一种空调系统的人体热舒适性评价方法、系统、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及辐射供冷领域，尤其涉及一种复合式辐射空调系统的人体热舒适性评价方法、系统、装置及存储介质。

背景技术

实现建筑节能并保持室内良好的热舒适性，一直是暖通空调领域的重要研究方向，由此开发应用新型的空调系统颇具意义。复合式辐射空调系统是新型空调系统中备受国内外暖通学者关注的一种，它具有能耗低、高热舒适性、洁净度好、节省空间等特点。

本发明的目的在于，针对配备有复合式辐射空调系统的夏季房间，发明一种人体热舒适性评价方法。通过建立简化PMV评价模型对人体热舒适性进行评价，确定合适的系统设计参数和运行参数范围，提高人体热舒适度，为实际工程项目的实施提供参考依据，以实现更高的经济效益。

发明内容

关于复合式辐射空调系统的人体热舒适评价方法还不完善，以及对于系统运行参数和设计参数确定未有完整的参考规范，针对此方面的相关问题，本发明提供了一种复合式辐射空调系统的人体热舒适性评价方法、系统、装置及存储介质，适用于夏热冬冷地区夏季气候的人体热舒适性评价。利用该简化PMV评价模型，能够在项目设计阶段和运行调节阶段对复合式辐射空调系统下的室内人体热舒适性进行评价，确定相应的辐射供冷温度、新风送风温度、室内空气温度、室内空气相对湿度等参数，为实际工程项目的实施提供参考依据。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种空调系统的人体热舒适性评价方法，包括以下步骤：

确定房间物理参数，拟定房间活动人员数量，并确定人体活动状态，计算获得人体相关总显热负荷；

确定房间环境条件，根据冷负荷系数法等拟定围护结构得热量典型值；

确定房间设备条件，根据设备散热情况计算得到室内设备的散热量；

根据所提出的总显热负荷关系式，包括围护结构、人体和设备相关的负荷，建立系统设计参数、运行参数和显热负荷之间的关系，计算室内总显热负荷；

确定常温下室内空气热物性参数，并对复合式辐射空调系统的相关设计参数和运行参数进行赋值；

根据显热负荷平衡方程式确定满足热平衡条件的室内空气温度；

假定室内空气的相对湿度，进而根据所提出的简化PMV评价模型可计算获得相应的PMV指标值，表征室内人体的热舒适度，并根据获得的PMV指标值计算PPD指标值；

确定PMV指标值和PPD指标值是否满足标准条件，进一步确定该复合式辐射空调系统的相应参数：辐射冷板面积、辐射表面温度、新风送风温度、新风送风量；若二者未满足标准条件，则重新调整系统参数进行校核计算，确定合适的范围。

作为本发明的进一步改进，人体总显热负荷：采用下述方法计算得到：

Q

其中，n为室内人员的数目；Q

作为本发明的进一步改进，室内总显热负荷采用下述方法计算得到：

S

其中，S

作为本发明的进一步改进，所述空气热物性参数包括：室内空气的热容量c，室内空气密度ρ；设计参数和运行参数包括顶板式辐射冷板面积A

作为本发明的进一步改进，所述显热负荷平衡方程式如下：

S

＝Q

+(h

其中，S

作为本发明的进一步改进，所述室内人体的热舒适度表征方法为：

其中，PMV为预测平均投票指标，

一种空调系统的人体热舒适性评价系统，包括：

第一计算模块，用于确定房间物理参数，拟定房间活动人员数量，并确定人体活动状态，计算获得人体相关总显热负荷；确定房间环境条件，根据冷负荷系数法等拟定围护结构得热量典型值；确定房间设备条件，根据设备散热情况计算得到室内设备的散热量；根据所提出的总显热负荷关系式，包括围护结构、人体和设备相关的负荷，建立系统设计参数、运行参数和显热负荷之间的关系，计算室内总显热负荷；

