空气质量与热舒适度

空调客车的空气品质与热舒适室内空气品质和热舒适简介室内环境品质(mQ)如声、光、热环境及室内空气品质(IAQ)对人的身心健康、舒适感及工作效率都会产生直接的影响。在上述诸多影响因素中，室内空气品质和热环境因素对人的影响尤为显著。20世纪70年代，由于世界能源危机的出现，建筑物加强了气密性，减少了通风量，加上有机合成材料在室内装饰及设备用具方面的广泛应用，致使室内挥发性有机化合物(VOC)气体大量散发，严重恶化了室内空气品质，出现了“病态建筑综合症”。影响空气品质的主要参数有：室内污染物浓度分布、空气年龄。最全面的评价热舒适的指标是Fanger提出的热舒适评价指标——预期平均评价(P^)和预期不满意百分率(PPD)指标。该指标综合了空气温度、平均辐射温度、空气流速、空气湿度、人体新陈代谢率及服装热阻六个因素。随后又提出了由风速引起的不满意百分率(肋)指标。数值计算由于可任意设置条件和再现计算结果已广泛应用于通风空调中，室内温度、速度分布和室内污染物浓度可由通常的计算流体流动模型(cFD)模型来计算。本文主要讨论常用CFD模型和如何在CFD中计算室内空气品质和热舒适的评价参数PD、PPD、PMV和空气年龄。空气品质：室内空气质量研究领域有两种划分方法，一种是按解决问题的科学技术属性划分，另一种是按解决问题的应用或目标属性划分。按解决问题的应用或目标属性划分，室内空气质量控制和改善可分为以下几方面：城市建筑环境（居住建筑环境、办公建筑环境和公共建筑环境），农村建筑环境，交通工具内环境，特殊空间（医院、地下空间等），室外和室内环境的相互影响等。按问题的科学技术属性划分，研究内容可分为室内空气质量对人舒适、健康和工作效率的影响；化学污染控制；微生物污染控制、颗粒污染控制、室内空气环境综合控制、室内外空气质量的关系等。1、室内空气品质的定义：（1）室内空气品质定义在近20年中经历了许多变化。最初，人们把室内空气品质几乎完全等价为一系列污染物浓度指标。近年来，人们认识到这种纯客观的定义不能函盖室内空气品质的内容。

（2）在1989年国际室内空气品质讨论会上，丹麦的Fanger教授提出了一种空气品质的主观判断标准：空气品质反映了人们的满意程度。如果人们对空气满意，就是高品质；反之，就是低品质。（3）ASHRAE颁布的标准ASHRAE62-1989《满足可接受室内空气品质的通风》中兼顾了室内空气品质的主观和客观评价，定义如下：良好的室内空气品质应该是“空气中没有已知的污染物达到公认的权威机构所确定的有害物浓度指标，且处于这种空气中的绝大多数人(≥80%)对此没有表示不满意”。2、室内空气质量评价方法——利用各种浓度监测仪（1）实验室仪器分析：气相色谱仪、分光光度计等（2）便携式仪器：甲醛分析仪、一氧化碳分析仪、二氧化碳分析仪、臭氧分析仪等（3）先进科研设备：PTR-MS质谱仪、INNOVA气体分析仪、微颗粒物分析仪热舒适的定义：热舒适是指大多数人对客观热环境从生理与心理方面都达到满意的状态。“热舒适”是指人体对热环境的主观热反应。Bedford在1936年提出热舒适的7级评价指标，美国供暖、制冷与空调工程师协会标准(ASHRAEStandard)在1996年开始使用7级热感觉指标，如表1所示[1]。

表1热舒适和热感觉评价指标BedfordASHRAEPMV值冷冷-3凉凉-2舒适的凉爽微凉-1舒适并不冷不热中性0舒适的温暖微暖1暖暖2热热3

除PMV指标外，各国学者针对各自不同的目的提出了许多用于评价人体热感觉与热舒适的指标，其中比较有代表性的指标有：有效温度和标准有效温度（美国）；卡他冷却能力、当量温度和主观温度（英国）；预测平均投票数和预测不满意百分数（丹麦）；热应力指标；湿球黑球温度计指数[2]。对室内热舒适性的评价指标规定，我国可依照的相关标准包括《中等热环境PMV和PPD指数的测定及热舒适条件的规定》（GB/T18049-2000）、采暖通风与空气调节设计规范(2001年版)等。

