室内热环境与人体热舒适

第二章室内热环境与人体热舒适 姓名 朱尚斌时间 20160516 2 1室内热环境评价2 1 1室内热环境评价指标 第二章室内热环境与人体热舒适 一 室内热环境及热舒适与人体健康的影响因素 室内热环境是指影响人体冷热感觉的环境因素 这些因素主要包括室内空气温度 空气湿度 气流速度以及人体与周围环境之间的辐射换热 适宜的室内热环境是指室内空气温度 湿度 气流速度以及环境热辐射适当 使人体易于保持热平衡从而感到舒适的室内环境条件 第二章室内热环境与人体热舒适 影响室内人体热舒适的因素有6个 第二章室内热环境与人体热舒适 空气温度 对流散热量环境表面的温度 辐射散热量水蒸气分压力 空气湿度 蒸发散热量闷热 湿冷风速 对流散热量和蒸发散热量凉风 热风服装热阻 影响所有散热量新陈代谢率 影响产热量 第二章室内热环境与人体热舒适 1 人体的新陈代谢 影响因素 肌肉活动强度 绝对有影响环境温度 偏高 偏低都增加代谢率性别 男性高于女性年龄 少年高于老人神经紧张程度 紧张则代谢率高进食后时间的长短等 进食后代谢率增加 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 第二章室内热环境与人体热舒适 基础代谢率 BMR BasalMetabolicRate 未进早餐前 保持清醒静卧半个小时 室温条件维持在18 25 之间测定的代谢率 46W m2BMR变化的范围 10 15 超过20 为病态 基础代谢率 第二章室内热环境与人体热舒适 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 第二章室内热环境与人体热舒适 不同活动的代谢率 第二章室内热环境与人体热舒适 2 服装热阻Ic1 人体衣着多少直接影响着人体热平衡或者人体蓄热的多少 单位1clo为静坐 ta 21 V 0 05m s 50 时舒适所需衣服热阻 1clo 0 155m2K W 衬衣 普通外套 在与图中情况不同时 如活动量等 应对其参数进行修正 第二章室内热环境与人体热舒适 服装热阻 第二章室内热环境与人体热舒适 人运动时由于人体与空气之间存在着相对流速 会降低服装热阻 Ic1 0 504Ic1 0 00281Vwalk 0 24椅子给人增加0 15clo以下热阻Ic1 0 748 Ach 0 1服装被汗湿润后热阻会下降 显热换热加强 又增加了潜热换热 故总的传热系数增加 总热阻下降 第二章室内热环境与人体热舒适 服装的透湿性 3 辐射散热量 对一般的民用建筑来说 室内热辐射主要是指房间周围墙壁 顶棚 地面 窗玻璃对热体的热辐射作用 如果室内有火墙 壁炉 辐射采暖板之类的装置 还必须考虑该部分的热辐射 室内热辐射的强弱通常用 平均辐射温度 mrt 代表 即室内对人体辐射热交换有影响的各表面温度的平均值 第二章室内热环境与人体热舒适 平均辐射温度也可以可以用黑球温度换算出来黑球温度是将温度计放在直径为150mm黑色空球中心测的反映热辐射影响的温度 平均辐射温度与黑球温度间可用贝尔丁公式换算 第二章室内热环境与人体热舒适 室内热辐射的影响 平均辐射温度对室内热环境有很大影响 在炎热地区 夏季室内过热的原因除了夏季气温高外 主要是外围护结构内表面的热辐射 特别是由通过窗户进入的日辐射所造成的 在寒冷地区 如外围护结构内表面的温度过低 将对人体产生 冷辐射 也严重的影响室内的热环境 第二章室内热环境与人体热舒适 4 室内空气温度 室内气温 是表征室内热环境的主要参数 对于一般的民用建筑 按房间的使用要求而对房间的温度有相应的规定 冬季室内气温一般在16 22 夏季空调房间气温多规定为24 28 并以此作为室内计算温度 室内实际温度则有房间得热和失热 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 设计者的任务就在使实际温度达到室内计算温度 第二章室内热环境与人体热舒适 第二章室内热环境与人体热舒适 5 室内空气湿度 室内空气湿度直接影响着人体的蒸发散热 一般认为最适宜的相对湿度应为50 60 在大多数情况下 即气温在16 25 时 相对湿度在30 70 范围内变化 对人体得热热感觉影响不大 如湿度过低 低于30 则人会感到干燥 呼吸器官不适 湿度过高则会影响正常的排汗 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 第二章室内热环境与人体热舒适 第二章室内热环境与人体热舒适 水蒸气分压力 6 室内风速 室内气流状态影响人的对流换热和蒸发换热 页影响室内空气的更新 人头顶上的自然对流速度是0 2m s 