譚 暢， 李 念 平， 何 穎 東， 李 甲， 顏 金 波， 李 娜

( 湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410082 )

0 引 言

南方地區(qū)無(wú)集中供暖，傳統(tǒng)供暖模式主要為電采暖．據(jù)研究，2004年長(zhǎng)江流域住宅采暖總面積為40×108m2，電耗210×108kW·h[1]．因此，研究舒適且節(jié)能的采暖方式很有必要．

近年來(lái)，許多學(xué)者針對(duì)使用者的個(gè)人供暖進(jìn)行了深入研究．He等[2]研究了一種改進(jìn)型的傳統(tǒng)供暖設(shè)備——火桶，該設(shè)備在室內(nèi)溫度降低到9 ℃ 時(shí)仍使得80%的男性受試者對(duì)其所處環(huán)境表示可以接受，并且，在保證熱舒適性的前提下火桶耗電量較低．Kaczmarczyk等[3]研究了32位受試者在20 ℃背景溫度下接受21、26 ℃面部送風(fēng)時(shí)的熱反應(yīng)，結(jié)果表明呼吸區(qū)送風(fēng)溫度稍高于房間背景溫度時(shí)，將提高人體熱舒適性并減弱不適吹風(fēng)感．Foda等[4]使用假人來(lái)研究人體坐姿狀態(tài)下局部地面供暖系統(tǒng)最優(yōu)化，結(jié)果表明當(dāng)背景溫度為 18 ℃時(shí)，使用幾何形狀規(guī)整的表面積為1 m2的局部地板供暖最優(yōu)．Oi等[5]研究了在5、10、15、20 ℃時(shí)，加熱汽車座椅對(duì)人體熱感覺與熱舒適的影響，結(jié)果表明室內(nèi)背景溫度下降時(shí)加熱座椅能優(yōu)化熱感覺．Pasut等[6]研究了在16、18、29 ℃時(shí)使用制冷/加熱座椅的人體熱感覺與熱舒適，結(jié)果表明，制冷/加熱座椅能顯著提高人體熱感覺與熱舒適，且92%的受試者在18～29 ℃感覺舒適．Deng等[7]研究了36位受試者在16 ℃使用加熱座椅與18 ℃不使用加熱座椅的熱感覺與熱舒適，結(jié)果表明相比18 ℃不使用加熱座椅，16 ℃ 使用加熱座椅能顯著提高熱感覺與熱舒適．Lan等[8]研究熱環(huán)境對(duì)睡眠質(zhì)量的影響發(fā)現(xiàn)，可以使用局部供暖、制冷或通風(fēng)系統(tǒng)來(lái)控制床微氣候區(qū)環(huán)境．Song等[9]測(cè)試了8 ℃背景溫度下可加熱服裝對(duì)大學(xué)生熱舒適性的影響，發(fā)現(xiàn)可加熱服裝能有效提高坐在寒冷教室學(xué)生的熱舒適性．可見，個(gè)人供暖是一種既節(jié)能又提高人體舒適性的方式．

本文研究冬季局部地面供暖對(duì)人體舒適性和建筑能耗的影響．在湖南大學(xué)人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究冬季使用局部地面供暖對(duì)人體熱感覺、熱舒適以及熱可接受的影響，并基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果利用EnergyPlus進(jìn)行能耗模擬．

1 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)開展時(shí)間為2016年11～12月，地點(diǎn)在湖南大學(xué)人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)室．

1.1 實(shí)驗(yàn)房間介紹及實(shí)驗(yàn)條件

如圖1所示，實(shí)驗(yàn)房間尺寸為5.0 m×3.5 m×4.0 m，房間南面有一個(gè)2.0 m×2.2 m的窗戶，為避免其對(duì)實(shí)驗(yàn)造成影響，在窗戶室內(nèi)面覆蓋了約40 mm厚的保溫板．

圖1 實(shí)驗(yàn)房間平面布置Fig.1 The layout of experimental room

采用分體空調(diào)器調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度，加濕器保證室內(nèi)相對(duì)濕度在中等水平．采用TR-72Ui溫濕度記錄儀連續(xù)測(cè)量室內(nèi)外溫度(測(cè)量精度±0.3 ℃)和相對(duì)濕度(測(cè)量精度±5%)，TSI-8347熱線風(fēng)速儀測(cè)量室內(nèi)風(fēng)速(測(cè)量精度±3%)，TSI-8762空氣品質(zhì)儀測(cè)量室內(nèi)二氧化碳濃度(測(cè)量精度±3%)．

