人体对热湿环境的反应课件

人体对热湿环境的反应

§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

§2人体对稳态热环境的反应描述

§3人体对动态热环境的反应

§4其他热湿环境的物理度量

§5热环境与劳动效率§6

人体热调节的数学模型

1）维持体温相对稳定人体摄取食物以维持生命食物通过人体新陈代谢被分解，大部分化学能变成热量人体不断释放热量，也从环境中通过对流、辐射和汗液蒸发获得或失掉热量人体的生理机能决定了必须维持体温相对稳定以保证人体各项功能正常。代谢率（MetabolicRate）：人体在化学反应中释放能量的速率。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

一、人体的热平衡1.人体的基本生理要求

人体各部分的温度不同身体表面温度比深部组织低，易随着环境温度变化；代谢率高的器官温度较高。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

感谢血液循环，帮助我们将热量从高温处带到低温处2）体温从中你发现了什么？体温核心温度人体平均皮肤温度量测体内温度的有利位置直肠鼓膜食道用以估算脑血流温度的最靠近和最容易利用的位置。其温度是最中心的温度，用来量测动脉血液温度。最常用的测试位置。a）核心温度§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

请设计一个实验：让核心温度和皮肤温度朝着相反方向变化。b）人体平均皮肤温度1938年哈蒂和朴波依斯提出用皮肤温度传感器（热敏电阻或热电偶）固定在皮肤的标准位置上（八点位置），加权平均求得平均皮肤温度。至今仍被普遍采用。部位哈蒂和朴波依斯加权拉曼纳坦加权头0.07胸0.1750.3背0.175上臂0.070.3下臂0.07手0.05大腿0.190.2腿0.20.2§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

1964年Ramanathan提出四点模型法确定人的平均皮肤温度，简单，对多数用途相当合适。3）人体热平衡§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

Think，在相同的室内空气温度下，夏季与冬季人体的热感觉是否相同？Why？式中M—人体能量代谢率,决定于人体活动量大小，W/㎡W—人体所做的机械功，W/㎡；C—人体外表面向周围环境散发的对流热量,W/㎡；R—人体外表面向周围环境散发的辐射热量,W/㎡；E—汗液蒸发和呼出的水蒸气所带走的热量,W/㎡；S—人体蓄热率，W/㎡。真的吗？§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

人体热平衡方程式：M－W－C－R－E—S=0指机体的产热和散热速率处于平衡状态§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

式中—人体皮肤表面积，m2；H—身高，m；—体重，kg。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

4)裸身人体皮肤表面积的计算看看自己的皮肤有多大吧!再想想这么大的一张皮子是做什么用的呢?皮肤的作用保护身体避免受伤和被病菌感染将身体内部与外部环境隔开阻止水分流失帮助调节体温排除体内垃圾收集周围环境的信息在阳光照射下产生维生素D§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

体温＞37.2℃发烧体温=38.3℃轻症中暑体温=40℃重症中暑体温=45℃致死体温<36℃体温过低体温<28℃有生命危险体温<20℃一般不能复苏5)人体最大的生理性体温变动范围→35～40℃§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

现在来分析一下热平衡方程吧

S=0：S>0：S<0：Think，S=0就表示人体处于舒适状态吗？内稳态（homeostasis）：指身体内部能保持一定的动态平衡，即不管外部环境如何变化，一个生物体的体内环境总保持稳定。身体有多种保持内稳态的方法，如当身体缺少食物或水时，大脑会发出信号使你感到饥饿或口渴，提醒你必须摄入食物或水来维持生命。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

表明人体正常，能量平衡；表明体温上升，人体不舒适；表明在冷环境中，人体散热量增多。注意：S=0并不一定表示人体处于舒适状态。因为各种热量之间可能有许多不同组合都可使S=0，但只有能使人体按正常比例散热的热平衡才是舒适的。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

对流换热约占总散热量的25～30%；辐射散热约占45～50%；呼吸和无感觉蒸发散热约占25～30%。当劳动强度或室内热环境要素发生变化时，人体通过调节机能争取新的热平衡，这时的热平衡称为“负荷热平衡”，虽然S仍然=0，但人体已不在舒适状态（但是可以忍受）。由于人体物质代谢调节能力有一定限度，终将出现S≠0。结论：室内空气温度、湿度、气流速度、环境辐射温度是室内热环境的四项构成要素，它们与人体产热量及衣着情况的不同组合，使得室内热环境大致可分为舒适的、可以忍受的和不能忍受的三种情况。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

热交换形式2.人体与外界的热交换蒸发对流辐射传递呼吸和汗液的潜热§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

影响热交换的因素:衣服热阻环境空气温度空气流速空气相对湿度周围物体的表面温度衣服热阻：以上几种形式均受人体的衣着影响，衣服热阻大则换热量小;环境空气温度：与人体的温差大，增加对流散热量；周围物体的表面温度：决定人体辐射散热强度其温度高会增加人体热感；其温度低会引起过多的辐射热损失（如坐在冷玻璃窗旁所感到的辐射吹风感）。湿衣服则例外，Why？§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

空气流速：影响人体与环境的显热和潜热交换速率，气流速度大时人体对流散热量大，提高汗液蒸发率，从而增加人体冷感；同时还影响人体的皮肤触觉感受。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

在较凉环境下，吹风会强化冷感觉，对人体热平衡有破坏作用，相当一种冷感觉。在较暖环境下，不破坏人体热平衡，是一种气流增大引起皮肤及黏膜蒸发量增加以及气流冲力产生的不愉快的感觉，会引起皮肤紧绷、眼睛干涩、被气流打扰、呼吸受阻甚至头晕的感觉。吹风感（Draft）：气流造成的不舒适的感觉。空气相对湿度：一定温度下，空气相对湿度高则人体皮肤表面的蒸发量少，散热量小；高温环境下相对湿度大增加人体热感；低温环境下相对湿度大会使衣物潮湿，降低衣服热阻而增加人体冷感。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

