基于PMV-PPD指标对学生宿舍热湿环境的评价

王晨阳 林成楷 程远达

摘 要：本文基于室内热湿环境评价中的热感指标PMV与预测不满意率PPD这一指标的基础上，通过网上问卷问卷、实地考察以及数值计算等方式得出PMV-PPD数值。从三个方面对室内热湿环境进行了较为系统的评价。依据民用建筑室内热湿环境评价标准GB50785-2012对太原理工大学学生宿舍进行热湿环境评价。

关键词：室内热湿环境评价;热感指标;预测不满意

Abstract： Based on the index of PMV and PPD in indoor thermal and humid environment assessment， the PMV-PPD value is obtained through online questionnaire， field investigation and numerical calculation. The indoor thermal and humid environment was evaluated systematically from three aspects. According to the evaluation standard of indoor thermal and humid environment of civil buildings （GB 50785-2012）， the thermal and humid environment of the dormitory of Taiyuan University of technology was evaluated.

Key words： indoor thermal and humid environment assessment; thermal sensitivity index; unsatisfactory prediction

0.引言

随着当今我国科学技术与经济的发展，如何去提供与维持舒适的室内热环境已经成为当今学者的一个重大研究课题。Fanger教授在1970时候根据人体热平衡方程提出了PMV概念，目前已经在室内热湿环境评价标准中得到广泛使用[1]。

太原属北温带大陆性气候，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥。年平均气温9.5℃，无霜期平均202天，年均降水量456毫米。年平均温度为9.5℃，一月平均温度为-6.4℃，七月平均温度为23℃。本文中所调研的学生宿舍位于太原理工大学迎西校区位于汾河西畔，湿度受汾河影响较大，在研究中应充分考虑其带来的影响。因此本文主要通過问卷调查、实地考察与数值计算等方式得到宿舍室内PMV-PPD指标的数值。通过对获取的指标数值进行合理分析，从而对室内热湿环境做出合理、客观的评价。

1.热舒适调查问卷结果分析

1.1 PMV指标与PPD指标

人体热舒适是对周围热湿环境的直接主观感受，丹麦工业大学Fanger教授在研究室内热舒适性时，根据热平衡的原理制定了ISO-7730标准，提出了一个对热舒适较为可观的一个评价标准即PMV（Predicted Mean Vote），PMV取不同值的时候对应的ASHRAE中冷热感尺度如下表1。

不同人由于受到生理以及心理的影响，及时在相同情况下对热舒适的感受也不尽相同，因此又提出的另外一个评价标准即PPD（Predicted Percentage of Dissatisfied），如图1所示，给出了PMV与PPD的关系，该曲线反应出了即使人体在舒适条件PMV=0情况下，也有5%的人群会感到不满意[2]。

1.2调查对象分析

这里针对网上搜集的调查问卷结果以及实地考察，从而对数据进行分析处理。这次调查共有33人填写了问卷调查，其中男性有17人，女性有16人，所有调查对象均为太原理工大学学生，具有丰富的宿舍生活经验。调查问卷数量为33份。根据GB50785-2012规定，有效问卷数≥30即可认为此次调查有效。

1.3调查结果分析

本次调查周期为48h，对于各个时间段的室外温差以及室内温湿度变化受太阳辐射照度、天气变化以及室内人员分布等多重因素的影响。故只能进行在PMV-PPD的计算中，选取一组典型的特征值作为室内温湿度参数进行探究。

根据图2整体热感觉饼状图分析，60.6%的被调查者的室内热感觉为适中，12.1%的被调查者认为室内冷，15.2%的被调查者认为室内较冷;3.0%的被调查者认为室内温度较暖，6.1%的被调查者认为室内暖，3.0%认为室内热感觉为热。

据图3热湿环境评价饼状图，热湿环境总体评价等级依次为0到10级，10级为热湿环境感觉最好，0级为热湿环境感觉最差，其余等级依次递减，9.1%的被调查者的室内热湿环境等级最好，同样也有9.1%的被调查者的室内热湿环境等级最差。

从上述分析可以看出，在冬季这种气候下，大部分人对于宿舍热感觉适中，仅有少部分人存在较热或较冷的情况。可能是由于身体出现发热头晕或是没有携带足够的服装热阻，不能对调查问卷中的问题做出准确的判断导致的。

2.实地测量分析

2.1测量原理

PMV在稳态的环境下的计算公式如下：

由于上式中变量过多，测量起来比较困难，故需要对其进行一些假设（依据GB50785-2012）[3]：

（1）斜倚时M=46.52W/m2;坐姿放松时，M=58.15W/m2;坐姿活动时（办公室、居住环境、学校、实验室）M=69.78W/m2;立姿放松时M=81.41W/m2;立姿轻度活动时（购物、实验室工作、轻体力劳动）M=93.04W/m2;立姿中度劳动时（商场售货、家务劳动、机械工作等）M=116.30W/m2;

（2）人所做的功W=0;

（3）取fcl =2.3（宿舍处于冬季，人体未穿衣外表面积相对较小）;

（4）室内的平均太阳辐射温度近似等于室内空气温度;

