（热能工程专业论文）哈尔滨某高校建筑室内热环境现状研究.pdf

分类号： udc ： 工学硕士学位论文 密级： 编号： 哈尔滨某高校建筑室内热环境现状研究 硕士研究生：何红叶 指导教师：朱卫兵教授 学位级别：工学硕士 学科、专业：热能工程 所在单位：建筑工程学院 论文提交日期：2 0 0 7 年5 月 论文答辩日期：2 0 0 7 年6 月 学位授予单位：哈尔滨工程大学 哈尔滨工程大学硕士学位论文 摘要 高校建筑室内热环境的质量直接关系到学生的学习效率以及生理、心理 的健康，为了研究哈尔滨高校建筑室内的热环境状况，本文以哈尔滨某高校 教室、图书馆为例，采用现场测试和问卷调查的方法从客观和主观两个方面 分析了采暖期高校建筑室内的热环境状况。 在对受试者的服装热阻进行统计分析后发现，南方人的服装热阻随操作 温度的变化率要大于北方人，在室内温度高于2 3 7 。c 后，南方人的着衣量要 少于北方人。通过k s 检验对可能影响受试者热感觉投票值的相关参数进行 了分析，结果发现，性别、地域和室内温度对受试者的热感觉投票值有显著 性影响。实际调查得出的8 0 可接受温度区间为1 9 0 2 4 4o c ，本文推荐的 舒适区为1 9 6 之2 5o c 。 通过对室内中性温度和期望温度的比较后发现，中性温度值要高于期望 温度值，且北方人的中性温度值和期望温度值也要高于相同条件下南方人的 值。 通过测试和问卷之间的对比分析找出了被测高校建筑室内热环境存在的 问题，并提出了相应的改善措施。 关键词：热感觉；现场测试；主观调查；教室：图书馆 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h eq u a l i t yo fc l a s s r o o m s i n d o o re n v i r o n m e n th a sad i r e c te f f e c to ns t u d e n t s w o r ke f f i c i e n c ya n dt h eh e a l t ho f t h ep h y s i o l o g ya n d p s y c h o l o g y i no r d e rt os t u d y t h et h e r m a le n v i r o n m e n to fu n i v e r s i t y sc l a s s r o o mi nh a r b i n , t h ea u t h o rt o o k c l a s s r o o m sa n dal i b r a r yi no n eu n i v e r s i t ya sa l le x a m p l e a n da n a l y z e dt h e i r i n d o o rt h e r m a le n v i r o n m e n ti nw i n t e r b yo b j e c t i v es p o t t e s ta n ds u b j e c t i v e q u e s t i o n n a i r e a f t e rt h es t a t i s t i ca n a l y z i n go ft h es u b j e c t s c l o t h i n gi n s u l a t i o n , t h er e s u l t s h o w st h a tt h es l o p eo ft h en o r t h e r a e r sc l o t h i n gi n s u l a t i o nr e d u c i n gw i t ht h e t e m p e r a t u r ei sh i g h e rt h a n t h es o u t h e m e r s v a l u e ，a n dw h e nt h ei n d o o ra i r t e m p e r a t u r ei sh i g h e rt h a n2 3 7 。c s o u t h e r n e rd r e s s e sl e s st h a nn o r t h e r n e r ak s t e s tw a sa p p l i e dt of i n dt h e s i g n i f i c a n ta s p e c t st h a ta f f e c ts u b j e c t s t h e r m a l s e n s a t i o nv o t e s t h er e s u l t ss h o wt h a tg e n d e r , o r i g i np l a c eo ft h es u b j e c t sa n da i r t e m p e r a t u r eh a v es i g n i f i c a n ti n f l u e n c e t h e8 0 a c c e p t a b l et e m p e r a t u r ez o n e o b t a i n e di nt h i ss t u d yi s1 9 6 0 c 2 4 4 。