室外熱舒適度監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氣象監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，特別涉及一種針對室外熱舒適度進行 監(jiān)測的系統(tǒng)及監(jiān)測方法。
【背景技術】
[0002] 熱舒適度是熱環(huán)境物理量（如溫度、濕度、空氣流動性等）及人體有關因素（如皮 膚溫度、皮膚濕潤度、服裝熱阻等）對人體綜合作用的一個反映舒適程度的指標。
[0003] SET*(StandardEffectiveTemperature，新標準有效溫度）：以人體傳熱的物理 過程為基礎，包含平均皮膚溫度和皮膚濕潤度（是指人體表面平均的皮膚溫度和皮膚濕潤 度），綜合考慮不同活動水平和服裝熱阻，是目前國外較通用合理的評價室外熱舒適的指 標。
[0004] 其定義是：某個空氣溫度等于平均輻射溫度（平均輻射溫度是熱環(huán)境領域的專用 名詞，是指環(huán)境四周表面對人體輻射作用的平均溫度）的等溫環(huán)境中，其相對濕度為50%， 空氣靜止不動，在該環(huán)境中身著標準熱阻服裝（標準服裝熱阻是熱環(huán)境領域的專用名詞， 定義為一個靜坐者在21°C空氣溫度、空氣流速不超過0. 05m/s、相對濕度不超過50%的環(huán) 境中感到舒適所需要的服裝的熱阻，相當于內穿襯衣外穿浦東外衣時的服裝熱阻）的人若 與他在實際環(huán)境和實際服裝熱阻條件下的平均皮膚溫度和皮膚濕潤度相同時，則必定具有 相同的熱損失，這個溫度就是上述環(huán)境的SET'
[0005] 專利201210184844公開了一種室內熱舒適度評價系統(tǒng)，其采用PMV-PH)作為熱環(huán) 境舒適度評價指標。但PMV-PH)熱舒適指標主要適用于穩(wěn)態(tài)的人工室內環(huán)境，對于室外非 穩(wěn)態(tài)環(huán)境并不一定適用。相關研究表明，SEf更適用于全年室外熱環(huán)境的舒適性評價，而目 前國內運用SET%平價室外熱環(huán)境的無線檢測儀表還不存在。
[0006] 建筑室外環(huán)境監(jiān)測，尤其是對于需要長期監(jiān)測的場合，有很多實際的問題需要考 慮，例如設備的供電、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)收集、長期監(jiān)測穩(wěn)定性、防雨、多點測量等，室內的相關 熱舒適監(jiān)測系統(tǒng)很難滿足要求。目前，現(xiàn)有的室外熱舒適檢測儀表主要以短期檢測（是指 與全年長期檢測比較相對較短的檢測）、單點檢測（與全局檢測相對應，指的是一次檢測一 個測點的檢測）和有線傳輸為主。因此，開發(fā)針對室外熱舒適的長期監(jiān)測系統(tǒng)，并綜合考慮 室外熱舒適監(jiān)測的實際情況，十分有必要。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種結構簡單、適用于室外全年候熱環(huán)境舒適性 評價的室外熱舒適度監(jiān)測系統(tǒng)及其監(jiān)測方法。
[0008] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案為：
[0009] 本發(fā)明的室外熱舒適度監(jiān)測系統(tǒng)，包括設置于室外多點處的室外參數(shù)傳感器模 塊、數(shù)據(jù)采集模塊和設置于控制室內的中央處理器，在中央處理器中還設有能獲取室外熱 舒適度值的運算模塊，該運算模塊根據(jù)以下熱舒適方程運算：
[0010] Qsk -aSET (Tsk_SET) +ωaeSET(Psk-〇. 5PSET) (1)
[0011] 式中：
[0012] Qsk一皮膚總散熱量，單位為W;
[0013] a'SET-標準環(huán)境中考慮了服裝熱阻的綜合對流換熱系數(shù)，單位為Wm2°CS
[0014] Tsk一皮膚溫度，單位為°〇；
[0015] ω-皮膚濕潤度；
