第四章第23456節(jié)課件

第四章第二節(jié)人體對(duì)穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境的反應(yīng)描述熱舒適方程

預(yù)測(cè)平均評(píng)價(jià)PMV和預(yù)測(cè)不滿意百分比PPD

有效溫度ET與ASHRAE舒適區(qū)第三節(jié)熱舒適方程的提出為推出綜合舒適指標(biāo)，F(xiàn)anger于1982年提出了描述人體在穩(wěn)態(tài)條件下能量平衡的熱舒適方程。前提條件：第一，人體必須處于熱平衡狀態(tài)；第二，皮膚平均溫度應(yīng)具有與舒適相適應(yīng)的水平；第三，為了舒適，人體應(yīng)具有最佳的排汗率。穩(wěn)態(tài)條件下的熱舒適方程人體熱平衡方程：M－W－C－R－E＝S當(dāng)人體蓄熱率S＝0時(shí)，熱舒適方程：

M－W－C－R－E＝0

（4-40）人體外表面向周圍空氣的對(duì)流散熱量C

C＝fcl

hc（tcl－ta）（4-41）hc——對(duì)流換熱系數(shù)，W／(m2?K)；tcl——衣服外表面溫度，℃。tcl＝tsk－Icl（R＋C）tsk——人體接近舒適條件下的平均皮膚溫度，℃；

tsk＝35.7-0.0275（M-W）（4-26）ta——人體周圍空氣溫度，℃；Icl——服裝熱阻，m2?K／W。人體外表面向環(huán)境的輻射散熱量Rε——為人體表面的發(fā)射率，對(duì)于灰體等于吸收率；σ——斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)6.67×10-8(W／m2?K4)；feff——人體姿態(tài)影響有效表面積的修正系數(shù)；fcl

——服裝面積系數(shù)；Tcl

——人體表面的溫度，K；Tr

——環(huán)境的平均輻射溫度，K。若ε=0.97，feff=0.72：人體總蒸發(fā)散熱量E

E＝Cres＋Eres＋Edif＋Ersw

（4-43）Cres——呼吸時(shí)的顯熱損失，W／m2；

Cres＝0.0014M（34-ta）（4-29）Eres——呼吸時(shí)的潛熱損失，W／m2；

Eres＝0.0173M（5.867－Pa）（4-30）Edif——皮膚擴(kuò)散蒸發(fā)損失（無(wú)感覺體液滲透），W／m2；這里把服裝潛熱熱阻簡(jiǎn)化為一個(gè)適用于一般室內(nèi)環(huán)境的定值，忽略正常排汗對(duì)皮膚擴(kuò)散量的影響，有：

Edif＝3.05（0.254tsk－3.335－Pa）（4-44）Ersw——人體在接近舒適條件下的皮膚表面出汗造成的潛熱損失，W/m2。

Ersw＝0.42（M-W-58.2）（4-27）整理熱舒適方程M－W－C－R－E＝0

（M－W）＝

fclhc(tcl－ta)

＋ ＋3.05[5.733－0.007(M－W)－Pa]

＋0.42（M－W－58.2） ＋1.73×10-2M（5.867－Pa） ＋0.0014M（34－ta）（4-45）CRCresErswEresEdifEEMWfclhctcltaPaM、W、ta

、Pa

、、fcl、tcl、hc影響人體熱舒適的變量 ——影響人體熱舒適的六個(gè)變量 熱舒適方程反映了人體處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，這六個(gè)變量之間的定量關(guān)系。υaIcl、預(yù)測(cè)平均評(píng)價(jià)PMV

——PredictedMeanVote人體熱負(fù)荷TL定義:為人體產(chǎn)熱量與假定人體保持舒適條件下的平均皮膚溫度tsk和出汗造成的潛熱散熱Ersw時(shí)向外界散出的熱量之間的差值。TL=M-W-C-R-E =M-W-C-R-Edif-Ersw-Cres-Eres反映了人體對(duì)熱平衡的偏離程度。Fanger收集了受試者的冷熱感覺資料，得出：

PMV＝[0.303exp（-0.036M）＋0.0275]

