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建立科学

理解和测量平均辐射温度

平均辐射温度是热舒适的主要组成部分,测量简单

Ole口腔外科医生被认为是热舒适科学之父。
图片1:国家工程院
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Ole口腔外科医生被认为是热舒适科学之父。
图片1:国家工程院
这种“热舒适站”由三个空气温度传感器和平均辐射温度球(在车站中间的黑球)组成。
图片来源:图片2和图片6至图片15:彼得·约斯特
Extech HT200设备包括一个MRT地球仪以及用于测量其他热舒适指标的传感器。
图片来源:Extech
Howdy Goudey使用了两个温度传感器和一个塑料管道浮子(漆成哑光白色)来建造这个捷运单元。两个传感器通过串行电缆连接到Hobo数据记录器。
图片信用:图像#4:Howdy Goudey
英国沃特福德建筑研究机构的M.A. Humphreys展示了一个非常简单的MRT地球仪,它是由一个普通的液体温度计和一个油漆过的乒乓球制成的。
图像信用:图像#5:m.a. humphreys
我砍下了我花了7美元从五金店买来的装满烈酒的温度计底部,在乒乓球上钻了一个刚好能让灯泡穿过的洞,用胶带把球的底部密封起来,然后把球喷成黑色。 我通过距离小辐射加热面板延伸约2英寸来测试三个MRT全球设备。 我的数字红外温度计表明,当完全通电时,辐射加热面板的表面温度为141°F。 上图是Hobo数据记录仪记录的背景空气温度和相对湿度。下面的记录器正在测量通道1(左边)和通道2(右边)的MRT地球仪旁边的空气温度。 上午11点45分,就在测试之前,Goudey的MRT地球仪读数略低于62华氏度。 在测试前的上午11:45,Extech HT200读数为63.5华氏度。 上午11点45分,就在测试之前,我自己做的MRT地球仪读数只有大约60华氏度(约摄氏38度),但温度计的刻度可能不对。很有可能,当我通过锯掉带有数字和层次的背板塑料面板的一部分来修改这个温度计时,我没有把温度计准确地放在与塑料背景上的刻度相对的正确位置。 在辐射板通电后,我自己动手的捷运地球仪读数在华氏75度到华氏76度之间。 Goudey的MRT Globe正在阅读仅在75°F以下。 Extech HT200全球温度读数为74.8华氏度。

一直回到1993年,我在NaHB研究中心的第一个研究项目之一是评估能源先进的住房技术计划部的辐射天花板的表现。(最终报告标题为“Enerjoy辐射板供暖系统的热舒适和能耗评估”。

我真的知道热情舒适的科学。我清楚地记得我第一次听到OLE Fanger的名字。Dan Cautley,一名机械工程师是我的NaHB研究中心导师(随后是一名终身朋友),递给我ASHRAE标准55 -人类居住的热环境条件说:“研究一下这个,然后爱上奥立,测量热舒适之父。(奥莱·范格右边的照片来自向方杰和他的作品致敬.)

Ole Fanger的工作和ASHRAE标准55都专注于决定热舒适的六个因素:

  • 空气温度()
  • 平均辐射温度(MRT)
  • 空气速度()
  • 相对湿度(RH)
  • 代谢率(衡量单位:达到)
  • 服装绝缘(计量单位:clo)

前四个因素是环境条件,后两个是个人因素。如果后四项指标在商业办公环境的“典型”范围内——大致来说,空气速度很少或没有,RH在25%到55%之间,人们坐在自己的办公桌前(因此代谢率低,穿着工作服装)——我们可以通过测量空气和平均辐射温度来表征热舒适,把它们加起来除以2。这被称为“操作温度”。

MRT Globe尺度测量平均辐射温度

热舒适测量站如图2所示。它由三个空气温度传感器(位于不同的高度)和一个平均辐射温度(MRT)地球仪位于一个坐着的人的高度。MRT地球仪是一个6英寸的空心铜球,球的中心有一个温度传感器。

您可以购买测量MRT以及空气温度和相对湿度的设备 - 例如,extech HT200如图3所示。但HT200的费用约为250美元(零售价)。是否有更容易 - 更实惠的方式来测量MRT,这对于评估热舒适性是至关重要的?

我的同事和朋友布莱恩从Efficiency Vermont借给我他的Extech HT200,这样我就可以比较一些“自制”的地球仪,看看它们做得如何。

打造自己的捷运地球仪

图4(下图)是我来自劳伦斯伯克利国家实验室的好朋友豪迪·古迪建造的一个捷运地球仪。Howdy作为一个可以建造任何东西的工程师而享有盛誉;你好,让我借他自己做的捷运地球仪和Extech HT200进行测试。

但我想要更低的科技,所以Howdy给我推荐了M.A. Humphreys 1977年的一篇研究论文:《室内用球形温度计的最佳直径》这篇文章包括一个最简单、最便宜的捷运地球仪(见图5)。

