099 辦公建筑個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)

1、辦公建筑個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)天津大學(xué)環(huán)境與工程學(xué)院 聞濟(jì)舟 劉俊杰摘要 隨著科學(xué)的開展和技術(shù)的進(jìn)步，辦公建筑內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更強(qiáng)調(diào)節(jié)能和良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)。因此，個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的概念應(yīng)運(yùn)而生，這種系統(tǒng)針對(duì)的主要空氣調(diào)節(jié)區(qū)域是辦公室內(nèi)的工作區(qū)域，其特點(diǎn)包括：降低空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗，同時(shí)提高人的舒適度和健康滿意度，并保證良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)。本文將從上述三個(gè)方面詳細(xì)地介紹個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)在辦公建筑內(nèi)的使用，并客觀分析它的技術(shù)優(yōu)勢及特點(diǎn)。關(guān)鍵詞 個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)；節(jié)能；人體熱舒適；空調(diào)通風(fēng)1 引言自1970年以來，建筑內(nèi)的辦公環(huán)境已發(fā)生重大改變。為提高生產(chǎn)率，現(xiàn)代辦公建筑多裝配有各種自動(dòng)化辦公系統(tǒng)。相應(yīng)地，辦公

2、環(huán)境的概念也從以往的“辦公場所轉(zhuǎn)變成了“生活場所或者“創(chuàng)造性場所。辦公建筑室內(nèi)環(huán)境的設(shè)計(jì)更強(qiáng)調(diào)節(jié)能和良好的室內(nèi)空氣品質(zhì)，在這樣的勢頭推動(dòng)下，辦公建筑內(nèi)暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行也經(jīng)歷了諸多變革1。例如，在20世紀(jì)70年代，暖通空調(diào)系統(tǒng)曾一度強(qiáng)調(diào)維持整棟建筑內(nèi)部的良好室內(nèi)環(huán)境。然而時(shí)過境遷，隨著研究重心向能源有效利用和人體熱舒適性上的轉(zhuǎn)移，整體建筑空間室內(nèi)環(huán)境控制的理念也逐漸地轉(zhuǎn)變?yōu)榉謱邮娇諝庹{(diào)節(jié)或分區(qū)域式空氣調(diào)節(jié)。這些新的理念中就包括了個(gè)性環(huán)境個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)。個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的定義為：任何允許建筑內(nèi)人員對(duì)局部小區(qū)域的熱舒適性進(jìn)行個(gè)性調(diào)控，同時(shí)仍能自動(dòng)維持其周圍空間處于可接受環(huán)境條件的空調(diào)系統(tǒng)。又稱為“

3、個(gè)性環(huán)境控制系統(tǒng)或“個(gè)性通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)2因此，個(gè)性環(huán)境單元的控制環(huán)節(jié)局部地或全部地分散在整個(gè)空調(diào)區(qū)域內(nèi)，并處于室內(nèi)人員的控制之下。通常，室內(nèi)人員能夠控制包括進(jìn)入房間的送風(fēng)量，送風(fēng)方向以及送風(fēng)溫度等參數(shù)。個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)所創(chuàng)造的個(gè)性環(huán)境單元能夠帶來諸多益處，包括更加優(yōu)質(zhì)的熱舒適性，更加高效的通風(fēng)效率，更加良好的空氣品質(zhì)以及更加令人滿意的工作效率。在此根底上，作為新型空調(diào)系統(tǒng)，個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)受到了極大的關(guān)注。它可以不同程度地降低用于空氣調(diào)節(jié)的總能耗，其根本原那么是：將調(diào)控重點(diǎn)放在工作區(qū)域，并使其周圍區(qū)域到達(dá)可接受水平即可。作為空調(diào)系統(tǒng)，它也因?yàn)槟軌蛴行?yīng)對(duì)個(gè)體的熱舒適性而為各方關(guān)注,3并且在民航客機(jī)和高速

