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适应性热舒适和可持续的建筑热标准


适应性热舒适和可持续的建筑热标准

j· 费格斯和迈克尔· 考汉弗莱 牛津可持续发展中心,建筑学院,牛津布鲁克斯 牛津大学,吉普赛人巷,OX3 0BP,英国 jfnicol@brookes.ac.uk

文摘
热舒适度的起源和发展可以用自适应的方法来进行解释, 一些在理论应用上 的发展被认为是和适应性的热舒适性和“理性”指数之间的

差异的根源进行了探 索。适应性热舒适标准的应用是应该被考虑和建议用来实现最佳的舒适温度, 舒 适环境的范围和室内温度变化的最大比率。可持续的建筑热标准的应用是必须 的。 关键词:舒适性标准,热舒适性,可持续性,自适应方法

1、引言
对一个建筑的室内满意的气候条件成功的定义不仅在于使其舒适,在决定 它的能源消耗和保证其可持续性的过程中也很重要。在过去的设计师标准中还 没有让他们考虑可持续发展这一本部分的任务。随着环境污染和气候变化,如 果他们忽略这个问题,标准也会声名扫地,甚至被废弃。热的标准(理想状态) 中为了达到目标而需要浪费大量的能量者会受到更大的冲击。 人们有适应环境变化的自然倾向。这种自然倾向表示在热舒适性的自适应 方法。本文介绍了自适应的方法,并探讨了一些这方面最近的研究。然后,它 提出的方法,在这项研究的自适应热舒适性的结果可以帮助框架的未来建筑室 内气候的可持续标准。

2、适应性热舒适
2.1 领域研究和理性指标
热舒适性的自适应方法是基于现场热舒适性调查的结果。实地调查集中在 收集数据的热环境和在实际情况下的受试者的同时热反应,干预措施的研究人 员被保持到最低限度。众所周知的早期工作是 Bedford(1936)和夏尔马和阿里 (1986) 的最近的热带夏季指数就是这种方法的例子。研究人员使用的统计方法 来分析自然变异的条件的数据。目的是预测温度或温度、湿度和空气流速的组 合怎样是舒适的。一个领域性的研究问题,首先,它是很难准确的测量环境条 件,其次,它是很难概括的统计分析:从一个调查的结果往往不适用于即使在 相似的情况下,从另一个数据。另外一个问题,汉弗莱斯和尼科尔(2000a)一 直在强调的输入数据错误导致的统计分析预测误差的关系。 自适应热舒适的“理性”方法,旨在解释人们在热环境中的物理反应和生理传 热。一个热舒适指数的被用来表示人体的热状态和热环境状态水平。虽然这个 指数是基于恒定的室内温度条件下的受试者反应,但它仍被希望能够反映在日 常生活中的变量环境条件下人的反应。 然而,用理性指数来预测现场调查中受试者的热舒适性时出现了问题。首 先,理性指标要求知道服装保温系数和代谢率的数据,这是很难估计的。其 次,他们不比简单的指标预测舒适投票(汉弗莱斯和尼科尔 2001)和受试者在 实地调查中找到舒适的条件的范围比合理的指标更为广泛。对这一问题的原因 一直有着大量的猜测和研究,其中大部分都集中在实地调查的背景下进行的。 尼可和汉弗莱斯 (1973) 首先提出,这种效应可能的受试者的安慰和他们的行为 之间的反馈结果,他们适应的气候条件,进行的实地研究。

2.2 自适应原理
自适应方法的基本假设是自适应的原则表示:如果发生变化,如产生不 适,人们反应的方式,这往往会恢复他们的舒适。在广泛的环境中进行,从而 支持了舒适度调查如那些汉弗莱斯的荟萃分析,这一原则联系实地调查 (1976,

1978),auliciems 和 dedear(1986)和(1998)dedear 和布拉格。这些荟萃分 析可以从一些更严格的热舒适调查得出广泛的推论。 通过将舒适性投票与人们的行为联系起来,自适应原则将舒适温度与受试者发 现自己的环境相联系。舒适温度是受试者与建筑或其他环境相互作用的结果。 人们的反应选项将反映他们的情况:那些有更多机会适应环境或环境对自己的 要求不太可能会感觉不适?。

