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平均辐射温度

平均辐射温度是指环境四周表面对人体辐射作用的平均温度。它被定义为一个假想的外壳所受之辐射能的等效均匀的温度,用以评估周遭环境由辐射传热带给人体的能量。平均辐射温度还对热舒适性指数,如生理等效温度(聚对苯二甲酸乙二醇酯)或预测的平均投票(PMV)有很大影响。通过控制操作温度(多指空气温度)和平均辐射温度可以创造更舒适的空间。

介绍

实际环境中围护结构的内表面温度各不相同也不均匀,如冬季窗玻璃的内表面温度比内墙壁表面低得多。人与窗的距离及相互之间的方向直接影响人体的热损失。因此辐射温度的平均值是假定人作为黑体在一均匀的黑色内表面的空间内产生的热损失与在真实的内表面温度不均匀的环境的热损失相等时的温度。其数值可由各表面温度及人与表面位置关系的斜率确定或用黑球温度计测。

平均辐射温度是基于以下物理原理:两个物体之间的辐射能净交换等于它们的发射和吸收热量的能力(由Stefan-Boltzmann定律计算)乘上发射率与视界因子。人体损失或吸收的辐射热量是其裸露的部分与周围的物体交换的所有辐射通量的总和,因此平均辐射温度可以从测得的周围表面的温度及其相对于表面的位置来计算。

计算方式

平均辐射温度的计算可以通过简单的加权平均公式来估算,但这种方法不考虑视界因子,因此不够准确。更精确的方法是考虑到周围表面的温度、面积以及这些表面对于物体的视界因子。在大多数建筑材料的发射率高的情况下,可以假定房间内的所有物体表面都是黑体。根据Stefan-Boltzmann定律,平均辐射温度的四次方等于周围表面温度四次方的平均值,并分别乘以各个表面相对应的视界因子。在外壳表面之间存在相对较小的温差时,可以将方程简化为线性形式。

测量方式

平均辐射温度的测量通常使用黑球温度计进行。黑球温度计由一个黑球组成,在其中心放置一个温度传感器,球形罩的直径通常建议为0.15米(5.9英寸)。为了使天球仪的外表面吸收来自外壳壁的辐射,地球仪的表面应通过电化学涂层或更一般地通过一层磨砂黑来变暗涂料。该温度计实际上测量的是黑球温度(globe 温度,GT),在对流和辐射的作用下,热效应趋于热平衡。根据ISO 7726标准,最常用的方程式(强制对流)可以用来确定平均辐射温度MRT。

测量值会受空气流动的影响,因为测量的黑球温度取决于对流和辐射热传。通过有效地增加温度计的尺寸,可降低对流热传的影响,并按比例增加辐射的影响。由于局部对流气流,黑球温度通常位于空气温度和平均辐射温度之间。空气越过地球温度计越快,GT越接近空气温度。此外,由于平均辐射温度是相对于人体定义的,因此传感器的形状也是一个因素。地球温度计的球形形状可以合理地近似就座的人。对于站立的人来说,在辐射不均匀的环境中,地球会高估地板或天花板上的辐射,因此椭球传感器可以提供更好的近似值。使用黑球温度计时,还需要采取其他一些预防措施,具体取决于测量条件。

参考资料