热舒适性PMV_PPD指标在高速列车上的应用_石小容

制冷与空调 Vol.27 No.3 第27卷第3期

2013年6月 Refrigeration and Air Conditioning Jun. 2013.249～252文章编号：1671-6612（2013）03-249-04

第27卷第3期 石小容，等：热舒适性PMV-PPD指标在高速列车上的应用 ·249·

热舒适性PMV-PPD指标在高速列车上的应用

石小容 伍川辉?

（西南交通大学机械工程学院 成都 610031）

【摘 要】 在高速列车的研制中，由于运行速度的提高和对列车服务质量的要求，车内的热舒适性要求也相

应提高。温度和湿度是影响车内热舒适性的主要参数，研究适用于我国高速列车车内热环境的温湿度参数值，成为高速列车舒适性研究的一部分。利用ISO7730标准中PMV-PPD指标对高速列车客室内热舒适度进行评价，同时给出基于我国高速列车具体情况且符合车内热舒适性要求的温度和湿度的设定值推荐范围。

【关键词】 热舒适性；温度值；湿度值；PMV-PPD；高速列车 中图分类号 TU831 文献标识码 B

The Application of PMV-PPD in the High-Speed Train

Shi Xiaorong Wu Chuanhui

( Department of Mechanical & Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu, 610031 )

【Abstract】 With the development of high-speed train, the running speed of the train and the requirement of the service quality was improved. The requirements of thermal comfort on the train were also increased. Temperature and humidity was the main factor of internal car thermal comfort. It was very important to research on the temperature and humidity under the situation of high-speed train of China. The study would be the most important part of the research on high-speed train comfort. Paper evaluated thermal comfort of the high-speed train using the PMV-PPD indicators in the ISO7730 standards. According to the situation of high-speed train in China, the paper gave temperature and humidity value recommended range. 【Keywords】 thermal comfort; temperature; humidity; PMV-PPD; high-speed train

0 引言

热舒适各因素对人体影响的研究已经经历了

大半个世纪。关于热舒适的定义，现在比较通用的是美国供暖制冷空调工程师学会标准ASHRAE 55-1992中的叙述：“热舒适是人体对热环境感到满意的意识状态”。国际标准化组织（ISO）根据丹麦工业大学P O Fanger教授的研究成果与1984年制定了ISO 7730标准，《热环境—PMV和PPD指标的确定及热舒适条件的确定》。上述研究成果和相应的标准成为了以后舒适性热环境设计的的依据。

目前，我国铁路客车正在向着高速化、舒适化方向迈进，高速动车组已经投入运营。列车车厢内温度、湿度等参数的设计对乘客在车内的舒适性感觉有很大的影响，乘客往往会产生过冷或过热的感觉，影响列车的综合舒适性。且PMV-PPD评价方法均是在某些建筑物中以西方人做的小样本的试验，试验结果用在黄种人身上不一定合适，用在高速列车车厢中也不一定合适。因此，为了满足我国高速列车乘客对热舒适性的要求，提高高速列车的服务质量，有必要通过合理的方法来确定高速列车客室内适宜的温度和湿度。

基金项目：国家科技支撑计划（2009BAG12A01） 作者简介：石小容（1980-），女，在读硕士研究生，E-mail：xrongshi@http://wendang.chazidian.com 通讯作者：伍川辉（1964-），男，副教授 收稿日期：2012-03-01

·250· 制冷与空调 2013年

1 PPD-PMV指标

关于热环境的舒适条件，丹麦学者P O Fanger教授等从60年代就开始进行了大量的研究工作，提出了热舒适性的PPD-PMV指标体系。在ISO 7730标准中以PPD-PMV指标来描述和评价热环境。该指标综合考虑人体活动程度、空气温度、空气湿度、衣着情况、评价辐射温度、空气流动速度等六个方面的因素，以满足人体热平衡方程为条件，通过主观感觉调查确定出的绝大多数人的冷暖感觉等级。PMV的分量表如表1所示。PMV指标（预期平均评价）代表了对同一环境下绝大多数人的冷热感觉，因此可用PMV指标预估热环境下人体的热反应。但是，对于大多数人都表示满意的热环境，由于人与人之间的生理和心理差别，仍然会有人感到不满意，为了说明这一关系，提出了PPD指标（Predicted Percentage of Dissatisfied预期不满意百分率）来表示对热环境不满意的百分率。

