關於供暖，一個人的需求將取決於許多因素。 它們可以分為兩大類，與環境有關的那些和與人為因素有關的那些。 在與周圍環境相關的因素中，可以包括地理（緯度和海拔高度）、氣候、人所在空間的暴露類型，或保護空間免受外部環境影響的屏障等。人為因素包括工人的能量消耗、工作節奏或工作所需的勞累量、禦寒衣物或個人喜好或品味。

許多地區對供暖的需求是季節性的，但這並不意味著在寒冷季節供暖是可有可無的。 寒冷的環境條件會影響健康、身心效率、精確度，偶爾還會增加發生事故的風險。 供暖系統的目標是保持宜人的熱條件，以防止或盡量減少對健康的不利影響。

人體的生理特性使其能夠承受熱條件的巨大變化。 人類通過皮膚中的熱感受器通過下丘腦維持熱平衡； 如圖 36 所示，體溫保持在 38 至 1°C 之間。

圖 1. 人體的體溫調節機制

供暖系統需要非常精確的控制機制，尤其是在工人以坐姿或固定姿勢執行任務時，這些姿勢不會刺激四肢的血液循環。 在執行的工作允許一定的移動性的情況下，系統的控制可能不太精確。 最後，如果工作是在異常不利的條件下進行的，例如在冷藏室或非常寒冷的氣候條件下，可以採取支持措施來保護特殊組織，調節在這些條件下花費的時間或通過集成的電力系統供熱進入工人的衣服。

熱環境的定義和描述

對任何正常運行的供暖或空調系統提出的一項要求是，它應該允許控制定義熱環境的變量，在規定的限度內，一年中的每個季節。 這些變量是

1. 氣溫
2. 定義空間的內表面的平均溫度
3. 空氣濕度
4. 空間內氣流的速度和均勻性

已經表明，給定空間的空氣溫度和牆壁表面溫度與在不同房間中提供相同感知熱感覺的溫度之間存在非常簡單的關係。 這種關係可以表示為

哪裡

T_吃 = 給定熱感覺的等效空氣溫度

T_DBT = 用乾球溫度計測量的空氣溫度

T_AST = 測得的牆壁平均表面溫度。

例如，如果在給定空間中，空氣和牆壁的溫度為 20°C，則等效溫度將為 20°C，並且感知到的熱感將與牆壁平均溫度為15°C，空氣溫度為 25°C，因為那個房間會有相同的等效溫度。 從溫度的角度來看，熱舒適的感知感覺是一樣的。

潮濕空氣的性質

在實施空調計劃時，必須考慮三件事：給定空間內空氣的熱力學狀態、室外空氣以及將供應到房間的空氣。 然後，將根據每個組件的現有熱負荷來選擇能夠改變供應到房間的空氣的熱力學特性的系統。 因此，我們需要了解潮濕空氣的熱力學性質。 它們如下：

T_DBT = 幹球溫度讀數，使用與輻射熱絕緣的溫度計測量

T_能夠 = 露點溫度讀數。 這是不飽和乾燥空氣達到飽和點時的溫度

W = 濕度關係，範圍從乾燥空氣的零到 W_s 對於飽和空氣。 表示為千克水蒸氣乘以千克乾空氣

RH = 相對濕度

t* = 帶濕球的熱力學溫度

v = 空氣和水蒸氣的比容（以 m 為單位表示³/公斤）。 它是密度的倒數

H = 焓，千卡/千克乾燥空氣和相關的水蒸氣。

在上述變量中，只有三個是可直接測量的。 它們是乾球溫度讀數、露點溫度讀數和相對濕度。 第四個變量可通過實驗測量，定義為濕球溫度。 濕球溫度是用一個溫度計測量的，該溫度計的球體已被潤濕，並且通常藉助吊索以中等速度移動通過不飽和的潮濕空氣。 該變量與乾球溫度（3%）的熱力學溫度差別不大，因此它們都可以用於計算而不會出錯太多。

濕度圖

上一節中定義的屬性在功能上是相關的，可以用圖形形式描述。 這種圖形表示稱為濕度圖。 它是源自美國采暖、製冷和空調工程師協會 (ASHRAE) 表格的簡化圖表。 焓和濕度顯示在圖表的坐標上； 繪製的線條顯示乾濕溫度、相對濕度和比容。 通過濕度圖，了解上述變量中的任何兩個，您就可以推導出潮濕空氣的所有特性。

熱舒適條件

熱舒適被定義為一種對熱環境表示滿意的心理狀態。 它受物理和生理因素的影響。

很難規定熱舒適應滿足的一般條件，因為各種工作情況下的條件各不相同； 當不同的人擔任同一個工作崗位時，甚至可能需要不同的條件。 由於不同的氣候條件和不同的穿著風俗習慣，舒適所需的熱條件技術規範不能適用於所有國家。

