基于动态调节模式的湿热地区办公用户行为与舒适度关联研究

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在环境因素和非环境因素的共同作用下,当用户的心理或生理指标产生变化时,会通过个体适应性行为和环境调节行为以满足自身舒适度。一味地追求舒适度往往容易忽略背后所产生的能源代价,用户的环境调节行为对建筑能耗有直接影响,优化用户行为有利于减少建筑能耗,进而促进环境可持续发展。用户行为具有复杂性、多变性和动态变化特征,用户舒适度与建筑能耗之间需要取得平衡,必须关注用户主观感受、具体环境调控行为和室内环境质量三者间的联系。因行为监测方法精度低、实时性差、无法及时同步多种行为数据等缺陷,导致用户调节行为的现有研究仍存在单一性问题,进而缺乏对室内环境模式动态变化过程的探索。此外,现有研究领域还存在行为与热环境指标未统一、行为与主观评价的关联关系未确定、基于用户自适应调节行为的室内环境模式动态变化及组合特征未总结等空白。因此,本研究目标是探究湿热地区办公用户调节行为的室内环境运行模式及其动态变化过程与用户舒适度之间的关联关系。首先,通过设计并架构一套基于云物联技术的多传感器集成式监测系统平台,实现对室内外物理环境和用户行为的实时高精度监测。运用监测平台结合传统环境实测方法和问卷调查方法,在湿热地区多人办公室真实使用场景中通过130次周期达2小时的现场实验设计,获得了室内外物理环境、用户主观环境评价和用户自适应环境调控行为三方面的数据。(第二章)其次,现场实验时间横跨广州地区2021年夏季末至初冬,测得最高室外气温为37.35°C,最低室外气温为7.91°C。对受试者主观评价问卷和现场环境实测结果进行初步统计和分析,获得本现场实验中热中性操作温度为23.56°C,热中性标准有效温度为24.60°C,同时测得湿热地区办公用户的服装热阻范围为0.5~1.37clo。该类建筑中用户主要通过调节空调、风扇和窗户等技术性行为来改善室内热环境,不同的自适应环境调节行为使室内动态运行空调(制冷、制暖)模式、混合通风模式、自然通风模式、空调和混合通风组合模式。(第三章)再次,从动态调节模式运行特征、物理条件影响因素和触发行为热环境条件三大方面,建立了调节模式与环境的关联关系。概述基于用户行为调节的不同室内环境模式运行条件,具有自适应性和动态组合变化的特征。采用回归分析方法,探究室内风热环境指标和室外热环境指标与室内环境运行模式的关联关系,获得操作温度是触发不同调控行为的核心影响因素。通过统计归纳模式运行起始点热环境条件,进而获得触发用户产生相应调控行为的室内外温度分布范围,并发现相同热环境温度下的调控行为具有季节性特征。提出基于室内操作温度的湿热地区多人办公用户行为调控策略:夏季温度高于30°C时同时运行空调和风扇,降温至28°C可关闭风扇单独运行空调;过渡季温度高于26°C可开启风扇辅助降温;过渡季或冬季温度低于21°C应提供采暖设备。(第四章)最后,采用回归分析方法,确定受试者热感觉投票值是主要的主观环境评价变量和驱动因素。计算基于不同调控行为的运行模式需求背景下所对应的热中性操作温度及其舒适区间,与受试者填写问卷时刻和触发行为发生瞬间的热环境条件作对比,关联用户行为和用户舒适二者的关系,发现用户对环境的调节具有滞后性特征和一定的忍耐上限,且发现湿热地区办公用户“耐热不耐冷”的热适应特征。从主观影响因素和受试者热中性,建立室内不同调节模式运行状态与用户舒适度之间的关系。对比国内外规范和前人研究,发现国内外热舒适评价标准不完全适用于我国湿热地区多人办公用户自由调控室内环境,并得出基于室外空气温度忍耐上限的优化用户行为建议和模式运行策略:温度高于30.15°C同时开启空调和风扇;介于28.93~30.15°C开启空调运行制冷模式;高于26.98°C室内运行风扇;低于17.99°C适当关窗;低于11.54°C开启制暖模式。(第五章)本研究的监测平台、研究数据及结论可为湿热地区多人办公空间舒适性节能设计、基于用户调节行为的室内动态变化环境评价方法、舒适与能耗反馈系统研发、基于优化用户行为建筑性能模拟提供依据和参考。
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