建筑环境学第四章人体反应

第四章

人体对热湿环境的反响主要内容人体对热湿环境反响的生理学和心思学根底人体热平衡温度感受系统与调理系统热觉得与热温馨人体对稳态热环境的反响人体对动态热环境的反响其他热湿环境的物理度量热环境与任务效率二节点模型2人体对热湿环境反响的生理学和心思学根底人体的根本生理要求食物分解氧化热量人体的根本生理要求：维持体温根本恒定！代谢率(MetabolicRate)：人体新陈代谢反响过程中能量释放的速率1.人体的热平衡4人体的热平衡热平衡方程MWCRES=0皮肤外表积AD＝0.202mb0.425H0.725身高1.78m体重65kgAD为1.8m25人体温度中心(Core)温度中心层：通常包括脑、脊椎、心脏、肝脏、消化器官等内脏部分。直肠温度最接近。外层(Shell)温度皮肤外表到10mm以内的部分，通常包括皮肤，皮下脂肪和表层的肌肉。6人体体温范围肝脏：最高，38℃皮肤：与外界环境有关各部分温差不会太大日夜有1℃以内的动摇代表温度：中心温度7人体外层温度皮肤温度 状态 45℃以上 皮肤组织迅速损伤 43~41℃ 被烫伤的疼痛感 41~39℃ 疼感域 39~37℃ 热的觉得 37~35℃ 开场有热的觉得 34~33℃ 休憩时处于热中性形状,热温馨 33~32℃ 2-4met的(中等)运动量时觉得温馨32~30℃ 3-6met的(较大)运动量时觉得温馨31~29℃ 坐着时有不愉快的冷感 25℃(部分) 皮肤丧失觉得 20℃(手) 非常不快的冷觉得 15℃(手) 极端不快的冷觉得 5℃(手) 伴随疼感的冷觉得8人体与外界的热交换人体与外界的热交换显热交换对流散热辐射散热潜热交换皮肤散湿出汗蒸发皮肤湿分散呼吸散湿9影响人体与外界热交换的要素环境空气温度：对流换热环境外表温度：辐射换热水蒸汽分压力〔空气湿度〕：对流质交换高温环境：添加热感低温环境：添加冷感！风速：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服装热阻：影响一切换热方式10关于热湿环境的术语平均辐射温度或近似式：准确的应该是四次方黑球温度Tg操作温度：反映了环境空气温度ta和平均辐射温度 的综协作用11平均辐射温度:

一个假想的等温围合面的外表温度，它与人体间的辐射热交换量等于人体周围实践的非等温围合面与人体间的辐射热交换量。=12热质交换系数确实定对流换热系数：专门针对人体的实验数据受迫对流hc=Cvn自然对流：三种主要方式hc=常数hc=CT0.25hc=C(M-50)0.39对流质交换系数：传质与传热比较LR=he/hc=16.5℃/kPa13服装的作用：保温暖妨碍湿分散服装的性能：服装的热阻Icl服装的透湿性服装的外表积14服装的热阻Icl普通指显热热阻单位m2K/W和clo，其中1clo=0.155m2K/W知单件服装热阻：Icl=0.161+0.835Iclu,i15服装的热阻Icl人运动时由于人体与空气之间存在相对流速，会降低服装的热阻。 Icl=0.504Icl+0.00281Vwalk–0.24椅子给人添加0.15clo以下热阻 Icl=0.748Ach–0.1步速3.7km/h1clo0.48clo16温馨服装热阻与环境温度、相对风速、活动强度的关系17服装的透湿性服装的存在添加了皮肤的蒸发换热热阻：服装对皮肤外表的水蒸气分散有一个附加的阻力。服装吸收部分汗液，只需剩余部分汗液蒸发冷却皮肤。使得需求更大蒸发量才干在皮肤外表上构成同样的散热量18服装的潜热热阻服装的蒸发换热热阻(枯燥服装)： Ie,cl=Icl/LR=Icl/16.5(kPam2/W)服装被汗潮湿后热阻会下降，显热换热加强，又添加了潜热换热，故总传热系数添加：1clo枯燥服装被汗潮湿后的热阻19服装的外表积服装的面积系数fcl定义：人体着装后的实践外表积Acl和人体裸身外表积AD之比。有实验数据。表达式：fcl=Acl/AD与服装热阻的近似关系fcl=1.0+0.3Icl20人体的能量代谢率影响要素多：肌肉活动强度：绝对的影响环境温度：偏高、偏低都添加代谢率性别：男性高于女性年龄：少年高于老人神经紧张程度：紧张那么代谢率高进食后时间的长短等：进食后代谢率添加，蛋白质代谢率高，糖和脂肪类代谢率低。代谢率单位met：1met=58.2W/m2，即成年男子静坐时的代谢率。216~10%根底代谢率：参照根底根底代谢率(BMR，BasalMetabolicRate) 未进早餐前，坚持清醒静卧半小时，室温条件维持在18~25℃之间测定的代谢率：46W/m2BMR变化范围：10~15%。超越20％为病态。22肌肉活动与代谢率肌肉活动强度对代谢率起决议性的影响普通室内运动代谢率多在5met以下23人体是高效的能量转化系统吗？否！机械效率 ＝W/M大部分室内劳动机械效率近似024人体的潜热散热量：皮肤蒸发

