建筑環(huán)境學第四章人體反應

第四章

人體對熱濕環(huán)境的反響主要內(nèi)容人體對熱濕環(huán)境反響的生理學和心思學根底人體熱平衡溫度感受系統(tǒng)與調(diào)理系統(tǒng)熱覺得與熱溫馨人體對穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境的反響人體對動態(tài)熱環(huán)境的反響其他熱濕環(huán)境的物理度量熱環(huán)境與任務效率二節(jié)點模型2人體對熱濕環(huán)境反響的生理學和心思學根底人體的根本生理要求食物分解氧化熱量人體的根本生理要求：維持體溫根本恒定！代謝率(MetabolicRate)：人體新陳代謝反響過程中能量釋放的速率1.人體的熱平衡4人體的熱平衡熱平衡方程MWCRES=0皮膚外表積AD＝0.202mb0.425H0.725身高1.78m體重65kgAD為1.8m25人體溫度中心(Core)溫度中心層：通常包括腦、脊椎、心臟、肝臟、消化器官等內(nèi)臟部分。直腸溫度最接近。外層(Shell)溫度皮膚外表到10mm以內(nèi)的部分，通常包括皮膚，皮下脂肪和表層的肌肉。6人體體溫范圍肝臟：最高，38℃皮膚：與外界環(huán)境有關各部分溫差不會太大日夜有1℃以內(nèi)的動搖代表溫度：中心溫度7人體外層溫度皮膚溫度 狀態(tài) 45℃以上 皮膚組織迅速損傷 43~41℃ 被燙傷的疼痛感 41~39℃ 疼感域 39~37℃ 熱的覺得 37~35℃ 開場有熱的覺得 34~33℃ 休憩時處于熱中性形狀,熱溫馨 33~32℃ 2-4met的(中等)運動量時覺得溫馨32~30℃ 3-6met的(較大)運動量時覺得溫馨31~29℃ 坐著時有不愉快的冷感 25℃(部分) 皮膚喪失覺得 20℃(手) 非常不快的冷覺得 15℃(手) 極端不快的冷覺得 5℃(手) 伴隨疼感的冷覺得8人體與外界的熱交換人體與外界的熱交換顯熱交換對流散熱輻射散熱潛熱交換皮膚散濕出汗蒸發(fā)皮膚濕分散呼吸散濕9影響人體與外界熱交換的要素環(huán)境空氣溫度：對流換熱環(huán)境外表溫度：輻射換熱水蒸汽分壓力〔空氣濕度〕：對流質(zhì)交換高溫環(huán)境：添加熱感低溫環(huán)境：添加冷感！風速：對流熱交換和對流質(zhì)交換吹風感：Draught，冷感和對皮膚的壓力沖擊服裝熱阻：影響一切換熱方式10關于熱濕環(huán)境的術語平均輻射溫度或近似式：準確的應該是四次方黑球溫度Tg操作溫度：反映了環(huán)境空氣溫度ta和平均輻射溫度 的綜協(xié)作用11平均輻射溫度:

