宋坚华教授

        空调器的发明，给人们的日常生活、工作和娱乐等提供了健康、舒适的人工环境。空调器技术发展的时间虽然只有数十年，但发展至今，空调器在高效率化、低噪声化、小型化、氟里昂替代及高可靠性化等方面已趋向成熟。随着社会的发展，人们生活水平不断提高，人们对空调环境舒适性要求逐步向自然环境特征变化。人们希望环境能感觉到温度和气流的适度变化，能有温暖、凉爽、芳香感、明亮感等自然特征，即动态自然环境阶段或称感知环境阶段，这给空调领域内的科研机构和生产厂家提出了急需解决的技术课题，也促使舒适性空调器的出现。
        近日，本刊记者采访了中国电器科学研究院教授宋坚华，对当前舒适性空调器在国内的发展现状及舒适性实验室的相关情况有了更深一步的了解。
        记者：请介绍一下什么是舒适性空调器？
        宋坚华：舒适性是指人体对环境的感觉，它包括四个方面：一是热环境，即空气温度、湿度、空气流速、围护结构内表面温度（热辐射），还与人们衣着、年龄、活动状况有关；二是空气的含氧量；三是空气的污染和气味；四是噪音和各种电磁干扰。对于空调器主要是讨论热舒适性。人的热感觉是建立在人体热平衡基础上的，当人体的发热量与散失到环境的热量平衡时就感觉舒适。在国际标准中，用“预测平均评定指标PMV”来表示环境的舒适性程度，PMV是通过对1300个人在被测环境下按照7个热感觉区评定出的平均值。直观地说人处于坐姿不运动的情况下，如果风速不大于0.15m/s，相对湿度50%RH左右，温度为25℃左右，这个环境对于大多数人来说是舒适的，而能对环境作出相应控制的空气调节器被认为是舒适性（控制）空调器。
        国外空调行业于1985～1990年代左右实现温度湿度、气流组和辐射温度的综合控制，90年代以后开始试验以PMV作为指标的人工智能控制。以舒适性指标作控制的空调，目前已在市场中销售。
        在20世纪80年代未90年代初，西安交通大学、上海交通大学、清华大学先后开始了舒适性研究和用PMV作控制的方法研究，1993年清华大学做出了样机，实现了了初步的PMV控制。而当时国内空调器生产厂家忙于集中解决空调器的安全问题、可靠性问题、氟利昂替代问题以及能效问题，并没有重视舒适性空调器的研发。
        当前中国家用空调产量、出口量、品种等多方面已稳居世界第一，通用品种已达世界水平，压缩机保修达到10年。空调器的能效准入条件以从GB7725/76的2.0发展到GB12021.3/2010的最低3.2、一级能效4.0。直流变频空调最低频率已达10HZ，定频状态最高能效达6.0以上；SEER（季节能效比）达到7.0以上，接近世界先进水平；风管型空调也逐步进入了传统的北美市场。在此基础上，中国电器科学研究院于2004年成功申请了舒适性空调器的国家实用新型专利，2005年为格力电器公司建设了国内首个简易型舒适性实验室，又分别于2007和2009年为格力电器公司和美的电器公司建设了全天候的舒适性实验室，国内从此开始了舒适性空调器产品的研发。

宋坚华（右）和两弹元勋杨嘉墀院士合影

        记者：请问宋教授，开发舒适性空调器实验室大概是什么样的？
        宋坚华：典型舒适性实验室也称为模拟试验室，用于模拟房间空调的室内使用条件和室外使用环境，以评价和研究房间空调等产品在特定的外部环境条件及室内使用条件下的舒适性、节能性、耐候性和环境适用性。为提高空调器的耐候性、为研究PMV的空调控制技术、为空调器的室内设计和安装提供指南，实验室由内环境模拟室和外环境模拟室两大部分构成。内环境模拟室的房间面积可调，以满足不同规格空调器的试验，其建筑结构的热力学特性及声学特性等按民宅建筑规范设计，并且可以根据需要进行局部调整，使其能够模拟大部分常见的用户房间特性；外环境模拟室分为临街区（A区）及非临街区（B区，模拟与其他房间相邻）。A区用于模拟空调器在户外使用时的温度、湿度、风吹、日照（局部）、降雨（局部）、降雪（局部）等各种室外环境条件，以研究室外环境对空调器舒适性、节能性等方面的影响。
        舒适性实验室实际上具有多种测试能力。实验室提供了多个被试机内机的运行房间和与内机运行房间配套的外环境间。外环境温度可从-20℃～55℃、环境湿度在20%～90%RH，具有90～150mm/h可调雨量、25～150mm/h的降雪量、0.6～1KW/㎡的日照强度、1～10m/s的吹风强度，可以模拟长江流域以南的室外机运行条件。内机运行房间可以适应不同的面积（对应不同的空调）、不同的保温状态，提供可控发热加湿的模拟人体，被试机可以在这个环境中进行试验。
        舒适性实验室一方面是可控环境，另一方面是测试设备，其中温度约有1000点的热电偶布点，用于测试房间温度场，房间壁面温度；湿度约8～12点，0～100RH%，可移动。三维超声风速计1～3套，可移动；无指向风速计8～10套，可移动；舒适度测量仪3～4套，可移动；含氧量测量仪一套，可移动；功率电流测量仪约4～8套。此外还有与以上配套的高速高精度数据采集及处理系统。
舒适性实验室可对窗式、分体壁挂式、分体落地式、天花嵌入式、移动式、多联机、盘管及自然对流换热器进行如下试验测试：
        1．空调器在不同房间及不同环境下的降温及升温幅度、速度、功耗；
        2．空调器对被控制环境在不同外环境情况下的舒适性评价，提供温度、湿度、风速、舒适度、热幅射的二维三维图像即所谓场的图形；
        3．空调器外机的全环境适应性。
        总之，舒适性实验室提供了空调器的实际操作及实用性能的客观及主观评价。
        采访最后，宋坚华教授向我们介绍了舒适性空调器的市场前景。他谈到，舒适性空调器的特点是根据人体舒适度来进行控制的，结构比较复杂、控制难度高，因此价格也偏高，即使在日本也只能进入高端市场销售，国内情况也是如此。目前国内空调业界在大力发展直流变频空调，其重点是节能，但价格也比较高，在北方使用不能很快补偿与普通空调的差价，而且存在除湿能力差、在某些频段噪音振动大的问题。宋坚华教授认为，空调产业向舒适节能的方向发展是一个必然的趋势，而舒适性空调器与各种节能空调技术将能在“数字化家庭”这个重点课题中得到进一步整合发展。目前世界空调技术是处于静态空调环境控制的阶段，未来必将向动态环境即在一定的空间中产生不同需求的微风荡漾、鸟语花香的自然环境方向发展。