3.影响人体与外界显热交换的几个环境因素§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

平均辐射温度操作温度对流换热系数对流质交换系数§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

（MeanRadiateTemperature，MRT）（1）平均辐射温度式中—平均辐射温度，K；

Fj

—周围环境第j个表面的角系数；

Tj—周围环境第j个表面的温度，K；

—周围环境第j个表面的黑度；

—假想围合面的黑度。我国对不同建筑性质的△t（外墙或屋顶内表面与室内空气之间的允许温差）取值规定是根据卫生和建造成本等因素确定的，一般保证不结露，不形成过分冷辐射。序号建筑物和房间类型外墙平屋顶和坡屋顶顶棚1居住建筑、医院、幼儿园等6.04.02办公楼、学校、门诊部等6.04.53公共建筑（除上述者外）7.05.5§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

测得的黑球温度为Tg，空气温度为Ta，则当平均辐射温度与室温差别不大时，平均辐射温度为：§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

平均辐射温度的测量：黑球温度计（2）操作温度to(OperationTemperature)

是为研究热损失循环和能量需求而引入的概念，反映了环境温度ta和平均辐射温度的综合作用，其值取决于对流和辐射效应，表达式为：to=hr+hctahr+hctr

式中hr—辐射换热系数，W/(㎡·℃)

hc—对流换热系数，W/(㎡·℃)§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

（3）对流换热系数hc

在均匀气流中的均匀受热的人体有着显著的不均匀热损失，直接面向空气流的人体前缘的对流热损失最大，侧边最小。气流速度或方向的迅速变化会显著增加热损失，如机场地勤人员由于在旋转机翼下方的下降气流中而容易遭受剧烈冷却。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

自然对流：无风或风速很小的条件下；受迫对流：与风速有关（可通过风洞实验测定）。（4）对流质交换系数he(即蒸发换热系数)对流质交换系数he与对流换热系数hc的关系式：LR=he/hc

式中LR——称为“刘易斯系数”，℃/kPa。对于典型的室内空气环境：LR=16.5LR不受人体尺寸和形状的影响，也不受空气流速或温度的影响，它受所包含气体（指空气和水蒸气）中的物理性质和大气压力的影响。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

保温；阻碍湿扩散。4.服装的作用服装热阻服装透湿性服装表面积(1)服装热阻Icl（显热热阻）a.常用单位：㎡·K/W和clo1clo=0.155㎡·K/W一个静坐者在21℃空气温度空气流速不超过0.05m/s相对湿度不超过50%的环境中感到舒适所需要的服装热阻，相当于内穿长袖衬衣、外穿长裤和普通外衣或西装时的服装热阻。注意：这一热阻指从皮肤表面到服装外表面的总热阻，包括皮肤和服装之间积存的任何空气层所起的保温作用，但不包括服装外面空气层的热阻§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

服装类型服装热阻夏季服装0.5clo(0.08㎡·K/W)工作服装0.7clo(0.11㎡·K/W)正常室外穿的冬季服装1.5～2.0clo北极地区的服装4.0clo§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

成套服装热阻：服装总热阻：服装面积系数b.椅子对服装热阻的影响

§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

当人坐在椅子上时，椅子本身会给人体增加0.15clo以下的热阻，其值大小取决于椅子与人体接触的面积。网状吊床或沙滩椅与人体接触面积最小,热阻增加最小；单人软体沙发的接触面积最大，可增加热阻0.15clo。其他类型的座椅的热阻的增值按下式估算：△Icl=0.748Ach－0.1式中Ach—椅子和人体的接触面积，m2。由于人体与空气之间存在相对流速，会降低服装热阻，降低的热阻值为：△Icl=0.504Icl+0.00281νwalk－0.24式中νwalk—人的行走步速，步/min。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

c.行走对服装热阻的影响§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

增加皮肤蒸发换热热阻的原因服装对皮肤表面的水蒸气扩散有一个附加的阻力；服装吸收部分汗液,只有剩余的汗液蒸发冷却皮肤；大多数服装借助被称为灯芯作用的毛细现象而吸收和传输汗液，使汗液并不在皮肤表面蒸发，而是从服装内部或外表面蒸发，这使排汗效率降低，并需要更大的蒸发量以便在皮肤表面产生同样的散热量。（2）服装透湿性影响皮肤表面汗液的蒸发§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

服装本身的蒸发换热热阻：服装的总蒸发换热热阻：式中icl—服装本身的水蒸气渗透系数，仅考虑透过服装的湿传递过程；

im—服装的总水蒸气渗透系数，考虑了从皮肤到环境空气的湿传递过程。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

服装吸收了汗液后，会使人凉快的原因衣服潮湿导致导热系数增加衣服原有热阻下降，显热传热基础上增加了部分潜热换热。活动强度服装热阻活动强度服装热阻静坐0.6站立但偶尔走动0.4坐姿售货0.4行走3.2km/h0.4站立售货0.5行走4.8km/h0.35行走6.4km/h0.31clo干燥服装被汗湿润后的热阻（3）服装的表面积人体着装后与外界的热质交换面积改变。

服装面积系数fcl：人体着装后的实际表面积Acl和人体裸身表面积AD之比。表达式：fcl=Acl/AD

估算式：fcl=1.0+0.3Icl§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

5.人体的能量代谢人体能量代谢率人体的机械效率人体蒸发散热量人体与外界的辐射换热量不同环境条件和活动强度下人体散热和散湿量基础代谢：人体在基础状态下的能量代谢；基础代谢率（BMR，BasalMetabolicRate）：单位时间内的基础代谢。是衡量代谢的一个标准；代谢率单位：1met=58.2w/m2，为人静坐时的代谢率。清晨、清醒、静卧半小时禁食12小时以上室温18～25℃精神安宁、平静（1）人体的能量代谢率§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