表1 PMV热感觉标尺 Table 1 PMV thermal comfort scale

热感觉 PMV值

热

暖

微暖

适中 0

微凉 -1

凉-2

冷-3

+3 +2 +1

PMV-PPD的推荐值为PPD<10%，PMV值在-0.5～+0.5之间。相当于在人群中允许有10%的人感到不满意。PPD和PMV之间的关系可以用图1表示。

PPD=100-95exp[-(0.03353PMV4+0.2179PMV2)]

（2）

图1 PPD和PMV之间的关系

Fig.1 The relationship between PPD and PMV

P O Fanger利用人体热平衡原理，确定了PMV

的数学方程式，如式（1）所示[2]。并运用概率分析的方法，确定了PMV和PPD之间的数学关系，如式（2）所示[2]。

PMV??0.303exp(?0.036M)?0.028??L（1）

在PMV=0时，PPD为5%，这就意味着在此

车厢内环境处于最佳热舒适性状态时，由于生理和心理等各种原因，还是有5%的人感到不舒适。

2 利用PMV-PPD指标确定高速列车车厢内适宜的温湿度

车内环境的舒适性评价是确定车厢内空气参数的主要条件。评价舒适性状态的标准有很多种，目前广泛采用的是PMV指标。本文采用PMV指标来分析高速列车的车内热环境状况，分析的对象主要为影响PMV的六个参数。在高速列车空调开启的状况下，客室内的气流速度一般状况下是不变的，对于静坐于列车上的乘客而言，衣着情况和人体活动程度也是相对固定的。且对于常规的空调方式而言，平均辐射温度等于室内空气温度[5]。因此，高速列车的客室内热舒适性可看作主要与温度、湿度有关。

根据ISO 7730标准[2]，对于空调车内的乘客而言，所做机械功为0，能量代谢率为58W/m2，服装热阻冬季为1.0clo，夏季为0.5clo（1clo=0.155 m2·℃/W）。参考文献[2]规定，车厢内风速不超过0.25m/s，因此，在进行PMV值的计算时设定车厢内的风速为0.2m/s。

ISO7730标准以操作温度给出了热舒适区域。

L??M?W??3.05?10?3

?5.733?6.99(M?W)?Pa??0.42?(M?W)?58.15??1.7?10?5M

(5.867?Pa)?0.0014M(34?ta)

44

?3.96?10?8fcl??(tcl?273)?(tr?273)???fclhc(tcl?ta)

其中：M为新陈代谢量，W/m2；W为有用功量，W/m2；pa为水蒸气分压力，与相对湿度?有关，Pa；ta为空气温度，℃；fcl为穿衣面积系数，由服装热阻Icl决定；tcl为衣服外表面温度，℃；tr为平均辐射温度，℃；hc为对流换热系数，W/m2·℃。

pa=10-5?×ek

式中，?为相对湿度，v为空气流速，m/s。 由于人与人之间的生理差别，ISO7730对

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冬季舒适温度范围是ta=20.0～24.0℃，夏季舒适温度范围是ta=23.0～26.0℃。在ISO7730标准和大量实测数据的基础上，确定了计算PMV的温湿度计算范围，根据公式（1）、（2），以及相应的已知条件：M=58W/m2，W=0，V=0.2m/s，Icl=0.08（或0.155）m2·℃/W，ta=tr等[3]，采用Matlab编程分别对不同温度和相对湿度条件下的PMV值进行计算，计算结果如图2和图3所示。

查数据发现乘客的舒适性与温度密切相关，当温度在25℃时，PPD指数最低，为5%左右。PPD与温度的关系如图6所示。

图5（a） 湿度问卷调查结果 Fig.5(a) Humidity survey result

图2 不同温度条件下的PMV值

Fig.2 Under the condition of different temperature PMV

value

图5（b） 温度问卷调查结果 Fig.5(b) Temperature survey result

图3 不同相对湿度条件下的PMV值

Fig.3 Under the condition of different relative humidity

PMV value

图4 温度、湿度舒适度问卷调查设计图示 Fig.4 Temperature and humidity comfort questionnaire

survey design

图6 不同温度条件下的PPD值

Fig.6 Different temperature condition of PPD value

目前高速列车已在多条线路上投入运营，笔者

在已运行的高速列车线路上进行了大量的温湿度舒适性问卷调查，试验条件为6月，列车客室内温度为25.1℃，客室外环境温度为28.4℃，湿度为61.3%RH，图4为其中温度（湿度）调查图示，结果在综合各种条件和数据整理后如图5（a）和5（b）所示。同时对列车的不同车厢和同一车厢的不同部位进行了与温度、湿度相关的试验。综合调

