室内办公环境PMV计算方法完整指南

PMV（预测平均投票数）是评估办公环境热舒适度的核心指标，本报告提供从理论到实践的全面指导，帮助工程师准确计算和评估室内办公环境的热舒适性。

PMV计算的完整公式与参数说明

核心计算公式

PMV的计算基于人体热平衡方程，完整公式如下：

PMV = [0.303 × exp(-0.036 × M) + 0.028] × L

其中L（热负荷）的详细计算式为：

L = (M-W) - 3.05×10⁻³×[5733 - 6.99×(M-W) - pa] - 0.42×[(M-W) - 58.15] - 1.7×10⁻⁵×M×(5867 - pa) - 0.0014×M×(34 - ta) - 3.96×10⁻⁸×fcl×[(tcl+273)⁴ - (tr+273)⁴] - fcl×hc×(tcl - ta)

六个核心参数详解

计算PMV需要准确获取以下六个参数：

1. 空气温度（ta）：环境干球温度，单位°C，典型范围10-30°C
2. 平均辐射温度（tr）：围护结构表面辐射温度的加权平均值，单位°C
3. 相对湿度（RH）：空气相对湿度，百分比形式，需转换为水蒸气分压力
4. 空气流速（var）：人体周围空气流速，单位m/s，典型范围0-1.0m/s
5. 代谢率（M）：人体内部产热率，单位W/m²或met（1 met = 58.2 W/m²）
6. 服装热阻（Icl）：服装的隔热性能，单位m²·K/W或clo（1 clo = 0.155 m²·K/W）

利用温度和湿度数据计算PMV

相对湿度转换为水蒸气分压力

PMV公式中需要水蒸气分压力pa，通过以下步骤从相对湿度转换：

1. 计算饱和水蒸气分压力：ps = 611.21 × exp(17.625 × ta/(243.04 + ta))
2. 计算实际水蒸气分压力：pa = RH × ps / 100

辅助参数计算

服装表面积系数（fcl）：

• 当 Icl ≤ 0.078 m²·K/W 时：fcl = 1.00 + 1.290×Icl
• 当 Icl > 0.078 m²·K/W 时：fcl = 1.05 + 0.645×Icl

对流换热系数（hc）取以下两式的较大值：

• hc = 2.38×|tcl - ta|⁰·²⁵
• hc = 12.1×√var

服装表面温度（tcl）需通过迭代求解。

室内办公环境的典型参数设置

代谢率标准值

办公环境中人员活动的典型代谢率：

• 静坐办公：1.0 met（58.2 W/m²）
• 轻度办公活动：1.2 met（70 W/m²）- 推荐标准值
• 站立工作：1.2 met（70 W/m²）
• 轻度走动：1.6 met（93 W/m²）

服装热阻典型值

不同季节办公着装的热阻值：

• 夏季轻薄着装：0.5-0.7 clo（短袖衬衫、薄长裤）
• 春秋标准着装：0.8-1.0 clo（长袖衬衫、西裤）
• 冬季正装：1.0-1.2 clo（西装、衬衫、内衣）

空气流速标准假设

办公室环境的典型风速：

• 标准空调办公室：0.1 m/s（推荐值）
• 自然通风办公室：0.1-0.3 m/s
• 强制通风区域：0.15-0.25 m/s

平均辐射温度估算方法

在实际应用中，平均辐射温度的估算有以下几种方法：

1. 简化假设：tr ≈ ta（当围护结构热工性能良好时）
2. 黑球温度法：使用黑球温度计测量，通过公式换算
3. 表面温度法：测量各表面温度，按面积加权平均
4. 经验修正：夏季tr = ta + (0-2)°C；冬季tr = ta + (-2-0)°C

具体计算步骤和实用工具

计算流程

1. 数据收集：测量或估算六个核心参数
2. 单位转换：确保所有参数单位正确（met转W/m²，clo转m²·K/W，%RH转Pa）
3. 迭代计算：求解服装表面温度tcl
4. PMV计算：应用Fanger公式计算PMV值
5. PPD计算：PPD = 100 - 95×exp(-0.03353×PMV⁴ - 0.2179×PMV²)

