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1、超市类建筑热舒适与节能研究兰州交通大学 许 凤 李建霞摘 要 为了达到节能与改善空气品质的目的，在保证热舒适的前提下，对超市类建筑的热舒适与节能开展了研究。考虑超市类建筑内人员短暂停留的特点及人员的实际着装，对热舒适评价模型进行变换，利用变换后的模型，编程计算冬季超市建筑室内热舒适温度，并进行分析研究。研究结果表明：当气流速度、相对湿度与公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）取相同值时，超市类建筑室内设计的热舒适温度下限为1317，低于18，这样可节能535。关键词 超市 服装热阻 热舒适温度 节能 0 引言随着经济的发展，生活水平的不断提高，人们越来越重视建筑室内的热舒适性。据相关
2、资料表明，世界范围内，大约有1/3的能源消耗用于保证建筑室内的热舒适1。如此巨大的能源投入，是否有效地提高了室内人员的舒适性，值得深入探讨，尤其对于建筑面积与能源消耗呈迅猛增长的超市类建筑更是如此。因此，研究超市类建筑室内热舒适与能耗在大力提倡节能减排的今天意义重大。于是，近年来许多专家学者对超市类建筑室内的舒适与节能开展了大量的调查与研究26。这些研究都为探讨分析建筑室内的舒适与节能提供了思路与方法。为了达到节能的目的，闫斌、牛润萍等人结合室内热舒适性，探讨了优化组合室内设计参数78；殷平、李健等人对空调设定参数与空调系统经济性的影响，以及降低建筑能耗的途径与策略进行了研究910；王昭俊、王
3、怡等人以Fanger热舒适方程及PMV-PPD评价指标为理论依据，分析了冬季室内的致适参数1112。这些研究没有考虑现行节能标准推荐的设计参数适用的前提条件：即服装热阻1.0clo以下，坐着活动的情况，即：是在现行节能标准推荐的设计参数范围内研究舒适与节能。然而，对于不同功能的建筑，如超市建筑，其它商业建筑、住宅等民用建筑，室内人员的活动情况、服装热阻等都是不一致的，室内人员不同的活动情况决定了不同的服装热阻，在不同的服装热阻下所对应的舒适条件相差甚远。在此情形下，如仍采用现有标准的推荐值作为建筑的设计参数，来研究舒适与节能，则终将达不到预期目标。因此，本文从热舒适模型出发，考虑超市类建筑内人
4、员的活动情况、停留时间以及服装热阻的特点，以舒适为前提，假定其它参数与现行节能标准一致，研究计算超市内实际服装热阻下对应的舒适设计温度，而后通过对比超市的舒适温度与节能标准的温度值来研究节能。1热舒适模型20世纪70年代初丹麦Fanger教授以热舒适方程和ASHRAE的7点标度为依据，提出了预测平均评价PMV（Predicted Mean Vote）指标和预测不满意百分比PPD（Predicted Percentage of Dissatisfied）指标13，来描述和评价热环境。PMV-PPD指标与1984年被国际标准化组织（IS0）所采用，该指标是迄今为止最全面的热环境指标，其模型表达式见
5、文献14。PMV指标综合考虑了环境因素和人的因素，包括人体活动情况（新陈代谢率），衣着情况（服装热阻），空气温度，空气相对湿度，空气流速，平均辐射温度六个因素。PMV指标代表了同一环境下大多数人的感觉，PPD指标表示对热环境不满意的百分数。PMV指标采用了7级分度，它与美国ASHRAE 7点热感觉标度相联系，见表114。表1 ASHRAE 7点热感觉标度热感觉冷凉稍凉适中稍暖暖热PMV值3210123PPD值100752552575100本文采用PMV和PPD指标作为理论依据，变换PMV模型表达式，得到超市室内热舒适温度计算式，其表达如下所示：式中：预测平均评价指标； 代谢率，； 服装热阻，;
