PMV热舒适模型的定义和产生.doc

1、PMV 热 舒 适 模 型 的 定 义 和 产 生PMV 的 定 义PMV 英 文 全 称 为 Predicted Mean Vote ， 即 预 测 平 均 投 票 数 。 PMV 值是 丹 麦 的 范 格 尔 (P.O.Fanger)教 授 提 出 的 表 征 人 体 热 反 应 （ 冷 热 感 ） 的 评 价指 标 ， 代 表 了 同 一 环 境 中 大 多 数 人 的 冷 热 感 觉 的 平 均 。 PMV-PDD 热 舒 适 模型 是 人 体 体 温 调 节 最 早 的 数 学 模 型 为 ， 该 模 型 提 出 的 指 标 表 示 大 多 数 人 对 热环 境 的 平 均 投 票

2、值 ， 其 有 七 级 感 觉 ， 即 冷 （ -3） 、 凉 （ -2） 、 稍 凉 （ -1） 、中 性 （ 0） 、 稍 暖 （ 1） 、 暖 （ 2） 、 热 （ 3） 。 PMV = 0 时 意 味 着 室 内 热 环 境 为 最 佳 热 舒 适 状 态 。 ISO7730 对 PMV 的 推 荐 值为 PMV 值 在 = -0.5 +0.5 之 间 。 PMV 指 数 可 通 过 估 算 人 体 活 动 的 代 谢 率 及服 装 的 隔 热 值 获 得 ， 同 时 还 需 有 以 下 的 环 境 参 数 ： 空 气 温 度 、 平 均 辐 射 温 度 、相 对 空 气 流 速 及

3、空 气 湿 度 。 PMV 指 数 是 根 据 人 体 热 平 衡 计 算 的 。 当 人 体 内 部产 生 的 热 等 于 在 环 境 中 散 失 的 热 量 时 ， 人 处 于 热 平 衡 状 态 。 但 是 PMV-PDD的 局 限 于 人 在 稳 定 状 态 下 的 评 价 ,且 对 人 体 的 体 温 进 行 整 体 的 描 述 ,不 够 准确 。 PMV 的 产 生PMV 热 舒 适 模 型 是 基 于 体 温 调 节 和 热 平 衡 理 论 得 出 的 。 根 据 这 些 理 论 , 人 体 通 过 生 理 过 程 , 如 出 汗 、 打 冷 颤 和 调 节 皮 肤 血 流 量

4、等 , 来 保 持 新 陈 代谢 产 热 量 和 身 体 失 热 量 的 平 衡 。 保 持 热 平 衡 是 达 到 热 中 性 感 觉 的 首 要 条 件 , Fanger 认 为 人 体 的 体 温 调 节 是 非 常 高 效 的 , 即 便 在 不 舒 适 的 环 境 中 , 人体 也 能 在 较 大 的 环 境 参 数 变 化 范 围 内 达 到 热 平 衡 。 为 了 预 测 出 热 中 性 感 觉 , Fanger 研 究 了 人 体 接 近 热 中 性 时 的 生 理 过 程 , 认 为 此 时 影 响 热 平 衡 生 理 过 程 的 只 有 出 汗 率 和 平 均 皮 肤 温

5、度 , 并 取 决 于 人体 的 运 动 水 平 。 他 根 据 McNall, 等 的 研 究 数 据 推 导 了 运 动 水 平 和 出 汗 率 之间 的 线 性 关 系 , 该 线 性 关 系 根 据 183 位 受 试 人 员 在 给 定 运 动 水 平 下 感 觉 处于 热 中 性 时 的 投 票 得 到 的 。 Fanger 还 对 20 位 受 试 人 员 在 4 种 运 动 水 平 ( 静 坐 、 低 运 动 水 平 、 中 等 运 动 水 平 和 较 高 运 动 水 平 ) 下 的 皮 肤 温 度 进 行 了测 试 , 得 到 了 皮 肤 温 度 和 运 动 水 平 的 线

6、性 关 系 , 实 验 是 在 McNall,等 研 究得 到 的 热 中 性 条 件 下 进 行 的 , 并 没 有 让 受 试 人 员 直 接 进 行 热 舒 适 的 投 票 测 试 , 这 也 使 得 一 些 人 对 PMV 热 舒 适 模 型 的 公 式 提 出 了 疑 问 。 Fanger 将 上 述 2 个 线 性 关 系 式 代 入 热 平 衡 方 程 , 得 到 了 舒 适 方 程 。 该 方 程 表 述 了 6 个 影响 变 量 在 人 体 处 于 热 中 性 时 的 关 系 。 舒 适 方 程 仅 预 测 了 人 员 感 到 热 中 性 时 的 情 况 ， 而 实 际 应

