基于PMV指標的房間熱舒適性評價方法及其實驗探討

林 竹 劉 博

（廣東美的制冷設備有限公司 佛山 528311）

引言

隨著生活水平的提高，用戶對空調產品的要求不再是簡單的制冷制熱能力的優劣，更希望獲得溫度，濕度，風速等多元化的熱舒適性體驗。目前，各大空調企業都投入大量人力物力開展產品的舒適性研究[1]，但房間熱舒適性評價方法較少，且評價因素不全面[2]，為舒適性的空調產品開發帶來挑戰。針對此問題，本文建立一種基于PMV指標的房間熱舒適性的評價方法，并對其進行實驗驗證。

1 熱舒適性評價公式

在國際上，目前被公認的預測和評價室內熱環境舒適性的標準為ISO 7730-2005和美標ASHRAE 55-2013，在ISO 7730-2005標準中針對穩態和非穩態熱環境進行了舒適性的評價，穩態環境的評價主要對PMV、PPD指標以及局部的熱不舒適性等進行考核。經典的 PMV-PPD模型研究空氣溫度、濕度、風速三種物理維度對人體冷熱感評價的影響探討人的熱舒適性[3,4]。

1.1 PMV方程

式中：

α—熱敏感系數，是對環境敏感程度；

HeatLoad—人體熱負荷。

1.2 PMV方程擬合優化

GB/T 33658-2017中附錄A的PMV計算方程（1）是根據歐美人群的測試結果擬合的，因為中國人體的代謝水平與歐美人群有差異，所以計算出的預計熱感覺指數比較舒適的環境參數與實際體驗結果差異較大。如，根據PMV方程計算出來制冷工況下相對濕度50 %、風速0.2 m/s條件下最舒適的溫度是25.4 ℃，而實際測試結果顯示，在制冷工況下40 %、風速0.2 m/s條件下最適宜的溫度是26.5 ℃，相差近2 K。所以，為了得到適合中國人的最佳室內熱舒適性參數，提出PMV優化方程（2）。

PMV優化方程為:

式中：

a—熱敏感系數，表示人體對環境的敏感程度；

b—熱敏感特性常數，表示人體熱敏感對理論舒適溫度的偏差程度。

2 實驗驗證

2.1 被試人員

為了擬合適合中國人的PMV模型，招募了44個被試者進行舒適性體驗，其中包括11名12歲以下兒童、11名13～49歲青年（成年）男子、11名13～49歲青年（成年）女子和11名50歲以上老人。在招募被試時，盡量覆蓋各個年齡段、且兼顧南方和北方地區人員的比例。

2.2 測試設備

測試在熱舒適實驗室進行，該實驗室模擬家居環境，內間室的結構尺寸為8 m×3.5 m×2.6 m，溫度、濕度和風速可調。

溫度參數測試范圍：（-25～55）℃，測試精度：±0.5 ℃，響應時間：≤1 s；濕度參數測試范圍：（20～80）% RH、測試精度：±3 %以下，響應時間：1 s；風速參數測試范圍：0.05～5 m/s，測試精度：±（0.05+0.05） m/s，響應時間：0.5 s。

有兩個對稱的內間室，每個內間室有9個（長）×9個（寬）×7個（高），水平面共567個溫度測試點，水平面溫度測點之間間距0.4 m，垂直面溫度測點是距離地面0.1 m、0.5 m、0.9 m、1.3 m、1.7 m、2.1 m和距離天花板0.05 m；9個濕度測試點，該測點在房間距離地面1.2 m的平面內均布；9個風速測試點，但是在測試風速時，依據ASHREA 55-2013的要求在距離地面0.1 m、0.6 m、1.1 m的高度，距離空調器出風口約2 m距離，取三個數的平均值。室內溫度取567個測溫點的平均值，室內濕度取9個濕度測試點的平均值。

2.3 測試工況

進行制冷工況和制熱工況熱舒適性測試。先按照GB/T 33658-2017 《室內人體熱舒適環境要求與評價方法》中的PMV計算方法，計算并篩選出夏季制冷和冬季制熱最佳的溫度、濕度和風速組合工況，詳見表1。

表1 理論計算制冷季節和制熱季節最佳熱舒適工況

以表1為基礎，在制冷工況相對濕度定為40 %和70 %、在制熱工況相對濕度定為50 %，風速以0.05 m/s為起點以0.05 m/s為步長進行調整，先由工作人員進行預實驗，找到合適的溫度區間后，被試人員按照表2的工況進行測試。

表2 制冷季節和制熱季節熱舒適測試工況

以上合計27個測試工況。

2.4 測試著裝

在測試過程中，要求被試對象按照GB/T 33658-2017中所規定的著裝要求進行。

2.5 測試流程

待實驗室工況穩定后，工作人員會告知被測試者的測試流程、問卷內容和注意事項，然后被測試者換上規定著裝計入放進開始測試，按照測試問卷內容如實填寫，30 min后完成測試。

2.6 結果對比分析

數據進行加權平均得到每個工況受試者的熱舒適性評分；同時將表4和表5中的溫度、濕度和風速的數據代入公式（2），根據GB/T 33658-2017，M代謝率，取70 W/m2，W外部做功消耗的熱量取0 W/m2，tr近似取為環境干球溫度ta，可以得出PMV’計算值，一并匯總表中。其中制冷工況下測試結果見表3，制熱工況下測試結果見表4。

表3 室內熱舒適制冷工況測試數據匯總

表4 室內熱舒適制熱工況測試數據匯總

PMV’值介于-1～1之間，其中-1～0表示用戶感覺寒冷，0～1之間表示用戶感覺炎熱。由表3～4可以看出，PMV’計算值和PMV’測試評分的偏差在±15 %以內，此公式可以準確評價房間的舒適性指標。

3 小結

本文根據國人特點，建立了一種基于PMV指標的房間熱舒適性評價方法，然后舒適性實驗，通過實驗驗證此評價方法能夠準確評價房間熱舒適性的優劣，對后面的空調產品開發有指導意義。