摘要：針對建筑物內人體的熱舒適性與內墻壁面溫度的相關性，建立了具有復合材料墻體的房間內溫度溫度響應的數學模型。結果顯示，在相同的加熱（制冷）條件下，由相同材質、相同尺寸組合構成的復合材料墻體，在不同的材料排列方式的情況，室內的溫度響應有很大的不同，這對間歇性供熱房間內人體的熱舒適性有較大的影響。 關鍵詞：溫度響應 間歇供熱 非穩態傳熱 熱舒適性

隨著生活水平的日益提高，人們對自己生活環境的舒適性要求也越來越高，空調、電熱油汀、暖風機等消費品都已進入尋常百姓家庭。對于安裝了這些家用空氣調節設備的房間來說，最大限度地滿足人體的舒適性是我們面臨要解決的問題。在空調房間內，影響人體舒適性的因素主要有：溫度、濕度、空氣潔凈度、噪聲，另外還有一個重要因素“四周墻壁的溫度”。一般認為，在冬季，室內氣溫達到16～20℃左右，人體就感到比較舒適，其實不盡然。例如，在夏季，室內氣溫為20℃時，人們穿襯衫活動感到很舒適；而在冬天室內同樣為20℃的情況下，即使穿著較厚的羊毛衫也會感到冷。究其原因就是周圍墻體的低溫造成了人體輻射散熱損失增大，產生了輻射冷感。因此，為了在冬季改善室內人體的熱舒適性，目前采用的主要措施是增加對室內的供熱量（如安裝大功率空調器），提高室內的空氣溫度，同時通過空氣間接提高圍護結構的溫度。這又帶來兩個問題：一是不利于節能；二是室內氣溫升高，空氣的相對濕度降低，變得比較干燥，人呆在空調房間內也會感到不舒適。要解決這些問題的關鍵在于怎樣快速提高空調房間四周墻體內壁面溫度，從而減少人體對墻壁的輻射散熱損失。

事實上，在間歇供熱（制冷）的條件下，建筑物的圍護結構是不可能達到穩定溫度分布。穩態條件下隔熱性能相同的兩種圍護結構，在非穩態條件下可以表現出很大的差別。例如，用磚混結構的墻體和一層木板構成兩種復合墻體，其中一種木板在內層，另外一種木板在外層。在穩態條件下，兩種復合墻體的內表面溫度是相同的，但是在非穩態條件下，兩者的溫度分布隨時間的變化規律卻會有很大的不同，木板在內側的結構內表面溫升較快，而木板在外側的結構內表面溫升較慢。這種現象給我們一個重要的啟示，那就是我們有可能利用圍護結構的動態傳熱特性，通過采用不同的墻體內表面材料來改善間歇供熱（制冷）條件下的室內熱舒適性，同時達到節能降耗的目的。

1.1 下面我們從空調房間冬季熱量平衡關系式來研究室內墻壁溫度對氣溫響應的規律。

對于一般的民用空調房間：得熱量有：

（1）空調（或電熱油汀、暖風機）等熱源的散熱量；

（2）太陽輻射進入室內的熱量；

（3）人體散熱量、照明、設備散熱量。

失熱量有：（1）圍護結構傳熱耗熱量；

（2）室內空氣溫升所吸收的熱量；

（3）加熱由門、窗縫隙滲入室內的冷空氣的耗熱量。

此外還會有通過其它途徑散失或獲得的熱量。

熱平衡方程：

在冬季，、都很小可忽略，那么

（1）

由于圍護結構又包括墻、地板、天花板、窗、門，因此有：

（內壁面）

（內壁面）

（內壁面）

（對墻體、地板和天花板）（2）

時 （初始條件）

（內墻邊界條件）

（外墻邊界條件）

式中： 為材料的導熱系數，Ｗ/㎡℃；為材料或空氣的密度，； 、分別為門、窗的傳熱系數，Ｗ/㎡℃；為墻體的面積，㎡；為地板的面積，㎡；為天花板的面積，㎡；為窗的面積，㎡；為門的面積，㎡；為冷風滲透量，； 、、分別為圍護結構（墻、地面、屋頂）的溫度，℃；為墻內壁面溫度，℃；為墻外壁面溫度，℃；為空調房間室內空氣溫度，℃；為采暖室外計算溫度，℃。