主要的语境变量是气候。气候是一个重要的影响,对任何一组人的文化和 热的态度,他们居住的建筑物的设计。虽然与热环境的人类关系的基本机制, 可能不会改变气候,有一些详细的方式,在这些人都受气候影响,他们生活在 和这些发挥的累积部分,在他们的反应,室内气候。几乎所有的舒适性调查的 二大背景是一个建筑,其性质的建筑和服务起着决定性的结果,从调查的一部 分。第三方面是时间。人类活动和反应发生在一个时间框架中。这会导致一个 不断变化的舒适温度。这些变化发生的速度是一个重要的考虑因素,如果舒适 的条件是要正确指定。 本文将在所有这些领域的研究结果,并讨论了更可持续的建筑室内气候的 可持续发展标准的影响。

?:在这些条款中,气候室是一个非常特殊的环境,条件和人员的行为是
由研究人员密切控制的实验期间。

2.3 人与室内气候
尼可和汉弗莱斯 (1973) 提出的数据表明平均舒适投票改变少用室内温度气 候气候可能比预计的。汉弗莱斯 (1976) 证实了这一从更广泛的气候变化。与温 度变化的舒适度投票率是典型的低从一个调查到另一个比它在任何特定的调 查。

图 1 平均舒适度随室内温度变化的变化。每一点都是从一个舒适的调查 (使用在汉弗莱 斯提出的数据的平均值 1976)。

这是在实地调查的结果是密切相关的平均温度测量的结果。这一发现在进 行了广泛的室内气候调查的情况(图 2A)

图 2 来自世界各地的(从汉弗莱斯 1976)(从数据中提出的数据)在一组特定的气候 条件下(欧洲[虚线]和巴基斯坦),但在不同时期的年平均气温变化的舒适温度的变化。

一个类似的效果被发现时,收集数据,从一组特定的一组。在调查巴基斯 坦(Nicol 等人 1999)和欧洲(麦卡尼尼科尔 2001)在每月一次全年进行(图 2b) 。室内温度的变化,特别是在巴基斯坦,是了不起的。与舒适温度的强烈关 系是明确的。 作为一个例子,如何有效地适应行动可以用来实现舒适,图 3 显示了实际 比例的舒适在巴基斯坦的办公室工作人员在不同的室内温度。数据收集在一年 期间内的舒适温度是不断变化的,如室内温度(Nicol 等人 1999)。这些工人必 须控制他们的舒适的主要方法是通过改变他们的衣服和使用空气运动,在巴基 斯坦的办公室普遍提供的球迷。该曲线显示的平均概率的舒适使用 Probit 回归 计算。每一个点都代表一个特定的月份在一个特定的城市中所占的比例。

图 3。巴基斯坦:在不同的室内温度舒适的办公室工作人员的比例。它会注意到,在 许多场合,受试者记录不适。随着不断变化的室内温度和温度舒适巴基斯坦建筑有舒适的 温度范围 20 和 C 之间没有冷却除了球迷(从尼科尔等人 1999)。

2.4 与室外气候的关系
汉弗莱斯(1978)绘制了室内舒适温度,对室外月平均温度从一系列的调 查,全球范围内进行。结果如图 4 所示。他在调查的时候发现了一个明确的部 门,在调查的时间和那些被加热或冷却的建筑物之间有一个明确的区分。自由 奔跑建筑的关系是紧密的。对于加热和冷却的建筑物的关系是比较复杂的。

dedear 和布拉格(1998)使中央空调和那些自然通风建筑之间的划分。他 们认为,这是空调的建筑居住者有不同的期望比居住的自然通风建筑(dedear 和布拉格 1999)。似乎不太可能,人们使用一个建筑应该修改他们的反应,它 的基础上,他们的建筑服务的期望。这也不是区别从现场的证据支持 (汉弗莱斯 和尼科尔 2001)。虽然期望有一个部分的人和他们的环境之间的相互作用中发 挥,这是在确定的温度,他们会期望在一个特定的情况下,比他们的态度,建 设服务。更可能的是,这种差异是由于各种各样的自适应行动,加量在舒适的 条件下所造成的小的影响的积累。在分析的 dedear 和布拉格的数据,汉弗莱斯 和尼科尔 (2000) 认为,使用汉弗莱斯的原始区别增加在自由运行的建筑物的加 热和冷却的关系的精度(图 5)。

