人體熱舒適性的實驗研究

人體熱舒適性的實驗研究

摘要由于建筑形式、氣候、種族、等等因素的差異會造成世界各地的人在相同的環(huán)境中熱感覺不同，對熱舒適性的要求也不同，因此本文通過在實驗室里創(chuàng)造不同的熱環(huán)境對200名左右在校學(xué)生采用問卷調(diào)查的形式進行測試來確定空氣的溫濕度以受試者熱舒適性的影響程度。并將室內(nèi)空調(diào)設(shè)計參數(shù)與本實驗得出的舒適區(qū)比較，認為我國現(xiàn)有的空調(diào)房間的空氣設(shè)計參數(shù)基本合理。

關(guān)鍵詞熱環(huán)境人體熱舒適性熱感覺

1引言

隨著社會的機械化和工業(yè)化程度日益增加，人們在室內(nèi)的時間也越來越多，這就使人們對室內(nèi)環(huán)境對人體熱舒適性影響的研究越來越感興趣。室內(nèi)環(huán)境是指房間內(nèi)的所有參數(shù)，這些參數(shù)會影響人體與周圍環(huán)境的換熱，從而影響人體的熱創(chuàng)造性。但是目前，在熱舒適性方面所做的研究工作大多數(shù)是由美國以及歐洲等一些西方國家所開展的。如今在世界各地所沿用的熱舒適性標(biāo)準(zhǔn)也都是根據(jù)本文國家所做的研究工作而建立起來的；而各地對這些標(biāo)準(zhǔn)例如ANSI/ASHRAEStandard55-1992的使用并沒有考慮不同地區(qū)建筑形式的不同、種族的不同等等因素。現(xiàn)在已有一些研究人員對熱舒適性標(biāo)準(zhǔn)的普遍適用性提出了質(zhì)疑。他們認為建筑形式、氣候、種族等等因素的差異可能造成世界各地人們在相同的熱環(huán)境中熱感覺不同，對熱舒適性的要求也不同。如果在使用熱舒適性標(biāo)準(zhǔn)的時候不對其進行一些修正就有可能造成一些不良的后果。因此有必要在各地展開人體熱舒適性的研究。然而由于中國在人體熱舒適性的研究領(lǐng)域的起步較晚，到目前為止所做的工作也不多，因此有必要通過測試來確定空氣的溫濕度對中國熱舒適性的影響程度，從而得出ASHRAE的體體熱舒適性標(biāo)準(zhǔn)是否適合中國使用，由此可知我們現(xiàn)有的空調(diào)房間的設(shè)計參數(shù)是否合理。

2實驗內(nèi)容及方法

本次實驗采用問卷調(diào)查的方式。實驗內(nèi)容為空氣溫度和濕度的變化對受試者熱感覺和熱舒適性的影響程度，本實驗總共做了18個工況。各工況分布如圖1所示。參加該實驗受試者數(shù)量在200人左右，男女共比例為1：1。實驗中受試者的服裝為KSU實驗室中的標(biāo)準(zhǔn)服裝，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)此時的衣服熱阻值約為，在實驗時受試者保持靜坐狀態(tài)，此狀態(tài)下人體的活動量為。實驗懼的數(shù)據(jù)包括受試者問卷、實驗環(huán)境中的空氣參數(shù)、外界空氣參數(shù)。實驗過程中每隔半個小時用TSI在6個均勻分布的測點處對實驗小室中的空氣流速進行測量并記錄，每隔15分鐘對溫濕度自動巡檢儀顯示的溫濕度進行記錄。另外在實驗開始、中間和結(jié)束時對室外空氣參數(shù)和玻璃房外的空氣參數(shù)進行測量并記錄。

3測試結(jié)果與分析

本次實驗的問卷包括四項主要內(nèi)容：ASHRAE的七級熱感覺標(biāo)準(zhǔn)、四級熱舒適標(biāo)準(zhǔn)、受試者對所處熱環(huán)境的濕度、空氣流速以及心情的七級評價指標(biāo)。另外在分析中采用新有效溫度ET*作為熱環(huán)境的衡量標(biāo)準(zhǔn)。由于受試者的服裝熱阻并沒有進行準(zhǔn)確的測量，實際上可能受試者的服裝熱阻并不正好等于，因此實驗結(jié)果可能有一定程度的誤差。

圖1實驗工況圖

3．1中性溫度與期望溫度

中性溫度是指在理論上人體感覺最適中的環(huán)境溫度，中性溫度可以分為實測中性溫度和預(yù)測中性溫度[10]。Humphrey[11]指出人們愿意接受的熱環(huán)境可能在中性溫度的這側(cè)或那一側(cè)；在寒冷地區(qū)的人們所期望的熱環(huán)境可能偏向于稍暖和的那一側(cè)，而生活在天氣較熱的人們的期望溫度則可能偏向于較涼爽的一側(cè)。因此期望溫度往往并不恰好等于中性溫度。從表1的統(tǒng)計結(jié)果可看出，期望溫度稍低于中性溫度，但差別很小，兩者基本吻合。女性的中性溫度和期望溫度要稍高于男性的中性溫度和期望溫度，但是差別很小，這說明男女所認為滿意的熱環(huán)境基本是相同的，這與Fanger和Nevins等人所得出的結(jié)論是一致的。女性之所以喜歡較高一點的溫度，可能是因為在一定的活動量下女性單位體表面積的能量代謝率要低于男性的能量代謝率。