4、列車等非建筑類實(shí)體中已經(jīng)有了諸多應(yīng)用。近些年來，為了迎合人們?nèi)找嬖黾拥膶?duì)室內(nèi)熱負(fù)荷進(jìn)行局部控制的要求以及對(duì)熱環(huán)境的不同偏好，業(yè)界不斷研究和開展著各式各樣的個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)。在辦公建筑中，個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)研究的重點(diǎn)在于不僅要實(shí)現(xiàn)能源消耗的降低，同時(shí)還必須創(chuàng)立可以最大程度提高員工生產(chǎn)率的舒適工作環(huán)境。例如在日本，政府為了減少辦公建筑夏季二氧化碳的排放，設(shè)定其室內(nèi)溫度為28。在這樣的室內(nèi)條件下，如缺少對(duì)環(huán)境因素，如風(fēng)速，冷輻射量等的個(gè)性控制，員工極易產(chǎn)生悶熱感。3因此，如何在室內(nèi)空氣溫度設(shè)定值偏高的條件下實(shí)現(xiàn)員工的熱舒適性，就成為了個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)亟待解決的問題。安裝個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)后，能量集中用于工作區(qū)域而僅僅維

5、持其周圍區(qū)域在可接受的一般水平。此外，通過個(gè)性調(diào)節(jié)創(chuàng)造適宜的辦公環(huán)境，和通過直接向呼吸區(qū)送入新鮮空氣提高人的舒適度和健康滿意度，也是這套系統(tǒng)值得期待的地方。下列圖為一典型個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)。圖1 典型個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)4本文將總結(jié)現(xiàn)階段世界各國研究人員針對(duì)個(gè)性環(huán)境個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的不同評(píng)價(jià)研究方法和角度，主要包括：從個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的能耗角度出發(fā)；從室內(nèi)人員對(duì)于個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的熱舒適角度出發(fā)；從個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的通風(fēng)評(píng)價(jià)角度出發(fā)。并且客觀指明其中出現(xiàn)的問題，以期發(fā)現(xiàn)其在未來應(yīng)用中可能的開展方向。2 個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的能耗研究自從20世紀(jì)70年代爆發(fā)世界范圍內(nèi)的能源危機(jī)以來，公眾愈發(fā)認(rèn)識(shí)到建筑節(jié)能的重要意義。除了加強(qiáng)建筑本身

6、的氣密性和通過大量使用絕熱材料來減少建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)散熱外，根據(jù)實(shí)際情況改良原有的空調(diào)系統(tǒng)也是一項(xiàng)主要的節(jié)能手段。因此，個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能性就成為了系統(tǒng)評(píng)價(jià)的重要方法。早在1992年，就有研究人員曾利用計(jì)算機(jī)模擬的方法比擬過一套具備個(gè)性環(huán)境控制功能的空調(diào)系統(tǒng)和一套傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗特性5。他們模擬的是由Arens等人于1990年提出的桌面式個(gè)性環(huán)境控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由一塊電輻射板、兩個(gè)局部式風(fēng)扇、一臺(tái)噪聲發(fā)生器、一套局部工作照明設(shè)備和一個(gè)工作區(qū)人員傳感器組成。模擬結(jié)果說明此系統(tǒng)與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比，節(jié)能效果從-15%到7%，即可能出現(xiàn)負(fù)效果。后來，Bauman等人對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)

7、該系統(tǒng)的使用必須對(duì)應(yīng)于工作區(qū)的人員負(fù)荷的實(shí)際情況，即只有在工作區(qū)存在人員負(fù)荷的條件下使用，該系統(tǒng)才能到達(dá)節(jié)能的目的，或者說，如果該系統(tǒng)不考慮人員負(fù)荷的實(shí)際情況，在工作時(shí)間內(nèi)均使用同樣的運(yùn)行模式，那么系統(tǒng)節(jié)能效果無法確定，甚至可能出現(xiàn)不節(jié)能的現(xiàn)象。2005年，Sekhar等人設(shè)計(jì)了一套結(jié)合個(gè)性通風(fēng)和傳統(tǒng)空調(diào)的新式個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)，并以主體暴露在不同的室內(nèi)環(huán)境下所反響的熱舒適度為根底，通過模擬計(jì)算得出結(jié)論：在室內(nèi)溫度保持在當(dāng)時(shí)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中所給出的舒適溫度范圍內(nèi)的最大值時(shí)，新式個(gè)性通風(fēng)型空調(diào)系統(tǒng)較傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能1530%。62021年，Schiavon和Melikov借助多種模擬工具，專門研究了控制個(gè)性

