中国城镇供热w88



2021年5月12日,由中国城镇供热w88、中展智奥(北京)国际展览有限公司、法兰克福展览(上海)有限公司主办的“中国国际暖通高峰论坛——碳达峰碳中和与清洁供热绿色发展国际峰会”在北京新国展盛大召开。

会上清华大学建筑学院教授朱颖心作了关于“室内热环境与人体的舒适健康”的主题演讲。她介绍了世界各国室内冬季采暖温度发展趋势,通过对北京、上海等集中供暖与壁挂炉采暖用户的调查以及“长期逗留恒温环境健康不健康”的实验总结提出,应尽量避免长期逗留在热中性的热环境中,冬季经常的轻度冷暴露有益于健康;居住者拥有对环境的感知控制力将有效提高其对室内环境质量的满意度,同时有助于降低建筑能耗;人体的热适应能力导致需求的舒适室内温度不同,南北方、城市与农村建筑应具有不同的采暖温度标准;采用局部采暖的设备将有助于在改善热舒适的同时降低采暖能耗。




我给大家谈谈能源需求侧的问题,我们可以从这张PPT上看到,全世界各个国家供热温度都在逐年不断变化,我们中国目前南方室内自采暖的温度有十几度,如果没有自采暖温度会更低,北方大概在20度上下,比如哈尔滨温度上升的历史过程,室内温度已经都到了22度以上,这是哈工大教授历年调研的结果。

我们南方供暖的温度未来会往什么方向去?这是一个问题。很多人认为现在室内供暖温度越高越舒适,是生活水平高的体现,我今天的报告要回答这样一些问题。

众所周知,南北方因为淮河流域的北和南,有集中供暖区和非集中供暖区,集中供暖区的温度经常会到22度以上,淮河以南,因为长江流域经济非常的发达,实际上家家户户都有自采暖设备,自采暖的温度都在15度以下,去年寒假我组织了一些冬冷地区的学生在自己家里调查自己的供暖、热泵、空调或者各种采设备的情况,也得到了类似的结论。


很明显有室内热适应问题,我们曾经对北京和上海两个地区的人群进行了实验,一个是在清华大学人工气候室,一个是在上海建科院的人工气候室,两组都是年轻男性20~30岁之间,服装是统一带过去的,每一组5人,有30人左右,我们发现任何一个相同的温度下,上海组的人热感觉投票都比北京的高,北京感觉到更冷,我们实验的温度从12度一直到20度,在热舒适投票方面,每一个相同的温度下,北京组都觉得更不舒适。

我们可以看到,在相同热感觉条件下,北京组跟上海组的人体感、温度在相同情况下温度相差了2.5度,这叫气候热适应的作用。

我们又做了现场调查,北京的集中供暖和壁挂炉供暖下用户的情况。

左下角图可以看到他们的热感觉投票,任何一个温度下,壁挂炉的用户投票都比集中供暖的要高,他们的体感要高,更暖和。众所周知,壁挂炉的用户是可以调自己是室温的,而集中供暖是调不了自己室温的。

右图我们可以看到集中供暖的人的服装热阻在任何温度下不怎么调,而壁挂炉供暖的人把服装热阻调的很积极,在温度高于19度时,壁挂炉的人明明穿的衣服要比集中供暖的要少,但是他感觉还是比集中供暖的更暖和。所以我们发现,壁挂炉能有自动调节之后,他们就会觉得对室温的满意度就高,觉得更暖和了,能源费用也节省40%以上,这是北京的情况。

我还有一些学生对上海市集中供暖和分散供暖用户进行了调查,分散用户供暖基本用的是分体空调器热泵,个别自己有壁挂炉,调查结果依然发现:分散采暖和集中供暖相比,分散采暖依然感觉到更暖和。我们对比一下他们的热感觉投票,±0是不冷不热,±0.5是有那么一点点冷和热,那么所以±0.5以内在我们国家标准里认为都是舒适区,可以看到集中供暖的舒适区在上海是大于18度,北京是大于20度。