TL

（4-46）PMV指標(biāo)PMV指標(biāo)同樣采用了7級(jí)分度。PMV指標(biāo)代表了同一環(huán)境下絕大多數(shù)人的感覺；PMV指標(biāo)并不一定能夠代表所有個(gè)人的感覺。因?yàn)槿伺c人之間存在生理差別。熱感覺熱暖微暖適中微涼涼冷PMV值＋3＋2＋10－1－2－3預(yù)測(cè)不滿意百分比PPD

——PredictedPercentDissatisfiedPPD指標(biāo)來(lái)表示人群對(duì)熱環(huán)境不滿意的百分?jǐn)?shù)；PMV與PPD之間的定量關(guān)系：

PPD＝100－95exp[－(0.03353PMV4＋0.2179PMV2)]

——當(dāng)PMV＝0時(shí)，PPD為5%，即意味著在室內(nèi)熱環(huán)境處于最佳的熱舒適狀態(tài)時(shí)，仍然有5%的人感到不滿意。

PMV＝－0.5～＋0.5

PPD≤10%有效溫度ET

——EffectiveTemperature定義：“ET是一個(gè)將干球溫度、濕度、空氣流速對(duì)人體溫暖感或冷感的影響綜合成一個(gè)單一數(shù)值的任意指標(biāo)。它在數(shù)值上等于產(chǎn)生相同感覺的靜止飽和空氣的溫度?！睏l件：在實(shí)際環(huán)境和飽和空氣環(huán)境中衣著和活動(dòng)強(qiáng)度相同，且。通過實(shí)驗(yàn)獲得相同ET的點(diǎn)→等舒適線系→濕空氣焓濕圖/諾模圖

有效溫度ET*ET缺陷：過高估計(jì)了在低溫下，濕度對(duì)涼爽和舒適狀態(tài)的影響。Gagge等1971，皮膚濕潤(rùn)度→ET*適用于穿標(biāo)準(zhǔn)服裝和坐著工作的人的舒適指標(biāo)熱舒適實(shí)驗(yàn)：0.6clo服裝、靜坐、0.15m/s——ET*只適用于著裝輕薄、活動(dòng)量小、風(fēng)速低的環(huán)境。50%t→ET*實(shí)際環(huán)境相同冷熱感標(biāo)準(zhǔn)有效溫度SET*ET*基礎(chǔ)上→不同的活動(dòng)水平和衣服熱阻→→最通用的指標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)有效溫度SET*包含平均皮膚溫度和皮膚濕潤(rùn)度，以確定某個(gè)人的熱狀態(tài)定義：身著標(biāo)準(zhǔn)熱阻服裝的人，在相對(duì)濕度為50%，空氣靜止不動(dòng)，空氣溫度等于平均輻射溫度的等溫環(huán)境下，若與他在實(shí)際環(huán)境和實(shí)際服裝熱阻條件下的平均皮膚溫度和皮膚濕潤(rùn)度相同時(shí)，則必將具有相同的熱損失，則該溫度就是上述實(shí)際環(huán)境的SET*。50%V=0ta→SET*實(shí)際環(huán)境相同平均皮膚溫度皮膚濕潤(rùn)度↓相同熱損失SET*定義式

Qsk——皮膚的總散熱量；

PSET——SET*下的飽和水蒸汽分壓力，kPa；

h'cSET——標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中考慮了服裝熱阻的綜合對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·℃）；

h'eSET——標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中考慮了服裝的潛熱熱阻的綜合對(duì)流質(zhì)交換系數(shù)，W/(m2·kPa）。舒適區(qū)對(duì)于坐著工作、穿輕薄服裝和較低空氣流速的標(biāo)準(zhǔn)狀況，SET*=ET*ASHRAE舒適區(qū)適用于服裝熱阻為0.8～1.0clo坐著但活動(dòng)量稍大的人美國(guó)坎薩斯州立大學(xué)舒適區(qū)適用于服裝熱阻為0.6～0.8clo坐著的人重疊范圍是推薦的室內(nèi)設(shè)計(jì)條件，25℃等效溫度線正通過重疊區(qū)的中心。