第二计算模块，用于确定常温下室内空气热物性参数，并对复合式辐射空调系统的相关设计参数和运行参数进行赋值；根据显热负荷平衡方程式确定满足热平衡条件的室内空气温度；假定室内空气的相对湿度，进而根据所提出的简化PMV评价模型可计算获得相应的PMV指标值，表征室内人体的热舒适度，并根据获得的PMV指标值计算PPD指标值；

判断模块，用于确定PMV指标值和PPD指标值是否满足标准条件，进一步确定该复合式辐射空调系统的相应参数：辐射冷板面积、辐射表面温度、新风送风温度、新风送风量；若二者未满足标准条件，则重新调整系统参数进行校核计算，确定合适的范围。

一种评价装置，包括：存储器，其上存储有可执行程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述可执行程序，以实现所述针对复合式辐射空调系统的人体热舒适性评价方法的步骤。

一种存储介质，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序被一个或者多个处理器执行时，能实现所述的针对复合式辐射空调系统的人体热舒适性评价方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明所涉及的一种针对复合式辐射空调系统的人体热舒适性评价方法，将人体热舒适指标和室内空气温度、室内空气相对湿度及系统参数进行对应，利用简化PMV评价模型确定参数的理想范围，避免人体出现过冷或过热感觉，提高人体热舒适度。在工程设计阶段和系统运行阶段，通过计算简化的PMV模型方程式，并利用人体热舒适性评价方法确定室内热环境温湿度情况，以及复合式辐射空调系统中射冷板敷设面积、新风送风温度、新风送风量、辐射表面温度、室内空气温度等的理想范围，为复合式辐射空调系统的设计优化和运行维护提供参考。本发明能够对夏季气候下的室内热环境进行评估，从人体热感觉的角度出发，确定合适的系统设计参数和运行参数，有助于提高室内人体的热舒适度，并降低系统的运行维护成本。本发明能够为系统的优化设计提供理论依据，完善复合式辐射空调系统下人体热舒适性评价的方法，进一步促进复合式辐射空调系统技术规范和运行调节机制的发展。

附图说明

图1为本发明一种针对复合式辐射空调系统的人体热舒适性评价方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明的目的在于，针对配备有复合式辐射空调系统的夏季房间，提供了一种空调系统的人体热舒适性评价方法、系统、装置及存储介质。通过确定系统设计参数和运行参数对复合式辐射空调系统的供冷能力进行计算，并与实际的室内房间负荷进行对应，确定满足房间负荷热平衡的系统参数，从而提高空调系统的能耗利用率，为实际工程项目的实施提供参考依据，以实现更高的经济效益。

本发明所涉及的一种针对复合式辐射空调系统的人体热舒适性评价方法，能够在工程设计阶段和系统运行阶段，通过计算简化的PMV模型方程式，确定复合式辐射空调系统中射冷板敷设面积、新风送风温度、新风送风量、辐射表面温度、室内空气温度等的理想范围，满足人体热舒适度要求。能够对夏季气候下的室内热环境进行评估，从人体热感觉的角度出发，确定合适的系统设计参数和运行参数，有助于提高室内人体的热舒适度，并降低系统的运行维护成本。能够为系统的优化设计提供理论依据，完善复合式辐射空调系统下人体热舒适性评价的方法，进一步促进复合式辐射空调系统技术规范和运行调节机制的发展。

