杨瑞梁，周义德，徐子龙

(1.天津工业大学机械工程学院，天津 300387;2.中原工学院能源与环境学院，河南郑州 450007)

随着近年纺织用工荒现象的日趋明显和扩大，棉纺织车间温度偏高致使操作人员热舒适性较差的问题越来越受到纺织企业和相关研究人员的重视。按GB 50481—2009《棉纺织工厂设计规范》的规定，棉纺织车间温度要在30℃以上。例如细纱车间的夏季温度规定为30～32℃。按照GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》，人员长期逗留的室内舒适温度为26～28℃。GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》指出:室内计算温度每升高1℃，能耗可减少8% ～10%。因此，相对于民用建筑所要求的室内设计参数，纺织车间即使达到国家标准的设计要求，可以节约16% ～20%的能耗，但会导致车间温度升高，劳动条件恶化，能否兼顾工人的热舒适需要，应该进行进一步的研究。目前涉及到纺织车间温湿度参数的文献主要是研究空调节能，文献［1］提出在保障工艺生产的情况下，夏季可采用更高的温度，以减少纺织车间的送风量。文献［2］也提出适当放宽纺织车间的温湿度标准，降低纺织车间的需冷量，同时适当增加操作部位的吹风量以保障车间工人的感觉。目前尚未见到国内外文献对棉纺织车间内热舒适展开详细研究。本文结合其他领域热舒适研究的文献，深入研究棉纺织车间的热舒适，并提出相关的棉纺织车间热舒适要求，不仅有利于保障现有棉纺织企业的工人人权，维持工厂正常运转，还可以为棉纺织厂相关标准的制定提供理论依据。

1 热舒适

热舒适为人体对热环境表示满意的意识状态［3］。关于热舒适方法的研究分为2类:热平衡方法和热适应方法。热平衡方法是基于丹麦科学家Fanger在实验室内对1296名年轻的欧美人做出的测试资料、运用能量守恒推导而来的方法。目前国际上应用最为广泛的热平衡方法是PMV-PPD(PMV指预测平均热感觉指数，PPD指预计不满意者的百分比)指标体系［4］。除 PMV-PPD指标体系外，热平衡方法还包括两点模型法［5］、多节点模型法［6］等。然而，对于不同于实验室的环境，热平衡方法适用性受到很大限制［3－4，7］，因此必须结合具体环境，进行针对性研究，才能得出优于热平衡方法、更符合现实环境的热舒适结论，并指导工程实践［3－4］。热适应方法就是针对实际环境进行研究的热舒适方法。目前热适应方法研究多集中于民居［8］、车厢［9］、教室［10］、办公室［11］等小空间区域。而棉纺织车间的面积动辄上千平方米，明显与小空间区域不同，无法套用上述文献的研究成果。

GB 50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》在原有国标的基础上增加了热舒适要求，热舒适较高的区域为Ⅰ级，要求 －0.5≤PMV值≤0.5，热舒适度一般的区域为Ⅱ级，要求－1≤PMV值＜－0.5或0.5＜PMV值≤1。对于棉纺织空调，室内空气设计参数则应根据工艺需要及健康要求来确定。GB 50481—2009《棉纺织工厂设计规范》指出车间空气温湿度的计算应根据生产工艺要求来确定，但没有提及热舒适方面的要求。

可见，对具有较大空间的棉纺织企业的热舒适问题进行深入研究很有必要。鉴于目前尚未见到国内外文献对纺织车间热舒适性展开研究，本文将以国际通用的PMV-PPD指标体系为基础，探讨纺织车间的热舒适问题。