1.2 局部地暖板

本研究采用以碳纖維作為發(fā)熱元件的局部地暖板實(shí)現(xiàn)局部地面供暖．譚羽非等[10]的研究表明碳纖維發(fā)熱熱慣性小，溫度響應(yīng)速度快，電功率基本恒定，適用于辦公室這種供暖要求靈活的場(chǎng)所．此外，Zhang等[11]的研究表明半圍合的個(gè)人暖腳器存在人體工程學(xué)方面的問題，即腳在設(shè)備內(nèi)基本無(wú)法移動(dòng)．本文使用的局部地暖板對(duì)腳部活動(dòng)限制少，避免了需要脫鞋等問題．

如圖2所示，本研究使用的局部地暖板(850 mm×400 mm)核心部分為中間的碳纖維發(fā)熱層．不同于一般地暖，該設(shè)備僅在人員所處位置地面設(shè)置(圖中畫圈部分)，受試者坐在辦公桌前，穿上鞋套踩在電熱板上對(duì)足部進(jìn)行加熱．相對(duì)于整個(gè)房間而言，只有人員所在區(qū)域?qū)崿F(xiàn)局部地面供暖．受試者使用LB-SM6 智能溫控器自主控制與足部直接接觸的設(shè)備表面溫度，用Pt100傳感器測(cè)量與足部接觸的局部地暖板表面溫度，安裝UT230A-Ⅱ功率計(jì)(測(cè)量精度±1%)測(cè)量實(shí)驗(yàn)過(guò)程中局部地暖板消耗的電量．

圖2 局部地暖板結(jié)構(gòu)及使用Fig.2 Local floor heating plate structure and using

1.3 受試者

共有20位受試者參加本次實(shí)驗(yàn)，包括10位男性和10位女性，年齡在21～25歲．受試者全部為在校學(xué)生，健康狀況良好且實(shí)驗(yàn)前沒有吸煙、喝酒、喝熱飲和做劇烈運(yùn)動(dòng)．他們的身高和體重分別為(166.48±8.26) cm、(56.84±9.52) kg，體質(zhì)系數(shù)(body mass index，BMI)在18.8～22.1，符合亞洲人BMI標(biāo)準(zhǔn)[12]．此外，受試者穿著冬季服裝，服裝熱阻為(1.29±0.17)×0.155 m2·℃/W．實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，受試者可坐在辦公座椅上閱讀、上網(wǎng)或使用手機(jī)，但不允許交流與實(shí)驗(yàn)有關(guān)的內(nèi)容．

1.4 實(shí)驗(yàn)工況

實(shí)驗(yàn)研究的室內(nèi)溫度為14、16、18 ℃．《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50736—2012)規(guī)定[13]，舒適性空調(diào)冬季室內(nèi)相對(duì)濕度30%～60%，風(fēng)速不大于0.2 m/s；ASHRAE[14]規(guī)范規(guī)定室內(nèi)二氧化碳體積分?jǐn)?shù)不高于1 000×10-6．設(shè)定20 ℃作為對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)工況見表1．

表1 實(shí)驗(yàn)工況

1.5 實(shí)驗(yàn)流程

如圖3所示，每次實(shí)驗(yàn)持續(xù)80 min．開始實(shí)驗(yàn)前，受試者首先在溫度為20 ℃左右準(zhǔn)備室停留15 min，并填寫背景資料，如年齡、性別、身高、體重、健康狀況等．然后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)第1階段，兩位受試者同時(shí)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)房間，立即按要求填寫第1份問卷，之后每隔10 min填寫一次問卷．30 min后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)第2階段，實(shí)驗(yàn)人員開啟局部地暖板，受試者換上鞋套踩在地暖上，5 min后填寫一次問卷，之后每隔10 min填寫一次問卷．

圖3 實(shí)驗(yàn)流程Fig.3 Experimental procedure

1.6 實(shí)驗(yàn)問卷

本實(shí)驗(yàn)的問卷包括3部分內(nèi)容：熱感覺、熱舒適和熱可接受．其中熱感覺采用ASHRAE的7級(jí)標(biāo)度(見表2)；熱舒適尺度如表2所示；熱可接受投票分為“可接受”與“不可接受”．

