夏热冬冷地区非采暖空调室内可接受温度范围
http://qks.cqu.edu.cn
第
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卷第
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期 土 木 建 筑 与 环 境 工 程
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基金项目!国家自然科学基金重点项目资助!
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作者简介!刘红!
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期 土 木 建 筑 与 环 境 工 程
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+
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夏热冬冷地区非采暖空调室内可接受温度范围
刘
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红!李百战!马晓磊
"重庆大学 三峡库区生态环境教育部重点实验室!重庆
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收稿日期!
()**A)*A)+
基金项目!国家自然科学基金重点项目资助!
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作者简介!刘红!
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"$女$副教授$主要从事建筑环境与建筑节能研究$!
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摘
!
要!为了编制'中国民用建筑室内热湿环境评价
(!需要得到夏热冬冷地区建筑室内非采暖
空调环境下的可接受温度范围&以重庆地区为代表!于
())?\())B
年期间!针对办公建筑和居住
建筑进行了为期
(
年的热环境逐月现场测试和问卷调查&在了解该地区非采暖空调室内外热环境
现状的基础上!进行了室内热环境满意度的主观评价以及热适应性的分析&在此基础上提出了确
定夏热冬冷地区非采暖空调室内环境的可接受温度范围的
&通过对获取数据按温度段进行回
归分析!结合实验室人体生理和心理实验结果!获得了重庆地区建筑室内非采暖空调环境下根据全
年室外空气温度变化而确定的可接受空气温度范围框图&最后!对比讨论了国际相关标准非采暖
空调环境下的室内可接受温度范围及确定方法&
关键词!室内热舒适#热适应性#室内环境#可接受温度范围#建筑节能
中图分类号!
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文献标志码!
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文章编号!
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90.139%D<90M-.9<9/80/D
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0/8Mb940%-083$/0/D879.<0%0D0
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=
D080K
N
89<
T
9.08-.9.0/
=
9
$
0/D6$
)[
$中国建筑用能已
占社会用能的
!)[
左右(*)$因此$建筑室内热环境
和热适应性研究有着非常重要的意义$即充分发挥
人体热适应能力$最大限度利用非采暖空调环境$减
少空调的使用$降低建筑设备能耗$减缓气候变化$
同时也可以避免,空调不适应症-等健康问题&
非采暖空调环境在美国标准
5GJP5;>>A
())"
(
(
)中称为自然调节空间!
'08-.0%%
N
2$/D383$/9D
G
T
069M
"$在欧洲标准
;'*>(>*
(
!
)则称为自由运行
建筑!
U.99A.-//3/
=
Q-3%D3/
=
"室内环境&在这样的
环境里$人们不启动采暖和空调制冷设备$而是可以
采取变换着装%开关窗户%通风降温等方式来适应热
环境的变化&各国学者对人在非采暖空调环境下的
热舒 适 问 题 做 了 大 量 的 研 究 工 作&英 国 的
&`5&J-<
T
7.9
N
M
(
"
)通过现场调查较早提出了自然
通风房间的热舒适温度不同于空调房间&美国的
,&U&Q-M67
(
>
)在泰国通过现场调查研究表明在同样
的热舒适满意投票率情况下$非采暖空调建筑的有
效温度范围更大&清华大学曹彬%朱颖心等(@)研究
了北京地区冬季寒冷的气候条件下人对冷环境的适
应性$结果认为冬季将室内温度维持过高$不仅浪费
能源$同时也会引发人们的不舒适感&北京理工大
纪秀玲等(?)对江浙地区夏季非空调环境下人体热感
觉进行了调查研究$结果认为对热环境的适应会改
变人们的心理期望和热感觉$现有的热舒适标准应
该根据实际情况作相应的修正&重庆大学李百战在
()
世纪
B)
年代初就对中国南方地区建筑室内热环
境现状问题开展了研究(+)&近年来$又针对重庆地
区高校教室(B)和学生公寓(*))非采暖空调室内环境
进行了人体热适应性研究$对高校教室室内热环境
提出了适应性预测平均投票!