推荐计算工具

在线计算器：

• CBE热舒适工具（加州大学伯克利分校）：https://comfort.cbe.berkeley.edu/
• 建环视界热舒适计算器：https://www.buildenvi.com/gongju/thermalcomfort

专业软件：

• Python包：pythermalcomfort（可通过pip install pythermalcomfort安装）
• MATLAB工具箱：可编写自定义PMV计算程序
• CFD软件：Fluent、Solidworks Flow Simulation等内置热舒适模块

计算示例

夏季办公环境案例：

• 空气温度：26°C
• 平均辐射温度：26°C
• 相对湿度：50%
• 空气流速：0.1 m/s
• 代谢率：1.2 met（轻度办公）
• 服装热阻：0.6 clo（夏季着装）

计算结果：PMV ≈ 0.0（热中性），PPD ≈ 5%

冬季办公环境案例：

• 空气温度：22°C
• 平均辐射温度：22°C
• 相对湿度：40%
• 空气流速：0.1 m/s
• 代谢率：1.2 met
• 服装热阻：1.0 clo（冬季着装）

计算结果：PMV ≈ 0.0（热中性），PPD ≈ 5%

PMV值的解释和舒适度评价标准

PMV七级热感觉尺度

PMV值范围从-3到+3，对应不同的热感觉：

• +3：热
• +2：暖
• +1：稍暖
• 0：中性（最舒适）
• -1：稍凉
• -2：凉
• -3：冷

舒适度评价标准

根据不同的应用场景，采用不同的PMV范围：

• 高标准舒适度：PMV = -0.3 ~ +0.3，PPD ≤ 7%（95%人员满意）
• 标准舒适度：PMV = -0.5 ~ +0.5，PPD ≤ 10%（90%人员满意）
• 基本舒适度：PMV = -0.8 ~ +0.8，PPD ≤ 20%（80%人员满意）

中文语境下的相关标准

中国国家标准

1. GB/T 18049-2017《热环境的人类工效学 通过计算PMV和PPD指数与局部热舒适准则对热舒适进行分析测定与解释》

   • 等同采用ISO 7730:2005标准
   • 提供详细的PMV计算方法和评价准则

2. GB/T 50785-2012《民用建筑室内热湿环境评价标准》

   • 规定了不同类型建筑的热舒适要求
   • 提供了测量和评价方法

3. GB 50736-2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》

   • 在设计参数中引用PMV评价方法
   • 适用于新建、改建和扩建民用建筑

应用要点

中国标准基本与国际标准保持一致，推荐PMV控制在-0.5到+0.5之间。在实际应用中，需考虑地域气候差异和人群适应性特征。

实际应用中的简化计算方法

快速估算法

当其他参数接近标准值时，可使用以下经验规则：

• 温度调整：空气温度每变化1°C，PMV约变化0.3
• 服装调整：服装热阻每变化0.1 clo，相当于温度变化0.6°C
• 湿度影响：相对湿度在30%-70%范围内，对PMV影响较小（约0.1-0.2）

Excel快速计算模板

创建包含以下列的Excel表格：

1. 服装热阻（clo）
2. 代谢率（met）
3. 空气温度（°C）
4. 平均辐射温度（°C）
5. 风速（m/s）
6. 相对湿度（%）
7. PMV计算结果
8. PPD计算结果

使用VBA宏或连接Python脚本实现自动计算。

在线工具使用指南

使用CBE热舒适工具的步骤：

1. 访问 https://comfort.cbe.berkeley.edu/
2. 选择”PMV模型”
3. 输入六个参数（可使用滑块调整）
4. 实时查看PMV、PPD值和舒适区域图
5. 导出计算结果用于报告

该工具还提供批量计算功能，可上传CSV文件进行大量数据处理。

结论

PMV作为国际公认的热舒适评价指标，在办公环境设计和运行管理中发挥着重要作用。通过准确掌握计算方法、合理设置参数、选择适当工具，工程师可以有效评估和优化室内热环境。建议在实际应用中结合现场测量和用户反馈，不断优化控制策略，实现舒适与节能的平衡。对于中国的应用场景，应注意参考国家标准要求，并考虑本土化的气候特征和人群适应性差异。