表2 受試者反應(yīng)評(píng)價(jià)表

1.7 建筑能耗模擬

南方地區(qū)地域遼闊，以廣州、成都、上海、長(zhǎng)沙分別作為華南地區(qū)、西南地區(qū)、華東地區(qū)與華中地區(qū)的典型代表城市，用EnergyPlus軟件模擬不同地區(qū)空調(diào)系統(tǒng)的能耗．根據(jù)1.1節(jié)中人工環(huán)境實(shí)驗(yàn)房間的平面圖建立實(shí)驗(yàn)房間模型，將建立的模型和4個(gè)城市的氣候文件導(dǎo)入EnergyPlus中，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置從而計(jì)算分析能耗．EnergyPlus采用傳導(dǎo)傳遞函數(shù)的熱平衡算法來(lái)計(jì)算建筑負(fù)荷，根據(jù)《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189—2015)規(guī)定[15]燈光功率設(shè)置為9 W/m2，其余用電設(shè)備為15 W/m2，圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)見表3，人員設(shè)置為兩位，采用變制冷劑流量空調(diào)系統(tǒng)(VRF)模擬房間分體空調(diào)器，系統(tǒng)周末不運(yùn)行，工作日運(yùn)行時(shí)間設(shè)置為7:00～18:00．

表3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 室內(nèi)環(huán)境

表4為實(shí)驗(yàn)過(guò)程中室內(nèi)環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)，各工況下測(cè)量的背景溫度與設(shè)定的背景溫度相近，相對(duì)濕度基本符合設(shè)定濕度，風(fēng)速測(cè)量值都在設(shè)定范圍內(nèi)，且二氧化碳體積分?jǐn)?shù)不超過(guò)400×10-6，室內(nèi)空氣新鮮．

2.2 受試者熱反應(yīng)

適應(yīng)階段，受試者在20～30 min的熱感覺、熱舒適與熱可接受投票值沒有顯著性差異(配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，p>0.05)，實(shí)驗(yàn)階段受試者在55～65 min投票值也沒有顯著性差異，說(shuō)明受試者的主觀熱反應(yīng)基本達(dá)到穩(wěn)定．將適應(yīng)階段最后一張問卷(第30 min)作為14、16、18 ℃使用局部地面供暖前熱感覺、熱舒適與熱可接受穩(wěn)定狀態(tài)投票值，將實(shí)驗(yàn)階段最后一張問卷(第65 min)作為14、16、18 ℃使用局部地面供暖后和20 ℃無(wú)局部地面供暖熱感覺、熱舒適與熱可接受穩(wěn)定狀態(tài)投票值．

表4 室內(nèi)環(huán)境參數(shù)

2.2.1 熱感覺 圖4表示在14、16、18、20 ℃背景溫度下20位受試者熱感覺隨時(shí)間的變化，其中，20 ℃工況為對(duì)照實(shí)驗(yàn)，只進(jìn)行實(shí)驗(yàn)階段．適應(yīng)階段(無(wú)局部地面供暖)：背景溫度為14、16、18 ℃時(shí)，受試者熱感覺隨時(shí)間增加而降低．14 ℃時(shí)受試者經(jīng)歷30 min適應(yīng)階段其熱感覺投票值低于-1，16、18 ℃時(shí)，熱感覺投票值最終降至-0.5左右．實(shí)驗(yàn)階段(使用局部地面供暖)：使用5 min后，各工況下的熱感覺投票值顯著提高．在14 ℃背景溫度下，穩(wěn)定熱感覺投票值提升了0.5個(gè)尺度，但仍低于0．可見，14 ℃時(shí)使用局部地面供暖能夠顯著提高受試者熱感覺，但仍未達(dá)到中性狀態(tài)．在16 ℃背景溫度下，熱感覺最終接近中性狀態(tài)．在18 ℃背景溫度下，穩(wěn)定熱感覺投票值提升了近0.5，與20 ℃時(shí)受試者熱感覺相同，達(dá)到了中性狀態(tài)．