体表全部被汗潮湿：

Esk=Ersw+Edif=wEmax接近热温馨条件下的出汗潜热散热量 Ersw=0.42(M–W–58.2)皮肤潮湿度w=Esk/Emax皮肤湿分散散热量没有排汗时Edif=0.06Emax 有正常排汗时Edif=0.06(Emax–Ersw)25人体的潜热散热量：呼吸蒸发显热散热量 Cres=0.0014M(34ta)W/m2 潜热散热量 Eres=0.0173M(5.867Pa)W/m226人体与外界的辐射换热方程长波辐射对太阳辐射的吸收0.80.40.70.780.720.7人体对长波辐射的发射率和吸收率在0.95左右27人体散热、散湿量的影响要素全热：主要决议于肌肉活动强度，受其它要素影响在运用上可以忽略。显热：决议于温度，随温度上升而减少。潜热(散湿)：决议于温度，随温度上升而添加。2829决议人体排汗率的主要要素环境温度中心温度(代谢率)30人体的温度感受系统20世纪初发现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为什么人对冷更敏感？50mV2.温度感受系统与调理系统31人体各部位冷点和热点分布密度(个/cm2)参考文献：H.Hensel,ThermoreceptionandTemperatureRegulation,London:AcademicPress,198132冷、热感受器的位置冷、热感受器存在于：外周温度感受器皮肤粘膜内脏中枢性温度敏感神经元脊髓延髓脑干网状构造33冷、热感受器的位置34下丘脑具有调理代谢、体温暖内分泌功能，前部主要促进散热来降温，后部促进产热抵御冰冷。散热调理方式血管扩张，添加血流，提高表皮温度出汗御寒调理方式血管收缩，减少血流，降低表皮温度经过冷颤添加代谢率人体的体温调理系统35人体的体温调理系统下丘脑前后部是相互制约起作用的，需求同时利用中心温度和皮肤温度信号来决议调理方式。36人的体温设定值随肌肉活动强度而改动在体温调理系统正常任务时，添加环境温度并不能提高人体的中心温度〔直肠温度〕。只需改动代谢率才干改动人体中心温度。37体温调理系统的任务原理2.温度感受系统与调理系统38热觉得研讨方法：心思学定义：人对周围环境“冷〞“热〞的客观描画。特点：虽然人描画环境的冷热，实践上只能觉得到本人皮肤下神经末梢的温度。所以“冷〞“热〞与感受者的身体形状有关，不是完全客观的。“中性〞的定义：不冷不热，人用于体温调理耗费的能量最小。3.热觉得与热温馨39热觉得的影响要素冷热刺激的存在刺激的延续时间人体原有的形状觉得热觉得冷5℃变热40热觉得的顺应性28303234363840温度的变化(℃)顺应温度〔℃〕41中心温度对热觉得的影响暖和中性皮肤温度作用热！中心温度作用42热觉得的丈量：问卷调查43什么是热温馨?观念1：温馨＝中性

