做被动房必须要懂的知识：热舒适性

人类一直致力于创建一种热舒适环境。从古至今，热舒适环境在建筑物设计、建造中的最重要的参数之一。与舒适度相关的研究从未停止过：从早期的通过对仪器的直接观测结果评价舒适度到经验模型的建立，进而进入了机理模型时代。

早期观测包括了对气温、湿球温度、黑球温度及卡他度的观测，最具代表性的是1916年由英国Hill爵士提出的卡他度。

经验模型时代

经验模型的典型标志是以人的主观感受或生理反应作为评价依据。

1923年Houghton和Yaglou确定了包括温度和湿度两个变量的裸衣男子的等舒适线，并由此提出了以受试者对冷暖的主观感受作为评价依据的有效温度指数ET（Effective Temperature Index），1932年，Vemon和Wamer使用黑球温度代替干球温度对热辐射进行了修正，进而产生了修正有效温度CET（CorrectedEffective Temperature）。

2000年，Li和Chan又将风速考虑进来, 并根据香港实际情况对经典ET公式进行修正, 提出了“净有效温度”NET（Net Effective Temperature）。

适用于热环境的人体舒适性模型有1947年由McArdle提出的预计4小时排汗率模型P4SR（Predicted Four Hour Sweat Rate）、1957年美国海军为了防止军事训练中的热损伤事故而提出的湿、黑球温度指数WBGT（Wet Bulb GlobeTemperature）及1959年美国国家气象局thorn提出的不舒适指数DI（Discomfort Index）等。

Siple和Passel于1945年提出的风寒指数WCI（Wind Chill Index）及修正后自2001年被美国国家气象局采用的“新风寒等效温度”则是应用于寒冷环境中舒适性经验模型的代表。

机理模型时代

早在1938年, Buettner就已经意识到合理的人体舒适度模型必须以人体热交换机制为基础，综合考虑环境因素、人体代谢、呼吸散热及服装热阻等各种因素的影响，由于模型的复杂性，直至十九世纪六十年代舒适度的机理模型才得以随着生物气象学和计算机技术的发展逐渐得以建立。

所有人体热平衡模型都可概括为：

即关于人体能量代谢M、人体对外做功W、人体与环境辐射换热R及对流换热C、体液蒸发（无排汗）E_D、呼吸换热E_Res、和汗液蒸发E_Sw与人体蓄热S间的能量守恒关系。

基于热舒适机理模型的主要评价体系有1970年由丹麦学者范格教授提出的热舒适方程和PMV/PPD评价系统、基于慕尼黑人体热量平衡模型MEMI（Munich Energy Balance Model for Individuals）生理等效温度PET指标（Physiological Equivalent Temperature）及近年来在世界气象组织（WMO）气候学委员会的倡导之下, 由欧洲科学与技术合作计划730号行动建立的基于多结点模型的通用热气候指数UTCI（Universal Thermal Climate Index）等。

其中范格热舒适方程PMV/PPD评价系统为现行的热舒适度标准ISO7730及ASHRAE55的基本蓝本。

当人体内产生的热量与其所释放的热量达到平衡时，热舒适性得到满足，最佳的热舒适度随之被达成。依据于此，范格热舒适方程建立了运动、服装和确定环境温度诸因素间的相对关系。

1  范格热舒适方程与PMV /PPD评价指标

丹麦学者范格教授1970年提出了满足人体舒适状态的三个必要条件,即人体的热平衡、舒适的皮肤温度及最佳排汗率，并据此建立了人体热舒适度方程。热舒适方程建立了人体代谢率、人体对外做功、体表散热、排汗散热及呼吸散热之间的基本关系，基本的范格方程由公式23给出。

式中

ΔS——人体的热平衡差

M——人体的代谢率

W——人体对外做功耗能

R——着装人体外表面的辐射散热

C——着装人体外表面的对流散热

ESw——排汗散热

ED——体液蒸发

CRes——呼吸潜热

ERes——呼吸显热

在范格热舒适方程基础上所建立的预测平均投票数PMV（Predicted Mean Vote）及预计不满意者占比PPD（Predicted Percentage of Dissatisfied）指标体系对室内热环境舒适度，特别是身着轻便服装、坐姿为主的人群具有较好的适用性，但对于室外热环境来说，PMV/PPD指标体系的评价结果与实际存在较大偏差。

2  MEMI模型与PET指标

与稳态的PMV模型不同，MEMI模型假设人体内部热量是通过血液循环带至体表。因此，在MEMI模型中体表温度是模型的计算结果而非假设，出汗率也被表示为人体温度和体表温度的函数。MEMI模型可表示为公式24。

式中

H——人体产热量

C——对流散热

R——辐射散热

ED——体液蒸发扩散

ERes——呼吸显热

CRes——呼吸潜热

ES——排汗散热

EF——进食、排泄引起的热交换

S——体热积蓄

在此基础上，生理等效温度PET综合考虑了主要气象参数、活动、衣着以及个体参数对舒适度的影响。较之PMV模型更为全面、深入的考虑了各项因素的影响。PET指标在室外环境相关的评价和研究中被大量使用。

3  小结

范格的热舒适方程和PMV/PPD对室内舒适度的评价具有较好的适用性，MEMI模型及PET指标则被广泛应用于室外热舒适环境中。除此之外，具有一定影响的热舒适评价体系还有由美国耶鲁大学Pierce研究所提出的新有效温度ET*及基于传热物理过程分析的标准有效温度SET（Standard Effective Tempreture）。

本文摘自建学丛书增刊《被动式建筑（被动房）》，绿色建筑研习社已取得本书连载授权，转载必究。建学建筑与工程设计所有限公司致力于绿建及超低能耗建筑设计，现已建成和在建PHI认证标准项目共4项。