[0016] α' -標準環(huán)境中考慮了服裝熱阻的綜合對流質交換系數(shù)，單位為Wm2kPaS
[0017] Psk-皮膚表面的水蒸氣分壓力，單位為kPa;
[0018] PSET-標準有效溫度SE^Tf的飽和水蒸氣分壓力，單位為kPa。
[0019] 所述室外參數(shù)傳感器模塊為可對空氣溫度、空氣濕度、風速、黑球溫度進行測量的 傳感器。
[0020] 在數(shù)據(jù)采集模塊與中央處理器之間還設有無線發(fā)射模塊和無線接收模塊。
[0021] 所述風速傳感器采用脈沖型風杯風速計。
[0022] 該系統(tǒng)還包括與室外熱舒適度相關的活動建議預告模塊。
[0023] 本發(fā)明的獲取室外熱舒適度的方法，按以下步驟進行，
[0024] 1)在室外活躍區(qū)域多點設置測量包含空氣溫度、空氣濕度、風速、黑球溫度在內的 室外參數(shù)的傳感器模塊和該室外參數(shù)數(shù)據(jù)采集模塊及電源模塊；
[0025] 2)將數(shù)據(jù)采集模塊獲取的室外參數(shù)輸入設置于控制室內的中央處理器中；
[0026] 3)經存儲于中央處理器中的運算模塊計算獲得室外熱舒適度值，所述運算模塊按 以下熱舒適方程運算：
[0027] Qsk -aSET (Tsk_SET) +ωaeSET(Psk-〇. 5PSET)
[0028] 式中：
[0029] Qsk-皮膚總散熱量，單位為W;
[0030] a'SET-標準環(huán)境中考慮了服裝熱阻的綜合對流換熱系數(shù)，單位為Wm2°CS
[0031] Tsk一皮膚溫度，單位為°〇；
[0032] ω-皮膚濕潤度；
[0033] a'eSET-標準環(huán)境中考慮了服裝熱阻的綜合對流質交換系數(shù)，單位為Wm2kPaS
[0034] Psk-皮膚表面的水蒸氣分壓力，單位為kPa;
[0035] PSET-標準有效溫度SEfT的飽和水蒸氣分壓力，單位為kPa。
[0036] 本發(fā)明方法中，所述數(shù)據(jù)采集模塊采集的室外參數(shù)通過人工抄錄、有線傳輸或無 線傳輸輸入所述的中央處理器中。
[0037] 本發(fā)明方法中，所述活躍區(qū)域公園、游樂廣場或旅游景區(qū)。
[0038] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用在室外多點處設置室外參數(shù)傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集 模塊和設置于控制室內的中央處理器，并在中央處理器中設有能獲取室外熱舒適度值的運 算模塊的監(jiān)測系統(tǒng)。使得通過該監(jiān)測系統(tǒng)測得的室外熱舒適度準確率較高，從而對室外熱 環(huán)境做出合理評價，進而指導建筑設計人員提出針對性的措施改善室外熱環(huán)境，還可指導 戶外旅游者的室外活動時間。
[0039] 本發(fā)明采用標準ModBus-RTU通訊協(xié)議的無線接收模塊接收多個無線發(fā)射模塊的 信號，實現(xiàn)多點測量集中接收處理的功能。采用SET1乍為室外熱舒適評價指標，數(shù)據(jù)處理模 塊通過電腦中的編制程序實現(xiàn)，利用測試參數(shù)，求解SEf熱舒適方程，得到測試點的SET' 其能有效檢測出室外熱環(huán)境參數(shù)，結合熱舒適模型，全面客觀反應出室外熱環(huán)境舒適度情 況；其采用無線傳輸裝置進行數(shù)據(jù)采集與處理裝置之間的數(shù)據(jù)傳輸，便于相關測試數(shù)據(jù)的 收集和處理。
[0040] 本發(fā)明集成化程度高、實用性強、靈活性強，可用于短期檢測和長期監(jiān)測，不僅能 作為室外熱環(huán)境的診斷工具，還為人員室外活動作指導。
【附圖說明】
[0041 ] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結構圖。
[0042] 圖2為本發(fā)明室外模塊結構圖。
[0043] 圖3為本發(fā)明顯示模塊的顯示內容示例。
【具體實施方式】