0O` #
"的适应性模
型&这些研究都充分证明了人具有很好的热适应性
和热调节能力$可以使人在非采暖空调环境下比空
调环境下有着更大的可接受温度范围&
在非采暖空调环境人的热适应性研究基础上$
5GJP5;>>A())"
标准利用
PO&++"
项目的数据库
数据$以每栋建筑为一个单元产生不同的回归系数$
最终获得了适用于自然调节空间的
B)[
和
+)[
可
接受温度随室外月平均温度变化的范围(**)&欧洲标
准
;'*>(>*
利用欧洲的现场调研数据$根据
I.311387
的方法(*()计算得到舒适温度与室外周内相继平滑温
度!
.-//3/
=
<90/89<
T
9.08-.9
"线性回归方程$在此方
程基础上得到
!
种不同类型自由运行建筑设计温度
取值范围(*!)&英国雷丁大学姚润明(*")利用重庆地区
教室全年的现场调查数据$根据
I.311387
的方法计算
得到舒适温度与室外月平均温度的线性回归方程$利
用室内空气温度与热感觉投票得到
B)[
和
+)[
的可
接受范围&可以看出$
!
篇文献的可接受温度范围的
确定方法和数据来源均各不相同$结果也不相同&因
此$有待于更进一步的研究&
重庆大学承担了,中国民用建筑室内热湿环境
评价标准-的编制工作&该标准的主要内容之一就
是提出一个适合于中国的不同气候区的非采暖空调
建筑室内的可接受空气温度范围的确定方法&为了
给编制中的,中国民用建筑室内热湿环境评价标准-
提供依据$该文以典型夏热冬冷气候区的重庆为代
表$提出了确定夏热冬冷地区非采暖空调室内环境
的可接受温度范围的方法$并得到非采暖空调室内
环境的可接受范围&
=
!
研究方法
研究主要通过现场调查结合实验室实验的方式
开展研究&首先通过对调查建筑的室内外热湿环境
参数进行现场测试$同时对建筑室内的人员进行热舒
适问卷调查$了解该地区非采暖空调室内外环境的热
湿环境现状%以及人们对室内热环境的热适应能力和
主观评价&在调查数据的基础上通过将人们对室内
环境的热感觉投票进行分析处理$提出确定非采暖空
调室内环境的可接受温度范围的方法$获得
+)[
和
B)[
可接受温度范围&最后结合实验室研究成果$确
定室内人员习惯着装情况下的冬季最低和夏季有无
机械通风情况时的最高可接受温度值&
研究从
())?
1
())B
年$整个过程历时
(0
&每
月选取
!
"
>
天可以代表该月典型气候的测试日进
行建筑室内外热湿环境现场测试和室内居民或办公
人员问卷调查&建筑类型为重庆的典型住宅建筑或
办公建筑&住宅建筑测试日的测试时段不做限制$
办公建筑的测试时段基本为办公时间
+
'
!)
1
*?
'
!)
&所有数据均在非采暖空调环境采集&
使用高精度便携式温湿度计和热线风速仪对热
环境参数!室内干球温度$相对湿度$室内风速以及
室外干球温度"进行测量&在进行环境参数测量的
同时$请室内的居民或办公人员填写问卷&问卷的
主要内容包括'被调查者的年龄$性别$此时穿衣情
况$此时对热环境的主观感觉$包括热感觉$湿感觉
以及气流感&其中$热感觉采用的是
5GJP5;
热
感觉
?
级标尺&
\!
%
\(
%
\*
%
)
%
*
%
(
%
!
分别代表很
冷%冷%有点冷%不冷不热%有点热%热%很热&根据
?
级标尺$对湿感觉和吹风感同样做了标尺$
\!
%
\(
%
\*
%
)
%
*
%
(
%
!
分别代表很潮湿%潮湿%有点潮%舒适%
有点干%干燥%很干燥和很闷%闷%有点闷%舒适风%有
点风%风大了点%风很大&
实验室研究则是在非采暖空调实验环境下$在
+(*
土 木 建 筑 与 环 境 工 程
!! !!!!!!!!!!!!!!
第
!!