8、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)溫度這一方法對(duì)個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能效果的影響。7使用的個(gè)性通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)安裝在一棟位于寒冷氣候地區(qū)的高級(jí)別建筑內(nèi)。經(jīng)過大量模擬計(jì)算，最終認(rèn)為控制個(gè)性通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)送風(fēng)溫度這一策略會(huì)在很大程度上影響該系統(tǒng)的能耗特性，并且提出將送風(fēng)溫度恒定在20是最正確的選擇。此外，他們還提出針對(duì)此類系統(tǒng)最有效的節(jié)能策略是將房間內(nèi)設(shè)定溫度值的上限調(diào)整到30，據(jù)計(jì)算這樣一來節(jié)能效果最大可以到達(dá)60%與傳統(tǒng)的混合新、回風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)相比。然而作者還指出，在運(yùn)用這種控制策略時(shí)必須保證室內(nèi)人員在絕大局部時(shí)間內(nèi)都呆在工作區(qū)內(nèi)，而且由于氣候條件、建筑特性等的不同，他們所做模擬得到的結(jié)果不能簡單直接地用于其他場合。至此，

9、我們可以看出，辦公建筑中個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)個(gè)性通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的能耗性能并非一個(gè)獨(dú)立的特性參數(shù)，它與系統(tǒng)配套使用的控制策略密切相關(guān)。撇開控制策略評(píng)價(jià)一套個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果是片面的。而且，每種不同的控制策略所帶來的節(jié)能效果也是不同的，在某個(gè)實(shí)際問題中選取與系統(tǒng)兼容性最好的控制策略可稱為策略最優(yōu)化必須依靠大量準(zhǔn)確的模擬計(jì)算。用于此類計(jì)算常用的軟件有：EnergyPlus、Transys、ESP-r，IDA ICE等，另外也有利用純實(shí)驗(yàn)方法測量相應(yīng)個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)能耗的例子，但由于此類方法對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求過高，因此采用率不高。當(dāng)前，主要有四種與個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)配合使用的控制策略，分別為：·控制送風(fēng)溫度&#

10、183;在通風(fēng)效率足夠高的前提下減少個(gè)性通風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)量·適當(dāng)提高房間的最高允許設(shè)計(jì)溫度·根據(jù)工作區(qū)內(nèi)人員負(fù)荷情況決定系統(tǒng)送風(fēng)量控制送風(fēng)溫度這項(xiàng)策略的出發(fā)點(diǎn)在于希望工作人員可以根據(jù)室內(nèi)溫度變化自行調(diào)節(jié)送風(fēng)溫度，比方在房間溫度偏低的時(shí)候適當(dāng)提高送風(fēng)溫度，滿足自身熱舒適性的需求。而且由于個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)是將空氣直接送至人體附近區(qū)域，因此從熱舒適度角度出發(fā)此系統(tǒng)中送風(fēng)溫度的最高和最低允許值都有所限制。Schiavon和Melikov對(duì)這種控制策略做過諸多研究。在這二人的研究中，送風(fēng)溫度范圍設(shè)定在2026。4, 72021年，他們?cè)鴮?duì)丹麥哥本哈根一棟建筑內(nèi)的某間辦公室進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)

11、在使用個(gè)性通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)不無論配以哪種送風(fēng)溫度控制策略，其能耗水平都會(huì)比傳統(tǒng)的混合新、回風(fēng)式空調(diào)系統(tǒng)還要高出61%到268%。這主要是因?yàn)閭€(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的最低送風(fēng)溫度出于熱舒適度的考慮被限定在20，而傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)溫度僅為16。哥本哈根氣候寒冷，全年中只有3.2%的時(shí)間氣溫超過20。因此送風(fēng)溫度越高，相應(yīng)所需的空氣加熱量越大，空調(diào)系統(tǒng)能耗也會(huì)增加。但是在二人于2021年完成的對(duì)位于新加坡的一間同類型辦公室所進(jìn)行的研究中，卻會(huì)發(fā)現(xiàn)用這種控制策略可以大大降低系統(tǒng)能耗。同時(shí)注意到新加坡的氣候條件高溫潮濕與丹麥正好相反。故而有以下推論：送風(fēng)溫度控制策略對(duì)個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)能耗的影響受室外氣候的影響。在低溫地區(qū)