[0044] 通常，室外人員活動區(qū)域的熱環(huán)境直接影響室外人員的健康狀況和室外活動區(qū)域 的利用時間，而單一的室外空氣參數(shù)，如空氣溫度、相對濕度、風速、太陽輻射等難以綜合表 征室外的熱環(huán)境。熱舒適是人對周圍熱環(huán)境所做的主觀滿意度評價，綜合了人體活動程度、 服裝熱阻（衣著情況）、空氣溫度、空氣濕度、平均輻射溫度、空氣流動速度等因素，以滿足 人體熱平衡方程為條件，通過主觀感覺試驗確定出的絕大多數(shù)人的冷暖感覺等級，是評價 室外熱環(huán)境合理的綜合參數(shù)。本發(fā)明針對上述問題而開發(fā)的室外熱舒適度監(jiān)測系統(tǒng)。
[0045] 一種室外熱舒適度無線監(jiān)測系統(tǒng)可以對室外環(huán)境熱舒適性進行長期動態(tài)監(jiān)測，并 能實現(xiàn)多點測量，集中處理、存儲和顯示的功能。
[0046] 本發(fā)明采用的技術方案詳述如下：
[0047] 如圖1、2、3所示，本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)包括：由溫度傳感器、濕度傳感器、風速傳感 器和黑球溫度傳感器組成的室外參數(shù)傳感器模塊，該模塊置于室外待測量區(qū)域，用于采集 室外測量點的空氣溫度、空氣相對濕度、空氣流速和黑球溫度；數(shù)據(jù)采集模塊，所述的數(shù)據(jù) 采集模塊，對室外空氣參數(shù)傳感器模塊檢測到的室外參數(shù)進行定時采集；無線發(fā)射模塊， 所述無線發(fā)射模塊與數(shù)據(jù)采集模塊相連，將數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)以無線信號的形式發(fā) 送；無線接收模塊，所述無線接收模塊置于室內，用于接收無線發(fā)射模塊傳送過來的無線信 號，一個無線接收模塊可以接收多個上述無線發(fā)射模塊發(fā)射的無線信號；通訊協(xié)議：采用 RS485(標準ModBus)協(xié)議；數(shù)據(jù)處理模塊，所述的數(shù)據(jù)處理模塊與無線模塊相連，對無線模 塊接收的數(shù)據(jù)根據(jù)熱舒適模型進行處理，得到熱舒適度；顯示模塊，所述的顯示模塊與數(shù)據(jù) 處理模塊相連，顯示室外空氣參數(shù)測量傳感器模塊測得的空氣參數(shù)和熱舒適度；電源模塊， 所述的電源模塊與所述的室外參數(shù)傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和無線發(fā)射模塊分別相連， 為所述的室外參數(shù)傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和無線發(fā)射模塊供電。
[0048] 所述數(shù)據(jù)處理模塊對測量的空氣溫度、空氣相對濕度、風速和黑球溫度，以及設定 的人活動情況和衣著情況，根據(jù)熱舒適方程行處理，即可得到熱舒適度。熱舒適方 程如式（1)所示，平均輻射溫度通過黑球溫度計算得到。
[0049] Qsk -a SET (Tsk_SET )+ω a eSET(Psk-〇. 5PSET) (1)
[0050] 式中：Qsk-皮膚總散熱量（W) ;α' SET-標準環(huán)境中考慮了服裝熱阻的綜合對流換 熱系數(shù)（Wm2°C4 ;Tsk-皮膚溫度（°C) ;ω-皮膚濕潤度；a\SET-標準環(huán)境中考慮了服裝 熱阻的綜合對流質交換系數(shù)（Wn^kPa1) ;Psk-皮膚表面的水蒸氣分壓力（kPa) ;PSET-標準 有效溫度SEfT的飽和水蒸氣分壓力（kPa)。
[0051] 本專利使用Gagge的二節(jié)點模型來計算SET*。該模型將人體看作中心層和皮膚層 兩層，兩層的動態(tài)熱平衡分別為：
[0052] (2)
[0053] (3)
[0054] 式中：!"-中心層溫度（°C);
[0055]mcl-中心層質量（kg)，一般取人體體重的90% ;
[0056] msk-皮膚層質量（kg)，一般取人體體重的10% ;