集装箱活动房热舒适性的影响因素及评价指标(1)

2013年7月6日

摘要本文对影响集装箱活动房室内舒适度的因素做了详尽阐述，影响人体舒适度的因素不仅仅和室内空气温度、湿度、流速、清新度等微气候条件有关，还与辐射因素及人体自身因素有关。对集装箱活动房室内舒适性的评价方法加以阐述，提出PMV和PPD评价方法并对活动房室内设计参数加以界定。在不影响活动房室内舒适性的前提下，提出了一些节能措施。

关键词 集装箱活动房；舒适性；PMV&PPD指标；节能

某些严寒地区有着丰富的矿产资源，对这些地区的开发，具有重要的科研考察、能源开采和战略意义。根据科学考察、军队以及矿物开采人员流动性大、工作场所和时间不固定的特点，他们入住的最佳方案就是采用集装箱活动房。工作人员的健康、工作能力及效率极大程度上取决于集装箱活动房室内的舒适状况。人体的热感觉与舒适感不可混为一谈，舒适感具有更广泛的意义，它不仅包含了人体的热感觉，还与活动房室内的壁面温度、空气温度、相对湿度、气流速度、空气品质等因素相关。

寒冷地区集装箱活动房的室内工况一般是由供暖系统加以维持的，并采用通风设备来保证室内空气品质，只有在少数情况下才配之以空调系统，来满足工作人员对活动地区所必须的温度、空气新鲜度等的需求。鉴于该地区的室外环境的特殊性，室内与环境的温差较大，墙体保温层具有更高的要求，为了保障工作人员在这样的环境中正常的工作和休息，研究其室内舒适性具有重要的意义。

1 影响集装箱活动房舒适性的因素

ASHRAE55-92标准将人体的舒适性定义为人对周围环境表示满意的程度，是通过研究人对周围环境的主观反映来确定人体舒适环境参数的最佳范围及允许范围的。集装箱活动房室内空气的基本参数主要是根据人体舒适感要求来确定，对人体舒适性的研究涉及到集装箱活动房的箱体结构、材质及围护结构的保温、人体热调节机理的生理学和心理学等学科，影响人体舒适性的环境参数主要有空气温度、气流速度、空气清新度、空气的相对湿度及平均辐射温度等因素。本文主要从以下因素分别阐述。

1.1 室内微气候与舒适性

在这些寒冷地区特殊的环境条件下，对人体舒适感影响最大的是集装箱活动房的室内微气候指标，主要是指室内空气温度、气流速度、空气相对湿度及空气清新度。集装箱活动房室内微气候环境质量的高低对工作人员的身体健康、生活水平、工作学习效率将产生重大影响，营造一个舒适的集装箱活动房室内微气候环境旨在保证人的正常生活和工作，维护人体的健康。集装箱活动房设计室内温度、相对湿度、换气次数、墙体围护结构及保温性能，按照《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005、《民用建筑热工设计规范》GB50l76-93及《Structure Requirements for Mobile Homes》CAN/CSA-Z240.2.1-92设计。

集装箱活动房室内气温是表征室内微气候环境的主要指标，它的高低影响人的冷热感。室内空气温度指室内空气的干球温度，它直接影响人体通过对流及辐射的热交换，在水蒸气分压力不变的情况下，空气温度较低，人体皮下微血管会收缩，皮肤温度降低，人在集装箱活动房中就会有冷的感觉，人体对气温的感觉很灵敏，通过机体的冷热感受可以对环境的冷热程度做出判断。

空气相对湿度直接影响人体皮肤表面的蒸发散热，从而影响人体的舒适感。寒冷地区活动房室内微气候气温相对于人体温度而言较低，人体皮肤比较干燥，人体蒸发散热率不仅受汗液分泌率的限制，同时也受空气蒸发率的影响，此时，空气相对湿度高时，可以维持人体水分平衡，提高人体舒适度。但是鉴于围护结构壁面冷桥影响，避免在墙体壁面因低于空气对应的机器露点而出现结露现象，集装箱活动房室内相对湿度不易过高，维持在65%以下为宜。

室内空气的流动影响人体的对流换热和蒸发换热，同时也促进室内空气的更新。当室内空气流动性较低时，室内环境中的空气得不到有效的通风换气，各种有害气体不能得以及时排出到室外，造成室内空气质量恶化，工作人员在室内生活中所排出的各种微生物相对聚集在空气中或在某些角落大量增生致使室内空气质量进一步恶化。