12、該策略破壞節(jié)能效果，然而在高溫潮濕地區(qū)該策略那么會(huì)表達(dá)明顯的節(jié)能效果。根據(jù)HVAC的根本理論，減少送風(fēng)量毫無疑問是降低空調(diào)系統(tǒng)能耗的重要途徑。然而在實(shí)際研究中，送風(fēng)量的變化對(duì)個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能情況的影響卻不盡相同。在Sekhar等人于2021年的研究中，就曾發(fā)現(xiàn)在此項(xiàng)控制策略條件下運(yùn)行個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)，其節(jié)能效果的優(yōu)劣也是由室外氣候條件所決定。Sekhar等人通過計(jì)算機(jī)模擬，發(fā)現(xiàn)在寒冷的北歐地區(qū)，減少個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)量固然可以降低其空氣加熱量，但由于室外空氣對(duì)室內(nèi)環(huán)境具有自然冷卻效果，在一定程度上抵消了室內(nèi)所需冷量，因此從系統(tǒng)整體出發(fā)，節(jié)能與否難以確定；但是當(dāng)室外環(huán)境換到炎熱潮濕的東南亞地區(qū)，這一

13、控制策略就能起到較好的節(jié)能效果。至于提高通風(fēng)效率，現(xiàn)階段的通風(fēng)效率較高的個(gè)性通風(fēng)形式有頭部送風(fēng)、座椅送風(fēng)等，設(shè)計(jì)理念都是將100%新鮮空氣送至人員呼吸區(qū)內(nèi)。有關(guān)通風(fēng)效率進(jìn)一步的討論見后面的章節(jié)。早在2005年，相關(guān)的研究中就提出在提高房間設(shè)定溫度的情況下利用個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)，可以既滿足人體的熱舒適度和室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求，同時(shí)又到達(dá)降低能耗的目的。研究說明，一套一級(jí)主空調(diào)系統(tǒng)和二級(jí)個(gè)性通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行的空調(diào)系統(tǒng)，其節(jié)能效果可到達(dá)1530%。6后來，又有研究指出4，當(dāng)室內(nèi)溫度設(shè)定值由24上升到28，利用相同的帶有個(gè)性通風(fēng)性能的空調(diào)系統(tǒng)，其能耗可相應(yīng)降低23.3%?？梢韵胂?，運(yùn)用這種控制策略時(shí)還應(yīng)對(duì)

14、室內(nèi)人員采取相應(yīng)的管理方法，須保證他們?cè)谑覂?nèi)的多數(shù)時(shí)間中都呆在自己的工作區(qū)域內(nèi)，因?yàn)槟抢锊攀莻€(gè)體空調(diào)系統(tǒng)提供的熱舒適性區(qū)域。利用紅外線、CO2探測技術(shù)了解室內(nèi)人員情況，并反響至空調(diào)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化的同時(shí)降低能耗，是當(dāng)代智能建筑中一個(gè)重要的理念和開展趨勢。后人以此為理論根底，在個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)中提出了房間全占有率的概念，即位于自己工作區(qū)域內(nèi)的實(shí)際人員數(shù)量與房間設(shè)計(jì)最大人數(shù)之間的比值。Melikov等人在研究中曾用到這一概念，他們分別利用歐洲標(biāo)準(zhǔn)和Nobe等人所做調(diào)查中給出的房間全占有率圖表進(jìn)行對(duì)應(yīng)的模擬計(jì)算，結(jié)果說明無論選用哪張圖表，都會(huì)得出如下結(jié)論：根據(jù)室內(nèi)人員負(fù)荷情況決定系統(tǒng)送風(fēng)量這一控制策

15、略會(huì)對(duì)個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果產(chǎn)生重要影響。有數(shù)據(jù)顯示，此項(xiàng)策略能帶來20%左右的節(jié)能效果4, 7。3 個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的熱舒適性研究在對(duì)辦公室室內(nèi)人員進(jìn)行的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，辦公室環(huán)境令人不滿的主要原因是缺乏熱舒適性8，這也會(huì)間接地造成室內(nèi)人員工作效率的下降9。關(guān)于熱舒適，ASHRAE Standard 54-1992中對(duì)它的定義是：人體對(duì)熱環(huán)境表示滿意的意識(shí)狀態(tài)。而且Gagge10和Fanger11等人均認(rèn)為“熱舒適指的是人體處于不冷不熱的“中性狀態(tài)，即認(rèn)為“中性的熱感覺就是熱舒適。而之所以提出個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的理念，一個(gè)重要的原因就是這類空調(diào)系統(tǒng)可以對(duì)處于其調(diào)節(jié)區(qū)域內(nèi)的個(gè)體的熱舒適進(jìn)行有效地維持和調(diào)控，