6、着装时人的体表面积与裸露时人的体表面积之比; 空气温度,; 平均辐射温度,; 空气流速,； 相对湿度； 对流换热系数，; 服装表面温度, .由于室内绝大多数活动可忽略不计，所以（*）式中忽略人体做功。在这一模型式中，需满足如下条件：1）PMV值并不是模型输出的结果，而是作为已知变量，模型表达式左边隐含的ta是本研究的输出结果；2）PMV值需在舒适范围内，这样计算得到的结果即是热舒适温度值。由PMV指标含义知，要使超市内人员满足热舒适要求，则只需使的超市内PMV值在热舒适标准范围内即可。然而这一标准具体是多少呢？ IS0 Standard7730标准推荐以PPD10作为舒适设计依据，即90以上的
7、人感到满意的热环境为舒适环境，此时对应的PMV0.5+0.5，但考虑到这一标准主要以欧美国家的青年为研究对象，根据我国的实际情况，结合超市内人员停留时间短的特点，以及相关文献研究415，可将该标准进行恰当的调整。因此，本研究中，取PPD20，对应的PMV0.75+0.75，以此作为本文研究的超市热舒适范围。2 模拟计算热舒适温度与结果分析在舒适的前提下，即保证PMV值在0.75+0.75范围内，利用变换后的热舒适模型式求解超市内空气的温度，在计算中，根据寒冷区人们的生活习惯和冬季的穿着情况，对公式中的各参数进行合理取值并计算。2.1变量值的选取因为本文研究的前提是保证超市内舒适，也即PMV、P
8、PD值已知，具体如上所述，其它变量取值如下所述。2.1.1 选取变量、tr值人体新陈代谢率的取值：冬季，人们在超市内购物时，以站立与走动为主，其活动量轻，属于轻体力活动，故取1.2met；空气流速的取值：IS0 Standard7730中规定冬季超市内空气流速不能高于0.15m/s，故本研究中取流速分别为0.2 m/s、0.3 m/s、0.4 m/s、0.5 m/s、0.6 m/s、0.7 m/s；相对湿度的取值：冬季寒冷区室外较干燥，但在超市内由于人员密度大，散湿量较大，因此室内相对湿度有一定的变化，又IS0 Standard7730中并未规定相对湿度的界限，故取室内相对湿度为3070，并取
9、其间隔为10；环境平均辐射温度tr的取值：为简化计算，近似认为围护结构内表面的平均辐射温度等于室内空气温度，即trta。2.1.2 服装热阻Icl的选取在选取服装热阻时要从实际出发，因为在相同的室内温度下，服装热阻不同，热感觉不同，热舒适性也不一致。因此若计算时采用的服装热阻和实际相差较大时，必然将导致室内热舒适温度的计算结果有较大的变化。当计算结果较大时，控制系统必然将提高室内温度值，这样将导致能耗上升；反之，则热舒适性变差，恶化室内热环境。所以，在计算中应尽可能采取实际服装热阻。本研究考虑到顾客进入超市购物时，停留的时间较短，一般为1小时左右，所以不便改变服装，这样顾客在超市内的服装热阻就
10、等于顾客在户外（进入超市前）的热阻值。为了取得真实的热阻值，笔者与2009年1月2日至7日在兰州某超市进行了为期一周的现场调查。经调查，超市营业期，平均每天进入超市的人次为520人次/天，根据人员服装进行统计，统计结果见表2。同时，对超市内顾客进行询问调查，结果显示80以上的人员都感觉闷热，烦躁，空气品质不良等不舒适。表2 服装热阻统计人员穿着类型穿毛衫裤外加羽绒服穿毛衫裤外加棉衣穿毛衫裤外加大衣其它（虽没穿厚外套，但都穿了厚毛衫裤主要是营业员）所占比例（）3142.5.5179.5成套热阻值（clo）2.52.01.81.3由于热舒适模型仅适用于服装热阻小于等于2.0clo，所以本研究选取I
