沈阳地区主动式太阳能房室内舒适性探究

孔维新

摘要：目的 本研究针对沈阳地区主动式太阳能房间三种不同工况下的温度场、湿度场对人体热舒适性的影响。方法 在主动式太阳能房间内，收集不同工况下的温度场、湿度场的实际数据；利用选定的数学模型在编译的VB程序中进行计算，采用问卷调查方式验证结果.结果 在开窗间隔一小时给蓄水箱换冷水的条件下，90%以上的人群感觉舒适；同比之下，夜间换水全天关窗的条件下的主动式太阳能房间，仅有85%人群感觉舒适；结论 沈阳地区主动式太阳能房间在开窗全天换水的条件下，全天满足人体舒适性；关窗全天换水条件下，晚上8：00到早上6：00满足人体舒适性。

关键词：主动式太阳能；舒适性；温度；湿度；

引言

目前建筑节能势在必行，绿色建筑将是以后建筑的首选模式具有推广趋势，而主动式太阳能房更是已经具备一定发展基础，发展前景可观。在国内，以南京师范大学的王子介[1]为主要负责人的研究团队，最早开始了对地板辐射供暖与供冷技术的研究。他较早地建立了地板辐射供暖系统的模拟网络图，分析了管间距对室内温度的影。基于对舒适考虑的因素较少，主要考虑的是温度分布。王子介，李先中等人[2-4]对地板辐射供冷技术进行了实验研究，建立了由补偿套间和实验房间两部分组成的地板供冷-置换通风复合式空调系统实验台，分析了置换通风系统与地板辐射系统相结合用于夏季供冷的可行性，为国内地板辐射供冷技术的发展奠定了基础。天津大学涂光备等人通过不同温湿度与空气流速组合进行热舒适实验得出了温度升高人们感到空气湿度越大，温度达到28 ℃后人们更觉得潮湿，但风速提高能有效减轻人们的潮湿感，相对湿度每增加 10% 可容忍的空气温度降低 0. 4 ℃。北京奥林匹克五棵松体育馆的观众休息厅、北京韩美林艺术博物馆的展厅区域等，均已采用了地板辐射供暖与供冷系统。加拿大蒙特利尔的 Rodrigo Mora等人，对一所采用地板辐射供冷系统的手术室进行了研究。得出室内空气温度设为 19℃时，医生的着装热阻至少为 0.9clo，病人的着装热阻至少为 1.6clo。美国旧金山的 Peter Simmonds等人，也采用置换通风技术对地板辐射供冷系统进行优化，并提出控制策略以降低建筑耗能和保证室内的湿度要求。

本研究将以沈阳地区典型主动式太阳能房间为研究对象，通过对蓄热水箱添加冷水的时间和开关窗的关系，利用室内的温度、湿度分析人体在主动式太阳房内的舒适性。

1 物理模型与实验方法

1.1 物理模型

本实验选用沈阳建筑大学的一间清洁员工休息室作为实验房间，该房间通过窗户直接得热进行采暖。该房间长3m，宽3m，层高2.7m，面积9m2；南墙和西墙为外墙，南有窗尺寸为1.5m×1.2m；外墙传热系数为0.48W/（m2·℃），外窗传热系数为2.50W/（m2·℃），顶棚传热系数为0.48W/（m2·℃）；实验仪器为悬挂式温度计以及温湿度检测仪，微风仪。

图1为实验房间平面图[13-15]