16、并且這種調(diào)控還是被控個(gè)體能夠主觀控制的。因此，針對(duì)個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)熱舒適性的研究在學(xué)界不勝枚舉。早期曾有人比照過個(gè)性環(huán)境個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)和地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，研究人員將一間長方形實(shí)驗(yàn)室從中間分成兩個(gè)局部，將兩種形式的空調(diào)系統(tǒng)分別安裝在兩個(gè)局部內(nèi)1。試驗(yàn)結(jié)果說明，對(duì)于室內(nèi)人員來說，地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)在辦公桌平面以下的空間內(nèi)溫度更加適宜，個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)那么正好相反，它是在辦公桌平面以上的空間內(nèi)溫度更加適宜。此外，作者還測量了兩套系統(tǒng)在高度方向的溫度變化情況。地板式送風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的最大溫差到達(dá)1.2，然而個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)只有很小的0.4-0.6。隨著高度上升，個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)作用下形成的溫度分布愈趨合理。并且，送風(fēng)

17、量的變化也沒有對(duì)辦公桌高度平面上的溫度分布產(chǎn)生太大的影響，細(xì)看之下會(huì)發(fā)現(xiàn)人員周圍的溫度梯度隨著風(fēng)量增大越來越小。因此，從保持辦公桌面以上空間內(nèi)氣流速度、溫度分布的角度來說，個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)更具優(yōu)勢。在以上數(shù)據(jù)及結(jié)論的根底上，作者引用PMV預(yù)測平均評(píng)價(jià)作為評(píng)價(jià)系統(tǒng)熱舒適性的指標(biāo)，并根據(jù)“PMV絕對(duì)值越大，越有利于評(píng)價(jià)空調(diào)系統(tǒng)創(chuàng)造的熱環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)得出結(jié)論，即在辦公桌平面以上的空間內(nèi)個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的熱舒適性更好。到此為止，作者只是提出個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)在辦公桌面以上的空間內(nèi)能創(chuàng)造較好的熱舒適環(huán)境，并沒有進(jìn)一步追究哪一局部的熱舒適環(huán)境對(duì)人體的周身熱舒適影響更大。針對(duì)這一點(diǎn)，后人做了進(jìn)一步的研究。曾有人通過實(shí)驗(yàn)研究證

18、明，在溫度較高的環(huán)境中，頭部和雙手的舒適將極大程度影響人的周身熱舒適；而在溫度較低的環(huán)境中，保證雙手和雙腳的舒適是維持周身熱舒適的決定因素12。因此，個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)該將控制點(diǎn)進(jìn)一步集中在這些影響人體周身熱舒適的關(guān)鍵部位，以此來有效提高室內(nèi)的熱舒適性。Hui Zhang和E. Arens等人就曾設(shè)計(jì)出一套概念式個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)的末端設(shè)備由以下局部組成：在溫度較低的條件下用導(dǎo)熱式暖手器和輻射式暖足器溫暖手足，在溫度較高的條件下借助頭部通風(fēng)裝置利用氣流的運(yùn)動(dòng)涼爽頭部，再用手部制冷裝置涼爽雙手。實(shí)驗(yàn)參與者在測試中進(jìn)行多種性質(zhì)的腦力勞動(dòng)，包括邏輯思考、智力行為和敏捷性活動(dòng)等13。評(píng)價(jià)個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，

19、用到的主觀性指標(biāo)不僅包括熱舒適性，還包括周身熱感覺、人員對(duì)熱環(huán)境的接受性、工作表現(xiàn)、可感知空氣品質(zhì)、眼部干澀引起的不適感、個(gè)人偏好的氣流運(yùn)動(dòng)形式和身體各部位溫度。其中，關(guān)于人員對(duì)熱環(huán)境的接受性的分析是以周身熱舒適性和周身熱感覺為依據(jù)的，結(jié)果說明當(dāng)室內(nèi)人員處于輕微不舒適-0.5及其以上的熱舒適區(qū)間內(nèi)時(shí)，這套系統(tǒng)所創(chuàng)造的熱環(huán)境是能夠被接受的。同時(shí)，當(dāng)室內(nèi)人員的熱感覺處于暖+2、涼-2之間時(shí)，也可認(rèn)為相應(yīng)的熱環(huán)境是可以接受的。Zhang和Zhao也曾做過類似的研究，他們將個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的控制重點(diǎn)放在人體的臉部、胸部和背部上，結(jié)果以同樣的舒適性、熱感覺標(biāo)準(zhǔn)作為尺度，他們的系統(tǒng)需要將室內(nèi)人員的熱舒適狀態(tài)維