2 热舒适实验

2.1 实验基本情况

实验在郑州某大型棉纺织企业的一个纺织车间进行，该车间拥有5万纱锭。实验时间为2013年7月到8月间的2个工作日。实验对象为该车间41名一线工人，其中细纱车间26人，络筒车间、清花车间、梳棉车间、气流纺车间、粗纱车间各3人。男工人18名，女工人23名，工龄从2年到35年，其中工龄在10年以上34名。实验测试数据分别为温度、相对湿度、风速和黑球温度。实验询问数据包括个人信息、热感觉投票(TSV)以及热满意度投票(TS)。

实验仪器:Testo 608-H1温湿度测量仪(温度精度为±0.5℃;相对湿度精度为±3%);EY3-2A型电子微风仪(测量风速，最大允许误差为±2%);AZ8778型黑球温度计(测量黑球温度，±1℃)。测试时工人站立在工作区域接受测试和问询，测试按照ASHRAE 55—2013《人类居住热环境条件》进行，测量测试者在0.1、1.1、1.7 m处、距测试者20 cm处的温度、相对湿度、风速和黑球温度。测量结果取3 min的平均值。

热感觉投票(TSV)采用ASHRAE七级标度为热(+3)、暖(+2)、稍暖(+1)、中性(0)、稍凉(－1)、凉(－2)、冷(－3)。热满意度投票(TS)采用2级标度:热满意(0)、热不满意(－1)。

2.2 预测平均热感觉指数计算

根据GB 50736—2012的定义，预测平均热感觉指数(PMV)是指以人体热平衡基本方程式、心理、生理学的主观热感觉为出发点，考虑了人体热舒适感等诸多相关因素的全面评价指标。PMV值是一个客观值，可通过温度、相对湿度、风速、平均辐射温度、代谢率和服装热阻6个主要因素计算提到。6个主要因子中，温度、相对湿度、风速可直接测量得到，平均辐射温度可根据BS EN ISO 7726—2001《热环境的人类工效学·物理量测量仪器》由温度、黑球温度和风速计算出来，黑球温度可通过黑球温度计测量得到。受试者周围空气相关参数如表1所示。

表1 受试者周围空气相关参数Tab.1 Measured parameters around participants

实验过程中，工人着裤子及长短袖衬衫，服装热阻按 ASHRAE 55—2013《人类居住热环境条件》分别取为0.61 col和0.57 col。室内人员在平静站立状态接受问询和测试，时间为10 min，2种活动代谢率分别为1.2 met和2.2 met，则测量询问时的权重代谢率按 ASHRAE 55—2013取为2.03 met。GB/T 18049—2000《中等热环境PMV和PPD指数的测定及热舒适条件的规定》提供了PMV-PPD的计算程序，该程序是用BASIC语言编写。本文将其稍加改编，变为MatLab函数，在主程序计算时，输入温度、相对湿度、风速、平均辐射温度、代谢率和服装热阻6个主要因子就可以计算得到相应的PMV值和PPD值。

2.3 PMV与TSV指数对比

实际热感觉常用TSV投票结果显示，即要求受试者在ASHRAE七级标度中选择其中一项作为实际热感觉。本文对比工人的PMV值与TSV值。计算的PMV最小、最大和平均值分别为1.52、3.22、2.38。而调查的TSV最小、最大和平均值分别为0、3.00、1.78。图1示出随着 PMV值的增加，工人TSV值的变化情况。图中虚线为TSV值=PMV值，理想情况下，二者应该相等，但多数情况下，图中点均落在虚线之下。对点进行了一次线性拟合(见图中实线)，可以看出，虽然点分布与线并不是一一对应，但总体来说，随着PMV值的增加，TSV值也在增加。可采用(TSV-PMV)来描述TSV相对于PMV的偏离程度，图2示出男女工人TSV-PMV值随工人序号的变化。其中男、女工人的平均TSV-PMV值分别为－0.53和 －0.66。理想情况下 TSV值应等于PMV值，但实际上大多数TSV值均低于PMV值，这表明，通常情况下对纺织车间来说，PMV值高估了TSV值，高估值约在0.5～0.7，其中男女工人差不多。