c t h et h e r m a lc o m f o r t a b l et e m p e r a t u r e z o n et h a tt h i st h e s i sr e c o m m e n d e di s1 9 6o c 2 2 5 。c ， c o m p a r i n gt h en e u t r a l i t yt e m p e r a t u r ew i t ht h ep r e f e r e n c et e m p e r a t u r e ，t h e r e s u l t ss h o wt h a tt h e p r e f e r e n c et e m p e r a t u r e i s h i g h e rt h a nt h en e u t r a l i t y t e m p e r a t u r e m o r e o v e r , n o r t h e r n e r sn e u t r a l i t yt e m p e r a t u r ea n dp r e f e r e n c e t e m p e r a t u r ei sh i g h e rt h a ns o u t h e r n e r sv a l u e ，r e s p e c t i v e l y t h i st h e s i sd i s c o v e r e dt h ee x i s t e n tp r o b l e mo f i n d o o rt h e r m a le n v i r o n m e n to f u n i v e r s i t y sb u i l d i n g so nt h eb a s i so f t h e s em e t h o d si nh a r b i nr e g i o n f i n a l l y , t h e c o r r e s p o n d i n gi m p r o v e m e n tm e a s u r e sa r eg i v e n k e y w o r d s ：t h e r m a ls e n s a t i o n ；o b j e c t i v es p o tt e s t ；s u b j e c t i v eq u e s t i o n n a i r e ； 哈尔滨工稃大学硕士学付论文 c l a s s r o o m ；l i b r a r y 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已 注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：i 豆丝里士 日期：动刁年箩月占e t 哈尔滨工程人学硕士学忙论文 1 1 课题研究背景 第1 章绪论 随着社会生产力的飞速发展、人民生活水平日益提高，人们对室内热环 境的要求也越来越高。热环境对人的健康、工作效率等都具有显著影响，具 有安全、舒适、卫生的室内环境的建筑是人们的理想追求。 在我国，对于热环境、热舒适的研究主要集中于住宅( 其中尤以多高层普 通住宅为主) 和办公楼类型的公共建筑的研究，而对于高等学校教学建筑室内 热环境的研究较少。高校建筑室内热环境的好坏直接关系到学生的学习效率 以及生理、心理的健康。随着我国高等教育的发展，特别是1 9 9 9 年开始的高 校扩招，我国的高等教育进入了高速发展时期，在校学生总数急剧增加( 见表 1 1 ) ，全国高校普遍出现了教学基础设施紧张的状况。为了改变这一状况，各 省市积极采取行动，加强教学基础设施建设，每年都有大量的教学建筑落成 使用。但是由于缺乏对教学建筑室内热环境的系统研究，许多新建成的教学 建筑室内热环境存在问题，形成一批耗能多、室内热环境质量较差的建筑。 表1 12 0 世纪9 0 年代以来我国高等学校在校生总数( 万人) 年份 1 9 9 0 年1 9 9 5 年1 9 9 8 矩1 9 9 9 年 研究生 9 31 4 ，51 9 9 2 3 4 本专科在校生合计3 7 2 95 4 7 66 2 3 17 1 8 9 其中：普通高等学校2 0 6 32 9 0 63 4 0 94 1 3 4 成人高等学校】6 6 62 5 7 02 8 2 23 0 5 5 总计3 8 2 25 6 2 16 4 3 07 4 2 3 资料来源：国家教育发展研究中心1 2 0 0 0 年中国教育绿皮书 哈尔滨丁稃大学硕士学位论文 以往对高校建筑的研究主要集中在校园的总体规划与外部环境设计，侧 重于大学校园总体形态的构成肌理、校园中心空间的形态环境规划以及艺术 设计等，在教学建筑的单体设计中比较注重艺术造型设计和教室的光环境和 声环境设计，而忽略了对教室室内热环境的研究，另一方面，建筑学科领域 兴起的绿色建筑的研究与实践，要求高校建筑在保证室内环境质量的同时， 应当节约能源和自然资源，保护自然生态环境。