本文是一篇建筑环境与设备工程论文，本文研究对象主要为分体式空调建筑，且实验研究和模拟研究是基于落地式空调得出的，相关结论可能并不完全适用于壁挂式空调。同时，中央空调在夏季同样采用对流式供冷且在民用建筑中越来越普遍。
1绪论
1.1研究背景
1.1.1“双碳”目标需求
据国际能源署（IEA）的报告[1]，建筑业相关能耗居全球能耗首位，其中建筑建造和建筑运行能耗分别占比6%和30%（图1-1）。在我国，随着城镇化的高速发展，建筑业规模不断扩大，这直接驱动了能源消耗和碳排放增长。2020年的建筑运行总能耗为10.6亿tce（tce：吨标准煤当量），约占全国能源消费总量的21%[2]（图1-2）。其中，民用建筑的采暖、通风和空调系统的能源消耗急剧增加，这是由于建筑居住者对舒适健康室内热环境的需求不断增长[3-5]。急剧的能源消耗，致使温室气体排放持续不断地增加[6]，严重影响了全球气候系统的稳定性[7-9]。2020年中国碳排放量占全球的总碳排放总量的31%，约为美国的2倍，欧盟的3倍[10]，而由于我国低碳发展起步较晚，且目前尚未和经济发展脱钩，为此我国提出了“节能减排”任务，并于2020年9月提出了“双碳”目标。
1.2国内外研究现状
1.2.1分体式空调建筑及空调启闭研究
分体式空调建筑采用间歇对流供冷模式，当室内外环境参数适宜时，优先使用自然通风，而当室内外环境参数超过自然通风的调节能力时，采用空调对流供冷对室内进行降温，并且在空调运行期间，空调设定温度可由居住者任意调控，以满足不同人群的需求。
作为人体对热环境的一种适应方式，空调行为受到居住者心理、生理、社会文化背景等因素的影响。在夏季实际建筑中，室内热环境常常受到居住者空调行为的影响，而空调行为是影响空调能耗的重要因素[33,34]。为了准确把握人体对建筑室内热湿环境的真实需求，认识空调行为与空调能耗的相互关系，指导建筑节能设计，许多学者开展了现场调研。对于住宅建筑而言，居住者在室内通常是感到热时开空调，感到冷时关空调[35]，部分研究调查了居住者开启空调时的室内平均温度，如27.6℃（天津）[24]、29℃（北京）[24]、28.9℃（重庆）[36]、29.0℃（武汉）[36]、29.6℃（南京）[36]、27.9℃（澳大利亚悉尼）[37]，以及居住者关闭空调时的室平均内温度，如23.3℃（天津）[24]、28℃以上（北京）[38]、25.2℃（澳大利亚悉尼）[37]。而在办公建筑中，由于居住者一般不需要支付空调的使用费用，空调基本一直处于开启状态[39]，其主要采用一进房间就开空调，人离开房间时关空调的使用模式[40]，部分研究调查了居住者开启空调时的室内平均温度，如27.4℃（韩国首尔）[41]、28.7℃（上海）[42]，28.7℃（杭州）[43]，以及居住者关闭空调时的室内平均温度，如23.7°C（韩国首尔）[41]。以上研究发现影响空调启闭行为的主要因素是室内空气温度[42]，同时不同居住者的空调启闭温度存在较大差异。刘露露[44]通过结合热湿地区居民热感觉和热可接受度投票统计结果，量化了空调开关机温度的判断指标，并制定了自然通风与空调交替运行自动控制程序。
2间歇对流供冷建筑室内热舒适及空调行为调查
2.1现场调研方案设计
2.1.1地理位置及气候
焦作市（112°32′～113°39′E，34°48′～35°29′N）位于河南省西北部，地处北温带，属于我国GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》[63]一级区划中的寒冷气候，地理位置如图2-1所示。年平均气温为12.8~14.8℃，夏季（6～8月）平均气温27～28℃，极端气温可达43.6℃，高温多雨，导致居民极度的热不舒适。在此背景下，分体式空调成为焦作夏季住宅建筑常用的制冷设备。
2.1.2调研时间及样本量
本次调研时间为2019年6月9日至8月15日，选取分布在焦作市各处的93栋住宅建筑为调研对象，其主要结构形式是当地常见的多层砖混和高层剪力墙结构，窗户均可开启，并均安装了分体式空调。所有受试者在当地至少居住1年以上，均已适应当地气候特征。在调研期间，受试者均能根据个人意愿调节服装、使用电扇、开关门窗和空调等措施来改善自身热舒适。此外，他们均愿意参与本次调研，调研中不会讨论与测试相关的问题，以免影响受试者的主观选择。
通过实地调研，共获得509份有效问卷数据，根据问卷中设置的问题“此时是否开启空调”进行统计，其中填写问卷时开启空调的问卷数据为288份，而填写问卷时未开启空调的问卷数据为221份。
2.2调研结果分析
2.2.1室内外热环境参数
图2-4为2019年6月9日~8月15日的室外空气温度分布情况，室外平均空气温度值为28.9℃，7月24日14:00左右室外空气温度达到最大值38.1℃，7月13日05:00左右室外空气温度达到最小值20.7℃。