11、cl的值为：Icl（1.0、1.3、1.8、2.0）clo。2.2 编程计算室内舒适温度 根据以上的计算式及选取的变量值，用Fortran语言编程计算超市室内热舒适温度，计算结果详见图1至图3。2.3 计算结果分析 2.3.1 相对湿度对热舒适温度的影响图1表明，在舒适范围内，相对湿度与温度呈线性关系，而且在其它因素相同下，相对湿度越大，舒适温度越小。即时，当从增加到70时，平均热舒适温度值从22.8降低到21.8；时，当从增加到70时，平均热舒适温度值从16.8降低到15.7。降低的幅度很小，说明相对湿度对热舒适温度的影响很小，这也表明相对湿度对热舒适影响较小，一般认为3070的相对湿度范围
12、是舒适的。图1 M=1.2met, v=0.2m/s，PMV=0 2.3.2 气流速度对热舒适温度的影响图2显示，在舒适范围内，其它因素相同的情况下，空气流速与温度呈非线性关系，并且越大，热舒适温度越高。即时，当从0.2增加到0.6时，平均热舒适温度值从22.3增加到23.4；时，当从0.2增加到0.6时，平均热舒适温度值从16.3增加到17.3，变化幅度较小，这说明气流速度对舒适度有影响，且为了舒适， 要尽可 图2 M=1.2met，50，PMV=0能选取较低的室内气流速度值。这与公共建筑节能设计标准（GB50189-2005）(以下简称节能标准)规定我国冬季室内气流速度范围取值0.10.2
13、相符。图3 M=1.2met, v=0.2m/s,502.3.3 对热舒适温度的影响由图1至图2可知，在舒适范围内、其它参数相同的情况下，服装热阻越大，平均舒适温度越小，如在相对湿度50、时，时，热舒适温度范围为19-25.5，平均为22；当时，热舒适温度范围为11.1-21.3，平均为16，两者差值平均值。由此可见，对热舒适温度的影响很大，远大于以上两个参数。因此可以看出，在用热舒适模型计算热舒适温度时，不能假定服装热阻为定值，而要采用真实的服装热阻。2.3.4 值对热舒适温度的影响从图3可知，其它参数不变时，在舒适范围与热舒适温度呈线性变化，并随着的增加而增加。即在-0.75+0.75内变
14、化时，对应的热舒适温度则从11.1变化至25.5，由此看出的取值对热舒适温度的影响也很大，所以在保证舒适的前提下，要尽可能取舒适的下限。根据以上分析可知对于超市类建筑，冬季室内相对湿度在30%70，气流速度小于等于0.2时，取平均热阻时，温度控制在1317之间，超市内环境仍在舒适范围。其中当温度为17时，超市内人员达到中性状态。3 节能与舒适分析 节能标准规定，一般房间冬季空气调节室内计算参数取值为：风速，0.10.2.，相对湿度，3060，一般房间温度20，大堂过厅18。然而，以上结果分析表明，当气流速度、相对湿度与节能标准取相同值时，并考虑超市建筑人员短暂停留的特点以及人员的实际着装，在舒
15、适范围内，超市内的设计温度下限为：1317。众所周知，室内设计温度取值大小与能耗的多少密切相关，据研究表明，当不改变外环境参数时，改变室内空气温度取值，能明显降低能耗，如在寒冷的冬季，干球温度每降低1，可节约能量5106。按此节能率估算，在舒适的下限，即寒冷区超市类建筑的室内设计温度取值13时，建筑的耗能与目前耗能相比，节能率可达35；在中性状态时，节能率也可达到15。另为如设计温度按18计算，节能率也可达525。在超市保证热舒适的前提下，降低室内设计温度还可以改善室内空气品质，因为据研究表明，较冷和干燥的空气会使人感到空气清新、品质好16。因此冬季取较低的室内设计温度不仅可以很大程度地节能，同时又可改善调查时发现的闷热、烦躁等空气品质不