2.4 PPD指数与TS指数

图1 工人TSV值随PMV值的变化Fig.1 TSV value versus PMV value of workers

图2 男女工人TSV-PMV值的变化Fig.2 PMV value versus TSV value of male workers and female workers

PPD指数为处于热环境中群体对于热环境不满意的投票平均值，该指数可根据PMV值计算得到。根据计算的PMV值，可计算出PPD的平均值为85.49%。而根据热环境满意度投票(TS)，基本接受的工人为39人，仅有2名工人对车间热环境不满意，其比例为4.9%。并且TSV投票中，投热(+3)、暖(+2)的人数为 25人，所占比例为61.0%。

可见，TS中的热环境不接受比例和TSV中感觉过暖(热(+3)、暖(+2))的人数比例均低于PPD计算值。即便在PPD计算值为85.49%的情况下，多数工人对车间热环境勉强接受，仅有少数工人明确表示对车间热环境不满意。

3 PMV-PPD在棉纺织车间的适用性

由于棉纺织车间温度一直较高，细纱车间冬季温度可达30℃左右，一直处于偏热状态，本文测试时，车间温度也在30℃以上。通过对41名工人周围环境参数进行测试及计算表明:计算的PMV和调查的TSV平均值分别为2.38和1.78。GB 50736—2012规定对热舒适度一般的区域为II级，要求－1≤PMV＜－0.5或0.5＜PMV≤1;ISO 7730—2005《热环境的人类工效学通过计算PMV和PPD指数及局部热舒适度标准对热舒适度作分析性预测和解释》中对热环境要求较低区域(C类)也规定为－0.7＜PMV值＜0.7;ASHRAE 55—2013对一般热环境要求为－0.5＜PMV值＜0.5。棉纺织车间测量的PMV值以及调查的TSV值均远远高于上述标准的要求范围，可见，完全套用国家标准或国际标准热舒适条文设计棉纺织车间的热环境，是不太合适的。

考虑到国内纺织车间的实际情况，目前纺织车间的温度、相对湿度、风速、黑球温度以及劳动强度在短期内不可能有大幅度的改善。如果必须使用PMV指标体系来描述棉纺织车间的热环境，则应适当调宽PMV的设计范围。结合本文计算的PMV值和调查的TSV值，建议棉纺织车间的PMV应满足－0.5＜PMV值 ＜2。这个范围的下限与ASHRAE 55—2013热舒适要求下限一致，上限则明显高出ASHRAE 55—2013热舒适要求的上限。原因有2个:1)虽然此时对应的PPD范围为PPD值＜76.8%，即理论上有76.8%的人对热环境不是很满意。该PPD值低于在棉纺织车间的PPD计算值，但远高于TS中热环境不接受比例和TSV中感觉过暖的人数比例。根据TS调查，在实际的纺织车间之中，与该值相对应的实际热环境不接受比例很低;2)该值略低于调查的棉纺织车间PMV值，但相差不多，纺织企业经过努力可以让车间热环境低于该上限，这比较符合国内纺织车间实际情况，因此对纺织车间来说该PMV范围比较合适。

4 结语

对棉纺织车间来说，计算的PMV值以及调查的TSV值均远远高于国家标准和国际标准要求的热舒适范围，且PMV值高估了TSV值，高估值在0.5～0.7之间，其中男女工人差不多。完全套用国家标准或国际标准的热舒适要求设计棉纺织车间的热环境，是不太合适的。考虑到国内纺织车间的实际情况，若必须使用PMV指标体系来描述棉纺织车间的热环境，应适当调宽PMV的设计范围，建议棉纺织车间的PMV应满足－0.5＜PMV值＜2。该范围适当调宽了ASHRAE 55—2013的热舒适要求范围，更符合国内纺织车间的实际情况，纺织企业经过努力可以达到该值。若将来国内纺织车间热环境普遍有所改善，该范围可以适当缩小。

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