室内热环境与人体热舒适课件

研究背景人们有超过90％的时间是在室内度过的室内环境比室外还要重要研究背景

空调系统极大地改善了人们的生活、工作和居住条件。但很多建筑物由于本身结构设计不合理而业主往往只重视短期内的空调系统的性能标准和投资费用，且物业设施管理人员也往往只考虑设备完好和运转正常，都忽视了室内空气品质、通风、湿度及温度等室内环境因素对人员的身心健康及生产率的影响。研究背景

世界卫生组织(WHO)曾警告，随着发展中国家经济的发展，摩天高楼的建造与空调设备的普遍应用，增加了某些疾病的传播机会，必须引起严重的关注。根据调查，由于建筑物及其内部设备造成的对人体健康的危害或疾病，种类达几十种。如SARS过敏性肺炎等头痛、恶心、疲乏、失眠、记忆力衰退室内环境的基本要求就是保证人体的健康与舒适。而热湿环境是建筑环境中最重要的部分。因此，对热湿环境的了解和研究是营造健康、舒适的室内环境的基础。室内热湿环境的形成影响室内热环境的物理因素1.室外气象条件2.空调方式3.室内发热/发湿/尘－内扰（照明、设备、人体、散湿）

内扰作用方式

外扰

①对流

②辐射③蒸发外扰作用方式：

①热交换：太阳辐射（透明、半透明体）热传导（维护结构/对流、辐射）②空气交换：空气渗透、空调送风

墙体表面接受外界的热辐射室内的热量传递室内湿环境的影响因素室内湿源包括：人员、水面产湿设备散湿形式：直接进入空气热湿环境的主要参数

描述室内热湿环境的主要参数：空气温度、湿度、空气流速、平均辐射温度

和黑球温度Tg

、操作温度等。平均辐射温度

一个假想的等温围合面的表面温度，它与人体间的辐射热交换量等于人体周围实际的非等温围合面与人体间的辐射热交换量。=

黑球温度Tg：黑球温度是将温度计，放在直径为150mm黑色空心球中心测出的反映热辐射影响的温度。

操作温度：反映了环境空气温度和平均辐射

温度的综合作用人体对热湿环境的反应

人体的基本生理要求：维持体温基本恒定人体与外界的热交换

对流散热辐射散热皮肤散湿出汗蒸发皮肤湿扩散呼吸散湿人体的热平衡

热平衡方程MWCR

ES=0人体体温的生理特征人体体温特征人体的温度感受系统

人的皮肤上存在对冷敏感的区域“冷点”和对热敏感的区域“热点”

人体各部位的冷点数目明显多于热点，人体对冷对热更敏感。人体冷热感受器的位置人体冷热感受系统热感觉借助心理学的研究方法，我们把人体对热环境“冷”、“热”的主观心理描述定义为热感觉。5℃变热感觉热

感觉冷热感觉尽管人描述环境的冷热，实际上只能感觉到自己皮肤下神经末梢的温度。所以“冷”“热”与感受者的身体状态有关，不是完全客观的。当人体感觉不冷不热时，这种状态被定义为“热中性”。热感觉的测量对热感觉的测量采用问卷调查的方式Bedford和ASHRAE的七点标度贝氏标度ASHRAE热感觉标度7过分暖和7热6太暖和6暖5令人舒适的暖和5稍暖4舒适（不冷不热）4正常3令人舒适的凉快3稍凉2太凉快2凉1过分凉快1冷

什么是热舒适呢？ASHRAEStandard55-1992中将热舒适定义为：“人们对热环境表示满意的意识状态。而一些学者将热舒适定义为：一种对环境既不感到热也不感到冷的舒适状态，即人们在这种状态下会有“中性”的热感觉。热舒适的研究涉及建筑热物理、人体热调节机理的生理学和人的心理学等学科。热感觉与热舒适观点：

舒适＝中性

?热舒适与热中性的背离体温过低体温过高体温正常可见：

舒适＝中性×舒适产生于不适的消除过程中。“舒适”比“中性”更主观。Cool&Comfort!影响热舒适的因素有哪些呢？二十世纪60年代,美国堪萨斯州立大学、丹麦哥本哈根工业大学相继建立了人体热感觉专用实验室,开始研究空气温度对热舒适的影响,以及周围物体温度、空气相对湿度和空气流动情况等因素对人体热舒适的影响。1962年,Macpherson定义了影响热舒适感觉的六个因素:空气温度、湿度、流动速度、平均辐射温度、新陈代谢率和衣服热阻热环境怎么影响热舒适呢？热环境空气温度：影响人体与外界对流换热即使受试者处于热中性状态，热环境中的垂直温差仍然使人感到不舒适。