影响能量代谢的因素精神活动食物的特殊动力效应肌肉活动环境温度性别年龄精神活动：脑的能量来源主要靠糖氧化释放能量，安静思考时影响不大，精神紧张时产热量增多，代谢率增高.食物的特殊动力效应：进食之后的一段时间内，机体内产生额外热量的作用,称为食物的特殊动力效应。其中蛋白质最强，脂肪次之，糖类最少；肌肉活动：对能量代谢的影响最为显著。主要以增加肌肉耗氧量而做功，使能量代谢率升高；§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

影响能量代谢的因素环境温度：裸身男子在安静状态下，在22.5～35°C的环境中最为稳定；温度过低可使肌肉紧张性增强，能量代谢增高；温度过高可使体内物质代谢加强，能量代谢增高。性别：女性比男性低6～10%；年龄：少年较高，老年稍低，人体基础代谢率随年龄逐渐下降。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

影响能量代谢的因素临界温度：

当环境温度降到该点时，某个休息的人的新陈代谢产热量开始增加，低于该温度则休息着的人的新陈代谢产热量会由于颤抖生热作用或不颤抖生热作用而提高。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

有此能力的只限于幼儿，你知道为什么吗？临界温度对畜牧业十分重要：在低于动物的临界温度下饲养动物的做法在经济上不可取。提高环境温度在蒸发的温度调节区内，引起代谢率的提高是很小的（环境温度从29℃升高到38℃，代谢率的增加约为12%）§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

提高环境温度对代谢率的影响会怎样？Why？临界温度大约是25℃北极狐狸的临界温度为-20℃（2）人体的机械效率体温的提高会增加有关的化学反应的速度（温度每增加1K，反应速率要增加约13%），同时由于肌肉的硬度减小及血液的粘度降低，会加快活动速率。这就是运动员在比赛前要热身的原因呦！要知道比赛前通过热身将肌肉温度提高到39℃会使成绩改善约5%呀。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

在空调负荷计算时，人体的机械效率常看作0，原因是：大部分的办公室劳动和室外轻劳动的机械效率近似0人体代谢率估算本身有误差对空调系统设计偏于安全考虑。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

（3）人体蒸发散热量人体的皮肤蒸发散热量Esk人体的呼吸散热散湿量§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

Psk=0.254tsk－3.335此式反映了完全被汗液润湿的人体潜热散热量式中Emax—皮肤表面的最大潜热换热量，W/m2；he—服装表面的对流质交换系数，W/m2·kPa；

Ie，cl—服装的潜热换热热阻，m2·K/W；Pa、Psk—环境空气、皮肤表面的水蒸气分压力，kPa。因为汗液是在服装表面蒸发的呀！人体皮肤实际蒸发散热量：式中Ersw—汗液蒸发散热量，w/m2；

Edif—皮肤湿扩散散热量；

—皮肤湿润度。可用实验量测出来§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

皮肤实际蒸发量与在同一环境中皮肤完全湿润而可能产生的最大蒸发散热量之比，相当于湿皮肤表面积所占人体皮肤表面积的比例：反映了汗液能够蒸发的难易程度，极好地客观反映不舒适程度，如环境湿度增加，皮肤湿润度也将提高。当环境湿度增加，皮肤未排汗时：Edif=0.06Emax

当环境湿度增加，正常排汗时：

Edif=0.06（Emax－Ersw）不能直接量测啊！§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

当人体处于不冷不热状态、接近热舒适条件下：人体平均皮肤温度tsk=35.7－0.0275(M－W)汗液蒸发散热量Ersw=0.42(M－W－58.2)ω=M－W－58.246he[5.733－0.007(M－W)－Pa]＋0.06热舒适条件下的皮肤湿润度计算式：2）人体的呼吸散热散湿量显热散热量：Cres=0.0014M(34-ta)W/㎡潜热散热量：Eres=0.0173M(5.867－Pa)W/㎡不易被觉察到的潜热散热的形式：水分通过皮肤的扩散情绪出汗呼吸散热直接以小便、唾液、眼泪之类的液体形式排出的水分并不出现在热平衡方程中，其散失不具有冷却效应。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

虽然人体的呼吸道起着热交换器的作用，但还有热损失（4）人体与外界的辐射换热量周围物体向人体辐射称为正辐射，即人体得到热量人体向周围物体辐射称为负辐射，即人体失去热量人对正辐射较敏感(夏季)，对负辐射较迟钝，这就是严寒时人容易因负辐射不知不觉地失热而受冷的原因。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

式中ε—人体表面的发射率，对灰体其值等于吸收率；

—斯蒂芬·玻尔兹蔓常数，5.67×10－8W/㎡·K4；

feff—人体姿态影响有效表面积的修正系数；

Tcl—人体表面的温度，K；—环境的平均辐射温度，K。（5）不同环境条件和活动强度下人体的散热和散湿量活动强度一定时，人体发热量在一定温度范围内可近似看作是常数；随环境空气温度的不同，人体向环境散热量中显热和潜热的比例随环境空气温度变化：环境空气温度越高，人体的显热散热量越少，潜热散热量越多；环境空气温度达到或超过人体体温时，人体向外界的散热形式全部变成蒸发潜热散热。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

二、人体的温度感受系统温度感受器冷感受器热感受器两种温度感受器的区别：对动态刺激的反应特性不同热感受器：只对热刺激产生冲动,冷刺激下被抑制;冷感受器：只对冷刺激产生冲动,热刺激下被抑制。位置不同冷感受器：皮肤表面下0.15～0.17mm的生发层中;热感受器：位于皮肤表面下约0.3～0.6mm处。数量不同：冷点数目多于热点。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