SET*能表示各種衣著條件、活動(dòng)強(qiáng)度和環(huán)境變量的情況。SET*值反映的是人體的感覺，與空氣的溫度無(wú)直接關(guān)系50%V小24℃穿輕薄服裝脫去衣服SET*=24℃SET*=20℃第四章第三節(jié)人體對(duì)動(dòng)態(tài)熱環(huán)境的反應(yīng)動(dòng)態(tài)環(huán)境在溫度不同的空間之間穿行動(dòng)態(tài)風(fēng)吹到人的身體上——使用搖頭電風(fēng)扇變溫變風(fēng)速的空調(diào)方式在非穩(wěn)態(tài)環(huán)境中人的熱感覺，與穩(wěn)態(tài)環(huán)境不同。熱感覺的適應(yīng)性核心溫度和皮膚溫度變化的不一致性對(duì)非穩(wěn)態(tài)溫度或風(fēng)速環(huán)境中的人體熱反應(yīng)的研究：

一、人體對(duì)階躍溫度變化的反應(yīng)二、人體對(duì)變化風(fēng)速的反應(yīng)三、過渡活動(dòng)狀態(tài)的熱舒適指標(biāo)RWI和HDR四、在自然通風(fēng)環(huán)境中的人體熱舒適一、人體對(duì)階躍溫度變化的反應(yīng)Gagge等：溫度階躍變化，皮膚溫度和熱感覺的變化有一個(gè)過渡過程。熱慣性→皮膚溫度變化滯后；熱感覺的變化復(fù)雜。中性→冷或熱環(huán)境時(shí)：熱感覺變化滯后。冷或熱→中性環(huán)境時(shí)：熱感覺響應(yīng)較快，且出現(xiàn)熱感覺“超越”的情況——即皮膚溫度與熱感覺存在分離現(xiàn)象。瞬變狀況下，用空氣溫度來(lái)預(yù)測(cè)熱感覺比根據(jù)皮膚溫度和核心溫度來(lái)確定可能更為準(zhǔn)確。導(dǎo)致“超越”現(xiàn)象的原因：Gagge：由于皮膚溫度急劇變化所致，即皮膚溫度的變化率產(chǎn)生了一種附加熱感覺，而這種熱感覺掩蓋了皮膚溫度本身引起的不舒適感。突變溫度環(huán)境中，對(duì)人體熱反應(yīng)的研究：（1）人體對(duì)環(huán)境突變的生理調(diào)節(jié)十分迅速，并不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不良后果；（2）人體在環(huán)境溫度突變的生理調(diào)節(jié)周期中，皮膚溫度并不能獨(dú)立地作為熱感覺的評(píng)價(jià)尺度，因?yàn)榇藭r(shí)人體正在與周圍熱環(huán)境之間發(fā)生激烈的熱交換。二、人體對(duì)變化風(fēng)速的反應(yīng)

動(dòng)態(tài)風(fēng)對(duì)人體的熱感覺的影響，研究并不多。

原因之一是：穩(wěn)態(tài)空調(diào)中，室溫較低，變高的風(fēng)速可能引起吹風(fēng)感而造成不適。動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)氣流的關(guān)系動(dòng)態(tài)氣流中脈動(dòng)頻率對(duì)人體熱感覺的影響動(dòng)態(tài)氣流、穩(wěn)態(tài)氣流Konz等：對(duì)搖擺電風(fēng)扇的接受優(yōu)于固定風(fēng)扇“中性-熱”，動(dòng)態(tài)風(fēng)制冷作用明顯動(dòng)態(tài)氣流中脈動(dòng)頻率對(duì)人體熱感覺的影響Fanger：“冷-中性”，0.3～0.5Hz最易產(chǎn)生冷吹風(fēng)感，造成不舒適。Arens：0.7～1.0Hz冷卻效果更好?！爸行?熱”，0.3～0.5Hz使人感到最涼爽。三、過渡活動(dòng)狀態(tài)的熱舒適指標(biāo)