一個假想的等溫圍合面的外表溫度，它與人體間的輻射熱交換量等于人體周圍實踐的非等溫圍合面與人體間的輻射熱交換量。=12熱質(zhì)交換系數(shù)確實定對流換熱系數(shù)：專門針對人體的實驗數(shù)據(jù)受迫對流hc=Cvn自然對流：三種主要方式hc=常數(shù)hc=CT0.25hc=C(M-50)0.39對流質(zhì)交換系數(shù)：傳質(zhì)與傳熱比較LR=he/hc=16.5℃/kPa13服裝的作用：保溫暖妨礙濕分散服裝的性能：服裝的熱阻Icl服裝的透濕性服裝的外表積14服裝的熱阻Icl普通指顯熱熱阻單位m2K/W和clo，其中1clo=0.155m2K/W知單件服裝熱阻：Icl=0.161+0.835Iclu,i15服裝的熱阻Icl人運動時由于人體與空氣之間存在相對流速，會降低服裝的熱阻。 Icl=0.504Icl+0.00281Vwalk–0.24椅子給人添加0.15clo以下熱阻 Icl=0.748Ach–0.1步速3.7km/h1clo0.48clo16溫馨服裝熱阻與環(huán)境溫度、相對風速、活動強度的關系17服裝的透濕性服裝的存在添加了皮膚的蒸發(fā)換熱熱阻：服裝對皮膚外表的水蒸氣分散有一個附加的阻力。服裝吸收部分汗液，只需剩余部分汗液蒸發(fā)冷卻皮膚。使得需求更大蒸發(fā)量才干在皮膚外表上構成同樣的散熱量18服裝的潛熱熱阻服裝的蒸發(fā)換熱熱阻(枯燥服裝)： Ie,cl=Icl/LR=Icl/16.5(kPam2/W)服裝被汗潮濕后熱阻會下降，顯熱換熱加強，又添加了潛熱換熱，故總傳熱系數(shù)添加：1clo枯燥服裝被汗潮濕后的熱阻19服裝的外表積服裝的面積系數(shù)fcl定義：人體著裝后的實踐外表積Acl和人體裸身外表積AD之比。有實驗數(shù)據(jù)。表達式：fcl=Acl/AD與服裝熱阻的近似關系fcl=1.0+0.3Icl20人體的能量代謝率影響要素多：肌肉活動強度：絕對的影響環(huán)境溫度：偏高、偏低都添加代謝率性別：男性高于女性年齡：少年高于老人神經(jīng)緊張程度：緊張那么代謝率高進食后時間的長短等：進食后代謝率添加，蛋白質(zhì)代謝率高，糖和脂肪類代謝率低。代謝率單位met：1met=58.2W/m2，即成年男子靜坐時的代謝率。216~10%根底代謝率：參照根底根底代謝率(BMR，BasalMetabolicRate) 未進早餐前，堅持清醒靜臥半小時，室溫條件維持在18~25℃之間測定的代謝率：46W/m2BMR變化范圍：10~15%。超越20％為病態(tài)。22肌肉活動與代謝率肌肉活動強度對代謝率起決議性的影響普通室內(nèi)運動代謝率多在5met以下23人體是高效的能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)嗎？否！機械效率 ＝W/M大部分室內(nèi)勞動機械效率近似024人體的潛熱散熱量：皮膚蒸發(fā)

體表全部被汗潮濕：

Esk=Ersw+Edif=wEmax接近熱溫馨條件下的出汗?jié)摕嵘崃? Ersw=0.42(M–W–58.2)皮膚潮濕度w=Esk/Emax皮膚濕分散散熱量沒有排汗時Edif=0.06Emax 有正常排汗時Edif=0.06(Emax–Ersw)25人體的潛熱散熱量：呼吸蒸發(fā)顯熱散熱量 Cres=0.0014M(34ta)W/m2 潛熱散熱量 Eres=0.0173M(5.867Pa)W/m226人體與外界的輻射換熱方程長波輻射對太陽輻射的吸收0.80.40.70.780.720.7人體對長波輻射的發(fā)射率和吸收率在0.95左右27人體散熱、散濕量的影響要素全熱：主要決議于肌肉活動強度，受其它要素影響在運用上可以忽略。顯熱：決議于溫度，隨溫度上升而減少。潛熱(散濕)：決議于溫度，隨溫度上升而添加。2829決議人體排汗率的主要要素環(huán)境溫度中心溫度(代謝率)30人體的溫度感受系統(tǒng)20世紀初發(fā)現(xiàn)人的皮膚上存在對冷敏感的區(qū)域“冷點〞和對熱敏感的區(qū)域“熱點〞人體各部位的冷點數(shù)目明顯多于熱點為什么人對冷更敏感？50mV2.溫度感受系統(tǒng)與調(diào)理系統(tǒng)31人體各部位冷點和熱點分布密度(個/cm2)參考文獻：H.Hensel,ThermoreceptionandTemperatureRegulation,London:AcademicPress,198132冷、熱感受器的位置冷、熱感受器存在于：外周溫度感受器皮膚粘膜內(nèi)臟中樞性溫度敏感神經(jīng)元脊髓延髓腦干網(wǎng)狀構造33冷、熱感受器的位置34下丘腦具有調(diào)理代謝、體溫暖內(nèi)分泌功能，前部主要促進散熱來降溫，后部促進產(chǎn)熱抵御冰冷。散熱調(diào)理方式血管擴張，添加血流，提高表皮溫度出汗御寒調(diào)理方式血管收縮，減少血流，降低表皮溫度經(jīng)過冷顫添加代謝率人體的體溫調(diào)理系統(tǒng)35人體的體溫調(diào)理系統(tǒng)下丘腦前后部是相互制約起作用的，需求同時利用中心溫度和皮膚溫度信號來決議調(diào)理方式。36人的體溫設定值隨肌肉活動強度而改動在體溫調(diào)理系統(tǒng)正常任務時，添加環(huán)境溫度并不能提高人體的中心溫度〔直腸溫度〕。只需改動代謝率才干改動人體中心溫度。37體溫調(diào)理系統(tǒng)的任務原理2.溫度感受系統(tǒng)與調(diào)理系統(tǒng)38熱覺得研討方法：心思學定義：人對周圍環(huán)境“冷〞“熱〞的客觀描畫。特點：雖然人描畫環(huán)境的冷熱，實踐上只能覺得到本人皮膚下神經(jīng)末梢的溫度。所以“冷〞“熱〞與感受者的身體形狀有關，不是完全客觀的?！爸行渊暤亩x：不冷不熱，人用于體溫調(diào)理耗費的能量最小。3.熱覺得與熱溫馨39熱覺得的影響要素冷熱刺激的存在刺激的延續(xù)時間人體原有的形狀覺得熱覺得冷5℃變熱40熱覺得的順應性28303234363840溫度的變化(℃)順應溫度〔℃〕41中心溫度對熱覺得的影響暖和中性皮膚溫度作用熱！中心溫度作用42熱覺得的丈量：問卷調(diào)查43什么是熱溫馨?觀念1：溫馨＝中性

