熱舒適方程
熱舒適方程是用于評(píng)估人體在特定環(huán)境條件下熱舒適感的數(shù)學(xué)模型,最著名的是由丹麥科學(xué)家P.O. Fanger提出的PMV-PPD模型(預(yù)測(cè)平均投票-預(yù)測(cè)不滿意百分比)。該模型基于人體熱平衡原理,綜合考慮了環(huán)境與人體因素,被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 7730采納。
熱舒適方程的核心公式(PMV方程)
PMV(Predicted Mean Vote)的計(jì)算公式為:
PMV=(0.303e?0.036M+0.028)[(M?W)?3.05×10?3(5733?6.99(M?W)?Pa)?0.42((M?W)?58.15)?1.7×10?5M(5867?Pa)?0.0014M(34?ta)?3.96×10?8fcl((tcl+273)4?(tr ̄+273)4)?fclhc(tcl?ta)]PMV=(0.303e?0.036M+0.028)[(M?W)?3.05×10?3(5733?6.99(M?W)?Pa)?0.42((M?W)?58.15)?1.7×10?5M(5867?Pa)?0.0014M(34?ta)?3.96×10?8fcl((tcl+273)4?(tr+273)4)?fclhc(tcl?ta)]其中:
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PMV范圍:-3(冷)到+3(熱),0表示最佳熱舒適。
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PPD(不滿意百分比):由PMV導(dǎo)出,公式為 PPD=100?95e?(0.03353PMV4+0.2179PMV2)PPD=100?95e?(0.03353PMV4+0.2179PMV2),即使PMV=0時(shí),PPD仍有5%不滿意。
方程中的關(guān)鍵參數(shù)
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環(huán)境參數(shù):
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tata:空氣溫度(℃)
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tr ̄tr:平均輻射溫度(℃)
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varvar:空氣流速(m/s)
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RHRH:相對(duì)濕度(%),用于計(jì)算水蒸氣分壓 PaPa。
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人體參數(shù):
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MM:新陳代謝率(1 met = 58.15 W/m2,靜坐約1 met,步行約2 met)。
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WW:外部做功(通常假設(shè)為0)。
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IclIcl:服裝隔熱值(1 clo = 0.155 m2·℃/W,夏裝約0.5 clo,冬裝約1 clo)。
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衍生變量:
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fclfcl:服裝面積系數(shù)(與服裝覆蓋有關(guān))。
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tcltcl:服裝表面溫度,需通過(guò)迭代計(jì)算。
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hchc:對(duì)流換熱系數(shù),與空氣流速相關(guān)。
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方程的應(yīng)用與局限性
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應(yīng)用:
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建筑設(shè)計(jì)、空調(diào)系統(tǒng)(HVAC)優(yōu)化。
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評(píng)估辦公、住宅、醫(yī)院等場(chǎng)所的熱環(huán)境。
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局限性:
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假設(shè)環(huán)境穩(wěn)態(tài),不適用于動(dòng)態(tài)變化場(chǎng)景。
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忽略個(gè)體差異(年齡、性別、文化背景)。
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對(duì)極端濕度或氣流條件的適應(yīng)性有限。
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示例
若辦公室環(huán)境參數(shù)為:ta=25℃ta=25℃, tr ̄=26℃tr=26℃, var=0.1m/svar=0.1m/s, RH=50%RH=50%,人員靜坐(M=1metM=1met,Icl=0.5cloIcl=0.5clo),則通過(guò)計(jì)算PMV值可判斷是否需要調(diào)整溫度或通風(fēng)。
該方程通過(guò)量化多因素交互作用,成為熱環(huán)境設(shè)計(jì)的基石,但實(shí)際應(yīng)用中需結(jié)合實(shí)地測(cè)試與用戶反饋以彌補(bǔ)模型不足。