右边这个图可以看到20度用对着集中供暖的用户的-0.5这条线。

再看分散采暖,壁挂炉和空调的用户。上海大于12度,从这张图中可以看到上海分散供暖什么温度它都是舒适的,把这条延长线往左边,我们可以延长到12度,才碰到-0.5,所以我们觉得上海大概12度都没有抱怨,刚过去的寒假调查中也是这样的,而北京是分散供暖大于16度才行。

这实际上又反映了一个环境控制权对人热感觉的影响。

我们做了一些心理实验,我有个博士生做了5个工况,从偏热工况、不冷不热、中性工况,到偏冷工况,这个实验是先让受试者,比如说最底下21度房间里呆着,他穿夏天的衣服,21度就觉得有点冷,停留大概20分钟,然后就告诉他手边有一个调节按钮可以调节,你调了就可以达到你需要的不冷不热了,那么他就调了,实际上空调系统压根没有反应,那么20分钟之后才调到他要的温度,我们把前面这20分钟叫做无感知控制,黄色的这块,假的调节,叫做有感有感知控制,但实际上没有动,但是温度是一样的。

结果可以看到,右边这张图热感觉是这样的,红色的有冷有热5个工况,那么红色的部分是无感知控制的部分,然后绿色是骗他说你可以调,有感知控制了,实际上温度没有变,你们可以看它都往中心那条线上,不管冷热都往中线靠,左边绿色的上面是热舒适度高,那么舒适感都提高了,这就反映出来一个什么?

感知控制这种心理因素对热感觉的影响是正面的。所以有自动调自主调控力,它是对改善你的感觉是有帮助的,对满意度有帮助,所以我们做一个解析,人一旦具有对环境有可感知控制力,无论使用还是不使用,那么它对环境的满意度容忍度也大大的提高了,心理上消除了对未知变化的焦虑。

第二点是在生理上,人体本身是具有热应激能力的,对这个环境的容忍度是很大的,那么如果它是被外力高度控制的这样的热环境的话,反而削弱了他的容忍程度了。

那么长期逗留在热中性环境,比如冬天很暖和的环境对人体健康有什么影响?

我们人所共知的基本理念:舒适不等于健康,躺着舒适,但不健康,所以我们是要锻炼,那么在热环境领域是不是也有类似的这么一个情况?

2012年我们发表过一篇论文,做了一个对供冷的实验,长期逗留恒温环境健康还是不健康?选了两组人,一组人是空调组,都是毕业本科以上的学历,毕业了之后做了白领的工作,24小时恨不得都是空调环境,家里、车上都有空调;另一组人是在空调环境每天不超过两个小时下的,两组都是10人,我们实验方法就是放到人工气候室里,一个房间里放26度放一小时,然后再让他们进到36度的环境里,待一小时,同时进行各种主观投票和生理检验,包括心率、血压、皮温、体重,体重主要是测出汗率,还有对他们进行取血量。

结果是这样的,首先左边这一部分,上下热感觉投票和热舒适度投票,你可以发现他们一进到36度高温环境里,空调组的人对比非空调组的人感到更不舒适,然后他们热舒适感也更差,中间这一部分,你可以看到,进到高温环境里,非空调组的皮温就抬上去了,空调组的皮温是缓慢上升的,所以它就很难对抗偏热的环境,胸足温差也是一样,进入到偏热环境之后,空调组的人胸足温差就大,肢端的温度抬不上来,所以散热就不好。最右边的反映了一个是出汗率,一个心率变异性。出汗率我们可以看到任何一个BMI组里面非空调组的人,出汗率都比空调组的出汗率要高,说明他的热调节能力强。心率变异性也看到了,代表的是交感神经的紧张程度,我们看见非空调组的人进到偏热环境他并不紧张,心率变性数没有什么太大变化,而空调组的人一进到36度这个环境马上就升上去了。

关键的还有血液中的热应激蛋白 HSP70,那么HSP70的它的血液中的浓度高,表示它的热应激能力强。

左边这一组是10个人的两次抽血的检验结果,是非空调组的,右边的是空调组的,很明显空调组的平均的值只有非空调组的2/3,这个结果就反映了长时间逗留在恒温环境中,会导致人体的热应激能力退化,他没有外界的冷热刺激,它应激能力就退化了,其实这是不健康的。