卷
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冬季低温和夏季高温!分有机械通风和无机械通风"
工况下进行人体生理%心理反应的主客观实验研究$
从而获得人在热适应能力范围内的最低和最高可接
受温度值&
>
!
调查结果统计分析
通过为期
(0
的现场测试和问卷调查$整理得
到了有效问卷
(?*(
份$其中男性
*"!!
份$女性
*(?B
份$男女人数比较均匀$比例为
*&*>
'
*
&为了
使调查结果具有普遍性$问卷调查的人员年龄跨度
较大$最小的年龄在
()
岁以下$最大的年龄超过
@)
岁&各年龄段具体比例为
()
"
!)
岁$占总数的
!?&([
#
!)
"
")
岁$占总数的
(*&>[
#
")
"
>)
岁%
>)
"
@)
岁以及大于
@)
岁的人数基本相等$大约分别
占总数的
*([
左右#小于
()
岁的人数最少$只占总
数的
"[
&
通过对
(?*(
份问卷进行分类归纳了解全年室
内外热环境状况'冬季
*
月份平均温度最低$夏季
+
月份平均温度最高$室内空气相对湿度大部分为
>)[
"
+)[
#室内空气流速大部分为
)
"
)&(><
*
M
$
最高为
)&B"<
*
M
&将现场测试得到的室内外空气
温度数据绘成散点图
*
&从图上可看出$室外空气
温度在
@
"
!@q
之间变化$室内空气温度在
*)
"
!>q
之间变化$室内空气温度随室外空气温度的升
高而升高$同一时间内室内外空气温度差大约在
*
"
"q
之间&由此可以看出$在非采暖空调的自然环
境下室外温度对室内温度影响很大&除了室外气象
条件外$室内外温差大小主要由建筑围护结构的保
温和隔热性能以及室内产热量的大小决定&
图
=
!
室内外空气温度关系图
在获得非采暖空调建筑室内外热湿环境状况的
基础上$需要了解人们对这种工作或居住环境的热
舒适评价$研究通过被调查者的热感觉投票值
!
EG#
"来综合体现&同时$由于空气湿度和速度对
人体热舒适有着重要的影响&例如高温高湿的环境
下$由于皮肤湿润度的增加使汗液蒸发受到限制$并
且服装对汗液蒸发有阻碍作用$人体的不舒适感将
明显增加&而在高温环境下适当的吹风使人的舒适
感会明显增加&因此了解调查者的湿感觉和气流
感$对分析热舒适有重要的作用&
将调查问卷分别按冬季%夏季和过渡季节进行
统计$得到室内热环境参数%服装热阻与主观评价关
系表
*
&
表
=
!
室内热环境参数&服装热阻与主观评价关系表
季节
!问卷数"
室内热环境参数
空气温度*
q
相对湿度*
[
空气流速*
!
<
+
M
\*
"
服装热阻*
6%$
主观评价百分比
投票值范围 热感觉*
[
湿感觉*
[
吹风感*
[
冬季!
@B@
"
平均值
*>&( @>&! )&)? *&*@
!
)
"
>+&+ >B&( "B&?
标准差
(&" B&? )&)@ )&!(
!
\*
$
)
$
*
"
B*&? B!&) +B&*
最小值
B&( "!&" )&)) )&(+
!
\!
$
\(
"
+&! (&> !&)
最大值
(!&) B+&( )&"( *&B"
!
(
$
!
"
)&) "&@ ?&+
夏季!
>B!
"
平均值
(+&@ @+&B )&*> )&!"
!
)
"
"(&> >@&@ !)&@
标准差
(&) B&> )&*> )&)B
!
\*
$
)
$
*
"
+*&B +B&> +?&"
最小值
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!
\!
$
\(
"
)&) (&! **&"
最大值
!"&? B+&) *&)( )&+?
!
(
$
!
"
*+&* +&( *&(
过渡季!
*"(!
"
平均值
(!&( @"&? )&)B )&>?
!
)
"
?*&" @)&> !?&!
标准差
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!
