Study on the Influence of Globe Thermometer Method on the Accuracy of Calculating Outdoor Mean Radiant Temperature and Thermal Comfort

Abstract

With global warming and the rapid development of urbanization, the outdoor thermal environment is deteriorating. More and more research focuses on the outdoor thermal environment and thermal comfort. The globe thermometer method is widely used in more than half of the outdoor thermal environment research studies, but there is a large error compared with the six-direction method. In order to explore the accuracy of the results of the globe thermometer method and its impact on the subsequent thermal comfort indicators, this study carried out a year-round comparative experiment under multiple working conditions outdoors in cold areas to explore the impact of meteorological parameters such as shortwave radiation, wind speed, and wind direction on the results of the globe thermometer method. The results show that the continuous increase of shortwave radiation reduces the accuracy of the black bulb thermometer to less than 60%, and the instantaneous change of wind speed will make the deviation of the mean radiation temperature obtained by the globe thermometer method exceed 5 °C. The influence of the mean radiation temperature obtained by the globe thermometer method on the thermal comfort index is mainly reflected in the working condition of a high temperature and strong radiation in summer. Taking the six-direction method as the standard, this study gives the scope of application of the globe thermometer method; and taking the human body calculation model of PET as an example, a universal optimization method for detailed division of radiation heat transfer calculation is proposed, so that it can get more accurate and rigorous conclusions in the evaluation of outdoor complex radiation environment.

The impact of wind speed measurement method on MRT and PET values in limited air flow conditions on warm, sunny days

“…Our study does not take into account the in uence of air ow direction on the readings of globe thermometers, which was found in previous studies (Liu et al, 2022;Teitelbaum et al, 2022), and the results apply only to low wind conditions, below 2.5 m/s. What is more, due to the fact that our research was conducted only in the summer, further investigation is required to verify whether in cold stress conditions, type of instrument used to measure wind velocity determines similar discrepancies in the MRT and UTCI values.…”

Niepewność pomiarów średniej temperatury promieniowania za pomocą termometrów kulistych = Uncertainty of mean radiant-temperature measurements using globe thermometers

“…Średnia gęstość strumienia promieniowania pochłoniętego przez ciało człowieka wyznaczana jest w tym przypadku na podstawie zmierzonych symultanicznie w 6 kierunkach (4 kardynalnych oraz w górę i w dół) niezależnych strumieni promieniowania słonecznego i ziemskiego, które następnie należy pomnożyć przez współczynniki kątowe (odzwierciedlające udział promieniowania odbieranego przez ludzkie ciało z różnych kierunków) oraz współczynniki absorpcji promieniowania krótko-i długofalowego odpowiednie dla człowieka ubranego w odzież (Kántor i Unger, 2011). Jednakże metoda ta wymaga zastosowania bardzo kosztownego sprzętu pomiarowego, który dodatkowo jest mało poręczny i trudny w transporcie, co ogranicza jej praktyczne wykorzystanie w trakcie wielopunktowych pomiarów terenowych (Du et al, 2021;Liu et al, 2022;Tang i Li, 2022). Co więcej, choć zintegrowane pomiary Mrt wykonane za pomocą 3 bilansomierzy promieniowania uznaje się za metodę referencyjną, uzyskane w ten sposób wyniki mogą się różnić w zależności od zastosowanych sensorów oraz ich specyfikacji (d'Ambrosio Alfano et al, 2013).…”

“…Dlatego też w badaniach zróżnicowania komfortu termicznego, do wyznaczania Mrt najpowszechniej obecnie stosuje się czarny termometr kulisty, który jest przyrządem prostym w konstrukcji, łatwym w użytkowaniu oraz nisko kosztowym (d'Ambrosio Alfano et al, 2021;Liu et al, 2022). Po raz pierwszy termometr kulisty został zastosowany przez Vernona (1932) i po dopracowaniu wykorzystywany był jako standardowy przyrząd do badania mikroklimatu pomieszczeń (American National Standards Institute, 2004).…”

“…Jednocześnie rezultatem zmiany materiału, z jakiego wykonana jest sfera (z miedzi na plastik), będzie zmniejszenie przewodnictwa cieplnego kuli, co w sytuacji intensywnego promieniowania słonecznego, może wiązać się z nierównomiernym rozkładem temperatury na powierzchni termometru kulistego i generować duże błędy (Wang i Li, 2015). Warto jednak zaznaczyć, że w warunkach silnego dopływu promieniowania krótkofalowego, problem braku jednorodności temperatury powierzchni kuli obserwowany jest również w przypadku standardowych kul miedzianych o średnicy 15 cm, charakteryzujących się doskonałym przewodnictwem cieplnym (Liu et al, 2022), natomiast w otoczeniu doskonale czarnym akrylowe i miedziane termometry kuliste o jednakowych średnicach, nie wykazują różnic w otrzymywanych wynikach (d'Ambrosio Alfano et al, 2021).…”

Thermal Resilience of Citizens: Comparison between Thermal Sensation and Objective Estimation in Outdoor Spaces: A Case Study in Seville, Spain

“…It has been estimated by the formulation proposed in ISO 7726:1998 [49]. Different researchers employ the same solution to solve the mean radiant temperature [48,[50][51][52][53]. On the other hand, according to the Q value, a 5-point scale was defined for assessing people's sensations, as resumed in Table 5.…”