20、持在-0.14以上才能使熱環(huán)境到達(dá)被接受水平14?？梢娫谶@個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)上，前者所提出的控制方法更有優(yōu)勢。另外，可感知空氣品質(zhì)作為一種主觀感覺指標(biāo)，不同于以室內(nèi)空氣成分和濃度為標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)空氣品質(zhì)指標(biāo)。研究人員從空氣流動(dòng)的角度去衡量可感知空氣品質(zhì)，他們得出的結(jié)論是：通過改善空氣流動(dòng)可以在很大程度上提高可感知空氣品質(zhì)，即便使用的是重復(fù)循環(huán)的空氣。有數(shù)據(jù)顯示維持人體周圍的送風(fēng)風(fēng)速在1m/s時(shí)，其對(duì)于可感知空氣品質(zhì)的影響相當(dāng)于將室內(nèi)溫度由28或30降到24.5。但是現(xiàn)階段尚不清楚空氣流動(dòng)影響可感知空氣品質(zhì)的物理機(jī)理，有人曾提出空氣流動(dòng)會(huì)擾亂人體周圍的熱羽流?？梢?，個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)在熱舒適性方面確實(shí)較傳統(tǒng)的空調(diào)

21、系統(tǒng)有較大的優(yōu)勢，它更關(guān)注細(xì)節(jié)上的處理。無論是人體不同部位對(duì)周身熱舒適的影響，還是用來評(píng)價(jià)個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的越來越周密的各種主觀性標(biāo)準(zhǔn)，都表達(dá)了這一點(diǎn)。4 個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的通風(fēng)效率性能評(píng)價(jià)所謂通風(fēng)，是指把建筑物室內(nèi)污濁的空氣直接或凈化后排至室外，再把新鮮的空氣補(bǔ)充進(jìn)來，從而保持室內(nèi)的空氣環(huán)境符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。因此，建筑內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的通風(fēng)性能往往是決定建筑內(nèi)人員健康和舒適的重要因素。傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)有的采用混合式送風(fēng)形式，充分混合后的空氣很難防止受到污染；而個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的一個(gè)重要特性就是能夠?qū)y帶新風(fēng)的空氣直接送至人員工作區(qū)，最低限度地降低與含污染物的空氣的摻混，并用較小的送風(fēng)量提高微環(huán)境內(nèi)人員感受到的空氣品質(zhì)

22、。針對(duì)早期辦公建筑內(nèi)常用的工作臺(tái)式個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)，曾有人做過大量研究。這種將送風(fēng)口設(shè)在桌面附近或是工作臺(tái)隔墻上的個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)，在提升人員呼吸區(qū)內(nèi)通風(fēng)效果上有著極大的技術(shù)潛力。David Faulkner等人就曾經(jīng)提出用通風(fēng)效率的方法評(píng)價(jià)此套系統(tǒng)的通風(fēng)效果，他們提出兩個(gè)相關(guān)概念：換氣有效性和污染物移除效率。15前者的定義中涉及空氣齡的概念，即排風(fēng)空氣齡空氣完全混合時(shí)與人員呼吸區(qū)空氣齡的比值。而所謂污染物移除效率，指的是排風(fēng)中污染物的時(shí)均濃度與人員呼吸區(qū)污染物時(shí)均濃度之比，并且可以看出，后者在指示通風(fēng)系統(tǒng)對(duì)人員接觸到的于室內(nèi)產(chǎn)生的污染物濃度的控制有效性上，無疑更有說服力。實(shí)驗(yàn)中用到的測量通風(fēng)效率的方