?44什么是熱溫馨?觀念2：溫馨＝中性×溫馨產(chǎn)生于不適的消除過程中?！皽剀皑暠取爸行渊暩陀^。Cool&Comfort!45熱溫馨與熱中性的背叛體溫過低體溫過高體溫正常手的溫度(℃)很不愉快正常很愉快46影響熱溫馨的要素空氣濕度垂直溫差氣流與吹風感輻射不均勻性年齡、性別、季節(jié)、人種47空氣濕度中性－熱環(huán)境中，為什么潮濕的空氣使人不溫馨？空氣濕度對人體排汗量有影響嗎？在皮膚沒有完全潮濕的情況下，添加空氣濕度會減少人體散熱量嗎？潮濕為什么不溫馨？皮膚潮濕度增高皮膚黏著性添加不適能夠引起不溫馨的皮膚潮濕度的上限 w<0.0012M+0.1548垂直溫差雖然受試者處于熱中性形狀，頭足溫差依然使人感到不溫馨。20℃28℃49垂直溫差游泳池地面應該堅持的溫度是多少？50垂直溫差ASHRAEHandbook：地板溫度和不稱心度的關系51氣流與

吹風感draught定義：人體所不希望的部分降溫但在“中性－熱〞環(huán)境下吹風往往是愉快的其它不溫馨的緣由部分壓力干擾冷顫出現(xiàn)52氣流與

吹風感draught人頭頂上的自然對流速度是0.2m/s，所以是人體對風速可以覺察到的閾值，往往用來確定室內(nèi)風速的設計規(guī)范。當空氣流速≤0.5m/s，麥金太爾(1979)等研討者的實驗闡明，只需把空氣溫度調(diào)整得適宜〔提高空氣溫度〕，就可以使空氣的流動幾乎覺察不到。53氣流與吹風感

有效送風溫度(有效吹風感)針對氣流引起的吹風感評價，反映了氣流速度和空氣溫度的共同作用霍頓1938年的實驗，里德伯格爾等1949年總結，內(nèi)文斯1971年提出公式：＝(Tj-Ta)-8(v-0.15)可接受區(qū)為：-1.7<<1.1，v<0.35m/s54氣流與吹風感湍流度Tu在冷-中性環(huán)境下，氣流的湍流度Tu對吹風感有重要的影響假設把空氣流速表為平均流速和脈動流速v’之和：