Think，人体对哪种感觉的反应更敏感呢？用显微镜是无法辨识感受器的，冷热感受器在皮肤中的距离是根据实验推断出的结论。

人体皮肤中存在温度感受器；人体体内某些粘膜和腹腔内脏等处存在温度感受器；人体的脊髓、延髓、脑干网状结构中存在中枢性温度敏感神经元。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

三、人体的体温调节系统恒温动物包括人，与非生物体相比,有完善的体温调节机制，在外界环境温度改变时，通过调节产热过程和散热过程，维持体温相对稳定。人体的温度和散热量不完全由环境因素决定，人体的体温调节系统在一定环境参数范围内具有主动调节这些参数的能力，其主要功能是将人体的核心温度维持在一个适合生存的较窄的范围内。体温调节主要依靠神经调节和体液调节完成，激素可控制某些体温调节过程。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

对体温调节系统最重要的输入量核心温度平均皮肤温度§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

前部后部促进散热促进产热，御寒调节体温的中枢：下丘脑在维持内稳态方面起着重要作用呦！表层体温：人体的外周组织即表层，包括皮肤、皮下组织和肌肉等的温度；深部温度（coretemperature）：机体深部（心、肺、脑和腹腔内脏等处）的温度。人体体温的调节方法调节皮肤表层的血流量调节排汗量提高产热量§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

分别相当于核心温度和平均皮肤温度表层体温：不稳定气温达32℃以上时，皮肤各部位温差将变小；在寒冷环境中，随着气温下降，手、足的皮肤温度降低最显著，但头部皮肤温度变动相对较小。深部温度：比表层温度高，且较稳定，各部位之间的差异也较小§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

深部温度和表层温度的分布随不同环境发生相对改变：寒冷环境中，深部温度分布区域较缩小，主要集中在头部与胸腹内脏，且表层与深部间存在明显的温度梯度.炎热环境中，深部温度可扩展到四肢。体温调节是在下丘脑体温调节中枢控制下，随机体内外环境刺激信息的变动，通过增减皮肤血流量、发汗、寒战等生理反应，调节体热的放散和产生，使体温保持相对恒定的体温调节方式。人体皮肤表层的血流量的变动范围：从几乎为零～得到心脏输出量的12%排汗：靠小汗腺，汗液中水分99%以上，固体成分＜1%，且多为NaCl§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

在很大的外界温度范围内，人体能有效地维持恒定的体内温度，但当环境温度高到甚至连完全湿润的身体也不能充分散热以保持热平衡时，温度调节就不起作用了运动对温度调节有影响，人的恒温设定点不是恒定的，而要取决于工作速率，在较高的代谢率下，恒温设定点升高，直肠温度便被控制在一个较高的水平上，当剧烈运动时可能高达39.5℃；曲线的水平部分表明尽管环境温度有很大的变化而直肠温度却是恒定的，这意味着排汗量的相应变化；温度调节系统正常工作时，提高环境温度不会改变人体的核心温度或直肠温度，只能增加排汗速率。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

该图表示：在两种不同的空气温度下工作时，排汗量是如何随着直肠温度而变化的。工作速率决定直肠温度；直肠温度和皮肤温度共同决定着排汗量。这意味着来自皮肤的热感觉信号是会改变出汗反应的。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

当人体处于冷环境下，体温调节系统先是收缩皮下血管以减少身体表层的血流量，降低皮肤温度，；继而采用打冷颤、运动等方式增加代谢率，如人体产热量不能抵偿热损失，即代谢率的增加不足以维持体温，则体温下降，人体被慢慢冷却。在寒冷环境中最有效的机能是行为方面的，对寒冷的不舒适感强有力地促使人们去做某些事情以使之得到改善，使人能在这种气候下生活。

§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

结论：人体的御寒能力很弱，不如防止过热能力，因此人体对冷刺激的反应要比对热刺激的反应敏感。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

四、热感觉人体对温度是敏感的，但这对于温度测量来说是不可靠的。大脑常依靠热量传入传出体内的速度来判断温度§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

不能用任何直接方法测量感觉影响热感觉的因素冷热刺激的存在刺激的延续时间人体原有的热状态受刺激的面积受冷热刺激的面积越大，则受刺激的感受器就越多，感觉也就越强烈；不同的人具有不同的温度适应范围，人体不同的部位有不同的温度适应范围。请设计一个实验以说明人体热感觉对环境的适应性§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

热感觉：人对周围环境是“冷”还是“热”的主观描述。“中性”状态：即人感到不冷不热的状态。适应中性区：当皮肤的局部面积已适应某一温度，就有一个以这一温度为中心往两边延伸的温度范围，通过这一延伸，皮肤温度的变化就可不引起任何温度感觉，则这一温度范围称为～。中性区的范围：0.01K～8K，系取决于受刺激的皮肤面积、它在身体上的位置及刺激温度的变化率。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

从高到低的顺序依次为：脸部、胸部、躯干、背部、臂部和腿部热刺激不论作用在人体上何处都会增加大腿上的出汗量，而冷刺激则会减少其出汗量当皮肤局部已经适应某一温度后，改变皮肤温度，如果温度的变化率和变化量在一定范围内是不会引起皮肤有任何热感觉的变化的。皮肤对温度的快速变化更为敏感，当温度变化率低，或皮肤温度在中性区以内，适应过程会跟上温度的变化，从而完全感觉不到这种变化。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

皮肤的局部灵敏度该图表明温度变化率对暖阈和冷阈的作用。当变化率在0.1℃/s以上时，皮肤温度只要升高0.5℃就会感到温暖，而在0.01℃/s的较小变化率下，在皮肤温度升高3℃以前却没有任何感觉。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