由调查结果可知，旅客在温湿度的舒适性感觉值集中在4-8之间，考虑到当时的室外温度的影响和单个调查对象的生理、心理及衣着情况的不同，该数据反映了旅客的真实心理感受。

不同背景的人对同种环境的感觉可能也是有差异的，符合我国高速列车客室内乘客热舒适感觉的推荐温度和湿度应以实际数据为准，因此，综合以上数据分析可得出我国高速列车客室内温度设定值推荐范围：

·252· 制冷与空调 2013年

客室内温度：夏季24～27℃；冬季23～25℃ 相对湿度：当客室内温度取25℃时，取40%～65%

当客室内温度为26℃时取40%～70%

基于问卷调查样本数量和测试时各种环境条件的约束，据此得出的高速列车客室内温湿度设定值推荐范围，并不一定绝对满足热舒适性的要求，但是可以作为设计时的参考数据。实际的设定还需要综合考虑节能、空调机组的优化运行、客室内气流的影响等个因素。

我国高速列车运行线路跨度大，线路长，列车运行时外部温度变化比较大，因此在列车运行期间，随时注意调节客室内和温度和湿度，以便达到最舒适的乘坐环境。

参考文献：

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conditions for human occupancy[S]. Atlanta: American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers. Inc. 1992.

[2] ISO 7730, Moderate thermal environments determination

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[3] 杨培志,陈焕新.热舒适评价指标PMV-PPD在空调列

车上的应用[J].制冷空调与电力机械,2002,23(2): 22-24.

[4] ISO 7730:2005, Ergonomics of the thermal environment

- Analytical determination and interpretation of thermal comfort using calculation of the PMV and PPD indices and local thermal comfort criteria[S].

[5] 郭富军,杨昌志,戴飞.冬季商场空调室内热环境的调查

3 结语

与研究[A].1999年全国暖通空调年会论文集[C]. 对于高速列车，客室内热舒适性主要取决于空

[6] TB 1951-87,客车空调设计参数[S].北京:中国铁道出版调的一些基本参数。笔者依据参考文献[2,6]以及对

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[7] 孙立,余南阳.火车站热舒适性的调查研究[J].制冷与空指标体系进行计算分析，给出了高速列车客室内温

调,2009,23(1):39-42. 湿度设定值的推荐范围，以供工程设计人员在设计

[8] 凌啸,袁安国,匡志亮.空调列车空气品质的评价与改善时作为参考数据，同时也为现场操作人员在列车运

[J].制冷与空调,2009,23(5):42-44. 行时调节温度和湿度提供参考。

（4）结合被动式太阳房的思路考虑围护结构（上接第240页）

的设计，辅以主动式太阳能采暖，确定高海拨地区3 结束语

的合理的室内采暖温度，大大降低了采暖能耗，节（1）对于太阳能丰富地区，采暖系统设计中

约了设备投资。 优先考虑利用太阳能作为热源，满足国家提倡的节

能减排的大政方针，实现建筑与环境的和谐统一。

（2）太阳能采暖系统设计中对工程所在地的参考文献：

[1] 郝刚.我国太阳能发展现状与前景[J].中国新技术新产气象资料如：倾斜表面太阳总辐射月平均日照辐射

品,2010,(16):13. 量、月平均室外气温、月日照时数、纬度数、海拔

[2] 胡桂秋,黄晶.太阳能空调系统设计方案探讨[J].制冷与高度等需要有确切的了解，必要时需根据实验结合

空调,2009,23(3):106-108. 计算机模拟确定。

[3] 国家住宅与居住环境工程技术研究中心.住宅建筑太（3）采用间段性集热系统排空设计，以简单

阳能热水系统整合设计[M].北京:中国建筑工业出版的操作方式控制方式实现集热与放热的转换，实现

社,2006. 了系统维护的简便性，对偏远山区的系统设计尤为

重要。