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$
)
$
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B+&> B@&+ +B&@
最小值
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"
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最大值
(?&> B)&@ )&>) *&?(
!
(
$
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"
*&" (&) (&>
B(*
第
"
期 刘
!
红!等)夏热冬冷地区非采暖空调室内可接受温度范围
http://qks.cqu.edu.cn
!!
从表
*
中可以看出$冬季在热感觉投票值
!
EG#
"为
)
时$热感觉投票百分比为
>+&+[
&在热
感觉投票值!
EG#
"为
\*
%
)
%
*
的范围时$热感觉投
票百分比为
B*&?[
&该地区人们在习惯的冬
季着装情况下!平均服装热阻值为
*&*@6%$
"$对室
内热环境满意度基本达到
B)[
以上&在夏季热感
觉投票值!
EG#
"为
)
时$热感觉投票百分比为
"(&>[
&在投票值!
EG#
"为
\*
%
)
%
*
的范围时$热
感觉投票百分比为
+*&B[
&可以看出夏季人们对
热环境的评价比冬季低$热感觉投票百分比相差约
*)[
&这说明夏季人们虽然可以通过减少衣着%开
窗或打开风扇等适应性调节方式来适应环境$但这
些方式比起冬季人们通过增加服装来适应环境调节
范围要有限一些&比如夏季着装的减少是有限的$
而且一些单位对办公室人员的还有着装&因
此$冬季人们对室内热环境的适应范围大于夏季&
从表
*
中还可以看到$
!
个季节里人们对湿感
觉在投票值为
)
和投票值范围
\*
%
)
%
*
时的百分比
分别都达到了近
@)[
和
B)[
以上$表明人们对于重
庆地区非采暖空调室内的高湿环境!平均相对湿度
都在
@)[
以上"已经比较适应&从吹风感来看$投
票值 为
)
时 的 百 分 比 冬 季 为
"B&?[
$夏 季 为
!)&@[
$过渡季节为
!?&![
$在投票值范围
\*
%
)
%
*
时的百分比则均在
+>[
以上&可以看出夏季和过
渡季节人们对室内的气流环境不是特别满意$,有点
闷-是不少被调查者对所处环境的评价&从室内气
流速度统计数据来看$夏季平均室内空气流速为
)&*><
*
M
$过渡季节为
)&)B<
*
M
&说明非机械通风
情况下$室内气流速度较小$对室内热环境的调节能
力有限&
?
!
可接受温度范围的确定
为了充分反映不同温度下非采暖空调环境中人
的热适应性和热调节能力$在全年室内外空气温度
关系图基础上$根据人们对室内热环境的热感觉投
票值分布状况$将室外温度以
(q
为
*
个温度段单
元$寻找各室外空气温度段下的室内空气温度与
EG#
的回归方程&室外空气温度范围从
>
"
!?q
$
总共可以分为
*@
个温度段&通过数据回归的方式$
得到每个室外空气温度段下$室内空气温度所对应的
实际投票值之间的一元回归方程$具体如图
(
所示&
图
>
!
室外空气温度下
8!W
与室内空气温度关系
从图
(
和回归方程可以看出$每个温度段所回归
出来的方程斜率不相同#温度较高时的回归方程比温
度较低时的回归方程斜率要大些&这说明人体对不
同温度所表现出来的敏感程度不同$较高温度比较低
温度人体对热感觉更敏感!见图
(
!
0
"和图
(
!
D
""&
某些温度段下$室内空气温度跨度较大$如过渡
季节室内人员通过调整服装等适应性手段满足自身
的热舒适要求$此时$热感觉投票随室内空气温度变
化不明显!如室外温度为
*@
"
()q
时$见图
(
!
K
""&
在得到各室外空气温度段下室内空气温度与
EG#
之间的回归方程的基础上$根据
U0/
=
9.
教授
提出的
O` #AOOR
方程(*>)$得出当预测热感觉投票
值!
O` #
"为
l)&>
时$有
B)[
的人满意室内热环
)!*
土 木 建 筑 与 环 境 工 程
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!!
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境$当预测热感觉投票值!
O` #
"为
l)&+>
$有
+)[
的人满意室内热环境&假设实际热感觉投票!
