局部等温气流对人体热舒适及空调能耗的影响研究

摘要

建筑节能是现代建筑发展的趋势，其目的是追求建筑的低能耗和高舒适度，即让室内人员感到舒适，同时还能降低建筑能耗，减少建筑的使用成本。提高人体热舒适体验有多种方法，其中局部热环境调节是一种有效手段。目前涉及局部热舒适的研究有可变温座椅、工位送风等形式，研究大部分是进行局部非等温气流调节，非等温气流对局部热舒适有显著改善作用，但是这种工位空调成本高，且使用过程中不能很好的降低空调能耗，在被改造的建筑中的适用性有限。空调环境加局部等温送风的调节方式可以解决热舒适和空调能耗问题。本文通过数值模拟和热舒适性试验，研究局部等温气流作用于人体头部时的热反应，以及对这种调节方式进行节能性分析。
　　本文首先利用数值模拟软件对普通壁挂式空调营造的室内稳态环境进行数值模拟。通过改变空调的送风温度和桌面风扇的送风速度等边界条件，分析人体周围热环境的变化。对不同工况下人体附近温度场、速度场，和人体热舒适性指标PMV进行比较分析，研究局部等温气流和人体热舒适之间的关系。
　　然后进行局部吹风实验：在空调营造的26℃（热中性）和28℃（偏热）的背景温度下，对受试者进行局部吹风实验，吹风部位为头部，局部风速为0.3m/s和0.5m/s。实验中利用主观问卷投票的形式得到受试人员的气流感和热感觉。在实验过程中监测影响人体热舒适的重要生理指标，如皮肤（头部）温度和核心温度。
　　通过整理分析数值模拟结果和实验结果，发现在局部风速小于0.5m/s时，人体气流感在环境温度升高时降低，随局部气流增大而增大。人体热感觉随着风速的增加和环境温度的降低有所下降。方差分析表明，环境温度、吹风速度对整体热感觉有显著性影响（P<0.05），在本实验环境内，吹风速度对人体热感觉的影响程度大于环境温度。本实验工况下，人体热感觉和气流感的关系是负相关。分析人体温度发现，环境温度对耳温和头部温度均有显著性影响，并且在局部风速一定时，耳温的波动范围随着环境内温度的升高而减小。环境温度一定时，耳温和头部温度均随着局部气流的增加而减小，耳温的变化幅度较小，保持在正常的范围内。通过增加局部气流，可以使环境温度28℃时人体的热舒适指标达到26℃环境温度下的水平。
　　对在空调环境下增加局部等温气流的调节措施进行能耗分析表明，使用局部等温气流时，在保证热舒适的前提下，可明显降低建筑空调能耗，实验环境下的空调能耗的节能率达20.15%，此种措施空调能耗的节能率随着纬度的降低而降低，但是节能量会随着纬度的降低而增加。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景

1.2 课题的提出和意义

1.3 国内外研究与发展现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 改善局部热感觉的热舒适研究理论基础

2.1 人体热感觉

2.2 人体热平衡

2.3 人体热调节的生理学基础

2.4 人体热调节的心理学基础

2.5 局部热感觉对全身热感觉产生的影响

2.6 本章小结

第3章 基于CFD技术的局部等温气流环境下人体热舒适的探讨

3.1 CFD技术在热舒适研究中的意义

3.2 物理模型的建立

3.3 Airpak软件简介

3.4 计算模型的建立

3.5 热舒适评价指标

3.6 数值模拟结果及分析

3.7 本章小结

第4章 实验设计和研究及结果分析

4.1 实验设计

4.2 实验装置及参数测量

4.3 问卷调查的设计

4.4 实验数据分析方法

4.5 实验与模拟结果对比分析

4.6 局部等温送风气流感分析

4.7 局部等温送风环境下热感觉分析

4.8 局部等温送风对人体生理参数的影响

4.9本章小结

第5章 局部等温送风对空调能耗的影响

5.1 局部等温送风对空调能耗的影响

5.2 局部等温送风对不同气候区空调能耗影响

5.3本章小结

第6章 结论和展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作

致谢