人体热舒适5

第三讲人体热舒适•1.人体热感觉•2.人体热舒适•3.热环境的综合评价•4生物气候图•5气候适应性设计策略•1.人体热感觉•1.1.人体热感觉常识•A.人是一种高度复杂的恒温动物.体温一般维持在36.5℃左右.直肠温度=人脑温度=肝温度=右心房+0.6℃=食管温度+0.6℃=口腔温度+0.4℃B.人对热冷的感觉是由体表热冷细胞感知的。对冷的感觉较快，对热感觉较慢。•C.人体对热环境有适应性的生理反应、生理调节。•适应：热→冷、冷→热。•生理调节：体内温度升高时，血液循环和心跳加快，皮肤表层血管膨胀，分泌汗液蒸发降温。体内温度降低时，皮肤表层血管收缩，以防止热量散失。•行为调节:穿衣、开窗、开冷暖器等。•D.人体出汗•是由汗腺分泌的,约有2百万条汗腺(每平方厘米约410条汗管)。•出汗分为:•无感出汗(每天0.6升水)•有感出汗•泌离汗腺排汗。•E.人体生理调节的局限性。•体温升高到40℃时，头脑开始不清楚，42℃时，皮肤有疼痛感。•体温下降到33℃左右，开始寒颤，28℃开始失去知觉。•人体在干燥的空气中，靠出汗维持生存，空气温度71℃→1小时、82℃→49分钟、93℃→33分钟、104℃→26分钟、116℃→尚能呼吸。人体更适应热带气候.•热冷冲击。•1.2.人体对热冷的感觉和调节过程•人体调节自身体温的机制是很复杂的:刺激→热感觉神经→大脑(丘脑)→调节神经→调节反应。•1.3.人体对热冷主观反应的语义分级•不同的人对热冷感是有差别的，但在适应的状态下，这种差别是在窄小范围内的。表现在：•瞬感现象•衣着状况•个体状况•地域差异•种族差异•年龄差异•恒定与变化•语义分级：•粗分：热、舒适、冷•细分：酷热、热、稍热、舒适、稍冷、冷、酷冷•细细分：•热上限、酷热、炎热、热、稍热、适中、稍冷、冷、寒冷、酷冷、严寒、冷下限•Veryveryhot,veryhot,hot,warm,slightwarm,neutral,slightcool,cool,cold,verycold,veryverycold•用于对人体和热环境的问卷调查研究。•1.4.客观刺激与主观感觉之关系•韦伯----费席勒(WeberandFechner)定律•R=R0-klnS0+klnS•R-----称为感觉量，S-----称为刺激量，dR、dS为相应的增量。•主观感觉量与客观刺激量的对数成正比。2.人体热舒适•2.1.人体热平衡方程•A.活的人体体内不断新陈代谢,不断发出热量。•睡觉:70—80W,坐着休息:100—150W,走动和轻劳务:200—300W,运动:可超过1000W.•B.如果这种热量不能通过传导、对流和辐射而即时散热的话，人体温度就会升高，从而感到不同程度的热。•如果这种热量小于通过传导、对流和辐射的散热量，人体温度就会下降，从而感到不同程度的冷。•C.热舒适:是指人体感觉既不热,也不冷的状态.•热舒适环境:人在心理状态上感到满意的热环境.•D.人体热平衡方程:•体内热量的积蓄=人体得热－人体散热•定量描述:2.2人体热舒适的必要充分条件:•必要条件:•充分条件:按正常比例散热•人体散热时,如果由于外部环境引起的传导、对流和辐射热量损失不按正常比例，也会产生不舒适感。•到底散热比例为多少，才会感到舒适?这对每一个人来说是有小量差别的.对流换热占25%~30%,辐射散热占45%~50%,呼吸和无感蒸发占25%~30%.•舒适状态下,皮肤表面温度为,tsk=35.7-0.032qm/F•蒸发散热为,qW=0.42F(qm/F-50)•2.3.影响人体热舒适的因素•qm代表新陈代谢,与人体活动有关;1met=58w/m2•±qC=±αc(ts-tf)代表对流换热量,与流速和气温有关.•±qr=±αr(ts-tr)代表辐射换热量,与辐射物体表面温有关.•由衣着的厚薄会影响对流换热与辐射换热的体表衣服温度,与衣着状况有关.衣着状况用衣着热阻表示.