對從事輕體力勞動的工人進行了研究，建立了一系列溫度、速度和濕度標準，如表 1 所示（Bedford 和 Chrenko，1974 年）。

表 1. 環境因素的擬議規範

上述因素相互關聯，在熱輻射高的情況下需要較低的空氣溫度，在氣流速度也較高的情況下需要較高的空氣溫度。

通常，應進行的更正如下：

應提高空氣溫度：

• 如果氣流速度很高

• 對於久坐的工作情況

• 如果穿的衣服很輕

• 當人們必須適應室內高溫時。

應降低空氣溫度：

• 如果工作涉及繁重的體力勞動

• 使用保暖衣物時。

為了獲得良好的熱舒適感，最理想的情況是環境溫度略高於空氣溫度，並且輻射熱能在所有方向上的流動相同並且不會在頭頂過高。 溫度隨高度的增加應該被最小化，保持雙腳溫暖而不在頭頂上產生太多的熱負荷。 影響熱舒適感的一個重要因素是氣流的速度。 有一些圖表根據正在進行的活動和所穿衣服的種類給出了建議的風速（圖 2）。

圖 2. 基於整體溫度和氣流速度讀數的舒適區

在一些國家/地區，存在最低環境溫度規範，但尚未確定最佳值。 通常，空氣溫度的最大值為 20°C。 隨著最近的技術改進，測量熱舒適度的複雜性增加了。 出現了很多指標，包括有效溫度指數（ET）和修正有效溫度指數（CET）； 熱量過載指數； 熱應激指數 (HSI)； 濕球球溫度 (WBGT)； 和 Fanger 中值指數 (IMV) 等。 WBGT 指數使我們能夠根據工作強度確定所需的休息時間間隔，從而排除工作條件下的熱應力。 這將在本章中進行更全面的討論 熱和冷.

濕度圖中的熱舒適區

濕度圖上對應於成年人感知熱舒適度的條件的範圍已經過仔細研究，並已在 ASHRAE 規範中根據有效溫度進行定義，有效溫度定義為在 50 的均勻房間內用乾球溫度計測量的溫度相對濕度百分比，在這種情況下，人們通過輻射能、對流和蒸發進行的熱交換與他們在給定當地環境中的濕度水平相同。 ASHRAE 為 0.6 clo 的衣服定義了有效溫度的標度——clo 是絕緣單位； 1 clo 對應於一套普通衣服提供的隔熱——假定隔熱水平為 0.155 K m²W ^{- 1}，其中 K 是以每平方米瓦特測量的傳導熱交換（W m ^{- 2}) 對於 0.2 毫秒的空氣運動 ^{- 1} （在休息時），在選定的 1 met 久坐活動中暴露一小時（代謝率單位 = 50 Kcal/m²H）。 該舒適區如圖 2 所示，可用於輻射熱測得的溫度與乾球溫度計測得的溫度大致相同且氣流速度低於 0.2 毫秒的熱環境 ^{- 1} 適用於穿著淺色衣服並進行久坐活動的人。

舒適公式：方格法

PO Fanger 開發的方法基於一個公式，該公式涉及環境溫度、平均輻射溫度、氣流相對速度、環境空氣中的水蒸氣壓力、活動水平和所穿衣服的熱阻等變量。 表 2 顯示了從舒適度公式導出的一個例子，它可以在實際應用中用於根據所穿的衣服、所進行的活動的代謝率和氣流的速度來獲得舒適的溫度。

表 2. 50% 相對濕度下的熱舒適溫度 (°C)（基於 PO Fanger 的公式）

加熱系統

任何供暖系統的設計都應與要執行的工作以及將要安裝的建築物的特性直接相關。 就工業建築而言，很難找到考慮到工人供暖需求的項目，通常是因為流程和工作站尚未確定。 通常系統設計有一個非常自由的範圍，只考慮建築物中存在的熱負荷和維持建築物內給定溫度需要供應的熱量，而不考慮熱分佈、工作站的情況和其他類似的不太普遍的因素。 這導致某些建築物的設計存在缺陷，進而轉化為冷點、通風、加熱元件數量不足等問題。

為了在規劃建築物時獲得良好的供暖系統，以下是一些應該考慮的因素：

• 考慮適當放置隔熱材料以節省能源並最大程度地減少建築物內的溫度梯度。

• 盡可能減少冷空氣滲入建築物，以盡量減少工作區域的溫度變化。

• 通過置換或擴散局部抽取空氣和通風來控制空氣污染。

• 控制由於建築物中使用的過程而產生的熱量排放及其在建築物佔用區域的分佈。

當由沒有排氣煙囪的燃燒器提供加熱時，應特別注意燃燒產物的吸入。 正常情況下，可燃物為取暖油、煤氣或焦炭時，會產生二氧化硫、氮氧化物、一氧化碳等燃燒產物。 這些化合物存在人體接觸限值，應加以控制，尤其是在封閉空間內，這些氣體的濃度會迅速增加，燃燒反應的效率會降低。

規劃供暖系統總是需要平衡各種考慮因素，例如較低的初始成本、服務的靈活性、能源效率和適用性。 因此，在可能更便宜的非高峰時段使用電力，例如，可以使電加熱器具有成本效益。 使用化學系統進行儲熱，然後可以在需求高峰期投入使用（例如使用硫化鈉）是另一種選擇。 還可以研究將幾個不同系統放在一起，使它們以可以優化成本的方式工作。