23、法是示蹤氣體監(jiān)測法。結(jié)果顯示，此類個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)在通風(fēng)效率上有著極高的性能，兩個(gè)相關(guān)參數(shù)都能夠大于1。而且在與之前的一些相關(guān)研究比照后，作者發(fā)現(xiàn)對(duì)于工作臺(tái)式個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)，在確保高通風(fēng)效率上采用水平流送風(fēng)方式比垂直流送風(fēng)方式更好，因?yàn)榇怪睔饬髑闆r中人的頭部必須準(zhǔn)確位于垂直送風(fēng)流場中，一旦偏離通風(fēng)效率值就無法得到很好的保證，這是極不現(xiàn)實(shí)的。隨著個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)理論研究的深入，研究人員發(fā)現(xiàn)這類系統(tǒng)的通風(fēng)性能與其配套使用的末端送風(fēng)裝置有著極大的關(guān)聯(lián)。如果個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)中的末端送風(fēng)裝置能夠產(chǎn)生足夠的通風(fēng)有效性，那么對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的性能優(yōu)化大有裨益。與此同時(shí)，個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)的通風(fēng)性能評(píng)價(jià)方式也發(fā)生了變化，更多地關(guān)注室

24、內(nèi)人員吸入的空氣中由個(gè)性通風(fēng)系統(tǒng)處理的空氣所占比例是多少，并在此根底上提出了相應(yīng)的新概念。有人曾經(jīng)在實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下比照過幾種常見的不同形式的末端送風(fēng)裝置，包括：移動(dòng)式控制板、計(jì)算機(jī)顯示屏控制板、垂直式桌面格柵、水平式桌面格柵以及美國開發(fā)的“個(gè)性化環(huán)境單元或稱PEM。他們提出一個(gè)全新的評(píng)價(jià)通風(fēng)效果的概念個(gè)人暴露率，指的是經(jīng)由個(gè)性通風(fēng)系統(tǒng)處理的空氣量占呼吸空氣總量的百分比。16由于經(jīng)個(gè)性通風(fēng)系統(tǒng)處理的空氣所含新風(fēng)比例極大，因此這個(gè)指數(shù)越大，說明人員所吸入空氣的空氣品質(zhì)越好。測試結(jié)果顯示，在個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)小送風(fēng)量的要求下，垂直式桌面格柵能到達(dá)的個(gè)人暴露率數(shù)值最高，即通風(fēng)效果最好。此外，對(duì)于任何一種末端送風(fēng)

25、裝置而言，其個(gè)人暴露率總是要在送風(fēng)量到達(dá)一定值之后才開始增加，而后在送風(fēng)量到達(dá)某個(gè)區(qū)間之后，這個(gè)指數(shù)便不再顯著變化。這是因?yàn)槿梭w與其周圍環(huán)境存在溫度差，繼而引起自然對(duì)流現(xiàn)象，在人體外表形成空氣流動(dòng)層。個(gè)性通風(fēng)系統(tǒng)的送風(fēng)必須穿過這層流動(dòng)層才能發(fā)揮作用，以致個(gè)人暴露率隨風(fēng)量增加而迅速增加，見下列圖。圖2 不同送風(fēng)末端裝置的個(gè)人暴露率與氣流量之間的關(guān)系165 結(jié)論個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)作為一種局部式空調(diào)系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的集中式中央空調(diào)系統(tǒng)相比，在能耗、通風(fēng)效率以及室內(nèi)人員舒適度等方面都具有自身的優(yōu)勢和特點(diǎn)。而且在民航客機(jī)，高速列車等人員密集的封閉空間中，個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)也已經(jīng)開始嶄露頭角?？梢韵胂?，在當(dāng)今建筑日趨智能

26、化和低能耗的開展模式下，個(gè)體空調(diào)系統(tǒng)必將有著廣闊的開展前景。參考文獻(xiàn)1Cho S H, Kim W T, and Zaheer-uddin M. Thermal characteristics of a personal environment module task air conditioning system: an experimental study. Energy Conversion and Management, 2001. 42(8): p. 1023-1031.2Bauman F and Arens E. Task/ambient conditioning systems:

27、 engineering and application guidelines nal report. 1996.3.Amai H, et al. Thermal sensation and comfort with different task conditioning systems. Building and Environment, 2007. 42(12): p. 3955-3964.4Schiavon S, Melikov A K and Sekhar C. Energy analysis of the personalized ventilation system in hot

28、and humid climates. Energy and Buildings, 2021.5Seem J E and Braun J E. The impact of personal environmental control on building energy use. ASHRAE Transactions, 1992: p. 903-909.6Sekhar C, et al. Findings of personalized ventilation studies in a hot and humid climate. HVAC&R Research, 2005: p. 603-620.7Schiavon S and Melikov A K. Energy-saving strategies with personalized ventilation in cold climates. Energy and Buildings, 2021. 41(5): p. 543-550.8Huizenga C, et al. Air quality and thermal comfort in ofce