舒適性——空調器發(fā)展的新趨勢
——訪中國電器科學研究院教授宋堅華
不詳 ?本刊記者王彤 ? 2010年07月01日 ? ?創(chuàng)新成果
宋堅華教授
空調器的發(fā)明，給人們的日常生活、工作和娛樂等提供了健康、舒適的人工環(huán)境?？照{器技術發(fā)展的時間雖然只有數十年，但發(fā)展至今，空調器在高效率化、低噪聲化、小型化、氟里昂替代及高可靠性化等方面已趨向成熟。隨著社會的發(fā)展，人們生活水平不斷提高，人們對空調環(huán)境舒適性要求逐步向自然環(huán)境特征變化。人們希望環(huán)境能感覺到溫度和氣流的適度變化，能有溫暖、涼爽、芳香感、明亮感等自然特征，即動態(tài)自然環(huán)境階段或稱感知環(huán)境階段，這給空調領域內的科研機構和生產廠家提出了急需解決的技術課題，也促使舒適性空調器的出現。
近日，本刊記者采訪了中國電器科學研究院教授宋堅華，對當前舒適性空調器在國內的發(fā)展現狀及舒適性實驗室的相關情況有了更深一步的了解。
記者：請介紹一下什么是舒適性空調器？
宋堅華：舒適性是指人體對環(huán)境的感覺，它包括四個方面：一是熱環(huán)境，即空氣溫度、濕度、空氣流速、圍護結構內表面溫度（熱輻射），還與人們衣著、年齡、活動狀況有關；二是空氣的含氧量；三是空氣的污染和氣味；四是噪音和各種電磁干擾。對于空調器主要是討論熱舒適性。人的熱感覺是建立在人體熱平衡基礎上的，當人體的發(fā)熱量與散失到環(huán)境的熱量平衡時就感覺舒適。在國際標準中，用“預測平均評定指標PMV”來表示環(huán)境的舒適性程度，PMV是通過對1300個人在被測環(huán)境下按照7個熱感覺區(qū)評定出的平均值。直觀地說人處于坐姿不運動的情況下，如果風速不大于0.15m/s，相對濕度50%RH左右，溫度為25℃左右，這個環(huán)境對于大多數人來說是舒適的，而能對環(huán)境作出相應控制的空氣調節(jié)器被認為是舒適性（控制）空調器。
國外空調行業(yè)于1985～1990年代左右實現溫度濕度、氣流組和輻射溫度的綜合控制，90年代以后開始試驗以PMV作為指標的人工智能控制。以舒適性指標作控制的空調，目前已在市場中銷售。
在20世紀80年代未90年代初，西安交通大學、上海交通大學、清華大學先后開始了舒適性研究和用PMV作控制的方法研究，1993年清華大學做出了樣機，實現了了初步的PMV控制。而當時國內空調器生產廠家忙于集中解決空調器的安全問題、可靠性問題、氟利昂替代問題以及能效問題，并沒有重視舒適性空調器的研發(fā)。
當前中國家用空調產量、出口量、品種等多方面已穩(wěn)居世界第一，通用品種已達世界水平，壓縮機保修達到10年?？照{器的能效準入條件以從GB7725/76的2.0發(fā)展到GB12021.3/2010的最低3.2、一級能效4.0。直流變頻空調最低頻率已達10HZ，定頻狀態(tài)最高能效達6.0以上；SEER（季節(jié)能效比）達到7.0以上，接近世界先進水平；風管型空調也逐步進入了傳統(tǒng)的北美市場。在此基礎上，中國電器科學研究院于2004年成功申請了舒適性空調器的國家實用新型專利，2005年為格力電器公司建設了國內首個簡易型舒適性實驗室，又分別于2007和2009年為格力電器公司和美的電器公司建設了全天候的舒適性實驗室，國內從此開始了舒適性空調器產品的研發(fā)。
宋堅華（右）和兩彈元勛楊嘉墀院士合影
記者：請問宋教授，開發(fā)舒適性空調器實驗室大概是什么樣的？