中性溫度與期望溫度表1線性擬合公式中性溫度期望溫度實測值女TS=*-男TS=*總體TS=*-理論值PMV=*-

將本次實驗的統(tǒng)計結(jié)果與Fanger對128名丹麥學(xué)生進行實驗得出的結(jié)果、Nevins對720名美國學(xué)生進行實驗得出的結(jié)果相比較，我們發(fā)現(xiàn)本實驗得出的中性溫度和期望溫度要普遍低于Fanger和Nevins所得出的值，其差別約為1℃。這說明中國居民特別是中國的北方居民喜歡較低一點的溫度。

3．2最低不滿意率

按照Fanger的PMV與PPD關(guān)系的求解方法，從本次實驗的結(jié)果得出的擬合曲線如圖2所示由圖中的曲線可以看出實測的最低不滿意率LPPDS與Fanger的LPPD值存在著差別，當(dāng)TS=0時，LPPDS=4%，略低于Fanger的LPPD值表明實驗受試者對環(huán)境的不滿意程度要比Fanger的值低，中國人對環(huán)境更容易滿足。從圖3和圖4我們可看出女性的LPPDS=%，男性的LPPDS=4%，女性和男性對環(huán)境的不滿意率基本上是一樣。

圖2TS與LPPDS關(guān)系圖

圖3女性TS與LPPDS關(guān)系圖

圖4男性TS與LPPDS關(guān)系圖

3．3舒適區(qū)的確定

由Fanger教授統(tǒng)計分析的PMV-PPD關(guān)系以及ASHRAEStandar55-1992的舒適區(qū)可知在舒適區(qū)的確定原則是使80%的人滿意。Fanger教授通過統(tǒng)計得出：當(dāng)PPD=10%時，PMV=±，當(dāng)PPD=20%時，PMV=±。經(jīng)統(tǒng)計換算本實驗滿意率為80%、90%時的ET*范圍見表2。

舒適區(qū)的確定表2分類線性擬合公式90%不滿意率(ET*)80%不滿意率(ET*)實測值女TS=*-～～男TS=*-～～總體TS=*-～～丹麥學(xué)生TS=*-～～美國學(xué)生TS=*-～～

將該實驗結(jié)果與Fanger和Nevins等人的研究結(jié)果作比較發(fā)現(xiàn)本實驗得出的中國人滿意的溫度的下限比Fanger得出的西方人滿意的溫度的下限要低1℃左右，而上限值也比西方人低℃左右，兩者舒適區(qū)的寬度差不多。

在本實驗數(shù)據(jù)處中舒適區(qū)相對濕度上下限的確定采用ASHRAEStandard55-1992中的標(biāo)準(zhǔn)。圖5給出了本次實驗的80%滿意率舒適區(qū)，同時并給出了ASHRAEStandard55-1992的舒適區(qū)以作比較。通過對比我們可以發(fā)現(xiàn)本次實驗所得的舒適區(qū)的上限值要比ASHRAEStandard55-1992中舒適區(qū)的上限值高℃。

圖580%舒適區(qū)

圖6ASHRAEStandard55-1992舒適區(qū)

4結(jié)論

通過對實驗數(shù)據(jù)的處理，可以得出以下結(jié)論：

中性溫度為℃，期望溫度稍低于中性溫度，但差別很小，兩者基本吻合。女性的中性溫度和期望溫度要稍高于男性的中性溫度和期望溫度，但是差別也很小，這說明男女所認為滿意的熱環(huán)境基本是相同的。

當(dāng)TS=0時，LPPDS=4%，略低于Fanger的LPPD值，表明中國人對環(huán)境更容易滿足。這可能是由于受我國經(jīng)濟發(fā)展因素以及人體的心理適應(yīng)性等因素的影響。

中國人80%滿意率的溫度范圍是*～ET*，比Fanger和Nevins等人的研究結(jié)果低1℃左右，兩者的舒適區(qū)寬度差不多。由于在實驗中受試者的服裝熱阻并沒有進行準(zhǔn)確的測量，可能造成實際上受試者的服裝熱阻不等于，由經(jīng)造成實驗結(jié)果一定程度的誤差。

與ASHRAEStandard55-1992中的舒適區(qū)相比本次實驗所得的舒適區(qū)要比ASHRAEStandard55-1992中的夏季舒適區(qū)的上限值高℃。

在空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范中規(guī)定舒適性空調(diào)室內(nèi)設(shè)計參數(shù)為[12]：

夏季：24～28℃相對濕度40%～65%

冬季：18～22℃相對濕度40%～60%

將設(shè)計參數(shù)與本實驗得出的舒適區(qū)比較，認為我國現(xiàn)有的空調(diào)房間的空氣設(shè)計參數(shù)基本合理。

參考文獻

1ASHRAEANSI/ASHRAE55-1992；Thermalenvironmentalconditionsforhumanoccupancy.Atlanta:AmericanSocietyofHeating,RefrigeratingandAirConditioningEngineers.Inc.1992.

2P.O.Fanger.ThermalComfort.1972.

3ASHRAEHandbookFundamental,1981

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