单为cloth,1cloth=0.155m2℃/w•qW=rm=rαm(ρw-ρv),与空气所含的水分有关，与相对湿度有关。•活动量、衣着、空气流速，空气温度，空气湿度，周围辐射温度。•*******************************•2.4.影响室内热环境的因素•空气温度，空气流速，空气湿度，周围辐射温度。A.室内气温:室内温度有相应规定：冬季室内气温一般应在16～22℃；夏季空调房间的气温多规定为24～28℃，并以此作为室内计算温度。室内实际温度则由房间内得热和失热、围护结构内表面的温度及通风等因素构成的热平衡所决定，设计者的任务就在于使实际温度达到室内计算温度。B.室内空气湿度•室内空气湿度直接影响人体的蒸发散热。•一般认为最适宜的相对湿度应为50％～60％。在多数情况下，即气温在16～25°C时、相对湿度在40％～70％范围内变化，对人体的热感觉影响不大。•如湿度过低（低于30％）则人会感到干燥、呼吸器官不适；湿度过高则影响正常排汗，尤其在夏季高温时，如湿度过高（高于70％）则汗液不易蒸发，最令人不舒适。•相对湿度对人体健康的影响C.室内风速室内气流状态影响人体的对流换热和蒸发换热，也影响室内空气的更新。在一般情况下,对人体舒适的气流速度应小于0.3m/s；大于己于人1.0m/s时,人体会有吹风感,且影响工作。但在夏季利用自然通风的房间,由于室温较高，舒适的气流速度也应较大。•D.室内热辐射•室内热辐射的强弱通常用“平均辐射温度”（Tmrt）代表。平均辐射温度即室内对人体辐射热交换有影响的各表面温度的平均值。•E.各个因素对人体的热感觉是相互宗合的•热环境各个因素是互不相同的物理量，但对人们的热感觉来说，它们相互之间又有着密切的关系；改变其中一个因素往往可以补偿其他因素的不足，如室内空气温度低而平均辐射温度高，和室内空气温度高而平均辐射温度低的房间就可以有同样的热感觉。•任何一项因素都不能单独说明人体对热环境的反应。•科学家们长期以来就一直渴望用一个单一的参数来描述这种反应，并用这一单一参数来评价热环境;这个参数叫做热舒适指数（ThermalComfortIndices），它综合了同时起作用的全部因素的效果。3.热环境的综合评价•3.1作用温度(黒球温度)•综合了室内气温和平均辐射温度对人体的影响，作用温度可用公式表示为:•(ar+ac)(t0-ts)=ar(tmrt-ts)+ac(ta-ts)为室内气温，空气湿度和室内风速在一定组合下的综合指标。tiA=20℃,tiB=25℃,RHB=50%,uB=1.5m/s1923---1925美国YaglonandHoughton3.2.有效温度ET(潮湿作用温度)3.3修正的有效温度CET1971Gagge提出,1972ASHRAE采用.RHA=50%,UB=0.125m/s综合热辐射的影响，用黑球温度代替空气温度，得到修正的有效温度.修正的有效温度的定量化:热上限、酷热、炎热、热、稍热、适中、稍冷、冷、寒冷、酷冷、严寒、冷下限4340353025201510•3.4.热应力指标（HeatStressIndex）根据人体热平衡的条件，先求出在一定热环境中人体所需的蒸发散热量，然后再计算在该环境中最大可能的蒸发散热量，以这二者的百分比作为热应力指标，它提供了一种按照人体活动产热、衣着及周围热环境对人的生理机能综合影响的分析方法。•3.5.预测平均热感觉指标PMV•以人体热平衡方程为基础，认为人的热感觉是热负荷（产热率与散热率之差）的函数•△q=f(ti,RH,twr,u,M,Rcl,tsk,qsw)•必要条件:•0=f(ti,RH,twr,u,M,Rcl,tsk,qsw)•代入充分条件:•tsk=35.7-0.0276M•qsw=0.42(M-58)•0=f(ti,RH,twr,u,M,Rcl)•为了使用方便,用28张图来反映不同参数在舒适状态下的组合.•PMV值:反映对热环境的不满意程度.•PMV=f1(△q)=f(ti,RH,twr,u,M,Rcl)•关于PMV说明:•PMV由丹麦P.O.Fanger提出,在全世界使用.