图中实线表示暖阈和冷阈，虚线为感觉变化阈。就此受试者而言，中性区为31～37℃，在31℃以下，即使经过40min的充分适应期之后，也可感觉到有一股持续的冷意。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

当低于中性条件时，皮肤温度系随着环境温度的降低而稳定地下降，这时平均皮肤温度是感觉和不舒适的良好预测器。如延长在寒冷中逗留的时间，则深部温度将下降；在高于热中性的条件下系受到出汗反应的影响。当环境温度上升到高于中性条件时，皮肤温度也升至中性点以上，温度感觉也因此而增长。一旦开始有出汗反应，皮肤温度就近似保持稳定，而温度感觉只是缓慢上升，不舒适感并不随着温度感觉而来，这时皮肤湿润度是热不舒适感的良好预测器；在热环境中，深部温度对不舒适感具有明显影响（如人在恒温浴盆中）。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

人体核心温度对热感觉的影响§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

热感觉最初取决于皮肤温度，而后取决于核心温度；热不舒适感则视皮肤湿润度而定§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

当人置于突然变化的温度环境之中，热感觉随空气温度的变化而立即发生变化，尽管皮肤温度和深部体温的变化需要好几分钟.在空气温度中感觉抢先发生变化，使受试者会感到象在稳态的空气温度下一样地暖和，尽管他的生理温度远远偏离稳态值。因此，在瞬变状况下，常用空气温度预测热感觉，比根据皮肤温度和核心温度确定可能更准确。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

瞬变状况下，热感觉的变化比体温变化要快舒适感通常在静坐状态下出现，此时既不出汗，温度调节的工作量也最小。在运动期间，深部体温升高且皮肤通常出汗以保持平衡，降低了对外界刺激的灵敏度，使一个运动着的人对温度变化的感受不及静坐的人灵敏，这是因为他正处于体力活动之中，无暇顾及热刺激。如果他正在出汗，强有力的蒸发系统只需较小的力量就可补偿环境温度的变化。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

运动对感觉的影响问卷调查方式，了解受试者对环境的热感觉，要求其按某种等级标度描述其热感。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

热感觉的描述目前最广泛使用的是以下两种标度(可相互比较)：贝氏标度（英国ThomasBedford于1936年提出）：将热感觉和热舒适合二为一；ASHRAE七级热感觉标度（ASHRAEthermalsensationscale）：精确指出了热感觉。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

投票选择方式热感觉投票TSV（ThermalSensationVote）：与ASHRAE热感觉标度内容一致的7级分度指标，仅分级范围为-3～+3；热舒适投票TCV（ThermalComfortVote）：5级分度指标，分级范围0～4。因为人与人之间的差异，导致在任何一个热环境中要想使50%以上的人同时认为这个环境是舒适的，这是一件很难的事情，但这是我们的目标。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

ASHRAEStandard54-1992认为是：对环境表示满意的意识状态；Bedford、Gagge、Fanger等认为是：“不冷不热”的中性热感觉；Hensel认为是：使人高兴，愉快、满意的感觉；Cabanac认为是：随着热不舒适的部分消除而产生的；Ebbecke（1917年）认为是：假定依赖于来自调节中心的热调节反应，而热感觉是假定与皮肤热感受器的活动有联系。五、热舒适(一)定义（二）热舒适的影响因素§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

皮肤温度核心温度空气湿度垂直温差吹风感辐射不均匀性其他因素：年龄、性别、季节、人种等湿度增加1.空气湿度§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

适于：皮肤没有完全湿润时皮肤湿润度增加热不舒适感增加湿度降低

使人感觉空气较新鲜，舒适感提高适于：当较热但湿度较低时注意：相对湿度存在下限，过低的湿度（＜30%）对舒适与健康将产生负面影响。舒适条件下可能引起不舒适的皮肤湿润度的下限：ω＜0.0012M+0.15你知道是什么原因吗？温差越大，感觉不舒适者越多，这说明地板材料的选择是重要的。2.垂直温差§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

在较凉环境下，吹风会强化冷感觉，对人体热平衡有破坏作用，相当一种冷感觉；在较暖环境下，不破坏人体热平衡，是一种气流增大引起皮肤及黏膜蒸发量增加以及气流冲力产生的不愉快的感觉，会引起皮肤紧绷、眼睛干涩、被气流打扰、呼吸受阻甚至头晕的感觉。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

请注意一种现象：尽管在办公室中对吹风感的抱怨比比皆是，但从容的步速对人体所产生的风速也要大于1m/s，这个速度通常会被认为具有很强的吹风感，但却无人抱怨散步时吹风的不舒适。3.吹风感（Draft)气流造成的不舒适感觉§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

吹风感的影响因素气流速度气流温度人所处的热状态气流分布状态湍流度导致不舒适的最低风速≈0.25m/s，相当于人体周围自然对流的速度，边界层对低速吹风有一定的屏蔽作用。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

有效吹风感（或称有效吹风温度θ）：综合了吹风风速和吹风温度的作用。建议的舒适标准：不满意率：式中Ta、ta—室内空气温度，℃；

Tj—吹风的风温，℃；υ—吹风的速度，m/s；

Tu—湍流度，无量纲；、—平均流速、脉动流速。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

4.辐射不均匀性对于热辐射：式中Tc—辐射板表面温度，K；T∞—室内其他表面的平均温度，K；

Tr—室内测试点的平均辐射温度，K；

Fpc—辐射板对室内测试点平面微元的角系数；

Fsc—辐射板对室内测试点小球面的角系数；

Tv—向量辐射温度。Tv>10K时，人们就会感到不舒适。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