EG#
"
与实际不满意率遵循
O` #AOOR
同样的规律$则计
算得到各温度段下$
EG#
为
l)&>
和
l)&+>
所对应
的温度值$以室外空气温度为横坐标$室内空气温度
为纵坐标作图$得到各数据对应的点$并通过线性回
归的方法$得到
+)[
和
B)[
可接受的线性回归方
程$具体如图
!
所示&
图
?
!
EGa
和
FGa
可接受温度线性回归
从图
!
可以明显看出回归后的
+)[
%
B)[
可接
受线呈现一个梯形的形状$在低温度段时可接受范
围明显比高温度段时可接受范围要大&这充分反映
了不同季节人们的热适应性能力的大小&
重庆大学在近几年将皮肤温度$神经传导速度
等生理参数用于人体热舒适及生理健康研究已经取
得了很好的研究成果(*@A*+)&通过实验$得到了在重
庆地区非采暖空调室内空气温度的冬季下限值为
*@q
!服装热阻平均值约
*&**6%$
$平均相对湿度大
于
?)[
"$夏季上限值为
(+q
!无机械通风时"&若
夏季利用机械通风$室内空气流速为
*<
*
M
时$室内
空气温度上限值可达到
!)q
(
*BA()
)
$由此最终得到了
重庆地区非采暖空调室内可接受温度范围框图$如
图
"
所示&
图
@
!
夏热冬冷地区可接受温度范围
对比讨论
5GJP5;>>A())"
!见图
>
"%
;'*>(>*
!见图
@
"及姚润明!见图
?
"的研究$
!
种方法均以热
舒适中性温度与室外温度的线性回归方程为基准$
在此基础上平移得到满意率为
+)[
和
B)[
可接受
温度范围$且上下温度范围是平行等宽的&其中'
5GJP5;>>A())"
采用的是以每栋建筑为
*
个单
元$各单元产生不同的回归系数$得到相应的中性温
度&
;'*>(>*
和姚润明利用
=
.311387
公式计算中性
温度&研究则是直接将数据按温度段单元的形式进
行线性回归得到各温度段下满意率为
+)[
和
B)[
可接受上下限温度值$然后将其值再进行
*
次线性
回归得到全年室外温度下满意率为
+)[
和
B)[
的
可接受温度范围&研究结果显示可接受温度范围不
是平行等宽的&这符合冬季和夏季人们通过适应性
调节方法不同$调节能力不一致的特征$比如在重庆
的办公建筑和居住建筑内$冬季人们可以通过增加
服装来适应室内热环境的变化$而夏季人们的着装
少%可进行的调节是有限的&夏季人们对室内热环
境的适应范围小于冬季&
图
A
!
,!1L,HAA4>GG@
自然空间可接受
的运行温度的范围(>'==)
图
C
!
HN=A>A=
自由运行建筑设计温度取值范围(?'=?)
*!*
第
"
期 刘
!
红!等)夏热冬冷地区非采暖空调室内可接受温度范围
http://qks.cqu.edu.cn
图
D
!
重庆地区非采暖空调教室热适应温度范围(=@)
5GJP5;>>A())"
!见图
>
"及姚润明!见图
?
"的
研究采用的是月平均室外气温&
;'*>(>*
!见图
@
"
采用的是将周内相继平滑温度 !
.-//3/
=
<90/
89<
T
9.08-.9
"&
5GJP5;>>A())"
和
;'*>(>*
所用
到的数据皆没有涉及到中国&根据中国建筑热环境
分析专用气象数据集((*)典型气象年逐日气象资料
中的统计数据显示$重庆%上海%长沙等夏热冬冷地
区城市的日平均气温变化较大$如重庆在
!
月
\>
月份$
+
月
\**
月份$日平均气温均超过
*)q
$而且
每日瞬时温度变化也很明显&如果用月平均温度来
表示室外空气温度的变化显得过于笼统&该研究采
用各室外瞬时空气温度为自变量$确定可接受室内
空气温度范围 !见图
"
"$体现夏热冬冷地区的室外
日平均气温变化较大的特点$而且使用也更方便&
值得一提的是$相对湿度也是评价人体热舒适
的重要因素之一&国际上用有效温度
;E
!