目前绝大多数建筑师虽已意 识到绿色建筑是2 1 世纪建筑的必由之路，也具有一定的建筑环境设计知识， 但却缺乏根据地域气候特点、各种类型建筑的具体使用情况等综合运用建筑 设计的手段去创造适宜室内环境的能力。 哈尔滨市是黑龙江省省会，集中了黑龙江省大部分的高校，如哈尔滨工 程大学、哈尔滨工业大学、哈尔滨理工大学等等。此外，在哈尔滨的江北地 区新建了一批高校。在热工分区上，哈尔滨属于严寒地区，每年的采暖期长 达1 5 0 天，采暖期内耗费的能源数量相当可观。以哈尔滨为例，室内采暖温 每降低1o c ，可节约燃料3 6 1 1 5 1 。 因此有必要在冬季采暖期内对哈尔滨高校建筑室内热环境进行研究，通 过测试室内热环境的各种参数，同时进行关于室内热环境的调查报告，总结 分析出哈尔滨地区高校建筑热环境的特点以及存在的问题。本文通过现场测 试和问卷调查的方式研究哈尔滨某高校教室、图书馆室内的热环境，希望可 以弥补以往对教学单体建筑研究的不足。找出目前高校建筑热环境存在的问 题、从以人为本的立场出发最大可能地为人们创造健康、舒适、节能、高效 的室内热环境研究结果，为制定哈尔滨高校建筑室内热环境标准和规范提供 理论依据。希望能为今后当地的建筑师进行建筑创作提供有益的借鉴，并对 教学建筑的健康发展起到一定的作用。 2 哈尔滨丁程大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 室内热环境研究是与1 9 世纪医学及测温学同时开展的。当时人们认识到 控制湿度的重要性，认为空气过于干燥或过度潮湿都是不可取的。 1 9 1 4 年h i l l 发明了卡他温度计。卡他温度计综合了平均辐射温度、空气 温度和空气流速的影响。2 0 世纪3 0 年代进行的大量实验经常采用卡他温度 计。 1 9 1 9 年在美国的匹兹堡由美困采暖通风工程师协会( a m e r i c a ns o c i e t yo f h e a t i n ga n dv e n t i l a t i n ge n g i n e e r s ，a s h v e ) 建造了一个微气候室，主要目的就 是研究空气温度、空气湿度和空气流速对人体热感和热舒适的影响。1 9 2 3 年 h o u g h t e n 和y a # o u 创立了对热环境具有深远意义的有效温度( e f f e c t i v e t e m p e r a t u r e ，e t ) 指标f 1 i 【2 j 。该指标综合了空气温度、空气湿度和空气流速对 人体热感觉的影响。1 9 6 7 年以前，该指标一直被广泛地用于工业以及美国和 英国的军队中。1 9 2 4 - - 1 9 2 5 年h o u g h t e n 和y a g l o u 等又研究了空气流速和衣 着对人体热感觉的影响。1 9 2 3 年v e r n o n 和w a r n e r 使用黑球温度代替干球温 度对热辐射进行了修正，提出了修正有效温度( c o r r e t e de 位e t i v et e m p e r a t u r e ， c e t ) 指标。第二次世界大战期间，该指标曾为英国皇家舰队所采用。1 9 5 0 年y a g l o u 等对热辐射进行了修正，提出了当量有效温度的概念【3 1 0 1 9 6 3 年美国采暖、制冷和空调工程师协会( a m e r i c a ns o c i e t yo f h e a t i n g ， r e f r i g e r a t i n ga n da i r - c o n d i t i o ne n g i n e e r s ，a s h r a e ) 将匹兹堡的微气候室搬到 了堪瑟斯州立大学( k a n s a ss t a t eu n i v e r s i t y ) 。在该实验室中学者们进行了大量 的人体热感觉与热舒适的实验研究，获得了许多有价值的热舒适数据，并成 为制定热舒适标准的基础数据。 1 9 7 1 年美国耶鲁大学p i e r c e 研究所的g a g g e 提出了新有效温度( n e w e f f e c t i v et e m p e r a t u r e ，e t + ) 指标，该指标综合了温度、湿度对人体热舒适的影 响。随后，g a g g e r 又考虑了不同的劳动水平和服装热阻的影响，提出了标准 哈尔滨工程大学硕七学位论文 有效温度( s t a n d a r de f f e c t i v et e m p e r a t u r e ，s e n 指标。 1 9 7 4 年美国的a s h r a e 颁布了第一个热舒适标准一活动区的热环境条 件a s h r a es t a n d a r d5 5 1 9 7 4 。该标准中采用了新有效温度标准。在1 9 8 1 年、 1 9 9 2 年和2 0 0 2 年又经过了3 次修改，发展成为最新版本a s h r a e5 5 2 0 0 2 草案。在a s h r a es t a n d a r d5 5 2 0 0 2 中采用操作温度作为热舒适标准。 