对于冷辐射：面对冷表面的平均辐射温度Tpr比房间其余部分的平均辐射温度<8K以上时，在该位置的人们就会感到不舒适.式中Tr—室内其余部分的平均辐射温度，K；

Tf—外墙温度，K；Ta、To—室内、外空气温度，K；

Fpw—窗户对室内测试点平面微元的角系数；

αn—窗户内表面对流换热系数，W/（m2·K）；K—窗户的传热系数，W/（m2·K）。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

相当于向量辐射温度对人体的热感觉而言，冷辐射吊顶和垂直热辐射板相对比较舒适。年龄：对热舒适没有显著影响，老年人代谢率低的影响被蒸发散热率低所抵消。老年人喜欢较高室温是因为活动量小；地区：长期生活在炎热和寒冷地区的人对其所在环境有较强适应能力（工作效率较高、皮肤温度正常），仅对不舒适环境的忍受能力较强，但对热舒适条件的要求相同；性别：同样条件下男女之间对环境温度的好恶没有显著差别。女性比男性喜欢较高室温是因为女性喜欢穿较薄衣物；季节：对人的热舒适感觉没有影响。§1人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

5.其他因素：年龄、性别、季节、人种等§2人体对稳态热环境的反应描述

热舒适方程预测平均评价PMV有效温度ET*一、热舒适方程对热舒适有影响的变量环境变量人体变量空气温度空气湿度空气流速平均辐射温度能量代谢率衣着情况注意：这些变量是相互影响的，改变一个变量对人体舒适感的影响可能与其他变量值有关。§2人体对稳态热环境的反应描述

范格尔提出：可用一个综合舒适指标来代替以上六个变量表示人体的舒适程度，确定人体舒适状态的物理参数是与人体有关，而不是与环境有关，因为人感觉到的是自己的皮肤温度，而不是周围空气的温度。为此制定了三个前提条件：人体必须处于热平衡状态，以使人体对环境散热量等于人体体内产生的热量；平均皮肤温度应具有与舒适相适应的水平。人体的热感觉与皮肤温度有关，当能量代谢率较高时舒适所需的皮肤温度通常低于坐着工作时的皮肤温度；人体应具有最佳的排汗率，排汗率也是能量代谢率的函数，人们只有坐着工作时才不出汗。§2人体对稳态热环境的反应描述

（1）人体外表面向周围空气的对流散热量式中hc—对流换热系数，w/m2·k；

tcl—衣服外表面温度，℃；

tsk—人体在接近舒适条件下的平均皮肤温度，℃；

ta—人体周围空气温度，℃；

Icl—服装热阻，m2·K/W。§2人体对稳态热环境的反应描述

（2）人体外表面向环境的辐射散热量R=εfclfeff

(T4cl－T4r)当人体蓄热率S=0时，热平衡方程：M－W－C－R－E=0§2人体对稳态热环境的反应描述

（3）人体总蒸发散热量：E=Cres＋Eres＋Edif＋ErswM－W=C+R+E=fcl

hc(tcl－ta)+3.96×10－8fcl[(tcl＋273)4－(tr＋273)4]＋3.05(5.733－0.007(M－W－Pa]＋0.42(M－W－58.2)＋0.0173M(5.867－Pa)＋0.0014M(34－ta)热舒适方程：与人体活动有关的参数与衣着有关的参数热环境参数可由Icl决定风速va的函数静坐时W≈0反映了人体处于热平衡状态时，6个影响人体热舒适的变量M、Pa、ta、、Icl、va之间的定量关系§2人体对稳态热环境的反应描述

二、预测平均评价PMV（PredictedMeanVote）若人体通过对流和辐射散热能满足舒适方程，人体处于舒适状态；若人体在某种热环境下，通过对流、辐射散热不能满足舒适方程，人体会产生一个热负荷TL（反映人体对热平衡的偏离程度的人体热负荷）。TL=M－W－C－R－E人体产热量与人体向外界散出的热量之间的差值（假定人体的平均皮肤温度tsk和出汗造成的潜热散热Ersw是人体保持舒适条件下的数值）>0<0人体产生热感觉人体产生冷感觉PMV指标：同样采用7级分度。代表了同一环境下绝大多数人的舒适感觉；但不一定能够代表所有个人的感觉（因为人与人之间存在生理差别）。试验条件：四种不同的活动强度，相同的衣量（标准服装，为0.6clo，包括薄的棉斜纹布裤子和衬衫以及短毛袜，不穿鞋）,风速有变化，人体的反应。试验结论：人体反应是活动量和“负荷”的函数，即：PMV=[0.303exp(－0.036M)+0.0275]TL§2人体对稳态热环境的反应描述

由此推出了预测不满意百分比PPD指标适用于稳态热环境，不适用于动态热环境

§2人体对稳态热环境的反应描述

预测不满意百分比PPD（PredictedPercentDissatisfied）指标：表示人群对热环境不满意的百分数。PPD=100－95exp[－(0.03353PMV4＋0.2179PMV2)]因此，ISO7730对PMV-PPD指标的推荐值范围为：-0.5～+0.5，相当于人群中允许有10%的人感觉不满意。夏季典型状况（当地夏季典型室外热环境条件，0.4clo,室中央静坐）炎热地区和部分温暖地区：夏季日平均PMV≤1.5，相当于室温≤29.8℃（相对湿度70%，风速0.1m/s，室温=房间平均辐射温度）；寒冷地区和部分温暖地区：夏季日平均PMV≤1.2，相当于室温≤29.1℃（相对湿度70%，风速0.1m/s，室温=房间平均辐射温度）。§2人体对稳态热环境的反应描述

我国住宅室内热环境评价指标冬季典型状况（当地冬季典型室外热环境条件下，采暖地区1.5clo，非采暖地区2.0clo，室中央静坐）采暖地区：日平均PMV≥-1.2；非采暖地区：日PMV≥-1.5。§2人体对稳态热环境的反应描述

