对局部皮肤温度的测试点数量。 最后，结合人体的热生理体温调节模型和热感觉模型建立不对称辐射供冷环境人体热舒适模型，利用模型对不对称辐射供冷环境下的人体舒适性进行评价。针对夏季辐射供冷环境，室内人员舒适性受环境参数、外围护结构和辐射末端的影响，定量分析了辐射供冷空调环境下的人体热反应。结果表明：在外围护结构内表面温度为 30℃、辐射顶板为 18℃的不对称辐射供冷环境中，空气温度在 24℃~28℃范围内、相对湿度分布在40%~70%时，具有良好的热舒适性，但注意结露风险；在空气温度为26℃，相对湿度为60%、外围护结构内表面温度为30℃、辐射顶板为18℃的不对称辐射供冷环境中，外窗采用 Low-E 玻璃可营造均匀和舒适的热环境，而普通单层玻璃和双层中空玻璃造成人体背部和足部明显的热不舒适；在上述空气温湿度、外围护结构内表面温度、辐射顶板温度下的不对称辐射供冷环境中，冷辐射板表面发射率小于0.1会对人体的热生理和热心理产生影响；在上述空气温湿度、外围护结构内表面温度、辐射顶板温度下的不对称辐射供冷环境中，为了解决顶板敷设面积不足，制冷量偏低的问题，可以采用顶板与侧墙上侧辐射板组合敷设方式。
NETL