1.2 热辐射与舒适性

活动房围护结构表面的热辐射对于人体的舒适性的影响也很重要。集装箱活动房在寒冷地区主要是采用供热模式来调节室内温度的，在供热条件下，提高围护结构内表面的温度有助于改善热舒适性。对于边界条件下的集装箱活动房而言，其对于壁温的调节是通过空气与墙面的对流换热间接实现的。一般室内气温在供热系统启动后很快就会达到预定温度，但是围护结构的表面温度却远远滞后于气温的变化，使人产生辐射冷感。这是因为相对空气的热容量而言，墙体的热容量太大了。集装箱活动房一般采取先提高预设温度，延长预热时间的方法来提高室内墙体的内表面温度，从而减少辐射冷感。

为了研究空气温度、相对湿度及气体流速和墙体内表面热辐射对人体舒适性的综合影响，这里引入有效温度的概念。它是美国霍顿(Hougtan)等，1923-1925年为研究空调建筑中湿度对人舒适的影响而提出的，为考虑环境中辐射对人体的影响，用黑球温度代替干球温度来修正原有效温度指标，称为修正有效温度(ET)，它在数值上等于产生相同感觉的静止饱和空气的温度。空气温度、相对湿度及有效温度的对应关系如图1所示，鉴于集装箱活动房使用场所的特殊性，一般这里选择室内温度为20℃，相对湿度为60%，按照设计标准，室内壁面温度与室内环境温度温差控制在3℃以内，人体舒适感较好。

集装箱活动房有效温度曲线

图1 集装箱活动房有效温度曲线

1.3 室内空气品质与舒适性

集装箱活动房是一个封闭的环境，室内空气的品质与舒适性有着本质的、密切的关联。室内空气的温湿度影响着人体的感觉，室内气流分布状况及流场的均匀性影响室内空气的整体品质。合理的送回风方式及空气流动形式有助于排出室内污浊物、尘埃，降低室内污浊气体的浓度，除湿降热，营造舒适的室内环境。

鉴于集装箱活动房室内空间狭小及单元之间相互独立的特点，按照标准设计要求及节能方面的考虑，在后墙设有排风扇，根据需要对房间内换气。按照《公共建筑节能设计标准》，寒冷地区集装箱活动房的新风量一般选择为不高于10m³/(h•p)。

1.4 人体因素与舒适性

人体舒适程度还和人自身因素，如人的衣着、活动量、人体代谢等有关。寒冷地区室外温度较低，南北极及阿拉斯加、西伯利亚地区最冷季节温度可低达-50℃，工作人员一般都要穿很厚的保暖衣服，其热阻在0.23m²•K/w(1.50Clo)以上，人体能量代谢率在69.8W/m²(l.2met)左右，其对应的最舒适工作温度17℃。然而在实际设计和运行中，将温度普遍设置在20℃以上，其结果将导致衣服表面温度与环境的温差就很小，人体热量散发也就很小，人就会有燥热的感觉。所以集装箱活动房的室内温度尽量不要超过20℃。

寒冷地区集装箱活动房最舒适工作温度曲线

图2 寒冷地区集装箱活动房最舒适工作温度曲线

2 舒适性的评价指标

集装箱活动房是近年的新兴产物，在该领域的相关研究并不是很多，本文对集装箱活动房的舒适性研究采用了目前使用较为广泛的建筑物舒适性的评价指标，即引用了预期平均评价率PMV(predicted mean vote)和PPD(predicted Percent of dissatisfied)作为集装箱活动房舒适性的评价指标。这一概念是丹麦技术大学教授FANGER提出的，在实验时，FANGER制定了三个舒适条件：第一个条件是人体必须处于热平衡状态，以便使人体对环境的散热量等于人体体内产生的热量；第二个条件是皮肤平均温度应具有与舒适相适应的水平；第三个条件是人体应具有最佳的排汗率，排汗率也是新陈代谢的函数。随后，FANGER得出了热平衡方程的每一个量的表达式。将热平衡方程与其他两个舒适条件组合起来就得到了著名的舒适方程。

集装箱活动房PMV方程