1.2实验方法

在选定的主动式太阳能冷热联供的房间内，采取三种方式对房间进行夏季房间供冷.分别为关窗夜间换水即全天24小时关闭房间窗户，在晚上10点到凌晨5点每过一小时给蓄水箱更换17.5℃的地下水。关窗全天换水即全天24小时关闭窗户，间隔一小时给蓄水箱更换17.5℃的地下水。开窗全天换水即全天24小时关闭窗户，间隔一小时给蓄水箱更换17.5℃的地下水。在试验期间温度、湿度、垂直温差均用平均值代替。测点位置根据JGJ/T177-2009公共建筑节能检测标准对平均温度，平均湿度测量的规定，固在实验房间中心1.5出放置一温湿度检测仪，作为平均温度与平均湿度测点.同时距四周壁面0.05m出分别放置悬挂式温度计，测量壁面辐射温度，取其平均值作为四周壁面辐射温度，该值与平均温度差值即为垂直温差。在开窗测量时利用微风仪测量窗口和距窗口1m处的风速大小。时间连续24小时，间隔一小时测量一次，测量日期为2013年7月20、22、25日。该三天最高最低气温基本相同，风速风向相近，天气晴。

按照以上方法，将所测数据进行整理与分析，图1.2～1.6为7月20、22、25日的24小时的测量值，从图1.2中可以看出主动式太阳能房间，在开窗全天换水的条件下室内温度较低，关窗夜间换水条件下室内温度较高，在三种条件下温度趋势大致相同，最高温度与最低温度相差7℃左右。图1.3为三个月份的湿度图，在关窗的条件下，室内湿度趋势接近且变化不大，在开窗的条件下，由于空气流通室内湿度变化接近室外湿度变化，最大差值为33%。

2 VB模拟分析

2.1 VB程序介绍与建立数学模型

本次软件以Visual Basic为平台，使用数据库技术，运用ADO数据控件和DataGrid控件访问Microsoft Office Access，并用結构化查询语言SQL语句对数据进行选择。

数学模型引用论文“沈阳地区被动式太阳房室内舒适性研究” 中丹麦学P.O.Fanger提出的表征人体热舒适性评价指的数学模型，整理数据，代入PMV公式中，利用VB的编译程序，得出主动式太阳能房间在不同时间PMV值，见图7

2.2 结果分析

从图中可以看出，主动式太阳能房间开窗全天换水工况下的PMV值明显低于其他两种工况，PMV的绝对值小于0.5，根据PMV-PPD指标评价标准，所测房间满足人体的舒适.在关窗全天换水的工况下，在晚上10：00到凌晨4：00之间，PMV的绝对值小于0.5，满足人体的舒适性。其他时间不满足.在关窗夜间换水的工况下，舒适性条件变得较差，基本上PMV的绝对值已经超过0.5，尤其是在中午，PMV达到最大值，远超人体可接受范。利用VB编程，输出图形，可以很好地将数据趋势传达出来，图像清晰、直观，使读者一目了然。

3.结论

（1）沈阳地区主动式太阳能房间，利用蓄冷水箱蓄冷，通过循环水泵将冷量散发到整个房间内，在开窗全天换水的工况下，是可以达到室内供冷要求的，尤其是午夜至清晨，室内温度低于白天，人体舒适性更佳；

（2）在关窗夜间换水的工况下，房间的舒适性较差；仅仅在晚上 10：00到夜间4：00之间满足人体的舒适性，中午12：00左右时，室内温度高，湿度大，室内舒适性达到最差。

（3）在关窗全天换水的工况下，晚上8：00到早上6：00满足人体舒适性，虽然中午的室内温度不是很高，但室内整体没有空气流动，综合考虑人体的舒适性要求PMV要高于开窗全天换水的PMV，舒适性较差。

（4）通过对图像的观察和结果的对比分析，VB程序具有使用方便，结果清晰，运算速度快，可靠性高的特点。

参考文献：

[1] 王子介，夏学鹰. 地板辐射供冷/暖的简化动态模型及其应用[J].南京：南京师范大学学报，2004

[2] 李先中，王子介，刘传聚. 地板供冷/置换通风复合空调系统的可行性探讨[J].长沙：建筑热能通风空调，2002

[3] 任艳莉，李德英，王子介. 地板辐射供冷-置换通风的实验研究[J]. 建筑节能，2007

[4] 王子介，夏学鹰，戎卫国，陈宝明. 地板辐射供冷可行性研究分析[J]. 暖通空调，2002