;11968349
E9<
T
9.08-.9
"来考虑室内空气温度%空气湿度和室
内空气流速的综合影响$还特别将相对湿度
>)[
$
空气静止不动$服装热阻
)&@6%$
时的有效温度定义
为 标 准 有 效 温 度
G;E
!
G80/D0.D ;11968349
E9<
T
9.08-.9
"
(
((
)
&
U0/
=
9.
的
O` #AOOR
模型中也
包含了相对湿度对
O` #
的影响(*>)&尤其是低湿和
高湿环境对热舒适影响更大$低湿度能使皮肤及粘
稠的表面干燥$在低湿度的情况下特别是当露点温
度低于
)q
时$鼻子%喉咙%眼睛%皮肤等部位有明显
的干燥感$在高湿度情况下$相对湿度增加会增加不
舒适感$如水分扩散和出汗等((()&
5GJP5;>>A
())"
对于空调环境采用
O` #AOOR
模型进行评价$
但是对于非采暖空调环境$
5GJP5;>>A())"
则给
出了自然空间可接受的运行温度的范围!见图
>
"$
并特别说明应用时没有湿度的限制(()&同样$
;'*>(>*
%姚润明在对自由运行建筑设计温度取值
范围!见图
@
"和重庆地区非采暖空调教室热适应温
度范围!见图
?
"中也没有对湿度进行限制&主要论
述的是非采暖空调环境的可接受室内温度范围$因
此参照
5GJP5;>>A())"
%
;'*>(>*
等做法没有考
虑湿度的影响问题&
@
!
结论
以典型夏热冬冷气候区的重庆为研究对象$利
用办公建筑和居住建筑现场测试和问卷调查数据$
结合试验室人体生理和心理实验研究成果$得出了
一个适用于夏热冬冷地区建筑室内非采暖空调环境
的可接受空气温度范围&通过与
5GJP5;>>A
())"
%
;'*>(>*
及姚润明的可接受温度范围研究结
果的对比$主要结论如下'
*
"将重庆办公建筑和居住建筑现场测试和问卷
调查数据按温度段单元通过二次线性回归$得到全
年室外温度下满意率为
+)[
和
B)[
的可接受温度
范围$且可接受温度范围在冬%夏季是不平行等宽
的&这反映了重庆冬季人们可以通过增加服装来适
应室内热环境的变化的特征&
(
"采用室外瞬时空气温度为自变量$确定可接
受室内空气温度范围$充分体现了夏热冬冷地区的
室外气温变化较大的特点$而且使用也更方便&
!
"为编制中的,中国民用建筑室内热湿环境评
价标准-的室内可接受温度范围的确定提供了可行
的方法$但在实际标准编制中$夏热冬冷地区的其它
典型城市$如上海%南京%武汉%长沙等地的气候条
件%室内热湿环境现状及人们的热适应性可能不同$
应采用本方法分别进行研究$综合确定夏热冬冷地
区的室内可接受温度范围&
参考文献!
(
*
)
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)曹彬$朱颖心$欧阳沁$等
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北京地区冬季室内人体热舒
适性及热适应性调查(
,
)
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暖通空调$
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土 木 建 筑 与 环 境 工 程
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第
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卷
http://qks.cqu.edu.cn
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(
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)纪秀玲$王保国$刘淑艳$等
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浙江地区非空调环境热舒
适研究(
,
)
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北京理工大学学报$
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心理的人体热
舒适研究(
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)刘红
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重庆地区建筑室内动态环境热舒适研究(
R
)
W
重
庆'重庆大学$
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(
()
)重庆大学
W
国家科技支撑子课题执行情况验收技术
报告'建筑室内热适环境质量标准研究(
P
)
W()*)W
(
(*
)中国建筑热环境分析专用气象数据集(
`
)
W
北京'中国
建筑工业出版社$
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红!等)夏热冬冷地区非采暖空调室内可接受温度范围
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