?44什么是热温馨?观念2：温馨＝中性×温馨产生于不适的消除过程中。“温馨〞比“中性〞更客观。Cool&Comfort!45热温馨与热中性的背叛体温过低体温过高体温正常手的温度(℃)很不愉快正常很愉快46影响热温馨的要素空气湿度垂直温差气流与吹风感辐射不均匀性年龄、性别、季节、人种47空气湿度中性－热环境中，为什么潮湿的空气使人不温馨？空气湿度对人体排汗量有影响吗？在皮肤没有完全潮湿的情况下，添加空气湿度会减少人体散热量吗？潮湿为什么不温馨？皮肤潮湿度增高皮肤黏着性添加不适能够引起不温馨的皮肤潮湿度的上限 w<0.0012M+0.1548垂直温差虽然受试者处于热中性形状，头足温差依然使人感到不温馨。20℃28℃49垂直温差游泳池地面应该坚持的温度是多少？50垂直温差ASHRAEHandbook：地板温度和不称心度的关系51气流与

吹风感draught定义：人体所不希望的部分降温但在“中性－热〞环境下吹风往往是愉快的其它不温馨的缘由部分压力干扰冷颤出现52气流与

吹风感draught人头顶上的自然对流速度是0.2m/s，所以是人体对风速可以觉察到的阈值，往往用来确定室内风速的设计规范。当空气流速≤0.5m/s，麦金太尔(1979)等研讨者的实验阐明，只需把空气温度调整得适宜〔提高空气温度〕，就可以使空气的流动几乎觉察不到。53气流与吹风感

有效送风温度(有效吹风感)针对气流引起的吹风感评价，反映了气流速度和空气温度的共同作用霍顿1938年的实验，里德伯格尔等1949年总结，内文斯1971年提出公式：＝(Tj-Ta)-8(v-0.15)可接受区为：-1.7<<1.1，v<0.35m/s54气流与吹风感湍流度Tu在冷-中性环境下，气流的湍流度Tu对吹风感有重要的影响假设把空气流速表为平均流速和脉动流速v’之和：

那么有：不称心度与风速、风温以及湍流度之间的关系：55辐射不均匀性辐射吊顶的位置、尺寸、外表温度与温馨性的关系aac向量辐射温度：室内两部分的平均壁面温度差：Tv=Fpc(Tc–T)向量辐射温度超越10℃，人就感到不温馨Tc－Tr(K)TcTrT56辐射不均匀性辐射吹风感：房间内部分低温辐射导致人体所不希望的部分降温面对冷外表的平均辐射温度比其它部分部分的平均辐射温度低8K以上，将使人感到不温馨8K57辐射不对称性与称心率的关系58其它要素：Fanger的实验结论人种：非洲人比北欧人喜欢热环境吗？热温馨觉得一样，只是热带人对热环境有较强顺应力，寒带人对冷环境有较强顺应力。年龄：老年人比年轻人更喜欢热环境吗？不是，只是老年人活动量小。性别：女性比男性更喜欢热环境吗？不是，只是女性喜欢穿较轻薄的衣服。季节和一天中的时间会影响热温馨感吗？虽然人体温有动摇，但热温馨感没有明显变化59热觉得投票和热温馨投票ThermalComfortVote&ThermalSensationVote3.热觉得与热温馨60人体对稳态热环境的反响人体对稳态热环境的反响

实际建立者：P.O.Fanger热温馨方程 令人体热平衡方程中蓄热率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)对流散热辐射散热汗液蒸发散热呼吸潜热和显热散热皮肤分散蒸发散热62预测平均评价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级分度分度方法和TSV根本一致PMV目的只代表了同一环境下绝大多数人的觉得，不能代表一切个人的觉得。64预测不称心百分比PPD

