立式塔扇下人体热反应变化及热舒适模型应用

发布时间：2020-05-28 19:37

【摘要】：随着人们生活水平的提高,对室内环境进行合理地调控、满足人体热舒适和建筑节能的要求则显得越来越意义重大。现有的室内环境控制当中,多以固定的温湿度调节作为室内主要的调控方法。在夏季相对较高的室温条件下,通过增加风速可以改善人体的热感觉,减少一部分室内供冷实现节能。现有有关风速对人体热舒适的影响研究中,以吊扇或落地摇头扇为主,不同风扇间的流态特性有待区分,且通过风速调节人体热感觉在实际环境中应用较少。为了对现有的主要风扇流态特性的区别进行探究,本文对立式塔扇、落地摇头扇及吊扇进行了实际的测试,对三者的结构及流态特性等进行了对比;测试结果表明,立式塔扇的风场更为集中,湍流强度更低,频率更高,相对更为节能,适用于办公环境中人员长期静坐的情况。因此,本文选用立式塔扇为对象,针对不同温度和风速下人体热反应变化设计了实验,探究了立式塔扇作用下人体主观参数及皮肤温度随环境参数的变化情况。以本次实验为基础,本文对人体热反应的主要影响因素进行了偏相关分析。分析结果表明,均匀环境下,温度和风速对人体热反应的影响最为显著,与人体主观热反应参数呈现显著的相关关系。在24~28℃室温下,男生的热感觉普遍高于女生,且温度越低,其差异越大;在本次实验中,身高、体重、年龄及服装热阻对人体主观热反应的影响并未表现出明显的差异。另一方面,本文对实验中皮肤温度的变化情况进行了分析,由于风速增大会导致皮肤温度的降低,因此温度和风速同时变化时,受试者手部的热中性温度相比于只存在温度变化时给出的中性值略低。基于偏相关分析结果,本研究将温度和风速作为人体热反应预测模型中的主要影响因素,通过分析给出了人体热感觉(Thermal Sensation Vote,TSV)、风速可接受度(The Acceptability of Wind Speed,AWS)以及空气流通状况感觉(Feeling of the Air Circulation,FAC)的预测模型。拟合结果表明,通过多项式对温度和风速的影响进行数据拟合的效果最好。模型中,TSV/AWS/FAC与风速的关系均为二次函数,这也说明风速越大,同等风速变化量所引起的TSV/AWS/FAC变化量越大,模型中温度与各主观参数关系为一次或二次函数。本文将本实验的TSV值与已有的其他风扇作用下的研究结果进行了对比,对比表明在相同的温度和风速环境下立式塔扇能够更好地降低人体的热感。之后,本文通过验证数据对预测模型进行了验证,验证结果表明,确定系数均在66%以上,预测方法准确性较高。分析表明,人体热感觉与人体风速可接受度相关系数为-0.728、与空气流通状况感觉的相关系数为-0.685,相关性显著。风速可接受度以及空气流通状况感觉存在显著的相关关系。基于立式塔扇作用下人体热反应预测模型及本团队已有的皮肤温度预测热感觉的预测模型,本文提出了适用于个体环境及多人环境的环境动态调控方法:个体环境中,固定温湿度控制可以考虑季节、建筑地点、建筑类型等因素分类型控制;加入皮肤温度后,可以根据皮肤温度预测人体热感觉,进而对环境进行控制;多人环境中,可以加入各工位对风扇的控制来调节个体间的差异性,根据风扇开启数量及大小调节背景温度。为了提高其适用性,本文提出了两个对模型的修正方法。一是自学习修正方法,使得模型可以根据人为输入的值不断进行自我完善;另一个是基于热平衡方程的个体生理参数修正方法,对个体的身高、体重、年龄、性别及服装热阻、活动状态进行修正。本文采取这样的控制方法在实际的办公环境中进行了应用,满足舒适度的要求,并提出了针对未来应用的展望。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU831.1

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