7、用 中 人 员 感 觉 不是 中 性 时 的 情 况 也 很 重 要 。 Fanger 将 Nevins 和 McNall, 等 的 研 究 与 自 己 的 研 究 结 合 起 来 , 根据 总 计 1 396 位 受 试 人 员 构 成 的 数 据 扩 展 了 舒 适 方 程 ， 如 下 。 实 验 得 出 的 4 种 新 陈 代 谢 率 下 的 热 感 觉 数 据 进 行 曲 线 回 归 分 析 ， 得 到曲 线 方 程 1 PMV =(0.303*exp( -0.036M)+0.0275)Q 1 其 中 M 为 人 体 新 陈 代 谢 率 ， Q 为 热 舒 适 系 统 的 能 量 传

8、输 率 ， 这 一 项 是 有人 体 热 平 衡 方 程 得 出 。 该 方 程 描 述 了 给 定 热 环 境 下 , 人 体 处 于 一 定 运 动 水 平 时 的 实 际 散 热 量 和达 到 最 佳 舒 适 ( 热 中 性 ) 所 需 的 散 热 量 的 差 值 。 该 扩 展 方 程 将 热 环 境 和ASHRAE 的 7 点 热 感 觉 等 级 联 系 在 一 起 , 成 为 PMV 指 标 。 PMV-PDD 评 价 指 标PMV 指 标 代 表 了 同 一 环 境 下 绝 大 多 数 人 的 热 感 觉 , 但 人 与 人 之 间 存 在生 理 差 别 ,PMV 指 标 并 不

9、 一 定 能 够 代 表 所 有 人 的 感 觉 。 因 此 Fanger 又 提 出了 预 测 不 满 意 百 分 比 PPD 指 标 来 表 示 人 群 对 热 环 境 不 满 意 的 百 分 数 , 并 用概 率 分 析 方 法 , 给 出 了 PMV 与 PPD 之 间 的 定 量 关 系 。 Fanger 教 授 根 据pmv 指 标 统 计 了 大 量 的 数 据 并 制 成 了 表 格 ， 由 这 些 数 据 推 演 出 PDD 指 标 ，两 者 合 称 PMV-PDD 评 价 指 标 。 PDD 英 文 全 称 为 (Predicted Percentage of Dissat

10、isfied） 即 为 预 测不 满 意 百 分 数 。 其 公 式 为 ： PPD = 100-95exp -( 0.03353PMV+0.2179)PMV 2 由 于 PMV 的 最 初 实 验 对 象 是 西 方 国 家 的 1396 受 试 者 ， Fanger 教 授在 最 近 的 文 献 中 指 出 ， 针 对 不 同 国 家 和 气 候 ， 应 分 别 乘 以 0.5 1.0 的 修正 系 数 ， 对 于 中 国 ， 这 一 系 数 应 为 0.7。 由 于 中 国 人 与 欧 美 人 的 体 格 不 同 、经 济 文 化 背 景 与 生 活 习 俗 不 同 ， 所 以 对 环

11、境 热 舒 适 的 要 求 不 同 ， 对 热 环 境 的接 受 程 度 会 存 在 差 异 。 有 研 究 认 为 中 国 人 对 环 境 的 接 受 度 比 欧 美 人 相 对 较 高 。我 国 现 有 采 暖 通 风 与 空 气 调 节 设 计 规 范 （ 以 下 简 称 “规 范 ”） 规 定 ：采 暖 与 空 气 调 节 室 内 的 热 舒 适 性 应 按 照 中 等 热 环 境 PMV 和 PPD 指 数 的 测定 及 热 舒 适 条 件 的 规 定 （ GB/T 18049-2000） ， 采 用 预 计 的 平 均 热 感 觉 指数 （ PMV） 和 预 计 不 满 意 者 的

12、 百 分 率 （ PPD） 评 价 ， 其 值 宜 为 ： -1 PMV +1， PPD 27%。 编 辑 本 段 PMV-PDD 的 应 用一 般 ， 办 公 建 筑 安 装 空 调 系 统 的 主 要 目 的 是 为 室 内 人 员 创 造 舒 适 的 热 环境 。 美 国 采 暖 制 冷 与 空 调 工 程 师 学 会 ASHRAE 标 准 55 和 国 际 标 准 化 组 织 ISO 标 准 7730 中 规 定 了 能 够让 大 多 数 人 感 到 满 意 的 空 气 温 度 范 围 这 些 标 准 的 主 要 依 据 是 丹 麦 的 Fanger 教 授 及 其 同 事 在 实 验