(PredictedPercentDissatisfied)PPD是经过概率分析确定某环境条件下人群不称心的百分数PPD＝100–95exp[–(0.03353PMV4+0.2179PMV2)]即使到达PMV＝0，依然有5％的人不称心。反映了人的个体差别。65热温馨方程与PMV目的特点总结只适用于接近热温馨的形状，由于采用的tsk和Ersw与环境温度完全无关，是接近热中性条件下的皮肤温度和出汗量。在偏离热中性的条件下PMV的预测值与人体的真实感受偏向比较大。接近热温馨条件下的出汗潜热散热量：Ersw=0.42(M–W–58.2)皮肤温度：tsk=35.70.0275(MW)66热温馨方程与PMV目的特点总结温馨程度由对热中性的偏移程度确定，与偏移的时间长短没有关系，与人体原有的热形状无关，与人体热形状的变化无关。只适用于稳态热环境。PMV的计算是完全客观的，但目的的含义却是由客观觉得统计确定的。是把客观觉得与客观物理条件联络的好方法。67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与实践TSV的偏向。68兆兰宅PMV兆兰宅TSV怀素堂PMV怀素堂TSV成美堂PMV成美堂TSV2000年夏安徽泾县民居

——非空调环境热温馨调查69其它稳态热反响评价目的：

(1)有效温度ET1919开场研讨，1967前的ASHRAE手册采用有效温度ET定义：“这是一个将干球温度、湿度、空气流速对人体暖和感或冷感的影响综合成一个单一数值的恣意目的。它在数值上等于产生一样觉得的静止饱和空气的温度。〞对于正常穿着：ET=0.492Ta+0.19Pa+6.47对于半裸者:(二式条件均为va<0.15m/s)ET=(0.944Ta+0.056Twb)/[1+0.22(Ta-Twb)]缺陷：低温条件下湿度的影响不准确70(1)有效温度ET诺谟图风速(m/s)干球温度(℃)普通穿着，坐姿，轻劳动条件。湿球温度(℃)71(2)新有效温度ET*(Gagge)ASHRAE规范55-74，ASHREA手册1977版参考空气环境：身着0.6clo服装静坐，空气流速0.15m/s，相对湿度50％，干球温度T0假好像样服装和活动的人在某环境中的冷热感与上述参考空气环境中的冷热感一样，那么此环境的ET*＝T0该目的只适用于着装轻薄、活动量小、风速低的环境。72(3)规范有效温度SET*特点：综合思索了不同的活动程度和衣服热阻定义：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，在该环境中身着规范热阻服装的人假设与他在实践环境和实践服装热阻条件下的平均皮肤温度和皮肤潮湿度一样时，那么必将具有一样的热损失，这个温度就是上述实践环境的SET*。皮肤总散热量皮肤温度皮肤潮湿度SET*下饱和水蒸汽分压力皮肤外表饱和水蒸汽分压力73ASHRAE温馨区对于穿轻薄服装，坐着任务，空气流速较低的情况，SET*就等于ET*。坎萨斯州立大学实验条件：0.6~0.8clo坐着55-74条件：0.8~1clo坐着但活动稍大74(3)规范有效温度SET*SET*=24℃22.5℃，100％24℃，50%SET*＝20℃75其它稳态热环境评价目的合成温度当量温度客观温度76合成温度米森纳尔德1931年提出概念，1948年构成公式特点：包含了辐射的影响〔ET未思索〕，但未思索空气流动的影响干球合成温度：Tres=0.47Ta+0.53Tr英国的特许建筑设备工程师学会(CIBS)1978年把干球合成温度作为引荐目的。低风速下为：Tres=0.5(Ta+Tr)77当量温度Dufton于1932年提出概念：一个均匀封锁体的温度，在该封锁体内，一个高550mm直径190mm的黑色圆柱体的散热量与其在实践环境中的散热量相等。综合空气温度、平均辐射温度和空气流速的影响Bedford的实验回归公式78客观温度目的：寻求既思索了更全面的影响要素，又要有简单的表现方式，同时希望把活动量和穿着条件的影响与物理环境要素分开McIntyre等1975年总结的回归公式：v<0.1m/s时：Tsub=0.56Ta+0.44Trv>0.1m/s时：79客观温度知穿着和活动量条件下，温馨的客观温度是：适用范围：50<M<150W/m2，0<Icl<1.580人体对动态热环境的反响人体对动态热环境的反响什么是动态热环境？非空调环境在温度不同的空间之间穿行运用摇头电风扇变温变风速的空调方式人对动态与稳态热环境反响不同的机理热觉得的顺应性中心温度和皮肤温度变化的不一致性82Gagge的发现：人处于突变的环境空气温度时，虽然皮肤温度和中心体温的变化需求好几分钟，但热觉得却会随空气温度的变化马上发生变化。由中性－冷/热，觉得滞后由冷/热－中性，觉得超前对突变温度环境的反响83对突变温度环境的反响突变温度对TSV和皮肤温度的影响实验(clo=0.6)清华实验，证明了热觉得与皮肤温度的分别景象：中性－热，觉得滞后热－中性，觉得超前840.30.5频率(Hz)人体对变化风速的反响现有的研讨成果对摇摆风扇的接受程度优于固定风扇动态风可以改善“中性－热〞环境下人体热觉得气流的脉动频率对人体热觉得有影响人体最敏感区：Fanger0.3-0.5Hz,Arens0.7-1Hz85不同类型风的风速变化固定风扇的机械风自然风86不同类型风的频谱特征87人体对不同类型脉动风速的接受程度实验〔清华〕88过渡区热目的RWI/HDR美国运输部提出的人体在过渡空间环境的热温馨目的，适用于候车空间环境设计。对一种活动形状过渡到另一形状的处置：未思索过渡过程热觉得的“超越〞和“滞后〞景象代谢率M要经过6分钟才干到达最终活动形状下的稳定代谢率。其间代谢率与时间呈线性关系。出汗形状以及人的活动扰动气流的变化会导致服装热阻改动，要经过6分钟才干到达新的稳定值，其间服装热阻与时间呈线性关系。89过渡区热目的RWI/HDR相对热目的RWI：针对较热环境 当Pa2269Pa时当Pa2269Pa时人体从外界获得的辐射热〔不包括与空气等温的墙外表〕90过渡区热目的RWI/HDR人体热损失率HDR(W/m2)：针对较冷环境