1.2 熱舒適性的評價指標

以往的研究結果表明，人體在室內環境中的熱舒適感覺不僅取決于室內空氣的溫度，還與內墻、門窗天花板等圍護結構的平均輻射溫度有關。因此，在冬季熱舒適通常用下式來表示：

℃

其中，a，b 是常數，一般可取 a=b= 0.5，而 。

為了計算開始加熱后房間的溫升情況，需要聯立求解關于空氣溫度的常微分方程和關于圍護結構熱傳導的偏微分方程。關于空氣溫度的常微分方程，可采用隱式的歐拉方法或四階龍格-庫塔方法來求解。關于圍護結構熱傳導的偏微分方程，采用控制容積有限差分方法求解。圍護結構的墻、地板、天花板、窗、門幾個部分，它們可以分別具有不同的邊界條件和初始條件。這意味著要求解四個初邊值條件不同的偏微分方程。房間的供熱量可以按照空調設備的實際制熱功率來計算。冷風滲透耗熱量可以參考有關建筑采暖設計的方法來計算。

在計算門窗的散熱量時沒有考慮它的熱慣性，它的傳熱系數可從供熱工程設計方面的手

冊中得到。計算中涉及到的其他有關數據均從有關的設計規范中獲得。

計算步驟如下：

（1）首先給定空氣的初始溫度和其它相關的初邊值條件及時間步長；

（2）估計下個時間步的空氣溫度；

（3）計算各部分熱量，進行能量平衡；

（4）如果能量基本平衡，轉入下個時間步，否則估計新的空氣溫度重新返回第3步進行計算；

（5）完成每個時間步的計算并保存計算結果；

（6）繪制溫度隨加熱（制冷）時間的變化曲線。

針對南京地區的一個典型的房間進行了對比分析。該房間層高3m，開間3.3m，進深為4.2m。外窗與外墻比約為0.2，.單層木結構。采用24磚墻內抹灰，木制地板，鋼混預制樓板。其中的一個房間的墻壁和天花板采用了泡沫塑料，而另外一個房間墻內表面抹灰。根據暖通設計規范，南京地區在冬季室外采暖計算溫度可選為-6℃，計算冷風滲透量的換氣次數取為1次/h，墻壁的初始溫度可取5℃，熱源制熱功率取3000W。在夏季墻壁的初始溫度可取30℃。冷源制冷功率取3000W。

對兩種不同結構（一種是墻內表面抹灰，一種是墻內表面裝飾泡沫塑料）的計算結果分別繪制在圖1、3和圖2、4中。對比圖1、3和圖2、4中空氣溫度和墻內表面平均溫度隨時間的變化規律可以看出，無論是空氣溫度還是墻內表面平均溫度，都是墻內表面裝飾泡沫塑料的溫度響應速度快。

通過以上對比，我們可以看出，無論是在間歇性供熱，還是間歇性制冷情況下，在相同的加熱（制冷）條件下，由相同材質、相同尺寸組合構成的復合材料墻體，在不同的材料排列方式的情況下，室內的溫度響應有很大的不同，這對間歇性供熱房間內人體的熱舒適性有較大的影響。

[1] 趙榮義，范存養，薛殿華，錢以明 .空氣調節[M]. 北京：中國建筑工業出版社，1994 [2] 楊世銘，陶文銓 . 傳熱學[M] . 北京：高等教育出版社，1998 [3] GBJ19-87，采暖通風與空氣調節設計規范[s].