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基于舒适性的地板辐射供暖适宜表面温度研究——以重庆住宅为例

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目录

1 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1 辐射供暖的历史起源

1.2.2 辐射供暖的舒适性研究

1.2.3 辐射供暖的室内空气质量研究

1.2.4 地板表面温度的相关标准

1.3 现有研究的局限性

1.4.1 研究目的

1.4.2 主要研究内容

1.5 本文研究框架

1.6 本章小结

2 地板供暖平台实验方法及准则

2.1.1 建筑概况

2.1.2 供暖系统介绍

2.2 环境参数测量仪器及方法

2.3.1 人体实验原则

2.3.2 生理参数测试

2.3.3 调查问卷设计

2.4.1 受试者选用原则

2.4.2 人员背景信息

2.5 实验工况及流程

2.6.1 数据误差分析

2.6.2 数据统计分析方法

2.7 本章小结

3 地板辐射供暖的环境参数研究

3.1室内热环境参数

3.1.1地板表面温度

3.1.2 空气温湿度

3.1.3非加热壁面表面温度

3.2室内空气质量参数

3.2.1二氧化碳浓度变化

3.2.2 PM2.5 浓度变化

3.2.3甲醛、TVOC浓度变化

3.3 讨论与分析

3.3.1垂直空气温度与地板表面温度的相关性

3.3.2 空气质量参数与地板温度的相关性

3.4 本章小结

4 地板辐射供暖的人体实验研究

4.1 短暂停留和经常停留的时间限制

4.2客观生理参数变化分析

4.2.1 皮肤温度变化规律

4.2.2 心率、血压变化规律

4.3 主观评价结果分析

4.3.1 热感觉与热不满意率

4.3.2 热舒适与热不舒适率

4.3.3 湿感觉

4.3.4出汗程度

4.3.5 空气新鲜感与感知空气品质(PAQ)

4.3.6 心理认知状态

4.3.7 相关不适症状(SBS)

4.3.8 热期望及行为调节

4.4 讨论与分析

4.4.1 热不满意率与热不舒适率对比分析

4.4.2 热感觉与皮肤温度的相关性

4.4.3 热感觉与热期望的相关性

4.4.4 热感觉与空气新鲜感、PAQ的相关性

4.5 本章小结

5 辐射供暖的舒适性地板温度区间讨论

5.1热舒适评价模型讨论

5.1.1 局部热感觉与整体热感觉的相关性讨论

5.1.2 PMV模型预测值与实测值的差异性讨论

5.1.3 LPD模型预测值与实测值的差异性讨论

5.2.1影响皮肤温度的环境参数对比分析

5.2.2 影响热感觉及热不满意率的客观参数对比分析

5.2.3影响空气新鲜感和PAQ的客观参数对比分析

5.3地板辐射供暖的舒适区间

5.3.1基于PAQ和空气不新鲜率优化的热舒适区间

5.3.2基于热感觉和热不满意率的地板温度区间

5.3.3 综合热不满意率与空气感知的地板温度可接受区间

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 工作展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间已发表的论文和专利目录

B. 作者在攻读硕士学位期间参与的主要项目

C. 地暖实验注意事项及背景调查表

D. 地暖实验热舒适调查问卷

E. 地暖实验环境参数记录表

F. 学位论文数据集

致谢

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摘要

随着我国南方地区极端天气的频繁出现和居民生活水平的显著提高,夏热冬冷气候区的民众对冬季供暖的呼声越来越高。为改善该区域冬季阴冷潮湿的室内环境,课题组前期已对辐射供暖末端的性能提升方面开展了大量研究。其中对顶板、侧墙和地板三种辐射末端的舒适性对比发现,在室内温度较低时,地板辐射供暖末端的舒适性最好。而国内关于地板辐射供暖相关标准规范的制定,主要参考了欧美及国际标准中的参数值,缺乏大量可供参考的符合中国人民生活习惯和热舒适需求的基础数据。因此,本文在重庆市某居民楼搭建了地板辐射供暖实验平台,招募长期居住在重庆的当地居民为受试者,对地板辐射供暖的热环境、空气质量状况及人体热舒适进行了实验探究。  首先对地板供暖实验平台及实验设计进行了介绍。概述了实验房间所在住宅楼的墙体结构材料及热工性能、地板供暖系统的工作原理及实验环境中各参数的测量仪器及测量方法。阐明了人体实验研究的基本原则,共招募了45名受试者,年龄从16岁到47岁。主观热舒适问卷包括了热感觉、热舒适、空气新鲜感、热期望及行为调节期望、不适症状等内容。实验设计了6个不同地板表面温度(tf)工况:25℃、27℃、29℃、31℃、33℃和35℃。实验时长2小时,以对比人体瞬时接触和长期接触的不同热舒适需求。客观参数测量包含热环境参数、空气质量参数和生理参数。数据分析主要采用了Kolmogorov-Smirnov(KS)检验、Spearman秩相关检验、重复测量方差分析、单因素方差分析及一元回归分析方法,将客观参数与主观评价结果联系起来,综合讨论不同地板表面温度的舒适性情况。  其次分别讨论和分析了客观热环境测量结果与主观问卷评价结果。热环境分析中发现,地板供暖能在垂直高度上营造出头凉脚暖的热分层现象,水平方向上地板表面温度越高,温度递减梯度越大,从-0.54℃/m(tf=25℃)至-0.69℃/m(tf=31℃)增加,且越靠近外墙区域空气温度越低。综合来看,tf=31℃左右时房间整体的温度分布均匀性最好。除地板表面外,其余非加热壁面表面温度也会随地板温度升高而增加,tf在27℃~31℃之间的围护结构表面的加热效应最明显,其中外墙内表面的温度递增速率最快,从0.53℃/1℃至0.59℃/1℃。皮肤温度分析中发现,上半身皮肤温度受地板温度影响较小,下半身皮肤温度受地板温度影响较大,且停留时间越长相关性越强。  主观评价结果中,脚部热感觉随地板温度变化较明显,整体热感觉基本处于中性至稍暖范围。局部热不满意率中脚部最高,在tf=33℃、35℃时超过了25%,其余部位在各地面温度下都不大于15%。感知空气品质随地板温度变化不明显,而空气新鲜感同时受地板温度和停留时间的影响,tf=25℃时的空气新鲜感优于tf=35℃,在地板偏热tf=33℃、35℃时,停留时间越长空气感知越沉闷。当热感觉偏热时,人们期望降低地板温度、空气温度,而增加室内风速来改善热舒适,且人们对偏热地板温度的可接受程度高于对偏热空气温度的接受度。  最后,将主观评价与客观物理参数进行相关性分析,得到满足热感觉评价标准的平均皮肤温度范围是30.5℃~33.9℃,可接受的脚背皮肤温度范围是23.9℃~28.9℃。在脚部热不满意率和空气新鲜感与地板表面温度的回归曲线中,通过叠加温度区间得出:在地板辐射供暖房间中,赤脚与瓷砖地板材料接触,短暂停留和经常停留的舒适性最佳地板表面温度区间分别是25℃~29.5℃和25℃~30.6℃。经常停留的上限值30.6℃高于现有标准给出的28/29℃,与日本文献中的31℃更接近。

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