热债D＝HDR当热债D≤－100kJ/m2，人体感到冷不适当热债D≥100kJ/m2，人体感到热不适走路站立6分钟到达新平衡，6分钟内M和Icw线性插值91其他热湿环境的物理度量环境应力与人体的调理才干不需调理可调区失调区疲劳极限HeatStressThermalStrain93热温馨目的够用吗？在具有热失调危险的、远偏离热温馨区的形状下，前面的热温馨目的是不够的，例如：高温车间冰冷任务空间典型目的高温环境：热应力指数，WBGT低温环境：风冷却指数94热应力指数HSI(HeatStressIndex)Belding&Hatch,1955假定皮肤温度恒定在35℃的根底上，在蒸发热调理区内，以为所需求的排汗量为Ereq等于代谢量减去对流和辐射散热量，呼吸散热不计，Emax的上限值为390W/m2：HSI=Ereq/Emax10095湿黑球温度WBGT

Wet-Bulb-GlobeTemperature适用于室外炎热环境，思索了室外炎热条件下太阳辐射的影响，广泛用于评价户外作业热环境与空气温度、空气湿度、平均辐射温度及空气运动有关表达式规范定义回归公式自然湿球温度黑球温度9697风冷却指数WCI(WindChillIndex)定义：皮肤温度在33℃时皮肤外表的冷却速率98热环境与劳动效率背景与机理大量现场调查证明高温会降低劳动的效率冰冷影响肢体的灵敏性温度偏离最正确值会添加事故发生率机理：激发的概念，任务本身＋物理环境中等激发时效率最高低激发导致人不清醒高激发导致不能全神贯注100“环境温度－激发－效能〞的关系昏昏欲睡的环境？激发决议了任务效能101实际效能与温度关系曲线T0为最小激发温度，接近、略高于热中性温