1 9 7 0 年f a n g e r 以人体热平衡方程 4 1 及a s h r a e 七点标度为出发点，并 对堪萨斯州立大学的热感觉数据进行分析，得到了至今被世界各国广泛使用 的评价室内热环境热舒适的指标一预测平均投票数( p r e d i c t e dm e a nv o t e ， p m v ) 和预测不满意率百分数( p r e d i c t e dp e r c e n t a g eo f d i s s a t i s f i e d ，p p d ) 。该指 标综合了空气温度、空气湿度、空气流速、平均辐射温度、活动强度和衣着 等6 个影响人体热舒适的因素，是迄今为止最全面的评价室内热环境的指标。 1 2 2 国内研究现状 我国最先进行热环境研究的是同济大学的魏润柏教授，他早在8 0 年代中 期就展开了对人体热舒适与环境和服装的关系的研究【5 】。 戴自祝老师做了大量有关热环境的测试仪器的研究工作，先后研制成功 辐射热计、w b g t 湿球黑球温度指数仪、风速计、热流计等测试仪器。此外， 卫正研制的p a s t e 系统，对高热环境中四小时出汗率作了预测研究；张屹研 制的一体化便携式热环境参数与人体生理参数动态测量仪器，可以用于高热 环境监测人体热应激预测评价1 5 】。 2 0 0 0 年夏天，记秀玲在上海、江苏等地进行了关于空调环境对人体健康 影响的调查研究。调查结果发现，空调房间参数设置不合理，造成室内外温 差过大，因而对人体造成热冲击，引起不舒适感，并会诱发疾病或使疾病复 发与加重1 5 j 。 清华大学、同济大学、北京航空航天大学、重庆建筑大学等院校也从各 个侧面对热环境、热舒适进行了研究。魏润柏等对人体、环境和服装的关系 及人体热舒适作了研究；王小玲将人体分为六节段两层，建立了肌体间和各 4 哈尔滨- 程大学硕士学付论文 节段内的瞬态传热数学模型，并用暖体假人测定了人体对流换热系数【2 】；贾 庆贤对自然风与机械风的特性及吹风对人体热舒适的影响进行了主观调查和 客观评价，并研制了模拟自然风的装置口】；夏一哉对气流脉动强度与频率对 人体的热感觉的影响作了深入研究【8 】。 在此之后，国内学者对动态热环境进行了研究，如清华大学的一些学者 发现人体对动态热环境的反应与对稳态热环境的反应有很大不同。在中性一 热环境下，动态化温度与气流对改善人体热环境有很大帮助。从人体对自然 风的接受率高于机械风的现象出发，发现自然风与机械风在湍流脉动特性上 有很大的不同，反映在功率谱，湍流度、风速概率分布等参数方面有显著的 区别。 同时，总后勤部军需装备研究所从部队军服实际出发，通过实验研究建 立了穿着熟感觉预测模型【9 】，他们还模拟人体皮肤，研究了影响夏季服用织 物动态热湿舒适性的因素，并取得了一定的成果。 可以看出，我国在人居热环境、人体热感觉等方面也作了一定的工作， 但由于起步较晚，所做有限，并且这些工作有一些是在国际上通用的热环境 评价标准、热舒适理论的基础上进行的。但是，目前被国际公认的评价和预 测室内热环境热舒适的标准i s o7 7 3 0 和a s h r a e5 5 2 0 0 2 主要是以欧美等国 家的健康青年人为研究对象，通过实验建立的标准，这些标准未必适用于中 国人。t a o 在美国k a n s a s 州立大学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【1 0 1 ，两个种族的受试者在生理反应上存在差别，在各个温度 工况下，美国受试者普遍比中国受试者出汗要多，皮肤温度也较高；在对热 环境的评价上反映出中国受试者对较热的环境有较大的承受能力，而对较冷 环境的承受能力不及美国受试者。这主要是因为：1 穿衣习惯不同，中国人 通常比欧美等国家的人穿的要多一些；饮食结构也不同；2 部分生理参数不 同( 身高、体重相差很大) ，人体新陈代谢率不同；3 中国与美国、欧洲等国 家地理位置不同，气候相差迥异；4 欧美等国家属于经济发达国家，而我国 是发展中国家，能源短缺，经济比较落后。由于经济条件、生活习惯等导致 哈尔滨丁程大学硕+ 学位论文 的心理期望值不同，产生的热感觉不同。由于各国的经济状况、能源状况不 同，人们的研究目标不同。因此，我们不能全部照搬国外的研究成果，而应 立足于我国的实际情况，研究适合我国国情的室内热环境热舒适理论。 1 3 本课题研究内容及方法 在教育大发展的过程中，由于在校大学生的急剧增加，各高校在原校区 扩建或改建大量的教学建筑j 侧重点是创造良好的校园文化环境、学生交往 空间以满足学生较高的需求层次，而忽视了对室内热环境质量的改善和提高。 哈尔滨地区属于严寒地区，冬季天气寒冷而长，所有的教学建筑都必须安装 采暖设施。采暖期内提供给学生一个舒适的热环境非常重要，不但可以满足 室内学生的热舒适要求，还能提高其学习效率。在以往的暖通设计中，设计 者大多是参考a s h r a e5 5 标准对室内热环境进行设计的。但是这个标准是 西方研究人员提出来的，其能否适用于中国需要进一步探讨。此外，采暖期 需要消耗大量的能源，因此如何平衡室内人员的热舒适要求和能源消耗之间 的矛盾，也是当今暖通空调领域的一个重要课题。本文通过对哈尔滨市某高 校的教学建筑的室内热环境进行现场调查研究，以了解哈尔滨市高校教室内 的室内热环境现状。 