人体热舒适性的实验研究

人体热舒适性的实验研究

摘要由于建筑形式、气候、种族、等等因素的差异会造成世界各地的人在相同的环境中热感觉不同，对热舒适性的要求也不同，因此本文通过在实验室里创造不同的热环境对200名左右在校学生采用问卷调查的形式进行测试来确定空气的温湿度以受试者热舒适性的影响程度。并将室内空调设计参数与本实验得出的舒适区比较，认为我国现有的空调房间的空气设计参数基本合理。

关键词热环境人体热舒适性热感觉

1引言

随着社会的机械化和工业化程度日益增加，人们在室内的时间也越来越多，这就使人们对室内环境对人体热舒适性影响的研究越来越感兴趣。室内环境是指房间内的所有参数，这些参数会影响人体与周围环境的换热，从而影响人体的热创造性。但是目前，在热舒适性方面所做的研究工作大多数是由美国以及欧洲等一些西方国家所开展的。如今在世界各地所沿用的热舒适性标准也都是根据本文国家所做的研究工作而建立起来的；而各地对这些标准例如ANSI/ASHRAEStandard55-1992的使用并没有考虑不同地区建筑形式的不同、种族的不同等等因素。现在已有一些研究人员对热舒适性标准的普遍适用性提出了质疑。他们认为建筑形式、气候、种族等等因素的差异可能造成世界各地人们在相同的热环境中热感觉不同，对热舒适性的要求也不同。如果在使用热舒适性标准的时候不对其进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开人体热舒适性的研究。然而由于中国在人体热舒适性的研究领域的起步较晚，到目前为止所做的工作也不多，因此有必要通过测试来确定空气的温湿度对中国热舒适性的影响程度，从而得出ASHRAE的体体热舒适性标准是否适合中国使用，由此可知我们现有的空调房间的设计参数是否合理。

2实验内容及方法

本次实验采用问卷调查的方式。实验内容为空气温度和湿度的变化对受试者热感觉和热舒适性的影响程度，本实验总共做了18个工况。各工况分布如图1所示。参加该实验受试者数量在200人左右，男女共比例为1：1。实验中受试者的服装为KSU实验室中的标准服装，根据标准此时的衣服热阻值约为，在实验时受试者保持静坐状态，此状态下人体的活动量为。实验惧的数据包括受试者问卷、实验环境中的空气参数、外界空气参数。实验过程中每隔半个小时用TSI在6个均匀分布的测点处对实验小室中的空气流速进行测量并记录，每隔15分钟对温湿度自动巡检仪显示的温湿度进行记录。另外在实验开始、中间和结束时对室外空气参数和玻璃房外的空气参数进行测量并记录。

3测试结果与分析

本次实验的问卷包括四项主要内容：ASHRAE的七级热感觉标准、四级热舒适标准、受试者对所处热环境的湿度、空气流速以及心情的七级评价指标。另外在分析中采用新有效温度ET*作为热环境的衡量标准。由于受试者的服装热阻并没有进行准确的测量，实际上可能受试者的服装热阻并不正好等于，因此实验结果可能有一定程度的误差。

图1实验工况图

3．1中性温度与期望温度

中性温度是指在理论上人体感觉最适中的环境温度，中性温度可以分为实测中性温度和预测中性温度[10]。Humphrey[11]指出人们愿意接受的热环境可能在中性温度的这侧或那一侧；在寒冷地区的人们所期望的热环境可能偏向于稍暖和的那一侧，而生活在天气较热的人们的期望温度则可能偏向于较凉爽的一侧。因此期望温度往往并不恰好等于中性温度。从表1的统计结果可看出，期望温度稍低于中性温度，但差别很小，两者基本吻合。女性的中性温度和期望温度要稍高于男性的中性温度和期望温度，但是差别很小，这说明男女所认为满意的热环境基本是相同的，这与Fanger和Nevins等人所得出的结论是一致的。女性之所以喜欢较高一点的温度，可能是因为在一定的活动量下女性单位体表面积的能量代谢率要低于男性的能量代谢率。

中性温度与期望温度表1线性拟合公式中性温度期望温度实测值女TS=*-男TS=*总体TS=*-理论值PMV=*-

将本次实验的统计结果与Fanger对128名丹麦学生进行实验得出的结果、Nevins对720名美国学生进行实验得出的结果相比较，我们发现本实验得出的中性温度和期望温度要普遍低于Fanger和Nevins所得出的值，其差别约为1℃。这说明中国居民特别是中国的北方居民喜欢较低一点的温度。