那么有：不稱心度與風速、風溫以及湍流度之間的關系：55輻射不均勻性輻射吊頂?shù)奈恢?、尺寸、外表溫度與溫馨性的關系aac向量輻射溫度：室內(nèi)兩部分的平均壁面溫度差：Tv=Fpc(Tc–T)向量輻射溫度超越10℃，人就感到不溫馨Tc－Tr(K)TcTrT56輻射不均勻性輻射吹風感：房間內(nèi)部分低溫輻射導致人體所不希望的部分降溫面對冷外表的平均輻射溫度比其它部分部分的平均輻射溫度低8K以上，將使人感到不溫馨8K57輻射不對稱性與稱心率的關系58其它要素：Fanger的實驗結論人種：非洲人比北歐人喜歡熱環(huán)境嗎？熱溫馨覺得一樣，只是熱帶人對熱環(huán)境有較強順應力，寒帶人對冷環(huán)境有較強順應力。年齡：老年人比年輕人更喜歡熱環(huán)境嗎？不是，只是老年人活動量小。性別：女性比男性更喜歡熱環(huán)境嗎？不是，只是女性喜歡穿較輕薄的衣服。季節(jié)和一天中的時間會影響熱溫馨感嗎？雖然人體溫有動搖，但熱溫馨感沒有明顯變化59熱覺得投票和熱溫馨投票ThermalComfortVote&ThermalSensationVote3.熱覺得與熱溫馨60人體對穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境的反響人體對穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境的反響

實際建立者：P.O.Fanger熱溫馨方程 令人體熱平衡方程中蓄熱率S＝0，得出：(MW)=fclhc(tcl-ta)+3.9610-8fcl[(tcl+273)4(+273)4]+3.05[5.7330.007(MW)Pa]+0.42(MW58.2)+1.7310-2M(5.867Pa)+0.0014M(34ta)對流散熱輻射散熱汗液蒸發(fā)散熱呼吸潛熱和顯熱散熱皮膚分散蒸發(fā)散熱62預測平均評價PMV(PredictedMeanVote)PMV=(0.303e–0.036M+0.0275)TL =(0.303e–0.036M+0.0275){M–W–3.05[5.733–0.007(M–W)–Pa] –0.42(MW58.15)–1.7310-2M(5.867Pa) –fclhc(tclta)–0.0014M(34ta) –3.9610-8fcl[(tcl+273)4(+273)4]}S?63PMV目的的7級分度分度方法和TSV根本一致PMV目的只代表了同一環(huán)境下絕大多數(shù)人的覺得，不能代表一切個人的覺得。64預測不稱心百分比PPD

(PredictedPercentDissatisfied)PPD是經(jīng)過概率分析確定某環(huán)境條件下人群不稱心的百分數(shù)PPD＝100–95exp[–(0.03353PMV4+0.2179PMV2)]即使到達PMV＝0，依然有5％的人不稱心。反映了人的個體差別。65熱溫馨方程與PMV目的特點總結只適用于接近熱溫馨的形狀，由于采用的tsk和Ersw與環(huán)境溫度完全無關，是接近熱中性條件下的皮膚溫度和出汗量。在偏離熱中性的條件下PMV的預測值與人體的真實感受偏向比較大。接近熱溫馨條件下的出汗?jié)摕嵘崃浚篍rsw=0.42(M–W–58.2)皮膚溫度：tsk=35.70.0275(MW)66熱溫馨方程與PMV目的特點總結溫馨程度由對熱中性的偏移程度確定，與偏移的時間長短沒有關系，與人體原有的熱形狀無關，與人體熱形狀的變化無關。只適用于穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境。PMV的計算是完全客觀的，但目的的含義卻是由客觀覺得統(tǒng)計確定的。是把客觀覺得與客觀物理條件聯(lián)絡的好方法。67在曼谷、新加坡、Athens、布里斯班做的3200組非空調(diào)環(huán)境的測試結果：PMV與實踐TSV的偏向。68兆蘭宅PMV兆蘭宅TSV懷素堂PMV懷素堂TSV成美堂PMV成美堂TSV2000年夏安徽涇縣民居

