自然通風(fēng)環(huán)境熱舒適模型及其在長(zhǎng)江流域的應(yīng)用研究.pdf

1、自然通風(fēng)一方面可以實(shí)現(xiàn)有效被動(dòng)式冷卻，在不消耗不可再生能源的情況下降低室內(nèi)溫度，帶走潮濕氣體，達(dá)到人體熱舒適；另一方面可以提供新鮮、清潔的自然空氣(新風(fēng))，有利于人的生理和心理健康，滿足人和自然交往的心理需求。 由此可見自然通風(fēng)是節(jié)約能源、獲得熱舒適和保持室內(nèi)健康環(huán)境最經(jīng)濟(jì)的選擇，因此對(duì)自然通風(fēng)環(huán)境中人體熱舒適的研究也就是一個(gè)非常迫切需要解決的問題，它是人們?nèi)绾卫米匀煌L(fēng)滿足人體需要的基礎(chǔ)性研究課題。 本文首先在前人工

2、作的基礎(chǔ)上，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、問卷調(diào)查等手段對(duì)我國(guó)夏熱冬冷地區(qū)城鄉(xiāng)自然通風(fēng)住宅熱環(huán)境和居民熱舒適狀況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和對(duì)比研究，其次利用統(tǒng)計(jì)學(xué)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，通過(guò)對(duì)自然通風(fēng)環(huán)境熱舒適各個(gè)影響因素的系統(tǒng)分析，建立了定量的自然通風(fēng)環(huán)境熱舒適統(tǒng)計(jì)學(xué)模型和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，最后基于熱適應(yīng)性理論建立了自然通風(fēng)環(huán)境熱適應(yīng)性模型和舒適區(qū)，并取得了一些創(chuàng)新性成果。本文的創(chuàng)新工作和主要結(jié)論有： (1)對(duì)夏熱冬冷地區(qū)村鎮(zhèn)自然通風(fēng)住宅熱環(huán)境與居民熱舒適

3、進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，得到了村鎮(zhèn)自然通風(fēng)住宅熱環(huán)境與居民熱舒適的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：①冬季作用溫度范圍：6.06℃-11.24℃，平均作用溫度8.57℃；相對(duì)濕度范圍：68.04％-85.57％，平均78.79％；夏季空氣溫度范圍為28.60℃-31.60℃，平均30.10℃；輻射溫度范圍：28.40℃-31.27℃，平均29.83℃；作用溫度范圍：28.50℃-31.43℃，平均29.97℃；相對(duì)濕度范圍62.97％-81.17％，平均72.07％；

4、風(fēng)速范圍：0.01m/s-0.19m/s，平均0.10m/s；②在冬季，村鎮(zhèn)居民對(duì)室內(nèi)熱的期望要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于夏季對(duì)冷的期望，村鎮(zhèn)居民接受熱環(huán)境的百分比要高于接受冷環(huán)境的百分比，這說(shuō)明村鎮(zhèn)居民的耐熱能力要比耐冷能力強(qiáng)；③夏季平均服裝熱阻是0.31 Clo，新陳代謝率是1.33Met，可接受的熱舒適溫度范圍是：15.65℃-30.14℃，冬季平均服裝熱阻是2.15Clo，新陳代謝率是1.53Met，可接受的熱舒適溫度范圍：8.41℃-15.65

5、℃，全年可接受的熱舒適溫度范圍：8.41℃-30-14℃；④村鎮(zhèn)住宅不同于城市住宅，住宅不封閉，受當(dāng)?shù)貧庀髼l件影響大，因此村鎮(zhèn)居民的熱舒適水平和城市居民不一樣，我們不能把城市居民的熱舒適標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)單的推廣到農(nóng)村，因?yàn)槿藗儗?duì)熱環(huán)境的適應(yīng)性、熱經(jīng)歷、熱期望、經(jīng)濟(jì)水平等都具有明顯的差異。 (2)首次對(duì)夏熱冬冷地區(qū)城鄉(xiāng)自然通風(fēng)住宅室內(nèi)熱環(huán)境與居民熱舒適差異性進(jìn)行了對(duì)比研究，重要成果如下： ①室內(nèi)平均空氣溫度，冬季城市住宅比村鎮(zhèn)住宅高

6、3.44℃，夏季高2.81℃；平均輻射溫度，冬季城市住宅要比存著住宅高3.46℃，夏季高3.06℃；平均相對(duì)濕度，冬季城市住宅要比村鎮(zhèn)住宅低16.2％，夏季低10.86％；在夏季，城市住宅平均風(fēng)速高0.22 m/s。城市住宅室內(nèi)的溫度和輻射溫度要高于村鎮(zhèn)住宅，這主要是由于城市熱島效應(yīng)，城市室外氣溫高于村鎮(zhèn)室外氣溫； ②城市居民的熱接受性冬季要遠(yuǎn)高于夏季，即城市冬季熱環(huán)境要好于夏季，這主要是由于城市的“熱島效應(yīng)”，城市室外氣溫高于