人体热舒适是人们对周围热环境感到满意的一种主观感觉，它是多种因素综合作用的结果，是一个精神的、主观的心理反映。最初人们对空调热环境进行评价时，是用传统数学方法，对热感觉各个级别间原本很模糊的边界给于精确的界定。这样就会出现用精确数学处理热舒适反而不精确的现象。引入模糊数学方法建立模糊综合评判模型，这是一种比以前更加科学的热舒适评判体系，但由于每个人生理上的差异及主观感觉的多样性，使得每个个体的3硬卧车空调系统气流组织的数值模型为了分析和比较个体送风方式与常规空调送风的差异，利用英国CHAM公司的PHOENICS软件对空调客车模型进行数值模拟计算。本文以YW25型空调客车为计算对象，每个卧铺隔间的几何参数为：长3．1m、宽1．7m、高2．9m。为节省计算容量，在多次试算的基础上，对研究区域进行简化，仅取客室长度方向的1／5，即2个隔间单元为计算区域。模拟计算时以出风口平面作为计算区域的顶面，以客室端门为边界，以端门底部格栅或端门为回风口。空调客室内的气流运动属于紊流运动。通常所使用的紊流模型有零方程模型、一方程模型以及两方程模型，而对于靠近壁面区域的计算来说，以ε方程最为方便。所以，在紊流的工程计算中，k-ε两方程模型的应用最为广泛，并且也取得了较为成功的结果。因此，本次计算选用k一ε两方程模型对问题进行模拟求解。在假设和简化的基础上，建立含连续性方程、动量方程、紊流动能方程(k方程)紊流动能耗散方程(ε方程)、能量方程等在内的一套封闭的方程组，并将其表示成以下的通用形式：4数值结果分析现有卧铺车厢气流组织如图3、图4所示，靠近送风口的地方气流速度较大，气流沿着铺位流动。从截面看，各铺位之间存在着气流回流现象，送风气流沿卧铺向车厢端运动，从铺位上方回流。回流气流会带动车厢内污染物，特别是铺位上的灰尘、细菌等污染物一起运动，影响车内空气品质。采用个体送风方式的气流组织如图5、图6所示。从图5可以看到，个体送风方式改变了现行的新型空调客车车内气流组织，小风量、低风速的个体送风干扰了各个卧铺上的回流气流，在呼吸区附近为新风气流提供了一个单向通道。个体送风口送入的新鲜空气首先达到人的呼吸区域，然后携带污染物由上部运动排出，这减少了新风受到车厢内已有污染物的二次污染，保证了新风到达呼吸区的有效品质，具有良好的通风效率，改善了车内空气品质。5结论随着社会的发展，空调客车内的空气品质和热舒适状况日益受到关注。客车车厢内空气品质和热舒适是相互联系的，影响它们的重要因素是气流组织和车厢内污染物的散发。（1）为保证车内具有良好的车内空气品质及热舒适环境，在车辆制造时应选用低挥发性的有机物装饰材料和配件；在日常运用过程中，应加强空调设备的管理、保养以及通风系统定期的清洁维护，这是改善车厢内空气品质和热舒适状况的有效手段。（2）提高空调客车内空气品质和热舒适性，除了采用更高的设计标准外，还要优化空调系统，更新传统的设计思路。采用个体送风的方式，能够改善卧铺车厢空气品质和热舒适状况，值得进一步研究。（3）通过对硬卧车气流组织建立数值模型并分析其结果，为空调硬卧车车厢内气流组织的优化设计、舒适环境的评价与研究提供了借鉴，可为空调客车空调通风系统的设计提供参考。参考文献：

[1]牛润萍陈其针张培红，热舒适的研究现状与展望，《人类工效学》10（1），2004，P38-40.[2]王昭俊王刚廉乐明，室内热环境研究历史与现状，《哈尔滨建筑大学学报》33（6），2000，P97-101.[3]陶爱荣虞萍，关于室内环境舒适性评价指标的研究，《通风除尘》2，1996，p25-27.[4]胡平放邹春等，大型商场室内环境舒适性主观评价结果分析，《通风除尘》2，1998，P36-43.[5]张泠张楠等，共轭传热室内环境数值预测模型，《湖南大学学报》（自然科学版）29（4）,2002，P92-97.[6]赵博连之伟等，基于神经网络的室内热舒适评判模型，《哈尔滨工业大学学报》35（12），2003，P1436-1438.[7]张秀佩，马建民，等．全列空调客车内环境的卫生学调查与评价[J]．中华劳动卫生职业病杂志，2OO2，20(1)：19-22[8]