•适用于室内热环境评价,相对湿度小于90%.已作成仪器.•PMV在+0.5与-0.5之间,为舒适区.•适用范围为:•titmrtpvuMcloth•10-30℃10-40℃0-2700pa0-1m/s46.5-232W/m20-0.31m2℃/w•***********************************************************4生物气候图4.1湿空气表最有用的方法是将舒适区在空气湿度图上具体化显示出来。•4.2舒适区及延伸范围•A:正常舒适区•B、C：辐射区•D、E：风速区•夏季休息或伏案工作.•N:舒适区.水蒸压力为5~17毫米汞柱,温度上限为21~26度.N’:可接受范围,•M:无风时,单凭调节室温以达到舒适的条件及范围.以17毫米汞柱为上限.•17毫米汞柱时,温度上限为31~33度,5毫米汞柱时为37~39度。4.3调温扩展区•V:用通风的方法可达到的舒适条件及范围.适用于没有特殊设计要求以使加热量减少到最小的建筑(标准建筑)•V’:适用于中等热阻到高等热阻,外表面刷白的建筑.•25毫米汞柱时,28~30度,5毫米汞柱时,30~32度.•小于17毫米汞柱和32度与前图有一重叠区.4.4风速扩展区CE、CE‘：适用于标准的隔热良好的刷白建筑，靠蒸发散热可达热舒适的条件和范围。AC：标志需用空调或采暖达到热舒适的条件范围。D，大于17毫米汞柱时，需除湿，小于5毫米汞柱时，需增湿，温度在20~27度间。H及H’为采暖区。4.5被动蒸发扩展区•分析某一地区气候，则可明确达到热舒适的手段。4.6综合图4.7另一种生物气候图5气候适应性设计策略•5.1平衡点温度和生物气候图•如果在一个房间或一栋建筑中装上冷暖设备，让使用者可根据自身的热冷感觉开启或关闭设备，那么，在一年的季节性气候变化中，当室外温度降低到某一值时，使用者会感到冷，从而开启设备采暖；当室外温度上升到某一值时，使用者会感到热，从而开启设备制冷。采暖平衡点温度是指建筑物需要采暖时对应的室外温度；制冷平衡点温度是指建筑物需要制冷时对应的室外温度。•生物气候图中有“两条线”和“六个区”。“两条线”是指遮阳线和静风线。•遮阳线是指当气候状态点落在该线上方时，需要遮阳；•静风线是指当气候状态点落在该线下方时，需要挡风。•“六个区”是指热舒适区、自然通风区、蓄热体区、蓄热体+夜间通风区、蒸发冷却区及辐射采暖区，它们分别对应六种不同的设计策略。5.2查找气候资料5.3气候作图分析•（1）1月、2月、3月及12月，气候状态点在遮阳线以下，落在全部辐射采暖区，表明在这四个月内气候偏冷，属冷季；设计和使用时要考虑阻挡冷风，并积极争取白天太阳辐射采暖。•（2）4月和11月，线段左上部分进入舒适区，右下部分在采暖区，表明白天气候状况已达到热舒适、夜间稍偏冷，属过渡季节。从生物气候图看，白天需要遮阳，但考虑到图2生物气候设计策略分析•白天太阳辐射不会使室内温度超出舒适区，夜间室内人体和设备产热会使温度有所升高，靠近舒适区，因此，设计时可以不考虑遮阳，使用时在夜间注意避风。•（3）5月、6月、7月、8月、9月，气候状态点大多落在“自然通风”区的高湿度范围，表明气候潮湿炎热，属热季；设计时必须考虑遮阳和充分利用自然通风。•厦门属海洋性季风季后，夏季有很好的自然通风条件，利用自然通风（尤其是夜间通风）在大部分时间内是可以达到热舒适的；•但实际有时无风，且气候状态点有时超出了自然通风区，在这种情况下，必须使用空调制冷才能维持室内舒适。这说明，厦门地区夏季不用空调制冷是不行的，单靠气候适应性设计不能使夏季室内达到热舒适，良好的遮阳和通风（尤其在夜间）设计可使空调运行的时间最短，运行能耗降到最低。•（4）10月：气候状态线段大部分落在舒适区，少部分落在“自然通风”区，也属于热季，建筑需要进行遮阳，白天有风时组织通风可维持室内热舒适，无风时需要制冷；夜间有风无