——非空調(diào)環(huán)境熱溫馨調(diào)查69其它穩(wěn)態(tài)熱反響評價目的：

(1)有效溫度ET1919開場研討，1967前的ASHRAE手冊采用有效溫度ET定義：“這是一個將干球溫度、濕度、空氣流速對人體暖和感或冷感的影響綜合成一個單一數(shù)值的恣意目的。它在數(shù)值上等于產(chǎn)生一樣覺得的靜止飽和空氣的溫度。〞對于正常穿著：ET=0.492Ta+0.19Pa+6.47對于半裸者:(二式條件均為va<0.15m/s)ET=(0.944Ta+0.056Twb)/[1+0.22(Ta-Twb)]缺陷：低溫條件下濕度的影響不準確70(1)有效溫度ET諾謨圖風速(m/s)干球溫度(℃)普通穿著，坐姿，輕勞動條件。濕球溫度(℃)71(2)新有效溫度ET*(Gagge)ASHRAE規(guī)范55-74，ASHREA手冊1977版參考空氣環(huán)境：身著0.6clo服裝靜坐，空氣流速0.15m/s，相對濕度50％，干球溫度T0假好像樣服裝和活動的人在某環(huán)境中的冷熱感與上述參考空氣環(huán)境中的冷熱感一樣，那么此環(huán)境的ET*＝T0該目的只適用于著裝輕薄、活動量小、風速低的環(huán)境。72(3)規(guī)范有效溫度SET*特點：綜合思索了不同的活動程度和衣服熱阻定義：某個空氣溫度等于平均輻射溫度的等溫環(huán)境中的溫度，其相對濕度為50%，空氣靜止不動，在該環(huán)境中身著規(guī)范熱阻服裝的人假設與他在實踐環(huán)境和實踐服裝熱阻條件下的平均皮膚溫度和皮膚潮濕度一樣時，那么必將具有一樣的熱損失，這個溫度就是上述實踐環(huán)境的SET*。皮膚總散熱量皮膚溫度皮膚潮濕度SET*下飽和水蒸汽分壓力皮膚外表飽和水蒸汽分壓力73ASHRAE溫馨區(qū)對于穿輕薄服裝，坐著任務，空氣流速較低的情況，SET*就等于ET*?？菜_斯州立大學實驗條件：0.6~0.8clo坐著55-74條件：0.8~1clo坐著但活動稍大74(3)規(guī)范有效溫度SET*SET*=24℃22.5℃，100％24℃，50%SET*＝20℃75其它穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境評價目的合成溫度當量溫度客觀溫度76合成溫度米森納爾德1931年提出概念，1948年構成公式特點：包含了輻射的影響〔ET未思索〕，但未思索空氣流動的影響干球合成溫度：Tres=0.47Ta+0.53Tr英國的特許建筑設備工程師學會(CIBS)1978年把干球合成溫度作為引薦目的。低風速下為：Tres=0.5(Ta+Tr)77當量溫度Dufton于1932年提出概念：一個均勻封鎖體的溫度，在該封鎖體內(nèi)，一個高550mm直徑190mm的黑色圓柱體的散熱量與其在實踐環(huán)境中的散熱量相等。綜合空氣溫度、平均輻射溫度和空氣流速的影響B(tài)edford的實驗回歸公式78客觀溫度目的：尋求既思索了更全面的影響要素，又要有簡單的表現(xiàn)方式，同時希望把活動量和穿著條件的影響與物理環(huán)境要素分開McIntyre等1975年總結的回歸公式：v<0.1m/s時：Tsub=0.56Ta+0.44Trv>0.1m/s時：79客觀溫度知穿著和活動量條件下，溫馨的客觀溫度是：適用范圍：50<M<150W/m2，0<Icl<1.580人體對動態(tài)熱環(huán)境的反響人體對動態(tài)熱環(huán)境的反響什么是動態(tài)熱環(huán)境？非空調(diào)環(huán)境在溫度不同的空間之間穿行運用搖頭電風扇變溫變風速的空調(diào)方式人對動態(tài)與穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境反響不同的機理熱覺得的順應性中心溫度和皮膚溫度變化的不一致性82Gagge的發(fā)現(xiàn)：人處于突變的環(huán)境空氣溫度時，雖然皮膚溫度和中心體溫的變化需求好幾分鐘，但熱覺得卻會隨空氣溫度的變化馬上發(fā)生變化。由中性－冷/熱，覺得滯后由冷/熱－中性，覺得超前對突變溫度環(huán)境的反響83對突變溫度環(huán)境的反響突變溫度對TSV和皮膚溫度的影響實驗(clo=0.6)清華實驗，證明了熱覺得與皮膚溫度的分別景象：中性－熱，覺得滯后熱－中性，覺得超前840.30.5頻率(Hz)人體對變化風速的反響現(xiàn)有的研討成果對搖擺風扇的接受程度優(yōu)于固定風扇動態(tài)風可以改善“中性－熱〞環(huán)境下人體熱覺得氣流的脈動頻率對人體熱覺得有影響人體最敏感區(qū)：Fanger0.3-0.5Hz,Arens0.7-1Hz85不同類型風的風速變化固定風扇的機械風自然風86不同類型風的頻譜特征87人體對不同類型脈動風速的接受程度實驗〔清華〕88過渡區(qū)熱目的RWI/HDR美國運輸部提出的人體在過渡空間環(huán)境的熱溫馨目的，適用于候車空間環(huán)境設計。對一種活動形狀過渡到另一形狀的處置：未思索過渡過程熱覺得的“超越〞和“滯后〞景象代謝率M要經(jīng)過6分鐘才干到達最終活動形狀下的穩(wěn)定代謝率。其間代謝率與時間呈線性關系。出汗形狀以及人的活動擾動氣流的變化會導致服裝熱阻改動，要經(jīng)過6分鐘才干到達新的穩(wěn)定值，其間服裝熱阻與時間呈線性關系。89過渡區(qū)熱目的RWI/HDR相對熱目的RWI：針對較熱環(huán)境 當Pa2269Pa時當Pa2269Pa時人體從外界獲得的輻射熱〔不包括與空氣等溫的墻外表〕90過渡區(qū)熱目的RWI/HDR人體熱損失率HDR(W/m2)：針對較冷環(huán)境