这是供冷的,我们再来看供暖的,给大家展示的是荷兰热生理的教授的研究成果,他在2009年发表了一篇引用率非常高的文章,他提出了人体内其实有两种脂肪,一种是白色脂肪,一种是褐色脂肪,白色脂肪与肥胖症和2型糖尿病是密切相关的,而棕色脂肪可以促进人体的代谢散热,而这个棕色脂肪在北极熊企鹅身上很多,在人类的婴儿身上也不少,但是成长之后就会慢慢的退化掉。

我们可以看到左下角这两张图扫描图,左边这张图是长期处于不冷不热的环境的人群的扫描,右图是适应偏冷或偏热环境的人群,右图上的人阴影黑色阴影的部分比较多,实际上这就是他的体内的褐色脂肪,左图的人身上基本褐色脂肪都退化了。

他提出一个观点就是舒适能够使人体节省能量,那么轻微的不舒适可以刺激代谢率增加,大家要想减肥的话都希望自己的身体的代谢率提高,那么如果你处于偏离舒适的环境温度中,你的棕色脂肪它的含量就会被刺激的提高,来促进你的代谢率提高,然后同时消耗体内的白色脂肪,这样降低患肥胖症的风险。

右下角这张图展示人在裸体的站立的时候,他的舒适温度在28~32度。那么如果经常经过冷训练的人,他的热舒适区往左移,热训练的人往右移,他的代谢率也会改变偏离舒适区标准代谢率,可以看到舒适区的代谢率是最低的,那偏冷的时候代谢率就会提高,偏热也会提高,偏热提高的少,偏冷的时候会提高多,为了维持你的体温恒定。

那么他做了一个轻度冷暴露实验,选择了两组受试者,环境温度14~15度,每天暴露6小时暴露10天,身体穿的还是夏装,在温度下肯定是冷的,那么所有的人在刚实验的时候就投票,你可以看到很不舒适,然后训练了10天之后,他对这个环境能接受了,说明这些人经过训练都能接受偏冷环境了。有两组人,一组人是偏瘦体型的年轻人,九女八男,实验结果是体内的褐色脂肪都增加了,由下图可以展示。身体的产热量增加了10~20%。第二组人是8位男性, 肥胖导致的糖尿病患者,发现他们血液中的胰岛素的敏感性也显著增加了,所以他得出这样的结论,应该把轻度冷暴露激活体内褐色脂肪的方法,作为治疗2型糖尿病和肥胖代谢并发症的新方法。

另外他指出这种方法应该融入我们的日常生活,作为一种锻炼方式,有利于预防肥胖症和2型糖尿病,并保持应对极端环境的能力。

这些研究结果我们可以还看到有一些旁证,有一篇文章讲的目标跟我说的不一样,但是他的材料我们觉得是可以作为旁证。这篇文章发表在美国科学院报,2013年一篇关于淮河两岸供暖和非供暖区人群健康的调查,这篇文章发表后5年后他又发表了一篇文章,调查数据是差不多的,作者包括北大、清华的两个经管学院多名作者合作的,他们选取淮河南北供暖区,非供暖区150公里以内的地区,他们认为在这个地区两个地区气候文化、教育、食品、习俗、建筑、衣着等等条件都是类似的,唯一的区别就是北岸是集中供暖区,南岸是非集中供暖区,他发现南岸居民的预期平均寿命比北岸居民要长5年左右,后来他在过几年后他发表在一篇论文,他发现南岸大概比北岸寿命长5.5年左右,但是它的结论是这样的,它认为北岸是因为有燃煤供暖,导致北岸室外冬季悬浮颗粒物的浓度比南岸高,那么达到了北岸是每立方米550微克,南岸的354微克,相差将近200每立方米微克。他认为这是导致的,实际上你看数据,都是污染浓度很高,但是他认为有无室内供暖是对于健康的正面影响是正面的。