人員在過渡區(qū)和長(zhǎng)期滯留區(qū)的熱感覺是不同

相對(duì)熱指標(biāo)RWI（RelativeWarmthIndex）——適用于較暖環(huán)境，是一個(gè)無(wú)量綱指標(biāo)。熱損失率HDR（HeatDeficitRate）——適用于冷環(huán)境，反應(yīng)了人體所損失的熱量，W/m2?！绹?guó)運(yùn)輸部為地鐵車站站臺(tái)、站廳和列車空調(diào)參數(shù)設(shè)計(jì)提出的考慮人體在過渡環(huán)境的熱舒適指標(biāo)。未考慮受變溫刺激時(shí)熱感覺“滯后”和“超前”僅考慮過渡狀態(tài)人體的熱平衡相對(duì)熱指標(biāo)RWI和熱損失率HDR（1）認(rèn)為人在一種活動(dòng)狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)時(shí)，要經(jīng)過6min的過程代謝率M才能達(dá)到最終活動(dòng)狀態(tài)下的穩(wěn)定代謝率。在這個(gè)過渡過程中，代謝率與時(shí)間呈線性關(guān)系。（2）人的活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致出汗并濕潤(rùn)服裝，同時(shí)人的活動(dòng)擾動(dòng)周圍氣流，導(dǎo)致服裝熱阻有所改變。認(rèn)為一種活動(dòng)狀態(tài)過渡到另一種活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，服裝熱阻要經(jīng)過6min達(dá)到新的穩(wěn)定值，其間服裝熱阻與時(shí)間呈線性關(guān)系。

RWI的分度與ASHRAE熱感覺標(biāo)度之間的關(guān)系

熱感覺ASHRAE熱感覺標(biāo)度相對(duì)熱指標(biāo)RWI熱感覺ASHRAE熱感覺標(biāo)度相對(duì)熱指標(biāo)RWI暖20.25中性00.08稍暖10.15稍涼-10.00熱損失率HDR

(HeatDeficitRate)

冷環(huán)境表示平均皮膚溫度為舒適皮膚溫度下限時(shí)的凈熱損失速率綜合考慮了溫度、濕度、輻射、風(fēng)速、人體代謝率、服裝等反應(yīng)了人體所損失的熱量，W/m2。若給定過渡空間的空氣參數(shù)、人員衣著以及活動(dòng)狀態(tài)，計(jì)算出RWI和HDR值，就可了解人員進(jìn)入過渡空間時(shí)比前個(gè)空間的相對(duì)熱感覺；可用于確定各功能空間的設(shè)計(jì)參數(shù)。四、在自然通風(fēng)環(huán)境中的人體熱舒適環(huán)境越熱，人們實(shí)際熱感覺與PMV模型預(yù)測(cè)值的偏差就越大，出現(xiàn)“剪刀差”現(xiàn)象PMV模型預(yù)測(cè)值TSV實(shí)際熱感覺投票值3210-1期望因子適應(yīng)性模型期望因子Fanger:在非空調(diào)房間，提出引入一個(gè)值為0.5~1的心理期望因子ePMVe=e×PMV只考慮了心理的影響期望值建筑分級(jí)期望因子e高夏季炎熱時(shí)間較短地區(qū)0.9~1.0中夏季炎熱地區(qū)0.7~0.9低全年炎熱地區(qū)0.5~0.7適應(yīng)性模型Tcomf

=0.31Tout,m+17.8只考慮室外平均溫度第四章第四節(jié)其他熱濕環(huán)境的物理度量高溫環(huán)境——熱應(yīng)力指數(shù)HSI（HeatStressIndex）室外炎熱環(huán)境——濕黑球溫度WBGT（Wet-Bulb-GlodeTemperature）低溫環(huán)境——風(fēng)冷卻指數(shù)WCI（WindChillIndex）熱應(yīng)力與熱過勞受環(huán)境影響區(qū)可調(diào)區(qū)一個(gè)具有潛在危險(xiǎn)的、不舒適的熱環(huán)境會(huì)形成一個(gè)強(qiáng)烈刺激即熱應(yīng)力，使人體出現(xiàn)熱過勞當(dāng)熱應(yīng)力超出了人體本身的調(diào)節(jié)能力時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)的熱失調(diào)。熱濕環(huán)境的各種評(píng)價(jià)指標(biāo)是旨在預(yù)測(cè)熱感覺或主觀熱舒適感