图 4。月平均气温变化对舒适度的变化。每一点代表一个调查的平均值。这个图是从 汉弗莱斯 1978。在调查过程中,这些建筑物被加热或冷却,而那些自由运行的建筑物被分 割。舒适度调查 ASHRAE 数据库后续分析(汉弗莱斯和尼科尔 2000)显示出类似的结果(见 图 4)。

图 5 舒适温度是一个自由运行(一个)和加热和冷却的建筑物的室外温度的函数。从 ASHRAE 数据库(dedear 和布拉格 1998)(左)和汉弗莱斯(1978)(参见图 4(右)汉弗 莱斯和尼科尔 2000 图)

虽然只有室外温度是用来计算舒适温度,舒适温度显然是一个函数的多。 服装的隔热值也取决于室外温度(Nicol 等人 1999),作为建筑控制使用(Raja 等人 2001)。其他情况的姿势,这王和尼科尔(1997)显示出随温度的变化而 变化,而且对于一个给定的活动代谢率(Baker 和 standeven 1995)建议也随温 度的变化。这是气候和这些自适应行动之间的反馈,这意味着只有在真实的建 筑物的实际情况下,才需要考虑室外温度。这种关系在一定程度上是一个经验 的“黑盒子”,因为这种关系是不完全定义的。

2.5 人在建筑内
建筑物不同的方式。除了他们的个人的身体形态,他们不同于他们的加热/ 冷却系统,以及是否使用,他们提供的可能性,以控制他们的环境和-在商业建 筑的情况下-管理的政策,服装和其他因素。的差异已被发现由汉弗莱斯

(1978)、布施(1992)和 dedear 和布拉格(1998)它是热的或冷的和那些没 有楼宇的住户之间。 有其他方面的建筑服务,影响到舒适的居住者。他和 bordass (1997) 表明, 有更多的“宽恕”,居住者有更多的机会控制建筑物的建设。通过宽恕,他们的 意思是,对建筑物的居住者的态度受到影响,使他们能够更容易地忽视在热环 境中的缺点。这可以解释为一个在控制中的作用。变异一般认为作为一个 在中央控制的建筑物中的“坏东西”,因为居住者是适应特定的温度。许多变 化,从这和他们变得不舒服。在建筑物的居住者是在控制,变异可能会导致从 人调整的条件,以适应自己。一定量的变化,然后成为一个“好东西”。许多公 司建筑起个人直接控制他们的乘客通过开启窗,百叶窗、风扇等如果控制是留 下来的建筑 经理 (通过空调系统)有一个较小的信封可以接受的条件,舒适的变化更迅速地 与温度和居住者出现不太宽容。 另一个更强大的特性是,贝克和 standeven(1995)。他们确定了一个“适应 性机会”所提供的一个建筑,将影响其居住的舒适性。适应机会一般被解释为打 开一个窗口的能力,画一个盲人,使用一个风扇等,但还必须包括着装规范工 作的做法和其他因素影响的相互作用之间的相互作用。在建筑物中的许多适应 性机会-使用阴影,通过打开一个窗口等的温度降低,将有没有直接影响的舒适 温度,但将允许乘员改变条件,以适应自己。服装、活动和姿势的变化以及空 中运动的提升,能改变人们觉得舒适的环境。实际的适应性行为是这 2 种行动 的混合体,改变了满足舒适性和改变舒适温度的条件,符合当时的情况。被认 为舒适的范围内的建筑和个人的适应的机会,由居住者的特点的影响。 在现实中,它已经被发现很难量化的自适应机会,在建筑控制的可用性。 尼可和麦卡尼 (1999) 发现,控制的存在并不意味着它的使用,而只是添加了控 件的数目并没有因此给一个很好的衡量一个建筑或其自适应的机会成功。在特 定情况下,是否控制是有用的,这似乎是一个控制的存在,以及是否存在一个 控制的判断是必要的。例如,一个建筑物的一张脸上可能是没有用的,但在另 一个建筑上却很重要。尼可和凯斯勒 (1998) 表明,一个特定的控制的有效性也 随着季节的改变而改变。 在室内气候和舒适温度之间的关系中所体现的反馈机制体现在。在一个自 由的运行的建筑室内的气候是由建筑与室外的条件联系在一起的。当建筑被加 热或冷却的关系变化,因为室内的气候是脱钩的,在室外。在这些情况下,建 筑物的居住者控制舒适温度,或在当地最自然通风的建筑物,或在中央空调 时,在中央空调。