本文以教学建筑为研究对象，对哈尔滨某高校教室、图书馆自习室等室 内热物理环境现状进行现场测试和问卷调查，研究高校建筑室内热环境质量 存在的主要问题，并结合本地区的气候、自然条件以及建筑的具体使用情况 找出适合本地区改善室内热环境质量的措施，即减少能耗和提高室内热环境 质量的方法，而不是靠增加建筑的能耗和投资，以消耗常规能源的手段，用 设备来改善室内热环境质量。本文的研究采用现场测试和问卷调查相结合的 方法。 a 现场测试 为了研究目前哈尔滨地区高校建筑室内热环境，本文采取现场实测的方 法，对哈尔滨某高校教学楼、图书馆进行了室内热环境物理参数进行了测量， 哈尔滨下程人学硕十学位论文 利用测得的影响人体热舒适的各个参数对室内热环境做出相应的评价，找出 热环境存在的问题，从客观角度上来研究教室的室内热环境质量。 b 问卷调查 热环境不仅仅是客观的物理量，它还涉及到人的心理和生理因素。人对 环境的热感觉，即对热环境的主观描述，也是热环境研究的一个主要方面。 问卷调查针对高校教学建筑的使用者一大学生为调查对象，再根据统计学的 原理合理的选择调查样本，使样本尽可能的代表整体的热感觉水平。因而在 调查中，对于调查样本的选择不仅考虑到年龄、地域因素还考虑了其专业知 识背景、生活背景等一些因素。对于问卷的设计，也是从多方面考虑引导学 生真实的表达自身热感觉，以期全面的了解学生主观上对高校建筑室内热环 境状况的评价。 本文研究主要需要解决以下问题： 。 1 分析所调查高校建筑的室内物理参数值是否在a s h r a e5 5 2 0 0 2 规 定的舒适区间内； 2 利用统计方法分析教室环境中影响人体热舒适的相关因素； 3 确定北方人、南方人各自的热中性温度，分析这两者之间的区别； 4 ：分析教室内受试者的期望温度与中性温度的区别，以及北方人、南方 人各自的期望温度值； 5 分析得出8 0 人能够接受的温度区域，并求出最佳操作温度，确定一 个既节能又能满足室内热舒适的舒适区； 6 根据图书馆问卷调查统计的结果，得出图书馆室内热环境在舒适度、 空气质量、适应性和不满意率方面的具体评价，从而分析出热环境存在的问 题。并对本文确定的舒适区进行验证。 哈尔滨1 = 程大学硕十学位论文 第2 章室内热环境相关理论 2 1 热感觉、热舒适基本概念 2 1 1 热感觉基本概念 a s h i a es t a n d a r d5 5 2 0 0 2 中对热感觉的定义为：对热环境冷、凉、稍 凉、中性、稍暖、暖或热( 通常分为7 级) 的有意识的感觉，且热感觉需要人 的主观评价，即热感觉是人对热环境“冷”或“热”的主观描述。尽管人们 常评价热环境的“冷”和“暖”，但人只能感觉到位于其皮肤表面下的神经末 梢的温度，而无法直接感觉到周围环境的温度( 1 ”。 在2 9 。c 的气温中，人裸体安静时的代谢率最低；如适当着衣，则在气 温为1 8 - 2 5o c 的情况下代谢率低而平稳。此时，人体用于体温调节所消耗的 能量最少，人感到既不冷也不热，这种热感觉称之为“中性”( n e u t r a l ) 。 由于无法测量人体热感觉，因此只能通过受试者填写的问卷调查表 ( q u e s t i o n n a i r e ) 来了解其对环境的热感觉，即要求受试者按照某种等级标度来 描述其热感觉。心理学的研究表明一般人可以不混淆地区分感觉的量级不超 过7 个，因此对热感觉的评价指标常采用1 7 的7 级指标。将热感觉定量化 的目的就是便于对研究结果进行统计分析。1 9 3 6 年英国的t h o m a sb e d f o r d 在对工厂热环境及工人热舒适性进行调查时首先提出了b e d f o r d 标度，此后 的热舒适研究现场和实验室研究一般都采用了该指标。其特点是将热感觉和 热舒适合二为一。1 9 6 6 年美国的a s h r a e 开始使用7 级热感觉标度( a s h r a e t h e r m a ls e n s a t i o ns c a l e ) 。a s h r a e 标度比b e d f o r d 标度更准确地描述了人体 热感觉，而b e d f o r d 标度容易让人混淆“舒适”与“令人舒适的暖和”、“太 暖和”与“过分暖和”等概念。通过对受试者的调查得出定量化的热感觉评 价，就可以把描述环境热状况的各种参数与人体热感觉定量地联系在一起。 此外，英国的m c i n t y r e 提出的p r e f e r e n c e 标度也得到了广泛的应用，即让受 哈尔滨工程大学硕士学位论文 试者回答所希望的室温与目前的室温相比：较暖、不变还是较凉。分别用+ l 、 0 、1 表示以便于进行数理统计。表2 1 是目前最广泛使用的标度【1 5 】。 