所以他认为导致南岸本案与预期寿命损失的原因就是因为空气污染比南边的高,但是我们可以看到前面教授的研究结果,如果经常轻度冷暴露对健康的影响是正面的。

由于没有直接的证据,所以我也让我的学生在刚过去的冬天做了一些调查。

选取的是夏热冬冷地区的一个城市,这个城市有集中供暖小区,绝大部分地方都是非集中供暖,有个别的集中供暖小区,那么新建的商品楼也不是集中供暖的,这两个小区进行了一些调查,首先它对 b城区就是没有集中供暖地区测了他们的室内室温,而集中供暖小区室温基本都在20度以上,非集中供暖小区什么情况?大家可以看到这6户人家。

调查了4天,左边这个图就是这6户人家的室温室曲线,除了有红线的这家的温度会开空调一天会开到25度以上,其他平均值基本都在15度左右,很多都是15度以下,非常有趣,但是他们自己觉得可以,那么又做了一些对这片地区的人进行了问卷调查,回答调查问卷有341人,年龄大概在从20多岁到50多岁,男女的各占一半,上面这张图是他们的室温,你觉得你们家里供暖不管集中供暖也好,分散供暖也好,怎么一个情况?那么TSV大于等于0的是偏暖的,TSV小于0的是偏冷的,可以看到自报告糖尿病患病率的差异啊,室温比较低的人家他们自报告的糖尿病的患病率少,自报告室温高的糖尿病患病率的更高。下面这张图是集中供暖和非集中供暖两个区,很明显的也是非集中供暖区的糖尿病的患病率要更低一些,而集中供暖区的要更高。

其实这就印证了前面教授的做的实验,当然我们的数据还不多,未来我们会收集更多的数据,可能需要跟疾控中心来进行合作才行。

最后我们来看一看关于供暖形式的问题,日本到现在常用的传统个性化的供暖设备,桌面下面有个电采暖器,过去是烧炭的,后来就变成电采暖了,到现在还用。三大都市圈东京、名古屋、大阪都是相当于我国的夏热冬冷地区,没有集中供暖,都是自采暖,很多人家的室温都非常低,用的这个采暖设备他们接受的室内温度都在8~14度,跟咱们南方也差不多,我自己也试验过这个东西的使用,但我这个东西不是那种,先说说我的办公室。

我的办公室是这么一个灰砖楼,这个楼是1923年砖混结构,没有做过保温改造,窗户做过改造,做了一个普通双层玻璃的铝合金窗框,我的办公室大概是20平米。

我采用了这样的个人的个体局部采暖,把腿可以放进去,上面就拿一条毛巾搭着膝盖。冬季日间阳光好时,不采暖温度也可以达到15度左右,我采用这种足部电采暖足够维持我的热舒适,底板的电功率有十几瓦我不用,那么侧帮的电功率它有几档,我常用到38~93这一档,即便就算我用93瓦这一档,相当于我每平米4.65度电,我就拿4.65度电用热泵的话供热量不过是每平米14瓦,远低于咱们北京采暖的耗热量了。

就算我一冬季我一半时间去办公室,因为我间歇教室办公,我用400个小时的话,一平米采用不到两度电,对于间歇使用的办公室节能效果其实是非常显著的,而且关键它的舒适性是头凉脚暖,所以把我这个办公室我一般都不采暖,我采暖的话也温度弄得很低,供一点我就关了。

那么我们可以有我的学生也做过一些模拟,对于在不同的地区室内温度的设定温度,和空调采暖能耗之比的关系,纵坐标是耗热量、耗冷量的节能率。我们可以看到如果在北京地区,比如说我从22度降到16度作为供暖设定值的话它,它的热负荷下会下降68%,其实是非常有意义的。

所以我得到的结论是这样,首先应尽量避免长期逗留在热中性的热环境中,那么冬季经常进行一些轻度的暴露,但是得有一定的时间,经常连续性的轻度冷暴露是有益于健康的,居住者如果拥有对环境的感知控制力,对暖通空调系统感知控制力,将有效提高它对室内环境质量的满意度,同时也有助于降低建筑能耗。所以独立调控非常重要。

第三,人体的热适应力导致需求时的舒适室温是不一样的,北京农村建筑我也调查过,因为生活和生产形态,在家里穿的衣服很多出出进进,所以室温也不宜过高,所以城市与农村建筑应该具有不同的采暖温度标准。

最后我的建议是采用局部采暖的设备,将有助于在改善热舒适的同时又降低采暖能耗好。谢谢。