圖4 熱感覺投票值隨時(shí)間變化Fig.4 Changes in thermal sensation voting values over time

2.2.2 熱舒適 圖5表示在14、16、18、20 ℃背景溫度下，20位受試者熱舒適隨時(shí)間的變化，其中，20 ℃工況為對(duì)照實(shí)驗(yàn)，只進(jìn)行實(shí)驗(yàn)階段．適應(yīng)階段(無(wú)局部地面供暖)：在14 ℃背景溫度下，熱舒適投票值低于-0.5，受試者感覺不舒適；在16、18 ℃背景溫度下，受試者穩(wěn)定熱舒適投票值都低于0.5．實(shí)驗(yàn)階段(使用局部地面供暖)：使用5 min后，熱舒適投票值顯著增加．在14 ℃背景溫度下，相比于適應(yīng)階段，受試者熱舒適從不舒適側(cè)提高到舒適側(cè)，投票值變化了1個(gè)尺度；在16 ℃ 背景溫度下，穩(wěn)定熱舒適投票值接近1；在18 ℃背景溫度下，穩(wěn)定熱舒適狀態(tài)接近“舒適”，提高了1個(gè)尺度．在20 ℃無(wú)局部地暖板的情況下，受試者的熱舒適狀態(tài)為“有點(diǎn)舒適”．結(jié)果表明局部地面供暖能有效提高人體熱舒適，尤其受試者在18 ℃使用局部地面供暖的條件下，舒適性狀態(tài)比室內(nèi)溫度為20 ℃無(wú)局部地面供暖的熱舒適狀態(tài)更佳．

圖5 熱舒適投票值隨時(shí)間變化Fig.5 Changes in thermal comfort voting values over time

2.2.3 熱可接受 圖6給出使用局部地面供暖前后穩(wěn)定熱可接受投票頻率(f)分布．適應(yīng)階段(無(wú)局部地面供暖)：在14 ℃背景溫度下，40%的受試者不接受當(dāng)前室內(nèi)熱環(huán)境；在16 ℃的情況下，15%的受試者不可接受；在18 ℃時(shí)，所有受試者接受室內(nèi)熱環(huán)境．實(shí)驗(yàn)階段(使用局部地面供暖)：在14 ℃背景溫度下，僅10%的受試者不接受當(dāng)前室內(nèi)熱環(huán)境；在16 ℃的情況下，極少數(shù)受試者(5%)不接受室內(nèi)熱環(huán)境．在18、20 ℃的情況下，全部受試者均認(rèn)為室內(nèi)熱環(huán)境可以接受．

圖6 穩(wěn)定狀態(tài)熱可接受Fig.6 Thermal acceptability under the steady state condition

2.3 局部地面供暖能耗

圖7表示實(shí)驗(yàn)階段局部地暖板板面溫度變化．最初5 min板溫升高迅速；5～10 min板溫繼續(xù)升高，但速度放緩；10 min后，基本趨于穩(wěn)定．在10～35 min內(nèi)，背景溫度為14 ℃時(shí)，板面平均溫度為49 ℃；背景溫度為16 ℃時(shí)，板面平均溫度為48 ℃；背景溫度為18 ℃時(shí)，板面平均溫度為45 ℃．分別采用14、16、18 ℃ 3種工況下平均功率來(lái)計(jì)算整個(gè)供暖期局部地面供暖能耗，供暖時(shí)間與之前設(shè)置的空調(diào)供暖時(shí)間一致，結(jié)果見表5．

圖7 局部地暖板板面溫度Fig.7 Surface temperature of local floor heating plate

表5 局部地面供暖能耗

3 模擬結(jié)果分析

相比于北方地區(qū)，南方地區(qū)無(wú)固定供暖期，根據(jù)氣候變化需要隨時(shí)供暖．因此，4個(gè)地區(qū)供暖時(shí)間按照全年供暖來(lái)計(jì)算．結(jié)合實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量的局部地面供暖能耗數(shù)據(jù)(表5)，計(jì)算在14、16、18 ℃ 使用局部地面供暖以及20 ℃無(wú)局部地面供暖條件下供暖系統(tǒng)能耗，分析局部地面供暖方式的節(jié)能情況．在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每次兩位受試者同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因此在整個(gè)供暖期實(shí)驗(yàn)房間局部地面供暖能耗為兩位受試者能耗之和．

3.1 模擬與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

輸出EnergyPlus中長(zhǎng)沙地區(qū)某工作日工作時(shí)間(7：00～18：00)內(nèi)的氣象數(shù)據(jù)文件，與TR-72Ui溫濕度記錄儀實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比(圖8)，由圖可知軟件模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果較吻合．

圖8 室外環(huán)境溫度模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比Fig.8 Outdoor environment temperature comparison in simulation and experiment