为实现上述目的，所述相关计算参数包括：预测平均投票指标PMV，预测不满意率PPD，人体的新陈代谢率M(单位：W·m

为实现上述目的，所述的评价方法步骤如下：

S1：确定房间物理参数，拟定房间活动人员数量，并确定人体活动状态，计算获得人体相关总显热负荷Q

S2：确定房间环境条件，根据冷负荷系数法等拟定围护结构得热量典型值Q

S3：确定房间设备条件，根据设备散热情况计算得到室内设备的散热量Q

S4：根据所提出的总显热负荷关系式，包括围护结构、人体和设备相关的负荷，建立系统设计参数、运行参数和显热负荷之间的关系，采用下述公式估算得到室内总显热负荷：

S

其中，S

S5：确定常温下室内空气热物性参数包括：室内空气的热容量c(单位：kJ·kg

S6：根据显热负荷平衡方程式确定满足热平衡条件的室内空气温度t

S

＝Q

+(h

其中，S

S7：假定室内空气的相对湿度

其中，PMV为预测平均投票指标，

S8：根据获得的PMV指标值计算PPD指标值，采用下述公式：

PPD＝100-95exp[-(0.03353PMV

其中，PPD为预测不满意率。

S9：确定PMV指标值和PPD指标值是否满足国际标准条件：-0.5

为进一步说明所提出的简化PMV评价模型，以下将对其模型建立过程进行简要阐述：

为方便室内热环境的人体热舒适评价及空调系统设计参数确定，国内外学者建立了不同种类的指标以直接或间接地客观评价室内人体的热舒适性。预测平均投票指标(PMV)和预测不满意率(PPD)是目前应用最广泛的热舒适性评价指标，用以表征人体对热环境的感受程度和不满意的人数百分比例，ISO 7730-2005国际标准中计算热舒适性评价指标如下公式所示：

PPD＝100-95exp[-(0.03353PMV

其中，M为人体的新陈代谢率(单位：W·m

针对夏热冬冷地区夏季气候下人体的静坐办公状态进行说明，人体的新陈代谢率M取值为58W·m

采用下述公式计算室内的饱和水蒸气分压力：

其中，

服装表面温度和服装表面积因子与人体服装相关，同时也受人体皮肤表面蒸发和人体新陈代谢水平影响，可由下述公式计算得到：

f

其中，t

在典型夏季工况下，辐射冷板和独立新风系统通过辐射和对流散热方式与室内人体进行热交换。为了保证人体的热舒适度，复合式辐射空调系统调节供水温度，对辐射表面温度和平均辐射温度(t

t

AUST≈t

其中，AUST为非辐射面的面平均温度(单位：℃)；d为房间结构的相关系数，在通常情况中有一面外墙，因此取其值为0.5；t

综合上述计算，可得到典型夏季气候下的简化PMV评价模型公式：

由该简化PMV评价模型可知，PMV指标和室内空气相对湿度、室内空气温度成近似线性关系，即室内空气相对湿度、室内空气温度是影响人体热舒适的关键参数。其中，室内空气温度随着复合式辐射空调系统参数的改变而改变，可由下述所提出的显热负荷平衡方程计算获得：

S

＝Q

+(h

其中，S

根据ASHARE 55-2004和ISO 7730-2005等国际标准，推荐室内环境满足以下条件：当室内热环境处于热舒适状态时，PMV指标值应在-0.5至+0.5之间，PPD指标值应不大于15％。因此，在实际工程中的设计阶段，通过简化的PMV评价模型可以计算出PMV指标值，进而确定出理想的系统设计参数和运行参数范围，提高人体的热舒适度。具体的计算步骤如图1所示：

本发明还提供了一种空调系统的人体热舒适性评价方法，包括：

第一计算模块，用于确定房间物理参数，拟定房间活动人员数量，并确定人体活动状态，计算获得人体相关总显热负荷；确定房间环境条件，根据冷负荷系数法等拟定围护结构得热量典型值；确定房间设备条件，根据设备散热情况计算得到室内设备的散热量；根据所提出的总显热负荷关系式，包括围护结构、人体和设备相关的负荷，建立系统设计参数、运行参数和显热负荷之间的关系，计算室内总显热负荷；

第二计算模块，用于确定常温下室内空气热物性参数，并对复合式辐射空调系统的相关设计参数和运行参数进行赋值；根据显热负荷平衡方程式确定满足热平衡条件的室内空气温度；假定室内空气的相对湿度，进而根据所提出的简化PMV评价模型可计算获得相应的PMV指标值，表征室内人体的热舒适度，并根据获得的PMV指标值计算PPD指标值；