室内热环境评价与测量的新标准ISO7730（1984年国际标准化组织提出）采用PMV-PPD指标描述和评价热环境。§2人体对稳态热环境的反应描述

[解]由题意可知：M=58.2W/m2，W=0W/m2，ta=30℃，Pa=2.539kPa，Icl=0.4，hc=4W/（m2·℃），由式4-26得：由式4-17得：[例1]在夏季，当人静坐在某居室内，该室气温为30℃，房间平均辐射温度为29℃，风速为0.1m/s，相对湿度60%，服装热阻为0.4clo，Fcl=1.05，，请采用PMV-PPD指标评价热环境。§2人体对稳态热环境的反应描述

§2人体对稳态热环境的反应描述

根据PMV=1.38可知PPD=43%简便算法：[例2]如果房间受到强烈辐射，房间平均辐射温度为32℃，其他条件与例1相同，采用PMV-PPD指标评价热环境。

§2人体对稳态热环境的反应描述

按例1做法可求得：PMV=1.96，查PMV-PPD曲线得PPD=80%，表明了热辐射对热感觉的影响。[解][例3]如果使室内风速为0.3m/s，其他条件同例2，采用PMV-PPD指标评价热环境。可求得：PMV=1.54，PPD=60%，说明即使在强烈热辐射下，只要加强通风，可以改善室内热环境[解][例4]如果在例3的热环境中，进行家务劳动，其能量代谢率为80kcal/m2h，采用PMV-PPD指标评价热环境。§2人体对稳态热环境的反应描述

可求得：PMV=2.06，PPD>80%，可知当人增加活动量后，人对该房间的热感觉由稍热变为热。可以通过采取以下措施改善热环境减少服装热阻将做家务的时间调整在早晚热辐射较弱及气温较低的时候打开空调或电扇降低劳动强度等[解]影响PMV指标的主要因素有哪些？§2人体对稳态热环境的反应描述

在环境因素中，室温影响最大在静坐状态下，冬季室温升高1℃，PMV约上升0.21，室温在17.4～22℃范围内，人处于热舒适状态；夏季室温升高1℃，PMV约上升0.41。在环境因素中，房间平均辐射温度的影响次之在冬季，当房间平均辐射温度升高1℃时，PMV约上升0.087；夏季约上升0.19。§2人体对稳态热环境的反应描述

影响PMV指标的主要因素有哪些？§2人体对稳态热环境的反应描述

影响PMV指标的主要因素有哪些？在环境因素中，湿度影响最小冬季室内湿度变化10%,PMV约变化0.06,夏季约变化0.1。§2人体对稳态热环境的反应描述

在夏季自然通风情况下，室内风速变化影响较大风速增大0.1m/s，PMV减少约0.15。影响PMV指标的主要因素有哪些？由以上分析,可知夏季环境因素对PMV的影响比冬季大（因夏季穿衣较少）。§2人体对稳态热环境的反应描述

穿衣多少和人在室内活动状况对PMV有很大影响当人的活动量由35kcal/m2h增加到120kcal/m2h

（即由睡觉状况变为家务活动），PMV可由-2.51升至1.45，但是这些因素是由人来控制和调节的，因此，在设计前，必须研究人在室内的活动模式和服装热阻，把人的因素确定下来。影响PMV指标的主要因素有哪些？§2人体对稳态热环境的反应描述

三、有效温度ET*(EffectiveTemperature)与ASHRAE舒适区§2人体对稳态热环境的反应描述

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。在数值上等于产生相同感觉的静止饱和空气的温度。被使用了近50年，目前已不采用了，Think，为什么呢？未考虑热辐射作用，不能反映逗留较长时间的热感觉，所以实验设计不够合理。有效温度ET§2人体对稳态热环境的反应描述

房间A：v=0，相对湿度100%，温度每次实验变一个房间B：温度、湿度和流速任意组合调整房间B的环境参数使人在两个房间来回走动时具有相同的热感觉有效温度ET的缺陷：过高的估计了湿度在低温下,对凉爽和舒适状态的影响，同时在高温时对湿度的影响强调得不够。当受试者转入房间A时，衣服吸收了水分，放出吸附热，遂使人感受到短暂的温暖感；再进入房间B时，由于从皮肤和衣服开始蒸发水分，遂带来凉爽；当受试者进入第二个环境时，皮肤湿润度尚处于与前一环境相适应的状态，因此引起蒸发损失的短暂变化。§2人体对稳态热环境的反应描述

相对湿度/%风速/m/st/℃100017.7700.522.4202.525引进皮肤湿润度的概念。适用于着装轻薄（0.6clo）、活动量小（坐着工作）、风速低（＜0.15m/s）的环境。与ET比较，ET*包含了辐射热的作用。

ET*（℃）热感觉ET*（℃）热感觉43允许上限25适中40酷热20稍冷35炎热～冷～热15寒冷30稍热10严寒§2人体对稳态热环境的反应描述

新有效温度ET*§2人体对稳态热环境的反应描述

综合考虑了不同的活动水平和衣服热阻，是一个最通用的指标。可用来解决高温高湿对人体的影响，把真实环境下的空气温度、相对湿度和平均辐射温度规整为一个温度参数。

§2人体对稳态热环境的反应描述

标准有效温度SET*标准环境：空气温度=平均辐射温度的等温环境；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，这个温度就是上述实际环境的SET*。因为需要计算tsk和ω，所以应用不如ET*斜画的一组虚线即为等有效温度线，它的数值是在50%的相对湿度线所标注的对应的温度值。两块舒适区重叠处是被推荐的室内空气设计条件。§2人体对稳态热环境的反应描述