熱債D＝HDR當熱債D≤－100kJ/m2，人體感到冷不適當熱債D≥100kJ/m2，人體感到熱不適走路站立6分鐘到達新平衡，6分鐘內(nèi)M和Icw線性插值91其他熱濕環(huán)境的物理度量環(huán)境應力與人體的調(diào)理才干不需調(diào)理可調(diào)區(qū)失調(diào)區(qū)疲勞極限HeatStressThermalStrain93熱溫馨目的夠用嗎？在具有熱失調(diào)危險的、遠偏離熱溫馨區(qū)的形狀下，前面的熱溫馨目的是不夠的，例如：高溫車間冰冷任務空間典型目的高溫環(huán)境：熱應力指數(shù)，WBGT低溫環(huán)境：風冷卻指數(shù)94熱應力指數(shù)HSI(HeatStressIndex)Belding&Hatch,1955假定皮膚溫度恒定在35℃的根底上，在蒸發(fā)熱調(diào)理區(qū)內(nèi)，以為所需求的排汗量為Ereq等于代謝量減去對流和輻射散熱量，呼吸散熱不計，Emax的上限值為390W/m2：HSI=Ereq/Emax10095濕黑球溫度WBGT

Wet-Bulb-GlobeTemperature適用于室外炎熱環(huán)境，思索了室外炎熱條件下太陽輻射的影響，廣泛用于評價戶外作業(yè)熱環(huán)境與空氣溫度、空氣濕度、平均輻射溫度及空氣運動有關表達式規(guī)范定義回歸公式自然濕球溫度黑球溫度9697風冷卻指數(shù)WCI(WindChillIndex)定義：皮膚溫度在33℃時皮膚外表的冷卻速率98熱環(huán)境與勞動效率背景與機理大量現(xiàn)場調(diào)查證明高溫會降低勞動的效率冰冷影響肢體的靈敏性溫度偏離最正確值會添加事故發(fā)生率機理：激發(fā)的概念，任務本身＋物理環(huán)境中等激發(fā)時效率最高低激發(fā)導致人不清醒高激發(fā)導致不能全神貫注100“環(huán)境溫度－激發(fā)－效能〞的關系昏昏欲睡的環(huán)境？激發(fā)決議了任務效能101實際效能與溫度關系曲線T0為最小激發(fā)溫度，接近、略高于熱中性溫