判断模块，用于确定PMV指标值和PPD指标值是否满足标准条件，进一步确定该复合式辐射空调系统的相应参数：辐射冷板面积、辐射表面温度、新风送风温度、新风送风量；若二者未满足标准条件，则重新调整系统参数进行校核计算，确定合适的范围。

本发明第三个目的在于提供一种评价装置，包括：存储器，其上存储有可执行程序；处理器，用于执行所述存储器中的所述可执行程序，以实现所述针对复合式辐射空调系统的人体热舒适性评价方法的步骤。

本发明第四个目的在于提供一种存储介质，所述存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序被一个或者多个处理器执行时，能实现所述的针对复合式辐射空调系统的人体热舒适性评价方法的步骤。

为了更好的理解本发明，下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面以夏热冬冷地区的夏季房间为计算对象，对实施例进行介绍。以一人和一台计算机的办公室房间为例，假定房间总体尺寸为为3.4m×3.0m×3.0m(长×宽×高)，送风口和出风口位于模型房间的南墙和东墙，尺寸分别为0.6m×0.6m(长×宽)和0.3m×0.3m(长×宽)，其中北墙为外墙。

S1：拟定房间活动人员数量为1人，确定人体活动状态为静坐办公状态。

S2：采用下述公式计算人体总显热负荷：

Q

其中，n为室内人员的数目；Q

S3：确定房间环境条件，其中北墙为外墙，根据冷负荷系数法等拟定围护结构得热量典型值Q

S4：确定房间设备条件，室内散热设备包括两盏照明灯(散热量80W/盏)和一台电脑(散热量300W/台)，则计算得到室内设备的散热量Q

S5：根据所提出的室内总显热负荷关系式，包括围护结构、人体和设备相关的负荷，建立系统设计参数、运行参数和显热负荷之间的关系，如下公式所示：

S

其中，S

S6：确定常温下室内空气热物性参数为：室内空气的热容量c为1.005kJ·kg

S7：对复合式辐射空调系统的设计参数进行赋值，考虑房间仅一人活动，则在房间的顶板和西侧墙位置处敷设毛细管网，尺寸为3m×3m(长×宽)，即顶板式辐射冷板面积A

S8：根据显热负荷平衡方程式确定满足热平衡条件的室内空气温度，采用下述公式进行计算：

S

＝Q

+(h

其中，S

S9：假定室内空气的相对湿度

其中，

S10：根据获得的PMV指标值计算PPD指标值，采用下述公式：

PPD＝100-95exp[-(0.03353PMV

其中，PMV为预测平均投票指标；PPD为预测不满意率。将各参数代入计算公式可得，PPD＝5.0％。

S11：确定PMV指标值和PPD指标值是否满足国际标准条件：-0.5

S12：因此确定该复合式辐射空调系统的相应参数：辐射冷板面积、辐射表面温度、新风送风温度、新风送风量分别为A

本发明所涉及的一种针对复合式辐射空调系统的人体热舒适性评价方法，能够在工程设计阶段和系统运行阶段，通过计算简化PMV评价模型方程式，确定复合式辐射空调系统中辐射冷板敷设面积、新风送风温度、新风送风量、辐射表面温度、室内空气温度等的理想范围，满足人体热舒适度要求。能够在工程设计阶段和系统运行阶段，对夏季气候下的室内热环境进行评估，从人体热感觉的角度出发，确定系统设计参数和运行参数，有助于提高室内人体的热舒适度，并降低系统的运行维护成本。能够为系统的优化设计提供理论依据，降低系统的运行维护成本，完善复合式辐射空调系统下人体热舒适性评价的方法，进一步促进复合式辐射空调系统技术规范和运行调节机制的发展。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。