辐射热不对称条件下室内高温环境特性及评价方法研究

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工业建筑室内高温辐射源大多是局部集中布置,在某一方向产生大量的辐射热,即辐射热存在极度不对称情况。高温是工业企业常见的物理性职业危害因素。湿球黑球温度(WBGT)指标是目前应用最广泛的高温环境评价指标,但WBGT只能应用于既有建筑的热环境评价,而无法为建筑热环境设计提供指导。同时,在实际现场测试标准WBGT值所需时间较长,不能及时进行分析。针对上述问题,文章通过实验测试、回归分析和数值模拟的方法对辐射热不对称条件下室内高温环境特性及评价方法展开了研究。搭建了局部高温环境实验平台,对不同热源温度下室内热环境参数进行测试分析,研究了不同热源温度下室内空气温度、空气湿度、风速、定向辐射强度以及WBGT的变化规律。探讨了辐射热不对称条件下定向辐射温度和平均辐射温度的差异,发现了距离热源1m处的定向平均辐射温度远远高于平均辐射温度,各个方向辐射热处于极度不对称状态。热源表面温度超过200℃时,距离热源1m、2m处的空气温度达到35℃以上,定向辐射热强度超过100W/m~2,WBGT也在28℃以上。此时,需要采取防暑降温措施。通过实验分析了工业喷雾风扇对局部环境的降温效果,研究了风速和相对湿度对室内高温环境的影响。结果表明:低风速(0~2m/s)对热环境有显著的降温作用,风速增加1m/s时,距离热源1m处工作区的WBGT减小0.4~1.7℃。而较高风速(2~5m/s)对高温环境的降温作用较小;相对湿度增加10%左右时,距离热源1m处工作区的WBGT下降0.2~0.8℃。研究结果对局部送风参数设计具有指导意义。对实验测试数据进行相关性分析和多元回归分析,建立了基于空气温度、相对湿度、风速和定向辐射热强度四个环境参数的WBGT计算模型。结果表明:室内空气温度和定向辐射热强度与WBGT具有较高的线性相关度,满足多元线性回归的各项检验,并且由该计算模型得到的室内WBGT预测值和实测值相符程度较高,可作为WBGT值简化计算方法。结合数值模拟,提出了辐射热不对称条件下室内高温环境的评价方法。并应用该评价方法评价了工业建筑不同自然通风参数下室内工作区的WBGT。证明本文提出的辐射热不对称条件下室内热环境评价方法是可行、合理的。研究结果对改善高温环境、保障作业人员安全健康具有重要意义。
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