调研期间的室内外环境参数统计情况如表2-4所示。室内平均空气温度为28.5℃，平均相对湿度为59.6%。在空调使用期间，室内空气温度和相对湿度达到最小值，分别为22.2℃和33.3%。室内平均风速为0.15 m/s，保持在较低的水平。此外，经独立样本T检验，调研期间空调开启时的室外即时空气温度平均值（32.6℃）显著高于空调关闭时的室外即时空气温度平均值（30.2℃）（P<0.001），这表明较高的室外空气温度是居民使用空调的驱动因素之一。
2.2.2主观热反应
2.2.2.1热感觉
对问卷中主观热反应的投票结果进行统计，热感觉投票结果的分布情况如图2-5所示。在整个调研期间，没有居民感觉室内“冷（-3）”，居民的热感觉投票集中在“微凉（-1）”、“中性（0）”和“微暖（+1）”，且“中性（0）”的比例最高，达到了45.2%。此外，居民的热感觉投票在温暖一侧中“微暖（+1）”、“暖（+2）”和“热（+3）”的比例为35.0%，明显要高于投票在凉爽一侧中“微凉（-1）”和“凉（-2）”的比例19.8%。
3间歇对流供冷室内热环境参数的时空变化特征.......................29
3.1实验方案介绍.................29
3.1.1实验房间介绍.................................29
3.1.2受试者基本信息...........................29
4间歇对流供冷室内热环境参数对主观反应的影响.............................89
4.1空气温度对热感觉的影响................................89
4.2风速对风感觉的影响......................................92
4.3相对湿度对湿感觉的影响....................................94
5间歇对流供冷室内热环境模拟优化..................99
5.1模型的建立与验证............................99
5.1.1物理模型建立与网格划分..........................99
5.1.2数学模型的描述....................................100
5间歇对流供冷室内热环境模拟优化
5.1模型的建立与验证
5.1.1物理模型建立与网格划分
根据图5-1中室内热环境测试房间的尺寸和布局利用Anasys软件中的SpaceClaim工具建立图5-2中的物理模型。房间尺寸为5800 mm×4850 mm×3800mm，其中南墙为外墙，开有两扇尺寸为1940 mm×2200 mm的窗户，其余三面墙均为内墙，北墙开有一扇尺寸为850 mm×2000 mm的门。在东南角有一落地式空调，出风口高度为1480 mm，尺寸为290 mm×420 mm，回风口位于空调本体两侧，尺寸为800 mm×50 mm。房间中央有一尺寸为3500 mm×1600 mm的桌子，高780 mm。6个位置的室内人员根据GB/T 10000-1988《中国成年人人体尺寸》[107]被简化为六个400 mm×400 mm×1300 mm的长方体。
6总结与展望
6.1主要工作与结论
（1）对分体式空调建筑中室内外环境参数以及居民的主观热反应、空调行为进行调查并分析，得到了适用于该地区的空调启闭条件，即：将略高于中性温度（27.6℃）的室内空气温度28℃作为空调开启条件，同时，以室内空气温度为28.9℃（居民的80%舒适温度上限）时的室外空气温度29.1℃作为空调关闭条件。
（2）分别建立代表温度降低差值、温度回升差值与室外日均空气温度之间的线性关系并进行协方差检验，截距的差异表明在相同室外热暴露强度下，空调开启行为对室内空气温度的干预作用要大于空调关闭行为，且随着室外热暴露强度的升高，两者差异逐渐减小。然而，斜率的差异表明室外热暴露和空调关闭行为耦合作用对室内空气温度的影响程度要大于室外热暴露和空调开启行为耦合作用对室内空气温度的影响程度。
（3）根据室内气流组织情况将室内分为气流的射流区和回流区，通过计算两者的温度和风速不均匀系数，发现空调运行期间射流区的温度和风速的空间分布均匀性一直劣于回流区。同时，较低的空调设定温度会恶化射流区温度的空间分布均匀性，然而对回流区影响并不显著。此外，空调设定温度对风速的空间分布均匀性没有显著影响。
（4）由于空调送风参数的阶段性变化，间歇对流供冷室内热环境可分为准备阶段、降温阶段、热稳定阶段和温度回升阶段，其热环境具有动态变化性特点。射流区受空调对流供冷的作用更加明显，相对于回流区其空气温度更低，风速更大，相对湿度更高