（5）假设所有人为成年男性，对于温度变化感受不大，利于后续服装热阻计算。

2.2参数计算

以下为对于相关参数的计算计算：

对于上述表2而言，在宿舍内，39.39%的人在室内进行的活动为斜倚例如躺着休息或者是坐在椅子上休息，有同样比例的人在坐姿活动，即坐在凳子上进行学习、打游戏与看书等活动。按照加权平均的方法进行计算：

对于表3，表明宿舍39.39%穿的是厚睡衣厚睡裤，主要是调查这两天气温骤降导致的。39.39%穿的是厚外套和秋裤，可能是在宿舍想从事相关的室内活动。但是仍有21.21%的人在宿舍内的衣着搭配不跟随大众，仍以秋衣秋裤为主。其对应的服装热阻的计算也采用加权平均的方式进行计算：

对调查宿舍的宿舍进行室内外空气温度与相对湿度的变化情况进行分析取较为典型的10次测量数据作为宿舍室内空气温度与相对湿度进行分析，结果如表4所示：

通过分析，我们可以看出，室内的空气温度Ta为21.31℃，黑球温度Tg为21.03℃，相对湿度大致为33.32%RH，人体表面温度为22.47℃。对于平均辐射温度，现场仪器无法直接测量，因此我们采用GB50785-2012中关于平均辐射温度计算方法即黑球温度计法对其进行计算：通过测量黑球温度、空气温度和空气流速后计算平均辐射温度。

2.3 PPD指标

对于PMV代表的是绝大部分人在同一环境下热感觉，并不能代表所有人的热感觉[4]。PPD则表示对环境的不满意百分比，Fanger利用概率分析的方法，从而给出了PMV-PPD的定量关系如式（3）：

PPD=100-95*e[-（0.03353PMV4+0.2197PMV2）]  （3）

3.测量结果与分析

3.1测量结果

经上述公式计算，我们大致得出PMV=-0.38，PPD=8%的结果，同时也可以得知热感觉为中性时，标准有效温度SET=24.3℃。下面将结果分别分别以焓湿图（干球温度）、焓湿图（操作温度）与温湿度图三种形式呈现在本文中，如图4至6所示[5]。

3.2结果分析

本文通过问卷调查以及实际考察，利用相关规范以及参考文献得出PMV=-0.38，PPD=8%的结论。同时计算得出标准有效温度SET=24.3℃，它是以人体生理反应模型为基础，由人体传热的物理过程分析得出的[6]，不同于以往的僅从主观评价由经验推导得到的有效温度指标，其定义为：身着标准热阻服装的人，在相对湿度为50%，空气静止不动，空气温度等于平均辐射温度的等温环境下，若与他在实际环境中和实际服装热阻条件下的平均皮肤温度和温度湿润度相同，则必将具有相同的热损失，则该温度就是上述实际环境的标准有效温度SET。

该指标满足ASHRAE Standard 55-2013的热舒适要求，说明宿舍室内的热湿环境符合学生的生活居住。热感觉为适中，数值-0.38距0即适中水平有0.38的差距，不排除在室内环境之中可能会有部分窗户打开，破坏稳态的室内热湿环境或者是人员服装热阻穿着过少等原因[6]，宿舍室内热湿环境在大体上符合我们室内活动的基本需求。图7、图8为太原理工大学基本的宿舍样式，现予以呈现。

4.结论

本次调查时间为冬季，气候干燥且温度低，受调查者们身着衣服较多，具有服装热阻高、调整范围有限的特点。总体而言调查得出热感觉为适中，PMV=-0.38，意味着宿舍内环境还是适宜并满足学生的日常学习休息等基本活动。PPD=8%，即意味着在室内热环境处于最佳的热舒适状态时，仍有8%的同学感到不满意，这是很正常的，同学们可以通过增减衣物、开窗等方式来使室内的热感觉获得相应的调整，这类行为手段可以认为是感知热反应后的热适应行为。

参考文献：

[1]王晏平，吴军，程海峰， 等.基于PMV-PPD对皖南古民居室内热湿环境预测与评价[J].安徽建筑大学学报，2015，23（6）：73-77. DOI：10.11921/j.issn.2095-8382.20150615.

[2]李念平，刘鹏龙，伍志斌.长沙高校宿舍夏季热舒适与热适应现场调研[J].哈尔滨工业大学学报，2019，51（4）：194-200. DOI：10.11918/j.issn.0367-6234.201805105.

[3]李百战，景胜蓝，王清勤， 等.国家标准《民用建筑室内热湿环境评价标准》介绍[J].暖通空调，2013，43（3）：1-6.

[4]纪文杰，曹彬，朱颖心.北方冬季供暖期及其前后的室内热湿环境分析及热适应性研究[J].暖通空调，2019，49（8）：103-107.

[5]Hoyt Tyler， Schiavon Stefano， Piccioli Alberto， Moon Dustin， and Steinfeld Kyle， 2013， CBE Thermal Comfort Tool. Center for the Built Environment， University of California Berkeley， http：//cbe.berkeley.edu/comforttool/（美国加州大学伯克利分校建筑环境中心CBE热舒适计算工具）

[6]黄寿元，张奕君，申培文， 等.基于PMV-PPD与空气龄的空调办公室内热环境数值预测与评价[J].制冷与空调（四川），2010，24（6）：80-85. DOI：10.3969/j.issn.1671-6612.2010.06.021.

（太原理工大学 土木工程学院  山西 太原 030024）