表2 1 热感觉标度 a s h r a e 标度b e d f o r d 标度p r e f e r e n c e 标度数值 h o t ( 热) m u c ht o oh o t ( 过分暖和)7 w a r m f 暖) t o ow a r m ( 太暖和)6 s l i g h tw a r m ( 稍暖1c o m f o r t a b l yc o o l ( 舒适暖和)w a n n e r ( 较暖)5 ( 十1 ) n e u t r a l ( 中性1 c o m f b r m b l yw a r m ( 舒适) 1 1 0c h a n g e ( 不变) 4 ( o ) s l i g h tc o o l ( 稍凉)c o m f o r t a b l yc o o l ( 舒适凉爽)c o o l e r ( 较凉)3 ( 一1 ) c o o l ( 凉1 t o oc o o l ( 太凉12 c o l d ( 冷) m u c ht o oc o o l ( 过凉)1 热感觉投票( t s v ) 数值热舒适投票( t c 数值 h o t ( 热)+ 3l i m i t e dt o l e r a n c e 4 w a r m ( 暖) + 2 v e r yu n c o m f o r t a b l e 3 s l i g h tw a r m ( 稍暖1 + 1u n g o m f o r t a b l e2 n e u t r a l ( 中性1 o s l i g h t l yu n c o m f o r t a b l e 1 s l i g h tc o o l ( 稍凉) 1 t o m f o r t a b l e 0 c o o l ( 凉1 2 c o l d ( 冷1 3 在进行热感觉实验时，受试者通过一些投票方式描述其热感觉，这种投 票选择的方式叫做热感觉投票( t h e r m a ls e n s a t i o nv o t e ，t s v ) 。热感觉投票也采 用7 级标度，其内容与a s h r a e7 级热感觉标度一致，但分级范围常采用3 9 哈尔滨下程大学硕十学位论文 + 3 ，见表2 2 1 1 3 】。 2 1 2 热舒适基本概念 人体通过自身的热平衡和感觉到的环境状况并综合起来获得是否舒适的 感觉，舒适的感觉是生理和心理上的。a s h r a es t a n d a r d5 5 2 0 0 2 中对热舒 适的定义为对热环境表示满意的意识状态，且热舒适需要人的主观评价。 对热舒适的解释有两种观点，一种认为热舒适和热感觉是相同的，即热 感觉处于中性就是热舒适，或者将热感觉投票值为1 、0 和+ 1 所对应的区域 称为热舒适区。持有这一观点的有h o u g h t e n 、y a g l o u 、g a g g e 和f a n g e r 等人 1 2 1 。另一种观点认为热舒适和热感觉有不同的含义。早在1 9 1 7 年e b b e c k e 就指出“热感觉是假定皮肤热感受器的活动有联系，而热舒适是假定依赖于 来自调节中心的热调节反应”。h e n s e l 认为舒适的含义是满意、高兴和愉快， c a b a n a e 认为“愉快是暂时的”，“愉快实际上只能在动态的条件下观察到” 即认为热舒适是随着热不舒适的部分消除而产生的。在稳态热环境下，一般 只涉及热感觉指标，不涉及热舒适指标。热舒适并不在稳定热环境下存在， 只存在于某些动态过程中，其热舒适不是持久的1 1 2 1 。 当人获得一个带来快感的刺激时，其总体热状况并不一定是中性的；而 当人体处于中性温度时，并不一定会感觉舒适。热舒适不同于热感觉，但热 舒适在稳态热环境中也能存在。即热舒适既存在于稳态热环境中又存在于动 态热环境中。由于热感觉和热舒适有分离的现象存在，因此在进行人体热反 应实验研究时也常设置评价热舒适程度的热舒适投票( t h e r m a lc o m f o r tv o t e ， t c v ) ，一般采用0 4 级的5 级指标，见表2 2 。 2 2 影响热舒适的主要因素 影响人体热感觉与热舒适的因素主要有空气温度、空气相对湿度、空气 流速、平均辐射温度、人体新陈代谢率、服装热阻等。其中空气温度、空气 1 0 哈尔滨下程人学硕十学位论文 相对湿度、空气流速、平均辐射温度为环境物理变量，人体新陈代谢率和服 装热阻为个人变量。 2 2 1 新陈代谢率 人体的新陈代谢率( m e t a b o l i cr a t e ) 是指人体新陈代谢活动中器官肌体将 化学能换成热能和机械功的比率。人体新陈代谢率受多种因素的影响，如肌 肉活动强度、环境温度、性别、年龄、神经紧张程度、进食后时间的长短等。 人体的新陈代谢率在一定温度范围内是比较稳定的，当环境温度升高或降低 时，新陈代谢率都会增加。实验发现裸体男子静卧于温度为2 2 5 3 5o c 范围 内的测热小室内，人体的产热量基本不变。但在2 2 5o c 温度下停留1 2 h 后， 身体会出现冷颤，同时产热量开始增加。 新陈代谢率的常用单位为m e t ，l m e t = 6 0 w m 2 ，即静坐休息时的单位体 表面积产生的能量。新陈代谢率随着活动量变化，正常健康人2 0 岁时的最大 新陈代谢率可以达到1 2 m e t ，但到7 0 岁时就会下降到7 m e t 。当人的新陈代 谢率大于1 1 5 w 时，每增加3 0 w ，相当于环境温度增加1 7o c 。相对湿度应 该控制在6 0 以下，以便人体汗液的蒸发。人体的能量代谢率主要与肌肉活 动强度有关。当活动强度一定时，人体的发热量在一定温度范围内可以认为 是常数。 