13、 研 究 基 础 上 得 到 的 人 体 热 舒 适 模 型 , 即 PMV 热 舒 适 模型 。 该 模 型 综 合 了 人 体 变 量 和 环 境 变 量 中 6 个 影 响 人 体 热 舒 适 的 因 素 , 其采 用 的 PMV 指 标 是 迄 今 为 止 最 全 面 的 评 价 热 环 境 的 指 标 。 编 辑 本 段 对 PMV 热 舒 适 模 型 的 理 论 思 考在 评 价 PMV 热 舒 适 模 型 之 前 , 应 注 意 其 应 用 时 的 一 些 理 论 问 题 。 首 先 , PMV 是 用 来 预 测 大 量 人 群 的 平 均 热 感 觉 的 , 想 让 所 有

14、人 都 满 意 是 不 现 实 的 。在 人 群 中 个 体 之 间 对 最 佳 热 环 境 的 需 求 相 差 可 达 1.15 , 或 者 相 当 于AHSHRAE 热 感 觉 的 1 个 等 级 。 在 PMV 热 舒 适 模 型 确 定 的 热 中 性 温 度 下 ,PPD 指 标 表 明 仍 有 5% 的 人 感 觉 不 满 意 。 其 次 , 热 感 觉 和 热 舒 适 的 内 容 都是 无 法 测 量 的 , 只 能 通 过 问 卷 的 方 式 了 解 受 试 者 对 环 境 的 主 观 反 应 , 需 要受 试 者 按 某 种 等 级 标 准 来 描 述 其 热 感 觉 和 热

15、 舒 适 。 PMV 热 舒 适 模 型 是 在 测试 人 的 热 感 觉 基 础 上 建 立 的 。 从 概 念 上 讲 , 热 感 觉 和 热 舒 适 、 热 满 意 度 、 热 接 受 度 以 及 热 期 望 等 测 试 内容 是 不 同 的 。 王 昭 俊 , 等 对 哈 尔 滨 市 居 民 与 高 校 教 室 的 现 场 研 究 也 表 明 热 感觉 和 热 舒 适 是 2 个 不 同 概 念 , 影 响 热 舒 适 的 因 素 要 比 热 感 觉 多 。 热 感 觉仅 仅 测 试 人 员 感 觉 到 的 空 气 温 度 情 况 , 而 其 它 的 测 试 内 容 还 要 求 人 员

16、 评 价空 气 温 度 的 适 宜 性 。 比 如 Paciuk 和 Becker 发 现 在 自 然 通 风 的 住 宅 中 , 居 住 者 的 热 感 觉 投 票 值 在 1 之 间 , 而 接 近 一 半 的 人 认 为 不 舒 适 ; Schiller 发 现 27% 39%的 办 公 人 员 觉 得 热 环 境 较 舒 适 或 非 常 舒 适 , 但 热感 觉 投 票 值 却 是 -3、 -2、 + 2 或 + 3 等 极 端 情 况 ;Brager, 等 的 研 究 发 现11% 36%的 办 公 建 筑 中 的 人 员 对 热 感 觉 的 投 票 值 为 0( 热 中 性 感 觉

17、 ) , 但同 时 又 期 望 环 境 更 暖 和 或 更 凉 快 些 , 研 究 者 还 发 现 那 些 热 感 觉 投 票 值 为 -3、 -2、 + 2 或 + 3 的 人 , 有 3% 50% 并 不 想 改 变 环 境 温 度 , 而 有 3% 66% 的 人 感 觉 较 舒 服 。 总 之 , 以 上 几 种 测 试 内 容 可 能 有 重 叠 区 , 但 其 评 价 内 容 不 是 等 效 的 , 影 响 热 舒 适 的 因 素 要 比 热 感 觉 的 多 。 因 此 建 立 在 热 感 觉 测 试 基 础 上 的 PMV 热 舒 适 模 型 在 评 价 热 舒 适时 , 可 能

18、 会 有 其 局 限 性 。 编 辑 本 段 PMV-PDD 模 型 的 准 确 性自 PMV 热 舒 适 模 型 提 出 以 来 , 已 经 进 行 了 大 量 的 热 舒 适 研 究 , 包 括 实验 研 究 和 现 场 研 究 。 有 些 实 验 研 究 结 果 和 PMV 热 舒 适 模 型 预 测 结 果 吻 合 较 好 ,而 有 些 则 和 预 测 值有 较 大 偏 差 。 一 般 在 现 场 研 究 中 的 实 际 热 感 觉 与 PMV 热 舒 适 模 型 的 预 测 更容 易 有 偏 差 的 。 但 是 ， 作 为 迄 今 为 止 最 全 面 的 评 价 热 环 境 的 指 标 ， 仍 然 大 量用 于 建 筑 等 舒 适 性 评 价 方 面 。