3.2 能耗結(jié)果分析

圖9(a)為實(shí)驗(yàn)房間在14、16、18 ℃使用局部地面供暖和20 ℃無(wú)局部地面供暖條件下，各地區(qū)供暖期供暖能耗(Q)；圖9(b)為相對(duì)于使用20 ℃空調(diào)，各地區(qū)分別使用14、16、18 ℃空調(diào)加局部地面供暖系統(tǒng)的節(jié)能率(S)．

廣州位于夏熱冬暖地區(qū)，冬季室外最低日均溫10 ℃．如圖9(a)所示，廣州供暖能耗最低，且14、16 ℃時(shí)，絕大部分能耗來(lái)自局部地面供暖，空調(diào)能耗相對(duì)較低；18 ℃時(shí)，局部地面供暖能耗約占總能耗的50%．如圖9(b)所示，14、16、18 ℃背景溫度下，節(jié)能率分別為58.2%、51.3%、23.0%．可見，華南地區(qū)緯度低，使用空調(diào)加局部地面供暖系統(tǒng)能耗最低，雖然總體供暖節(jié)能量少，但節(jié)能率最高．成都、上海、長(zhǎng)沙都位于夏熱冬冷地區(qū)，由圖9可知，3個(gè)城市的供暖能耗及節(jié)能率相差不大．可見，盡管成都、上海、長(zhǎng)沙分別位于西南、華東、華中地區(qū)，但因緯度相近，氣候條件相似，節(jié)能效果相似，在14、16、18 ℃背景溫度下節(jié)能率分別達(dá)到了50%、30%、10%左右，節(jié)能效果明顯．

(a) 各工況下能耗

(b) 各地區(qū)節(jié)能率

圖9 供暖期能耗分析

Fig.9 Energy consumption analysis in heating period

4 討 論

4.1 局部地面供暖舒適性

通過(guò)2.2節(jié)在各背景溫度下對(duì)熱感覺、熱舒適與熱可接受的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可以看出，在14、16、18 ℃背景溫度下，有無(wú)使用局部地面供暖對(duì)于受試者的熱感覺和熱舒適都有顯著影響．實(shí)驗(yàn)階段(使用局部地面供暖)，受試者熱感覺、熱舒適與熱可接受都有所提升．在14 ℃背景溫度下，使用局部地面供暖后受試者熱反應(yīng)投票值有了很明顯的變化，雖然達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后熱感覺在冷的一側(cè)且舒適度略低于16、18 ℃工況，但熱可接受比例高于80%，仍然達(dá)到了ASHRAE規(guī)范中80%可接受度的要求[16]．在16 ℃背景溫度下，使用局部地面供暖后熱感覺和熱舒適投票值都接近中性狀態(tài)，能基本滿足受試者要求．對(duì)比18 ℃ 使用局部地面供暖與20 ℃無(wú)局部地暖板發(fā)現(xiàn)，兩種條件下受試者熱感覺完全一致，熱舒適(p=0.103 6)無(wú)顯著性差異，并且在18 ℃使用局部地面供暖的條件下熱舒適和熱可接受狀態(tài)更佳，且滿足受試者的舒適性要求．

4.2 與已有研究比較

4.2.1 舒適性比較

(1)動(dòng)態(tài)比較

文獻(xiàn)[5]開啟加熱座椅20 min內(nèi)，背景溫度10 ℃時(shí)，熱感覺由冷上升到熱中性，熱舒適由非常不舒適到?jīng)]感覺到有點(diǎn)不舒適；15 ℃時(shí)，熱感覺由涼上升到熱，熱舒適由不舒適到有點(diǎn)舒適到有點(diǎn)不舒適．本實(shí)驗(yàn)使用局部地面供暖30 min內(nèi)，背景溫度16 ℃時(shí)，熱感覺由稍涼接近熱中性，熱舒適由沒感覺接近有點(diǎn)舒適；18 ℃時(shí)，熱感覺由稍涼變?yōu)闊嶂行?，熱舒適由沒感覺接近舒適．且文獻(xiàn)[5]中加熱座椅發(fā)熱量大，較長(zhǎng)時(shí)間加熱會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱而降低熱感覺與熱舒適．本實(shí)驗(yàn)中局部地暖板加熱5 min升溫20 ℃左右，10 min后基本趨于穩(wěn)定(圖7)．可見，局部地面供暖加熱過(guò)程溫和，穩(wěn)定時(shí)間短，未出現(xiàn)過(guò)熱狀態(tài)．