2.6 时间作为一个因素在规范的舒适温度
适应行动需要时间来完成。他们的变化率比季节变化快,但比在周围的小 气候变化的时间比一分钟到一分钟的波动要快。在室外温度和舒适温度之间的 比较,如图 3 所示,汉弗莱斯 (1978) 使用气象记录的每月平均室外空气温度为 定义变量。他们在 ASHRAE 数据库分析,dedear 和布拉格(1998)使用许多方法 来定义室外平均温度没有明确有效的期间已经测量。在一个月内,天气会发生 戏剧性的变化,而这两个人和他们所居住的建筑物,在一个月内不会被反射的 速度变化 估计这样的条件,这是舒适的估计是不舒服,反之亦然。

Timeconstantforrunningmean??

图 6。显示指数加权平均温度和舒适温度之间变化的相关性(指数)。与日平均气温序 列相关(TOD)显示的比较。运行中的平均温度的测量是时间常数?(见正文)。

最近的调查(Nicol 和王 1995,麦卡尼等人 1998,麦卡尼和尼科尔 2001) 曾试图确定在一段时间内进行舒适度调查的舒适温度变化率。可以假设, 舒适温度变化作为一个时间序列。不幸的是,舒适的调查不产生数据,这是足 够连贯的统计确定的最佳时间-系列使用。使用的方法,因此认为适当的时间序

列的指数加权跑的意思 2。其目的是找到?值,时间常数,与温度舒适的户外运 行的平均相关性最大。图 6 显示了如何舒适温度与平均温度随运行相关的?值 的平均运行时间常数(见脚注)。对比结果显示逐渐增加,直到达到? 0.8 然后开始减少。 在任何实际运行的室外温度下,都会有一系列的日平均温度和运行平均温 度从它计算出的序列之间的相关性。图 6 显示了日平均温度的相关性(TOD)为 不同的值?运行平均温度。显然在两曲线表明舒适温度曲线反映的方式适应形 状的差异 3。 汉弗莱斯和尼科尔 (1995) 建议的算法可以构造可确定室内温度被空调系统 或自由运行的建设提供了。这预示着在室外温度的温度下,会发现舒适的室内 温度。该算法的基础上的工作由汉弗莱斯 (1978) 上的舒适温度和室外温度之间 的关系,但使用的混合物的瞬时和运行的平均值-而不是每月平均的室外温度作 为预测变量。当时,这只能作为一个初步的建议提出。许多工作需要确认的指 数加权平均运行的室外温度的适当措施,在室内舒适温度的预测。此外,信息 来帮助确定?最佳值用方程(1)(见注 2)。随后的工作已经表明,瞬时室外 温度增加的预测强度的平均温度。最近的工作(麦卡锡和尼科尔 2001)意味着 这样的可变温度控制制度的使用不增加不适居住者提供了大量的储蓄,但是在 空调系统使用的能源。

2:

汉弗莱斯(1973)认为,指数加权平均的温度将是一个可能的形式来反映时间依赖性

的舒适温度或服装上的温度经历。指数加权平均法的方程为: Trm= (1-?){Tt-1+ ?Tt-2+ ?2Tt-3…}

(1)