标准有效温度（℃）感觉坐着工作的人的生理状态＞37.5很热，很不舒适调节失效34.5～37.5热，令人非常不满大量出汗30.0～34.5温暖，令人不舒适和不满出汗25.6～30.0稍暖，令人有些不满轻微出汗，血管扩张22.2～25.6舒适并令人满意适中17.5～22.2稍凉，令人有些不满血管收缩14.5～17.5凉并令人不满身体慢慢变冷10.0～14.5冷并令人非常不满冷颤标准有效温度和感觉§2人体对稳态热环境的反应描述

在标准有效温度的公式中标准服装的热阻随活动量变化关系活动量（met）标准服装（clo）适中的生理状态平均体温/℃皮肤湿润度0.80.736.260.061.10.636.350.072.00.536.560.142.90.436.710.213.80.336.880.28§2人体对稳态热环境的反应描述

各种舒适指标的比较指标变量范围备注有效温度ETta、相对湿度、v0＜ET＜45°已废除新有效温度ET*ta、相对湿度只限于坐着工作、穿轻薄服装为ASHRAE用于室内舒适区标准有效温度SET*全部规定区域的上限为冷颤以生理反应模型为基础，最通用指标预测平均反应PMV全部-3＜PMV＜+3未确定范围热舒适方程全部舒适状态§2人体对稳态热环境的反应描述

§2人体对稳态热环境的反应描述

讨论目前的空调设计考虑是否科学、合理、全面，根据以上内容应采取什么改进方法？人体在温度出现阶跃变化时，皮肤温度和热感觉的变化有一个过渡过程，皮肤温度的变化由于热惯性的存在是滞后的。当人体由中性环境突变到冷或热环境时，热感觉的变化有一个“滞后”；从冷或热环境中突变到中性环境时，人体的热感觉响应较快，会出现热感觉短时间的“超前”，即所感觉到的冷热感指标比稳定时要更低。§3人体对动态热环境的反应

以上指标是在稳态条件下即人体处于热平衡条件下得出.以下研究非稳态温度或风速环境中的人体热反应。一、人体对阶跃温度变化的反应结论：人体对环境突变的生理调节十分迅速，并不会对人体产生不良后果；人体在环境突变的生理调节周期中，皮肤温度并不能独立地作为热感觉的评价尺度，因为此时人体正在与周围热环境之间发生激烈的热交换。§3人体对动态热环境的反应

热中性：决定环境因素的风速、温度、湿度三大因素综合起来最舒服的环境状况又称为热中性，即PPD＜10％，PMV＝±0.5。其中起决定因素的即为风速。如人们在大海边、草原、森林的感觉不一样，最主要的因素是风速不同所致。动态风在较暖环境中对人体的致冷作用明显强于稳定气流；气流脉动频率对人体热感觉有着不可忽视的影响。§3人体对动态热环境的反应

二、人体对变化风速（动态风）的反应§3人体对动态热环境的反应

相对热指标RWI(RelativeWarmthIndex)：适用于较暖环境；热损失率HDR(HeatDeficitRate)：适用于冷环境。三、过渡活动状态的热舒适指标RWI和HDR两个指标对动态过程的考虑反映在：人在一种活动状态过渡到另一种状态时，要经过6min过程，代谢率M才能达到最终活动状态下的稳定代谢率;人的活动会导致出汗，并湿润服装，同时，人的活动扰动周围气流，导致服装热阻有所改变。注意：以上两个指标没有考虑人体在过渡区间受到变化温度刺激时出现的热感觉“滞后”和“超前”的现象，仅考虑过渡状态人体的热平衡。1.相对热指标

M(τ)

[Icw(τ)+Ia]+6.42(ta－35)+RIaRWI=234（Pa≤2269Pa）M(τ)

[Icw(τ)+Ia]+6.42(ta－35)+RIaRWI=65.2(5858.44－Pa)/1000（Pa≥2269Pa）相对热指标为无量纲指标。RWI的分度与ASHRAE热感觉标度之间的关系见下表：

§3人体对动态热环境的反应

反映了人体单位皮肤面积上的热损失，表示人体在较冷环境中，平均皮肤温度下限时的净热损失速率，即负的人体蓄热率，单位为W/㎡：

HDR=D/△τ=28.39－M(τ)

－6.42(ta－30.56)＋RIaIcw(τ)+Ia式中Icw(τ)—衣服被汗湿润后的热阻，clo；

Ia—人体的空气边界层热阻，clo；D—热债，J/m2；△τ—暴露时间，s。§3人体对动态热环境的反应

2.热损失率HDR这个定义说明可按人员的逗留时间来确定适宜的室内设计参数

前面介绍的热湿环境中的各种评价指标旨在预测热感觉或主观热舒适感。以下介绍在具有热失调危险的炎热环境中（如高温车间、寒冷的野外作业）的评价指标。§4其他热湿环境的物理度量

可调区受环境影响区热应力：具有潜在危险的、不舒适的环境形成的强烈刺激。热过劳(thermalstrain)：由于热应力的存在导致人体出现排汗量、心跳速度及人体核心温度的变化，超出人体本身的调节能力，出现热失调。C区排汗量不再增加而体温上升。疲劳极限：可调区的上限。§4其他热湿环境的物理度量

建立热应力指数的目的：把环境变量综合成一个单一的指数，用于定量表示热环境对人体的作用应力热应力指数的测定条件假定皮肤温度恒定在35℃；在蒸发热调节区内，认为所需排汗量Ereq等于代谢量减去对流和辐射散热量；呼吸散热不计；此概念与皮肤湿润度相同§4其他热湿环境的物理度量

一、热应力指数HSI(HeatStressIndex)HSI=Ereq/Emax×100E的上限值=390W/m2，相当于一个典型男子的排汗量=1L/h，该值被定义为可连续保持8h的最大排汗量。