3．2最低不满意率

按照Fanger的PMV与PPD关系的求解方法，从本次实验的结果得出的拟合曲线如图2所示由图中的曲线可以看出实测的最低不满意率LPPDS与Fanger的LPPD值存在着差别，当TS=0时，LPPDS=4%，略低于Fanger的LPPD值表明实验受试者对环境的不满意程度要比Fanger的值低，中国人对环境更容易满足。从图3和图4我们可看出女性的LPPDS=%，男性的LPPDS=4%，女性和男性对环境的不满意率基本上是一样。

图2TS与LPPDS关系图

图3女性TS与LPPDS关系图

图4男性TS与LPPDS关系图

3．3舒适区的确定

由Fanger教授统计分析的PMV-PPD关系以及ASHRAEStandar55-1992的舒适区可知在舒适区的确定原则是使80%的人满意。Fanger教授通过统计得出：当PPD=10%时，PMV=±，当PPD=20%时，PMV=±。经统计换算本实验满意率为80%、90%时的ET*范围见表2。

舒适区的确定表2分类线性拟合公式90%不满意率(ET*)80%不满意率(ET*)实测值女TS=*-～～男TS=*-～～总体TS=*-～～丹麦学生TS=*-～～美国学生TS=*-～～

将该实验结果与Fanger和Nevins等人的研究结果作比较发现本实验得出的中国人满意的温度的下限比Fanger得出的西方人满意的温度的下限要低1℃左右，而上限值也比西方人低℃左右，两者舒适区的宽度差不多。

在本实验数据处中舒适区相对湿度上下限的确定采用ASHRAEStandard55-1992中的标准。图5给出了本次实验的80%满意率舒适区，同时并给出了ASHRAEStandard55-1992的舒适区以作比较。通过对比我们可以发现本次实验所得的舒适区的上限值要比ASHRAEStandard55-1992中舒适区的上限值高℃。

图580%舒适区

图6ASHRAEStandard55-1992舒适区

4结论

通过对实验数据的处理，可以得出以下结论：

中性温度为℃，期望温度稍低于中性温度，但差别很小，两者基本吻合。女性的中性温度和期望温度要稍高于男性的中性温度和期望温度，但是差别也很小，这说明男女所认为满意的热环境基本是相同的。

当TS=0时，LPPDS=4%，略低于Fanger的LPPD值，表明中国人对环境更容易满足。这可能是由于受我国经济发展因素以及人体的心理适应性等因素的影响。

中国人80%满意率的温度范围是*～ET*，比Fanger和Nevins等人的研究结果低1℃左右，两者的舒适区宽度差不多。由于在实验中受试者的服装热阻并没有进行准确的测量，可能造成实际上受试者的服装热阻不等于，由经造成实验结果一定程度的误差。

与ASHRAEStandard55-1992中的舒适区相比本次实验所得的舒适区要比ASHRAEStandard55-1992中的夏季舒适区的上限值高℃。

在空气调节设计规范中规定舒适性空调室内设计参数为[12]：

夏季：24～28℃相对湿度40%～65%

冬季：18～22℃相对湿度40%～60%

将设计参数与本实验得出的舒适区比较，认为我国现有的空调房间的空气设计参数基本合理。

参考文献

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

2P.O.Fanger.ThermalComfort.1972.

3ASHRAEHandbookFundamental,1981

4McNall,Ryan,J.Jaax.Seasonalvariationincomfortconditionsforcollege-personsinMiddleWest.ASHRAETrans74(1):ⅣⅣ,1968

5GiovannaDonnini,JeanMolinaetal.Thefieldstudyofoccupantcomfortandofficethermalenvironmentsinacoldclimate.ASHRAETransVol99(1),1993

6HarldG.Lorsch,Ken-ichiKimura.Theimpactofthebuildingindoorenvironmentonoccupantsproductivity.ASHRAETransVol00(2),1994

7吕芳，热舒适与建筑节能天津大学硕士学位论文，2000

8连之伟，冯海燕，室内热环境的模糊评判模型，2001

9Fanger,P.O.ThermalComfort:analysisandapplicationsinenvironmentalengineering.McGraw-HillInc.NewYork,1970.

10G.E.Schiller,Ph.D.Acomparisonofmeasuredandpredictedcomfortinoff