——不適應(yīng)于具有熱失調(diào)危險(xiǎn)的環(huán)境中。疲勞極限熱應(yīng)力指數(shù)HSI——HeatStressIndexHSI把環(huán)境變量綜合成一個(gè)單一的指數(shù)，用于定量表示熱環(huán)境對(duì)人體的作用應(yīng)力。具有相同指數(shù)值的環(huán)境條件所產(chǎn)生的熱過勞均相同。不管溫濕度如何，若HSI相同，則產(chǎn)生相同的熱過勞HSI假定皮膚溫度恒定在35℃的基礎(chǔ)上，在蒸發(fā)熱調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)，認(rèn)為所需要的排汗量為Ereq

等于代謝量減去對(duì)流和輻射散熱量，呼吸散熱不計(jì)：

HSI＝Ereq／Emax×100

（4-57）在概念上與皮膚濕潤(rùn)度相同；規(guī)定Emax的上限值為390W/m2，相當(dāng)于一個(gè)典型男子的排汗量為1L/h。熱應(yīng)力指數(shù)的意義HSI暴露8h的生理和健康情況的描述-20輕度冷過勞0沒有熱過勞10~30輕度至中度熱過勞。對(duì)體力工作幾乎沒有影響，但可能減低技術(shù)性工作的效率40~60嚴(yán)重的熱過勞，除非身體健壯，否則就免不了危及健康。需要適應(yīng)環(huán)境的能力70~90非常嚴(yán)重的熱過勞。必須經(jīng)體格檢查以挑選工作人員。應(yīng)保證攝人充分的水和鹽分100適應(yīng)環(huán)境的健康年輕人所能容忍的最大過勞大于100暴露時(shí)間受體內(nèi)溫度升高的限制濕黑球溫度WBGT（Wet-Bulb-GlodeTemperature）考慮了室外炎熱條件下太陽(yáng)輻射的影響

——評(píng)價(jià)戶外作業(yè)熱環(huán)境當(dāng)處在陰影下時(shí)：我國(guó)學(xué)者：

——與空氣溫度、平均輻射溫度、太陽(yáng)輻射、相對(duì)濕度及空氣流速有關(guān)

——廣泛應(yīng)用于估算工業(yè)環(huán)境的熱應(yīng)力潛能ISO7243推薦的熱應(yīng)力指標(biāo)WBGT閾值新陳代謝水平新陳代謝M（W/m2）WBGT閾值熱適應(yīng)好的人熱適應(yīng)差的人0M＜11733321117＜M＜23430292234＜M＜3602826能否感覺空氣流動(dòng)（不能）（能）能否感覺空氣流動(dòng)（不能）（能）3360＜M＜468252622234M＞46823251820人們?cè)诓煌男玛惔x率下有不同的WBGT安全極限值。著夏裝0.5clo，休閑狀態(tài)M＜117W/m2，則人體安全限值WBGT＜32~33℃。風(fēng)冷卻指數(shù)WCI—WindChillIndex非常寒冷的氣候，影響人體熱損失的主要因素是空氣流速Va和空氣溫度ta

。把Va和ta綜合成一個(gè)單一的指數(shù)，稱為風(fēng)冷卻指數(shù)WCI，來(lái)表示在皮膚溫度為33℃時(shí)某一皮膚表面的冷卻速率，即

WCI＝（4-61）

Va——風(fēng)速(m/s)；

ta——環(huán)境空氣溫度(℃)；

WCI——單位為kcal/(m2·h)。風(fēng)冷卻指數(shù)與人體的生理效應(yīng)適合于穿合適衣服的北極探險(xiǎn)者，不能認(rèn)為表中的“涼”與ASHRAE熱感覺標(biāo)度中的“涼”是一致的風(fēng)冷卻指數(shù)kcal／(m2·h)生理效應(yīng)風(fēng)冷卻指數(shù)

kcal／(m2·h)生理效應(yīng)200愉快1200劇冷400涼1400肌肉凍僵800冷2500不能忍受1000很冷

第四章第五節(jié)熱環(huán)境與勞動(dòng)效率勞