宋堅華：典型舒適性實驗室也稱為模擬試驗室，用于模擬房間空調的室內使用條件和室外使用環(huán)境，以評價和研究房間空調等產品在特定的外部環(huán)境條件及室內使用條件下的舒適性、節(jié)能性、耐候性和環(huán)境適用性。為提高空調器的耐候性、為研究PMV的空調控制技術、為空調器的室內設計和安裝提供指南，實驗室由內環(huán)境模擬室和外環(huán)境模擬室兩大部分構成。內環(huán)境模擬室的房間面積可調，以滿足不同規(guī)格空調器的試驗，其建筑結構的熱力學特性及聲學特性等按民宅建筑規(guī)范設計，并且可以根據需要進行局部調整，使其能夠模擬大部分常見的用戶房間特性；外環(huán)境模擬室分為臨街區(qū)（A區(qū)）及非臨街區(qū)（B區(qū)，模擬與其他房間相鄰）。A區(qū)用于模擬空調器在戶外使用時的溫度、濕度、風吹、日照（局部）、降雨（局部）、降雪（局部）等各種室外環(huán)境條件，以研究室外環(huán)境對空調器舒適性、節(jié)能性等方面的影響。
舒適性實驗室實際上具有多種測試能力。實驗室提供了多個被試機內機的運行房間和與內機運行房間配套的外環(huán)境間。外環(huán)境溫度可從-20℃～55℃、環(huán)境濕度在20%～90%RH，具有90～150mm/h可調雨量、25～150mm/h的降雪量、0.6～1KW/㎡的日照強度、1～10m/s的吹風強度，可以模擬長江流域以南的室外機運行條件。內機運行房間可以適應不同的面積（對應不同的空調）、不同的保溫狀態(tài)，提供可控發(fā)熱加濕的模擬人體，被試機可以在這個環(huán)境中進行試驗。
舒適性實驗室一方面是可控環(huán)境，另一方面是測試設備，其中溫度約有1000點的熱電偶布點，用于測試房間溫度場，房間壁面溫度；濕度約8～12點，0～100RH%，可移動。三維超聲風速計1～3套，可移動；無指向風速計8～10套，可移動；舒適度測量儀3～4套，可移動；含氧量測量儀一套，可移動；功率電流測量儀約4～8套。此外還有與以上配套的高速高精度數據采集及處理系統(tǒng)。
舒適性實驗室可對窗式、分體壁掛式、分體落地式、天花嵌入式、移動式、多聯機、盤管及自然對流換熱器進行如下試驗測試：
1．空調器在不同房間及不同環(huán)境下的降溫及升溫幅度、速度、功耗；
2．空調器對被控制環(huán)境在不同外環(huán)境情況下的舒適性評價，提供溫度、濕度、風速、舒適度、熱幅射的二維三維圖像即所謂場的圖形；
3．空調器外機的全環(huán)境適應性。
總之，舒適性實驗室提供了空調器的實際操作及實用性能的客觀及主觀評價。
采訪最后，宋堅華教授向我們介紹了舒適性空調器的市場前景。他談到，舒適性空調器的特點是根據人體舒適度來進行控制的，結構比較復雜、控制難度高，因此價格也偏高，即使在日本也只能進入高端市場銷售，國內情況也是如此。目前國內空調業(yè)界在大力發(fā)展直流變頻空調，其重點是節(jié)能，但價格也比較高，在北方使用不能很快補償與普通空調的差價，而且存在除濕能力差、在某些頻段噪音振動大的問題。宋堅華教授認為，空調產業(yè)向舒適節(jié)能的方向發(fā)展是一個必然的趨勢，而舒適性空調器與各種節(jié)能空調技術將能在“數字化家庭”這個重點課題中得到進一步整合發(fā)展。目前世界空調技術是處于靜態(tài)空調環(huán)境控制的階段，未來必將向動態(tài)環(huán)境即在一定的空間中產生不同需求的微風蕩漾、鳥語花香的自然環(huán)境方向發(fā)展。
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