(2)穩(wěn)態(tài)比較

文獻(xiàn)[6]中加熱表面有覆蓋物的座椅時(shí)，16 ℃ 背景溫度下，感覺稍涼而有點(diǎn)舒適，18 ℃時(shí)感覺不冷不熱且舒適．本實(shí)驗(yàn)在使用局部地面供暖時(shí)，16 ℃背景溫度下感覺接近熱中性而有點(diǎn)舒適，18 ℃時(shí)感覺不冷不熱且接近舒適．

4.2.2 能耗比較 Zhang等[11]在室內(nèi)背景溫度分別為18.9、19.4、20.0、21.1 ℃的情況下分析暖腳器的能耗，采用白熾燈作為熱量源，功率最高為21 W/人．本實(shí)驗(yàn)背景溫度分別為14、16、18 ℃，局部地面供暖平均功率最高達(dá)47 W/人(表5)．雖然本研究使用局部地面供暖能耗更高，但在擴(kuò)展舒適溫度區(qū)間方面具有優(yōu)勢(shì)．

4.3 工程實(shí)例對(duì)比

本研究中局部地面供暖的節(jié)能性主要來(lái)自于降低冬季采暖室內(nèi)所需溫度．目前，本實(shí)驗(yàn)采用的供暖設(shè)備尚處于實(shí)驗(yàn)研究階段．因此，局部地面供暖的節(jié)能效果主要與采用類似供暖方式的工程實(shí)例進(jìn)行對(duì)比分析．Zhang等[11]在加利福尼亞大學(xué)一所辦公樓中對(duì)采用白熾燈作為熱源的足部采暖設(shè)備進(jìn)行了實(shí)地測(cè)量，由文獻(xiàn)[11]可知：室外環(huán)境溫度為11.1～13.8 ℃的情況下，維持室內(nèi)溫度19.4、20.0 ℃所需的空調(diào)系統(tǒng)人均能耗分別為266.65、288.01 W左右，同時(shí)暖腳板的能耗分別為14.7、12.6 W左右．由以上數(shù)據(jù)可得，室內(nèi)溫度從20 ℃下降到19.4 ℃，總節(jié)能率為6.4%，即室內(nèi)溫度每下降1 ℃，節(jié)能10.7%．艾帥[17]調(diào)研了神木某廠房的采暖系統(tǒng)，數(shù)據(jù)計(jì)算分析得出，工作區(qū)平面內(nèi)平均溫度分別為7.8、9.8 ℃時(shí)，輻射采暖能耗分別為690.1、766.8 kW，即室溫每降低1 ℃，可以減少5%左右的能耗．此外，據(jù)日本采暖研究報(bào)告，地面輻射采暖可以節(jié)能20%～30%，相應(yīng)地，室溫每下降1 ℃便可節(jié)約大概10%的能源[18]．由本文圖9可知，夏熱冬冷地區(qū)室內(nèi)溫度由18 ℃下降到16 ℃時(shí)，節(jié)能率約為25%，即每下降1 ℃，節(jié)能12%左右．可見，本文采用的局部地面供暖加空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能率與已有文獻(xiàn)中降低采暖室內(nèi)設(shè)定溫度的節(jié)能率接近，與文獻(xiàn)[11，17-18]的節(jié)能率差異主要來(lái)自于室內(nèi)外環(huán)境溫度的差異性．

5 結(jié) 論

(1)局部地面供暖方式能顯著提高寒冷環(huán)境中人體舒適性．使用局部地面供暖5 min后，受試者熱感覺和熱舒適均顯著提高，且背景溫度低至14 ℃時(shí)熱可接受比例仍達(dá)到 80%以上．

(2)局部地面供暖擴(kuò)展了人體舒適性溫度范圍．受試者使用局部地面供暖達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，在14 ℃背景溫度下，受試者熱感覺、熱舒適與熱可接受投票值顯著提高；在16 ℃背景溫度下，各投票值都接近中性狀態(tài)；在18 ℃背景溫度下，與20 ℃ 無(wú)局部地面供暖條件比較，各投票值無(wú)顯著性差異，達(dá)到舒適狀態(tài)．

(3)局部地面供暖節(jié)能效果顯著．在14、16、18 ℃背景溫度下，單人局部地面供暖最大平均功率為47 W．

(4)相比于20 ℃無(wú)局部地面供暖的條件，局部地面供暖對(duì)中國(guó)南方地區(qū)都有顯著的節(jié)能作用．

[1] 江 億. 中國(guó)建筑能耗現(xiàn)狀及節(jié)能途徑分析[J]. 新建筑, 2008(2):4-7.