?是 0 和 1 之间的一个常数,TRM 是运行平均温度在时间 t,TT 是平均 对于一个在相等的时间间隔的一系列时间 T(小时,天,温度等),Tt 母语是瞬时的 在以前的时间间隔的温度。TRM 是本文的时间间隔。 这个时间序列给出运行平均温度由过去的温度降低影响他们变得更加遥远。速度与任何特 定温度的影响取决于不断的?消逝。更重要的是对?过去的温度影响的价值更大。
3:

注意的尺度是不同的

3、定义一个自适应标准
3.1 什么样的标准?
标准可分为那些标准化的方法和那些定义好的实践。一种自适应的标准将 最有用的是后一种。适应实践是上下文相关的。不同的情况需要不同的标准来 定义温度。例如: ?·建筑室内舒适条件来决定设计和加热或冷却系统或被动策略的施胶 ?·舒适的户外条件和如何界定(可用性阴,风的速度和方向等) ?·汽车设计师–设计空调、通风等 在这里,我们勾勒出一个标准的基础上,以确定良好的做法,在温度的定 义在建筑物。这样一个标准会显示 ?·室内环境最有可能提供舒适 ?·接受环境的范围 ?·变化接受率 标准的需要,以帮助设计师作出决定,可能成功的策略,在建筑方面,它 提供的控制和服务

3.2 最有可能的舒适温度
本文提出的证据表明,在自由运行的建筑物的舒适温度取决于室外温度如 图 3 所示。汉弗莱斯和尼科尔 (2000) 表明,自由运行的建筑物之间的关系,舒 适的温度和室外温度是非常稳定的(图 5)。 这两项研究给出了一个方程的舒适温度接近 Tc= 13.5 + 0.54 To (2)

在这种情况下,To 作为每月平均室外空气温度。

对建筑物的加热或冷却的关系是更复杂,更不稳定。它是不精确的,因为 当一个建筑物被加热或冷却的室内温度是从室外温度和室内温度的分离是更直 接由自定义的住户 (或他们的建筑服务经理)。这种风俗不是绝对的,正如在图

4 和 5 所示,在加热和冷却的建筑物的舒适温度范围内所示的那样。还有一个差 一些在室内舒适温度摄氏度加热和冷却建筑物的两个数据库之间的汉弗莱斯在 1978 和 dedear 和布拉格 1998(见图 5)。虽然这是不明确的,这是由于偏好的 变化,随着时间的推移或其他差异的数据库,首选的室内温度可能需要确定的 时间或一组人之间的时间和另一个。应该指出的是,这并不是把自适应标准处 于劣势,可见 à 可见的合理指标。这些也需要知道的服装行为和工作实践的变 化,如果他们是反映在舒适温度的变化。

3.3 舒适条件的范围
定义的范围内的条件,将找到舒适的舒适温度是有问题的。的自适应方法 告诉我们,在室内温度的变化可以引起采取行动,以减少不适,以及那些不受 控制,因此更容易造成不适。自适应热舒适性,因此,一个功能的变化的可能 性,以及实现的实际温度。“舒适”区域的宽度,如果纯粹用物理术语来衡量, 则取决于两者之间的平衡。在一种情况下,有没有可能改变服装或活性和空气 运动不能使用,舒适区可以作为? 2OC 窄。在这些适应性机会的情况下,适当 的舒适区可能是相当广泛的。

3.4 使用标准设计建筑物及其服务
舒适温度和室外温度之间的自适应关系,可以用来帮助设计舒适的建筑 物。图 7 所示为例。这里的室内舒适温度计算的平均室外温度,并绘制每月的 基础上,每月平均的户外 最大,最小和平均气温。这样的图有助于设计师判断是否被动加热和/或冷却是 在考虑气候的可能性。室内温度和室外温度的范围之间的关系,例如,夜间降 温很可能是一个可行的方式来保持建筑舒适的夏天,或计算是否被动太阳能加 热将在冬季足够。这种方法已被用于罗芙等人 (2001) 在室内在最近的一本书中 定义的舒适。

巴基斯坦伊斯兰堡的舒适温度

图 7。在伊斯兰堡,巴基斯坦和它的关系意味着平均舒适温度的季节变 化,平均每日最高,最低和平均室外温度。用于计算室外温度舒适温度的关系 是从汉弗莱斯(1978)到自由运行的建筑物