本文在整个调查过程中受试者处于静坐状态，测试前他们已在室内静坐 至少1 5 分钟，故新陈代谢率为1 0 m e t 。 2 2 2 服装热阻 服装热阻岛是指从皮肤表面到服装外表面对显热传热的热阻，不包括人 体表面空气层的热阻。常用的单位是c l o ，i c l o = 0 1 5 5 m 2 k w 。由于服装具 有保温和透湿的作用，因此服装是影响人体热损失和热舒适的重要因素。人 们可以通过调整着衣量来适应热环境。 哈尔滨e 程大学硕士学位论文 表2 3 单件衣服服装热阻值 服装热阻值服装热阻值 胸衣0 o l薄裙子o 1 4 背心0 0 6 厚裙子 0 2 3 女短内裤 0 ，0 3 套裙 0 1 9 男短内裤 0 0 4 薄短袖连衣裙 0 2 9 长内衣 0 2 0 厚长袖连衣裙 0 4 7 长内裤 o 1 5 厚无袖背心 0 2 2 薄无袖短睡袍 o 1 8 薄长袖背心 o 2 5 薄无袖长睡袍0 2 0 厚长袖毛农 o 3 6 厚长袖长睡袍 0 4 6 夹克衫0 4 0 厚长袖睡衣 o 5 7 长筒袜 0 0 2 t 恤衫0 0 8 运动短袜 0 0 2 无袖、低领女衬衫 0 1 3 鞋0 0 2 短袖衬衫，女衬衫0 1 9薄短大衣o 2 0 长袖衬衫，女衬衫 o 2 5 厚短大衣0 5 0 薄裤子 0 1 5 薄长大农 0 2 5 厚裤子 o 2 4 厚长大衣 o 6 3 人在室内的着衣量很大程度上取决于季节和室外气候条件。在冬季，人 们穿着由厚重的衣料制成的服装，而且穿着层数一般比较多。一套典型的冬 季室内服装的热阻值为o 8 1 2 c l o 。当不同季节室外气温变化不大时，人们的 着衣量一般也变化不大。室外冷热气候变化越大，人们就越是频繁地更换衣 物。大多数服装的热阻值都是在美国堪萨斯州立大学的微气候室内用暖体假 人测得的。a s h r a es t a n d a r d5 5 2 0 0 2 中给出了一些常见单件服装的热阻值 哈尔滨工程大学硕十学位论文 l 。见表2 3 t 4 1 。表2 3 适用于站着不运动的受试者，对于坐姿受试者，其 服装热阻应考虑椅子的附加热阻。办公室标准椅子的热阻为o 1 c l o ，沙发的 热阻为o 1 5 c l o 。本文调查报告中对室内受试者所穿单件服装进行统计，并将 其服装热阻值进行相加，即可求得受试者所穿服装热阻值。 2 2 3 空气温度 空气温度是影响人体热感觉、热舒适最主要的因素，直接影响人体通过 对流及辐射的显热交换。人体对空气温度的变化也最敏感。房间内空气温度 是由房间内的得热、失热、维护结构内表而的温度及通风等因素构成的热平 衡所决定的，它也直接决定人体与周围环境的热平衡。而对于工程设计者来 说，主要任务是使实际温度达到室内设计计算温度。因此，室内空气温度是 关系舒适与节能的重要指标。 如果空气温度升高，则人体的对流和辐射散热量将减少，为了保持热平 衡，人体会运用自身的自动调节机能来增加汗腺分泌。这样，由于排汗量和 消耗在汗液蒸发上的热量的增加，在一定程度上会补偿人体对流和辐射散热 量的减少。但人体余热难以全部散出时，余热量就会在体内蓄积起来，导致 体温上升，人体就会感到不舒适。 2 2 4 空气相对湿度 相对湿度是在一定的温度和气压下空气中实际水蒸汽量与饱和水蒸汽量 之比，相对湿度直接或间接地影响人体热舒适度，过高或过低都会引起人体 的不良反应。对于人体来说，相对湿度的升高减少了人体表面的潜热损失， 就意味着增加了人体的热感觉。通常认为应该避免湿度极高或极低的环境条 件，因为极端条件会引起一些副作用，如在高湿度时产生的“潮湿感”，及低 湿度时出现的粘膜干燥现象。 汗液的蒸发不仅与周围空气温度有关，而且和相对湿度、空气流速有关。 哈尔滨工程大学硕十学位论文 在一定的温度下，空气相对湿度的大小表示空气中水蒸汽含量接近饱和的程 度。相对湿度越高，空气中的水蒸气分压力越大，人体汗液蒸发量就越少。 所以，增加室内空气湿度，在高温时，会增加人体的热感；低温时，由于空 气潮湿增加了导热和辐射，会加剧人体的冷感。 空气湿度不仅直接影响人体皮肤表面的蒸发散热，而且还会影响人体的 排汗过程，因此相对湿度的大小直接或间接地影响人体的舒适感。湿度过低， 人们常常抱怨鼻子、喉咙、眼睛和皮肤干燥。低湿会导致皮肤和黏膜表面干 燥，而呼吸系统表面干燥后，黏液浓度增加，导致纤毛自洁和噬菌活动减少， 使人们更易受到呼吸系统疾病的侵害，也增加不舒适感觉；湿度过高，不仅 影响人体的舒适感，还为室内环境中的细菌、霉菌等微生物的滋生创造了条 件，易引起上呼吸道或消化道的疾病。湿度对人体的影响，在室内舒适温度 范围内不太明显。但在2 8o c 、相对湿度达9 0 时，人就会有气温达3 4o c 的 感觉。人体最适宜的空气相对湿度是4 0 5 0 ，因为在这个湿度范围内空 气中的细菌寿命最短，人体皮肤会感到舒适，呼吸均匀正常。 2 2 5 空气流速 室内空气的流动直接影响皮肤表面与环境的对流换热及皮肤表面水分蒸 发，即皮肤表面的热损失，从而影响人体与环境的换热、皮肤温度和皮肤湿 润度，也就对人体舒适性产生影响。对于坐姿的受试者，室内空气流速应在 0 2 0 3 m s ，最大为l m s 。