7、村鎮(zhèn)住宅室外氣溫，分析冬、夏季節(jié)城鄉(xiāng)比較結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)村鎮(zhèn)居民的熱可接受性要高于城市居民，尤其是在夏季，這可能是由于村鎮(zhèn)居民在當(dāng)?shù)氐木幼r(shí)間長(zhǎng)于城市居民，村鎮(zhèn)居民更加適應(yīng)當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境； ③冬季，城市居民改善熱環(huán)境的主要方式是通過(guò)取暖器和空調(diào)，而村鎮(zhèn)居民主要是通過(guò)木炭烤火或者是火堂的方式改善室內(nèi)熱環(huán)境，因此它們消耗的能源結(jié)構(gòu)不同；夏季城市居民主要是通過(guò)電風(fēng)扇和空調(diào)改善室內(nèi)熱環(huán)境，村鎮(zhèn)居民主要是通過(guò)電風(fēng)扇和開門窗自然通風(fēng)的方式改善室

8、內(nèi)熱環(huán)境和提高居民熱舒適的水平； ④在冬季，城市住宅中性溫度為14℃，村鎮(zhèn)住宅中性溫度11.5℃；在夏季，城市住宅中性溫度為28.5℃，村鎮(zhèn)住宅中性溫度為21.5℃； ⑤村鎮(zhèn)住宅冬季可接受的熱舒適溫度范圍是：8.41℃-15.65℃，夏季的可接受的熱舒適溫度范圍是：15.65℃-30.14℃。因?yàn)橄?、冬季?jié)分別是一年之中的最熱和最冷季節(jié)，因此分別取冬季的下限和夏季的上限就能得到全年可接受的熱舒適溫度范圍是：8.41℃-3

9、0.14℃； ⑥城市住宅冬季可接受的熱舒適溫度范圍是：14℃-20.25℃，夏季的可接受的熱舒適溫度范圍是：20.25℃-32.75℃。分別取冬季的下限和夏季的上限就能得到全年可接受的熱舒適溫度范圍是：14℃-32.75℃。 (3)在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查樣本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，建立了以統(tǒng)計(jì)學(xué)為基礎(chǔ)的排序選擇模型，用于評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)自然通風(fēng)環(huán)境中的熱舒適性，主要成果如下： ①用計(jì)量統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件Eviews對(duì)模型進(jìn)行了求解，并且用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)

10、證了該模型的正確性，模擬結(jié)果表明該模型的整體回歸效果優(yōu)良，實(shí)際值和擬和值相差較??； ②通過(guò)數(shù)據(jù)分析整理得到了影響自然通風(fēng)環(huán)境中7個(gè)主要因素，根據(jù)影響大小依次為：室內(nèi)風(fēng)速、室內(nèi)活動(dòng)量、性別、室內(nèi)輻射溫度、室外空氣溫度、室內(nèi)濕度和年齡； ③從分析端值可知，人們的熱感覺投票的寬度既不相等也不對(duì)稱，而且越遠(yuǎn)離熱感覺投票0的區(qū)域，寬度就越小，這說(shuō)明了人們對(duì)熱感覺的投票越模糊，因此可以認(rèn)為5級(jí)投票感覺比7級(jí)投票感覺更加科學(xué)。

11、 (4)熱舒適本身是一個(gè)模糊的變量，過(guò)去人們想以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為研究基礎(chǔ)，用傳統(tǒng)精確數(shù)學(xué)方法對(duì)熱感覺各個(gè)級(jí)別間原本很模糊的邊界給予精確的界定，這樣用精確數(shù)學(xué)方法處理原本很模糊變量的方法給人產(chǎn)生了不精確的效果。 既然熱舒適是一個(gè)模糊的變量，這就決定了只能用模糊的數(shù)學(xué)方法來(lái)描述模糊的變量，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法是處理這些模糊數(shù)學(xué)問題最常用最有效的方法，本文建立了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的自然通風(fēng)環(huán)境熱舒適預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)模型，該模型不僅考慮了熱舒適的

12、6個(gè)經(jīng)典影響因素，同時(shí)考慮了室外平均溫度、人的背景和過(guò)去的熱經(jīng)歷，而且根據(jù)神經(jīng)元之間的權(quán)值可以定量描述各個(gè)影響因素之間的權(quán)重，以及各個(gè)影響因素對(duì)目標(biāo)函數(shù)的權(quán)重。 (5)自然通風(fēng)環(huán)境熱舒適需要考慮人體適應(yīng)性，本文對(duì)熱舒適適應(yīng)性理論進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并對(duì)其在被動(dòng)式建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了研究，主要成果如下： ①建立夏熱冬冷地區(qū)城鄉(xiāng)自然通風(fēng)環(huán)境中的熱舒適適應(yīng)性模型和熱舒適區(qū)，城鄉(xiāng)自然通風(fēng)住宅熱適應(yīng)性方程分別為：Tc=0.67 Tw