所需部件包括平乒乓球和汞温度计。这些天汞温度计是很难的,所以我认为我会尝试一个“精神上的”温度计,在当地五金店的价格约为7美元(参见图像#6)。

测试自制的捷运地球仪

图像#7是我执行的测试的照片。我排队了三个MRT全球设备,然后将完全通电的辐射板(图像#8)放在设备后面,并记录了它们互相跟踪的程度,如果它们在同一时间范围内响应。我认为,如果任何一个或两者,它自己的mrt globes甚至接近extech ht200,那就是太棒了。

图9显示了我如何跟踪背景空气温度,因为我跟踪的设备被密切暴露在加热面板。

在暴露在辐射加热面板前,Extech HT200和Goudey的MRT地球仪读数相差约1.5度(见图10和图11)。我自己做的MRT读数只有60华氏度,比其他两个设备都低(见图12)。

图13、14和15显示了每个设备达到峰值辐射温度时的温度读数,其中141°F辐射加热面板位于所有三个设备后面2英寸处。好消息!这三种设备的读数相差都在5华氏度以内。在反应速度方面,Extech HT200和我的diy设备对辐射加热板的反应相当快,而Goudey的MRT地球仪需要多花2分钟才能“赶上”其他两款。

Goudey MRT是三个设备中最大的,这可能解释其响应时间较慢。与其他两个的哑光黑色相比,不要被Goudey Globe的哑光白色愚弄。颜色只有短波IR的问题,只有在阳光下的辐射暴露时才会发生在阳光下;Goudey只使用他的MRT Globe进行室内环境。作为热应力装置,extech HT200户外使用了一点。内部建筑物,仅产生较低的能量,长波IR,颜色无关紧要。

结论

我的小测试表明,一个自己自己的MRT全球,由精神填充的温度计,乒乓球和一些哑光或扁平喷漆都会做得很好。

我打赌尖牙会很自豪的。您可以建造自己的捷运地球仪,并使用它与客户一起演示空气温度和捷运如何影响热舒适。

除了担任GBA的技术总监,彼得约斯特是技术服务副总裁建立展示在布尔塔伯文,佛蒙特州。他一直在建设,研究,教学,写作和咨询高性能的家庭超过二十年。经验丰富的培训师和顾问,他被认为是今年的Nahb教育家。你有一个建筑科学拼图吗?在这里联系Pete.。你也可以注册绿色建筑的电子邮件通讯获得关于绝缘的免费报告,以及彼得的常规帖子。

9评论

  1. 乔恩·R||# 1

    操作温度
    我推荐一个实验。在寒冷的日子里面对一扇玻璃窗。现在转身。地铁和空气温度没有变化,但舒适度会变化。

    这里的计算器很有趣:

    http://www.healthyheating.com/solutions.htm#.WuHX8HUbOUo

  2. GBA编辑器
    马丁·霍洛拉||#2

    乔恩·R
    乔恩,
    你的实验更适合于(a)没有面部毛发和(b)后脑勺有大量毛发的人。

    如果你是一个带有浓密胡子的秃头男子,结果可能与一个完整的头发头部的清洁剃刮人员的结果相反。

  3. 专家成员
    卡尔塞维利亚||# 3

    漂亮的图片
    而且我认为这是你的新爆头彼得。

  4. 兰斯•彼得斯||#4

    好时机!
    当我在为我们的建筑研究辐射供暖时,我读了一大堆关于捷运的书。尽管我们很可能不会依靠辐射供暖来承担大部分的热负荷,但知道如何DIY一个地球温度计将会非常方便!我当时正在讨论Extech(或更便宜的版本),但无法证明投资的合理性。

    我想说的一点是短波与中波和长波红外。值得注意的是,我在研究时看到的所有捷运地球仪都是哑光黑色的。没错,很多都是为了覆盖户外使用,但如果要选择的话,我不明白你为什么要把它漆成白色?如果房间里有太阳辐射,这肯定会对捷运有帮助。也许我错过了什么?也许这个测试中的白色球体反应慢与它的颜色有关?

  5. 乔恩·R||# 5

    一个40mm球加直接
    一个40mm的球加上内部温度计的直接读数大约产生一个人的舒适值。通常这和捷运不一样。为此,你需要调整温度计读数的对流效应(直径等)

  6. 大卫Eakin||#6

    健康的加热
    我不认为任何关于MRT的讨论都是完整的,除非承认Robert Bean在Healthy Heating (healthyheating.com)正在进行的工作,特别是他出色的舒适预测工具http://www.healthyheating.com/solutions.htm#.wuog9_zfz5o.

  7. GBA编辑器
    彼得·约斯特||# 7

    罗伯特·宾和健康供暖
    点采取良好的 - 罗伯特·豆类和他在综合工程中的热舒适的工作和全谱的舒适性是精美的。谢谢你认识他和他的工作。

  8. 加里•哈默尔||#8

    我知道这篇文章是2年前写的,但在2020年我没有看到文章中提到的图片。叹息……

    1. GBA编辑器
      马丁·霍洛拉||#9

      加里,
      要查看图像,请单击文章顶部的绿色矩形 - 标记为“查看库”。

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