热环境怎么影响热舒适呢？热环境表面温度：影响人体与外界辐射换热热环境空气湿度：影响人体与外界对流质交换高温环境：增加热感低温环境：增加冷感风速：影响人体与外界的对流热交换和对流质交换吹风感：Draught，冷感和对皮肤的压力冲击。影响热舒适的非热环境因素服装热阻：服装的作用是保温和阻碍湿扩散，因此服装影响人体与外界所有的换热形式。不同的服装，其热阻也不同。其中1clo=0.155m2K/W舒适服装热阻与环境温度、相对风速、活动强度的关系影响热舒适的非热环境因素人体的能量代谢率人体的能量代谢率直接影响人体与周围环境的热交换。人体的能量代谢率受多种因素的影响，如肌肉活动强度、环境温度高低、神经紧张强度、性别和年龄等。

肌肉活动与代谢率肌肉活动强度对代谢率起决定性的影响一般室内运动代谢率多在5met以下代谢率单位met：1met=58.2W/m2怎么描述人体热舒适么呢？在这六个因素的基础上,通过可控环境小室和稳态热交换模型研究,Fanger教授建立了热舒适方程人体产热人体对外的机械工辐射散热呼吸，蒸发散热对流散热人体蓄热

将各散热量的公式带入方程，可得如下方程，即人体蓄热量S取决于6个因素（空气温度、流动速度、湿度、平均辐射温度、新陈代谢率和衣服热阻）的定量描述：热舒适指标并在搜集了1396名美国与丹麦受测对象的热感觉表决票的基础上,Fanger提出了一个较为客观的度量热感觉的尺度指标——预期平均评价指标PMV(PredictedMeanVote),以反映对同一环境绝大多数人的冷热感觉。但由于人与人之间的生理、心理及行为特点的差别,即使在PMV=0处,即大多数人认为室内环境为最佳热舒适状态,仍会有少数人对该热环境不满意,故用PPD(PredictedPercentageofDissatisfied)指标来表示对热环境不满意的百分数。热舒适的指标描述热舒适的指标热舒适标准

根据Fanger教授的热舒适理论，将PMV与PPD联系起来，形成热环境质量评价体系。

ISO7730推荐，当-0.5≤PMV≤0.5，PPD≤10％，即认为环境是舒适的。通过研究热环境下人体热舒适感，而得到当人体感到热舒适时，环境参数组合的最佳范围和允许范围（即室内温度、湿度、风速的舒适区域）。ASHRAE舒适区确定室内空调温度如：根据我国国家标准《采暖通风与空气调节设计规范》(GBJ19—87)规定，对舒适性空调和采暖，室内计算参数如下：夏季：温度24～28℃；相对湿度40%～65%；风速不大于0.3m/s

冬季：温度18～22℃；相对湿度40%～60%（采暖不要求）；风速不大于0.2m/s。（参考欧美热舒适区而设定的）热舒适与建筑节能

建筑热环境温度标准的高低，对能耗和投资都有显著影响，在相同的技术水平下，室温夏季每升高1℃，冬季每降低1℃，投资，冷负荷以及能耗可降低10％左右。因此，找符合我国实际的，既能保障人体热舒适又能达到节能效果的热环境温度标准是当前热舒适和节能研究的重点。其它描述热反应的评价指标1、有效温度ET

这是一个将干球温度、湿度、空气流速对人体温暖感或冷感的影响综合成一个单一数值的任意指标。它在数值上等于产生相同感觉的静止饱和空气的温度有效温度其它描述热反应的评价指标2、新有效温度ET*(Gagge)其它描述热反应的评价指标3、标准有效温度SET*特点：综合考虑了不同的活动水平和衣服热阻定义：某个空气温度等于平均辐射温度的等温环境中的温度，其相对湿度为50%，空气静止不动，在该环境中身着标准热阻服装的人若与他在实际环境和实际服装热阻条件下的平均皮肤温度和皮肤湿润度相同时，则必将具有相同的热损失，这个温度就是上述实际环境的SET*SET*=24℃22.5℃，100％24℃，50%SET*＝20℃国外的研究状况

早在20世纪初，一些发达国家的学者就已开始了对室内热环境的研究。早期的研究主要服务于军事目的，例如对军舰轮机舱内的环境研究、对炎热或严寒环境中士兵生理和心理方面的研究等。