JIANG Yi. Chinese building energy consumption situation and energy efficiency strategy [J].NewArchitecture, 2008(2):4-7. (in Chinese)

[2] HE Yingdong, LI Nianping, ZHOU Linxuan,etal. Thermal comfort and energy consumption in cold environment with retrofitted Huotong (warm-barrel) [J].BuildingandEnvironment, 2017,112:285-295.

[3] KACZMARCZYK J, MELIKOV A, SLIVA D. Effect of warm air supplied facially on occupants′ comfort [J].BuildingandEnvironment, 2010,45(4):848-855.

[4] FODA E, SIRéN K. Design strategy for maximizing the energy-efficiency of a localized floor-heating system using a thermal manikin with human thermoregulatory control [J].EnergyandBuildings, 2012,51:111-121.

[5] OI H, TABATA K, NAKA Y,etal. Effects of heated seats in vehicles on thermal comfort during the initial warm-up period [J].AppliedErgonomics, 2012,43(2):360-367.

[6] PASUT W, ZHANG Hui, ARENS E,etal. Energy-efficient comfort with a heated/cooled chair:Results from human subject tests [J].BuildingandEnvironment, 2015,84:10-21.

[7] DENG Qihong, WANG Runhuai, LI Yuguo,etal. Human thermal sensation and comfort in a non-uniform environment with personalized heating [J].ScienceoftheTotalEnvironment, 2017,578:242-248.

[8] LAN L, TSUZUKI K, LIU Y F,etal. Thermal environment and sleep quality: A review [J].EnergyandBuildings, 2017,149:101-113.

[9] SONG Wenfang, WANG Faming, ZHANG Chengjiao,etal. On the improvement of thermal comfort of university students by using electrically and chemically heated clothing in a cold classroom environment [J].BuildingandEnvironment, 2015,94:704-713.

[10] 譚羽非,趙登科. 碳纖維電熱板地板輻射供暖系統(tǒng)熱工性能測(cè)試[J]. 煤氣與熱力, 2008,28(5):26-28.

TAN Yufei, ZHAO Dengke. Thermodynamic performance test of carbon fiber electric heating board for floor panel heating system [J].Gas&Heat, 2008,28(5):26-28. (in Chinese)

[11] ZHANG Hui, ARENS E, TAUB M,etal. Using footwarmers in offices for thermal comfort and energy savings [J].EnergyandBuildings, 2015,104:233-243.

[12] 洪海瀟, 蘇連勇. 天津市大學(xué)生BMI指數(shù)的15年動(dòng)態(tài)分析 [J]. 首都體育學(xué)院學(xué)報(bào), 2014,26(3):279-283.

HONG Haixiao, SU Lianyong. Fifteen-years dynamic analysis of BMI index of college student in Tianjin [J].JournalofCapitalUniversityofPhysicalEducationandSports, 2014,26(3):279-283. (in Chinese)

[13] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范: GB 50736—2012 [S]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2012.

Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People′s Republic of China. Design Code for Heating Ventilation and Air Conditioning of Civil Buildings: GB 50736-2012 [S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2012. (in Chinese)

[14] ASHRAE. Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality: ANSI/ASHRAE Standard 62.1-2013 [S]. Atlanta: ASHRAE, 2013.

[15] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部. 公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn): GB 50189—2015 [S]. 北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2015.

Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People′s Republic of China. Design Standard for Energy Efficiency of Public Buildings: GB 50189-2015 [S]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2015. (in Chinese)

[16] ASHRAE. Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy: ANSI/ASHRAE Standard 55-2013 [S]. Atlanta: ASHRAE, 2013.

[17] 艾 帥. 高大空間工業(yè)建筑采暖方式的對(duì)比研究[D]. 西安:西安建筑科技大學(xué), 2014.

AI Shuai. Comparative study on heating system of high space industrial building [D]. Xi′an: Xi′an University of Architecture and Technology, 2014. (in Chinese)

[18] 李宏偉,常志強(qiáng). 地面輻射采暖舒適性節(jié)能性探討[J]. 中國(guó)房地產(chǎn)業(yè), 2015(8):233.

LI Hongwei, CHANG Zhiqiang. Discussion on comfort and energy saving of radiant floor heating [J].RealEstateInformationofChina, 2015(8):233. (in Chinese)