l m s 以上的空气流速所产生的扰动会引起噪音， 使人感觉不舒适。局部的冷空气宜在o 5 1 5 m s 范围内。二_ 般室内空气流速 控制在0 7 m s 以下。 空气流速能增强人体与周围环境之间的换热，也能使人产生吹风感。一 方面空气流速大小直接影响人体与周围环境之间的换热；另一方面，也能使 人产生吹风感。不同季节风速对人体的影响并不一样。夏季，当人体皮肤温 度高于空气温度时，空气流动可促使人体散热，使人感到热舒适；当人体皮 肤温度低于空气温度时，空气流动会使人体从环境吸收更多的热，使人感到 1 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 不舒适。冬季，空气流动会加快人体热量的散失，使人感到寒冷，特别是在 低温高湿的环境下，如果空气流动比较大，会由于散热过多而引起过冷感。 人体各部分对气流速度的感觉也是不同的，人的前额和脚踝是人体相对 敏感的部位。室内空气流动除了会影响人体的散热、散湿，还与室内有害微 生物和化学污染物浓度有关。当室内通风换气不良时，各种有害化学物质不 能及时排出室外，并且使各种有害微生物相对聚集在空气中某些角落，造成 室内空气品质恶化，严重影响人体的热舒适感并且还会损害人体的健康。 2 2 6 平均辐射温度 人处于室内，室内各物理表面跟人体之间存在辐射热交换。平均辐射温 度即室内与人体辐射换热有影响的各表面温度的平均值，可用黑球温度计测 量并换算求得。辐射温度由于直接影响到皮肤表南的换热，因此会很大程度 地影响人体热舒适性。 2 2 7 k s 方法 k o l m o g o r o v - s m i m o v 方法是前苏联学者于本世纪三十年代提出的，称为 “k o l m o g o r o v s m i m o v ”单一样本检验，又称k o l m o g o r o v 检验，缩写为k - s 检验。直接处理原始数据，一般认为其功效比c h i s q u a r e 检验高，且在样本 不大时也可用。k - s 检验的基本思想是观察数值的累积频率分布与理论值的 累积频率分布之间的差异，选取最大的差值记为d ，若d 大于临界值d ，则 认为理论和实际有显著差异；若d 小于临界值d ，则不能认为理论与实际有 显著差异。k - s 双样本检验可以用来检验两个独立样本是否来自同一总体( 或 取自两个分布相同的总体) 。对于抽取这两个样本的总体分布中的任何一种差 异一位置差异( 集中趋向) 、离散度差异等等，双尾检验都是敏感的。单尾检 验则用来决定抽取某一样本的总体值是否随即地大于( 或小于) 抽取另一样本 的总体值。表2 4 1 2 9 1 给出了k s 双样本检验中临界值d 的计算公式。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 表2 4k s 双样本检验中临界值d + ( 大样本：双尾检验) 显著性水平在所指定的显著性水平上的d + 值 0 1 0 1 2 2 f l ( n 。+ ”：) 码啦 o 0 5 1 3 6 i 啊+ 他) 几也 0 0 2 5 1 4 8 4 ( n 1 + ) _ 啦 o 0 1 1 6 3 拓了面石 0 0 0 5 1 7 3 厮i 习丽 o 0 0 l 5 厮了刃丽 为了应用k - s 双样本检验，对每个观察样本作累积频数分布，并对两个 分布采用相同的间隔。对于每个间隔，将两个阶梯函数相减，该检验着眼于 这些观测差值中最大值。令最。畔) = 一个样本的观测累积阶梯函数，换言之， 最i ( x ) = 纠啊，k = 不超过x 的评分的个数。又令品：( 工) ；另一样本的观测 累积阶梯函数。晶2 ( x ) = 纠伤。 k s 样本检验对于单尾检验时注意 d = m a x s ，( j ) 一最：( x ) ( 2 - 1 ) 对于双尾检验 d = m a x i s ，( x ) 一最：( x ) i ( 2 - 2 ) 当碍= n 2 ，且两者都不超过4 0 时，称为小样本假设。当啊和也都大于 4 0 时，可用表2 4 来进行k s 双样本检验，在用该表时不一定要求强= n 2 。 在进行检验时，用式( 2 2 ) 求d ，然后将啊和他的观测值代入表2 4 【2 9 1 给出的 表达式中，由此获得临界值d + 再与d 比较。如果观测到的d 等于或大于d + ， 6 哈尔滨- 程大学硕士学位论文 就可以在与此表达式相应的显著性水平上( 双尾) 拒绝两个独立样本来自同一 总体( 或取自两个分布相同的总体) 。 2 3 热感觉的现场研究方法 2 3 1 样本的选取 为了对现场研究调查结果进行统计分析，现场研究需采用大量的实验样 本，通常需选取典型办公建筑热环境中大量受试者。选择建筑的基本原则是： 建筑所处的地理位置、气候条件、建筑的特点( 建筑面积、年龄、内部格局 和建筑构造类型等) 。受试者的选择基于以下原则：自愿参加、大多数工作时 间在办公桌前坐着从事轻体力活动、受试者平均分布于建筑不同的热环境分 区、男女比例均衡、年龄分布范围大。 2 3 2 调查表设计 调查问卷的内容包括：l 受试者背景资料，如性别、年龄、籍贯等：2 调 查受试者的着衣情况；3 调查时受试者的热感觉，热感觉投票值