安裝能夠使用燃氣或加熱油的加熱器特別有趣。 直接使用電力意味著消耗一流的能源，這在許多情況下可能會變得昂貴，但在某些情況下可能會提供所需的靈活性。 熱泵和其他利用餘熱的熱電聯產系統可以提供從財務角度來看可能非常有利的解決方案。 這些系統的問題是初始成本高。

今天，供暖和空調系統的趨勢是旨在提供最佳功能和節能。 因此，新系統包括分佈在整個待加熱空間的傳感器和控制器，僅在獲得熱舒適所需的時間內獲得熱量供應。 這些系統最多可節省 30% 的供暖能源成本。 圖 3 顯示了一些可用的加熱系統，指出了它們的優點和缺點。

圖 3. 工地最常用供暖系統的特徵

空調系統

經驗表明，在夏季接近舒適區的工業環境可以提高生產率，減少事故發生率，減少缺勤率，並且總體上有助於改善人際關係。 對於零售店、醫院和具有大表面的建築物，空調通常需要定向，以便能夠在外部條件需要時提供熱舒適性。

在某些外部條件非常惡劣的工業環境中，供暖系統的目標更多地是為了提供足夠的熱量以防止可能的不利健康影響，而不是為舒適的熱環境提供足夠的熱量。 應仔細監測的因素是空調設備的維護和正確使用，尤其是配備加濕器時，因為它們可能成為微生物污染源，這些污染物可能對人體健康構成風險。

今天，通風和氣候控制系統往往共同並經常使用相同的裝置來滿足對建築物的供暖、製冷和空氣調節的需求。 多種分類可用於製冷系統。

根據系統的配置，它們可以按以下方式分類：

• 密封裝置，在工廠安裝了製冷劑，可以在維修店打開和充電。 這些是通常用於辦公室、住宅等的空調裝置。

• 工廠製造的中型半封閉單元，尺寸比家用單元大，可以通過為此目的設計的開口進行維修。

• 用於倉庫和大型表面的分段系統，由明顯區分且物理分離的零部件組成（壓縮機和冷凝器與蒸發器和膨脹閥物理分離）。 它們用於大型寫字樓、酒店、醫院、大型工廠和工業建築。

根據它們提供的覆蓋範圍，它們可以按以下方式分類：

• 單區域系統：一個空氣處理裝置同時服務於同一建築物中的多個房間。 所服務的房間有類似的供暖、製冷和通風需求，它們由一個共同的控制裝置（恆溫器或類似設備）調節。 如果設計計劃沒有考慮同一區域房間之間的不同熱負荷，則此類系統最終可能無法為每個房間提供足夠的舒適度。 當房間的佔用率增加或添加照明或其他熱源（如計算機或複印機）時，可能會發生這種情況，這在系統的原始設計中是無法預料的。 房間接收的太陽輻射量的季節性變化，甚至是白天從一個房間到另一個房間的變化，也可能會導致不適。

• 多區域系統：這種類型的系統可以通過對每個區域的空氣進行加熱、冷卻、加濕或除濕以及通過改變空氣流量來為不同區域提供不同溫度和濕度的空氣。 這些系統，即使它們通常有一個共同的集中式空氣冷卻單元（壓縮機、蒸發器等），也配備了各種元件，例如控制空氣流動的裝置、加熱盤管和加濕器。 這些系統能夠根據特定的熱負荷調整房間的條件，它們通過分佈在它們所服務區域的房間中的傳感器來檢測。

• 根據這些系統泵入建築物的空氣流量，它們按以下方式分類：

• 恆定體積 (CV)：這些系統將恆定流量的空氣泵入每個房間。 溫度變化受加熱或冷卻空氣的影響。 這些系統經常將一定比例的室外空氣與回收的室內空氣混合。

• 可變體積 (VAV)：這些系統通過改變供應到每個空間的加熱或冷卻空氣量來保持熱舒適。 儘管它們的功能主要基於這種混合原理，但它們也可以與改變引入房間的空氣溫度的系統結合使用。

最常困擾這些類型系統的問題是，如果系統沒有根據熱負荷的變化進行調整，就會出現過熱或過冷，或者如果系統沒有引入最少量的外部空氣來更新循環，則會導致通風不足室內空氣。 這會造成空氣質量惡化的陳舊室內環境。

所有空調系統的基本要素是（另請參見圖 4）：

• 保留固體物質的裝置，通常是袋式過濾器或靜電除塵器。

• 空氣加熱或冷卻裝置：在這些裝置中通過與冷水或製冷液體進行熱交換、夏季通過強制通風以及冬季通過電線圈加熱或通過燃燒來交換熱量。

• 控制濕度的裝置：冬季可通過直接注入水蒸氣或直接蒸發水分來增加濕度； 在夏天，它可以通過冷凝空氣中多餘水分的冷凍盤管或通過冷凍水系統去除，在該系統中，潮濕空氣流過比潮濕空氣的露點還冷的水滴。

圖 4. 空調系統的簡化示意圖

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