第二次世界大战后，随着科技的进步、生产的发展和生活水平的提高，研究目的已转向生产和生活领域。从而对室内热环境与人体热舒适的关系的研究更加深入国外的研究现状

1919年美国采暖制冷及空气调节工程师协会（ASHRAE）为了制定工业发展急需的有关热舒适标准，特别是有关空气温度和湿度的相互作用对热舒适的影响。进行了大量的试验调查研究，确定了有效温度标准。1923年Houghton和Yaglou确定了包括温度、湿度两个变量的裸体男子的等舒适线，并由此创立了对热环境研究具有深远影响的有效温度指标ET(EffectiveTemperature)国外的研究状况1924～1925年Houghton、Yaglou和米勒又进一步研究了包括空气流速和衣着影响的实验。1929年Dufton研制了一种拟人器该装置能在空气温度、热辐射、空气速度变化的条件下保持室温恒定。1932年Vernon和Warner使用黑球温度代替干球温度对热辐射行了修正，产生了修正有效温度温标国外的研究状况1936年,Dufton提出了当量温度(Equivale－ntTemperature)指标。1936年，Bedford用卡他温度计、MarkI型拟人器等几种仪器对工厂的热环境进行了现场测量和问卷调查，通过回归分析，得到了当量温度的解析表达式国外研究状况国外研究状况通过70年代的大量研究，丹麦Fanger教授的PMV指标为国际标准化组织所接受(ISO770)，成为公认的较有普遍意义的热舒适评价标准。除了作为一种评价方法外，还可以利用这一概念与工程设计相结合，达到良好的综合效果。国外研究状况1984年国际标准组织ISO提出了热环境评价与测试的新标准化方法，即用PMV(PredictedMeanVote)和PPD(PredictedPercentageofDissatisfied)指标来描述和评价热环境。该指标综合考虑了人体的活动情况、衣着情况、空气温度、湿度、流速和平均热辐射温度六个因素1994年，RawandOseland提出了影响人体热感觉得直接和间接环境因素，包括：背景、文化、生理等因素。我国的研究现状近年来国内对室内热环境及其对人体舒适性的影响的研究比较多，室内热环境及其对人体舒适性影响的研究主要包括以下几个方面：1.热环境及热舒适模拟、模糊综合评判2.居室以及人工气候室热环境和人体热舒适研究3.热环境与人体热反应的研究4.热舒适在系统控制和节能领域中的应用5.热环境与热舒适软件开发

目前的研究动向问题的提出？在美国，大多数建筑采用不同规模的中央空调系统，建筑物很少开窗，完全依靠机械系统维持室内环境恒定于22-24℃间。我国住宅和普通办公楼的模式一般是：开窗通风维持在28-30℃左右，开空调时维持在24-26℃左右。两种方式的建筑能耗差一倍。问题：前一种的环境品质一定比后一种好吗？室内控制什么温度合适？室温控制是建筑节能的措施之一

《北京市贯彻落实〈国务院关于加强节能工作的决定〉若干意见》明确提出，对所有公共建筑内的单位，包括国家机关、社会团体、企事业组织和个体商户，夏季室内温度空调温度设置不低于26℃，冬季不高于20℃。日本政府办公楼，夏季不低于28℃，冬天不高于20℃。存在的误解：认为上述做法降低了室内环境品质认为恒温恒湿就是好的环境品质。室内温度的标准影响建筑节能设计的评价节能住宅建筑标准要求利用参考建筑比较的时候，要求把整个夏天的室内温度设定在26℃，冬季设定在18℃进行模拟，设定全年需要设备控制温度，因此，结果是越严密越保温的建筑设计约好。如果住宅设计可以通过被动调节方式（夜间通风，遮阳等）把夏季室内控制在29℃以下，完全可以通过满足住宅的舒适性要求，但这个设计照上述标准是无法得到鼓励的。室内温度多少合适呢？目前通用的室内热舒适标准

ASHARE舒适区Fanger的PMV值。目前上述的所有室内舒适标准的成果都是在稳态空调环境下，通过大量热感觉投票得到的。不适用于非空调环境和非稳态空调环境。在曼谷、新加坡、Athens、布里斯班做的

3200组非空调环境的测试结果：PMV与实际TSV的偏差。安徽泾县民居

——非空调环境热舒适调查兆兰宅PMV兆兰宅TSV怀素堂PMV怀素堂TSV成美堂PMV成美堂TSV初步结论所有现场调查结果表明，在非空调环境下人们可以接受的环境温度比空调环境的要高得多。一般来说，在29℃以下，人们都会觉得是舒适的（静坐。TSV在0.5以下）。而在空调环境下，29℃就会觉得偏热（PMV＝1-1.5）非空调环境下人们接受的舒适温度可达到30℃。为什么会存在这样的差异呢？可能的差异着装的差异（非空调环境下人可能穿得少）气流流速的差别自然通风环境气流流速可能比较大人体对热环境的生理与心理适应人种的差别气流紊动特征的差异动态热环境有益于改善人体的热感觉。人体对热环境的生理与心理适应人们对冷热刺激的应急与调节机能是人类在大自然中进化而具有的自然的能力。2000-2001年，中华疾病预防控制中心对上海市进行的使用空调影响的流行病的调查发现:恒温恒湿的空调环境导致人对热环境的应激能力减弱，易过敏，疲倦，综合体质下降。人种的差别目前国际公认的评价和预测室内热环境热舒适指标的ISO7730和ASHARE55-92主要是以欧美国家的青年人为研究对象，通过实验建立的标准。美国堪萨斯州立大学研究者对抵美不久的中国留学生和美国学生进行的对比实验表明：在各个实验工况下，美国受试者比中国受试者的出汗多。中国受试者对热的承受能力高于美国受试者，对冷的承受能力低于美国受试者。气流紊动特征的差别：

已经发现的现象在自然通风的建筑里，舒适温度要高于空调环境的舒适温度可接受的自然通风风速要高于可接受的机械风风速。气流紊动特征的差别固定风扇的机械风自然风清华大学做的人体对不同类型脉动风速的接受程度的实验动态热环境有益改善人体的热感觉因为人体对冷的感觉比热敏感，因而出现“冷感超热”现象，更进一步导致在适当的温度或流速的