3.5 加热和冷却的建筑物的情况下,自适应算法
在加热或冷却的建筑物的舒适温度是一个自定义的问题,但只要变化足够 慢,人们会适应一系列的温度。随着天气的变化,室内舒适温度自然会随着季 节的变化而变化。因此,一个自适应算法的思想”(汉弗莱斯和尼科尔 1995)定 义了一个变量的室内温度在室外温度运行的意思是有吸引力的。原油这样的算 法已经被应用在 ASHRAE 标准 55(ASHRAE 1992)描述了不同室内设定点的夏天 和冬天。这些季节性的设定点是基于粗糙的假设,服装保温和代谢率。自适应 算法的不断变化,从舒适性调查的测量和不依赖于模糊描述的“季节”,但直接 涉及到的设置点直接到当前的室外空气温度的平均值。最近的一个项目 (麦卡尼 和尼科尔 2001)表明,这种可变室内标准不增加乘员不适,但不显着减少能源 使用的冷却系统相比,一个恒定的室内温度。

3.6 可持续舒适标准
本文的一个目标是可持续的舒适标准的概念引入。虽然接受一个标准,显 着降低舒适度将是不可持续的,增加能源的使用,但仍有许多要获得的,如果 提出了两个其他平等的可能的标准,更倾向于更可持续的。已经取得了一些尝 试通过模拟(例如米尔恩 1995,威尔金斯 1995)来预测在能源使用的变化,这 将导致在空调建筑的室内温度的变化,最有建议,能源节约将导致。在英国的 冷却负荷的 10%的冷却负荷的程度估计的范围内。在最近的欧洲项目 (弯腰等人 2000)估计节约能源在 18%区。 自然通风的建筑通常用一半的空调能源(kolokotroni 等人 1996)。在自由运行 的自然通风的建筑物的温度在不断变化的室外条件。一个恒定的温度标准,因 此不利于自然通风的利用。室内温度标准的一个变量将有助于节约能源,鼓励 使用自然通风的建筑物。需要注意的是,尽管它会在空调建筑节能,一个季节 性的温度变化,如由 ASHRAE 55 建议(ASHRAE 1992)可能几乎很难在一个自由 运行的建筑作为一个恒定的温度,全年实现。

4、结论
本文探讨了使用的结果,从现场通知,在建筑物的热标准。 1)实地研究表明,在实际情况下,合理的指标是很难使用的,是在建筑物的舒

适条件差。这表明,在实验室实验的基础上,在该领域的关系应测试纳入标准 前。 2)的自适应方法,使建筑设计师估计室内温度,建筑居住者最有可能找到舒 适,特别是在自由运行的建筑。 3)有许多小的方式可以使人们适应他们的环境。 人们使用这些自适应机制或机会来实现他们的理想条件。这些调整的累积效应 可以解释不同的维修制度和可用的控制水平,人们的反应之间的差异。 4)将是可接受的在任何一个时间条件的范围是在? 2OC 区域。让居住者控制必 要的控制,使自己舒适,可以增加这个范围。 5)这一建筑应该给人一个机会来调整自己的条件。不适是如果没有提供控制增 加,或者控制是无效的,不适当或不可用。 6)舒适温度的变化率可以由室外温度的平均值来表征。这意味着一个自适应算 法可以 制定了可用于计算变室内设置点,与室外温度有关。早期的迹象是,这样的一 个变量设置点不增加不适,并允许显着减少能源的使用在建筑物。 7)可持续发展需要在标准框架中考虑。这种标准可以对建筑物的能源使用产生 影响。是可以接受的低能量的解决方案是可用的,他们应该是首选。 最后……我们是否真的需要指定室内气候? 本文提出的情况下,在一个建筑的最佳的室内环境的功能,它的形式,它 提供的服务,并在它被放置的气候。这意味着,在工作中充分理解的机制,它 可能最终是可能的建筑,不采取规范的室内气候的热标准。建筑 (在控制和建筑 管理方面) 的特点与当地的气候有可能是足够的。这样的标准将更有意义的建筑 设计师,因此将更容易被使用。

5、引用
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