是人体对风速可以觉察的阀值 往往用来确定是室内风速的设计标准 在一般情况下 对人体舒适的气流速度小于0 3m s 但在夏季利用自然通风的房间 由于室内气温较高 舒适的气流速度也应较大 当空气流速 0 5m s 实验研究表明 只要把空气温度调到合适的温度 提高空气的温度 就可以使空气的流动几乎觉察不到 第二章室内热环境与人体热舒适 二 室内热环境及人与环境的热交换 环境温度在 20 40 人体感到舒适的温度在22 28 之间 人体最舒适范围是24 26 之间 第二章室内热环境与人体热舒适 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 以内的波动 第二章室内热环境与人体热舒适 人体的正常体温 人的正常体温 人的正常体温 36 5 人的皮肤表面温度为 33 3 第二章室内热环境与人体热舒适 人体的热平衡 人体的基本生理要求食物 分解氧化 热量人体的基本生理要求 维持体温基本恒定 代谢率 MetabolicRate 人体新陈代谢反应过程中能量释放的速率 第二章室内热环境与人体热舒适 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扩散呼吸散湿 人体的热平衡 第二章室内热环境与人体热舒适 热平衡方程M W C R E S 0皮肤表面积AD 0 202mb0 425H0 725 S 人体蓄热率 W m2M 人体新陈代谢率 W m2W 人体所做的机械功 W m2R 着装人体外表面与环境的辐射换热量 W m2C 着装人体外表面与环境的对流换热量 W m2E 皮肤扩散蒸发 汗液蒸发及呼吸所造成的散热量 W m2 第二章室内热环境与人体热舒适 热平衡方程 M W R E C S 人体能量人体所做代谢率机械功 人体与环境人体蒸发人体与环境人体蓄热率辐射换热率散热率对流换热率 人体产热率与活动强度有关 第二章室内热环境与人体热舒适 蓄热量不同时的生理现象 M W R E C S S 0 体温升高 40 时人出汗停止 43 5 时人死亡 S 0 体温降低 人体颤抖 34 肌肉适应 停止颤抖 28 呼吸停止 人死亡 第二章室内热环境与人体热舒适 热舒适方程 M W R E C S 人体感到舒适的必要条件 S 0人体感到舒适的充分条件 人体按正常比例散热 人体正常的散热范围 将前述各散热量计算式代入方程式 可以得到公式如下 即人体蓄热量S取决于6个因素的定量描述 不同的人对舒适的差异 瞬感现象衣着状况个体差异适应性种族差异年龄差异恒定与变化 第二章室内热环境与人体热舒适 Fanger的调查实验结论人种 非洲人比北欧人喜欢热环境麽 热舒适是一样的 只是热带人对热环境有较强的适应力 寒带人对冷环境有较强的适应力 年龄 老人比年轻人更喜欢热环境么 不是 只是老年人活动量小 性别 女性比男性更喜欢热环境么 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舒适感么 尽管人体温有波动 但热舒适感没有明显变化 三 室内热环境评价指标 第二章室内热环境与人体热舒适 六个影响因素 预测平均热感觉指标 PMV 标准有效温度 SET 湿黑球温度 WBGT 热感觉 热感觉 研究方法 心里物理学定义 人对周围环境 冷 热 的主观描述 特点 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 中性 的定义 不冷不热 人用于体温调节消耗的能量最小 度量 感觉不能用任何直接的方法测量 第二章室内热环境与人体热舒适 热感觉的影响因素 冷热刺激的存在刺激的延续时间人体原有的状态 第二章室内热环境与人体热舒适 什么是热舒适 观点一 热舒适和热感觉是相同的 即热舒适 热感觉处于中性 观点二 热舒适不同于热感觉 即热舒适是随着热不舒适的部分消除而产生的 第二章室内热环境与人体热舒适 当人获得一个快乐的刺激的时是舒适的 但此时可能热感觉是中性的或者是非中性的 同样的手温有时感到舒适有时感到不舒适 说明了什么 稳态环境下 一般只涉及热感觉指标 不涉及热舒适指标 热舒适并不在稳态环境下存在 只存在于某些动态过程中 并不是持久的 热舒适 第二章室内热环境与人体热舒适 热感觉和热舒适投票 图中可见热感觉投票高于热舒适投票值 二者并不完全一致 第二章室内热环境与人体热舒适 1 预测平均热感觉指标PMV PMV是80年代初得到国际标准化组织 ISO 承认的一种比较全面的热舒适指标 丹麦房格尔 P O Fanger 综合了近千人在不同热环境下的热感觉实验结果 并以人体热平衡方程为基础 认为人在舒服状态下应有的皮肤温度和排汗散热率分别与产热率之间存在相应关系 即在一定的活动状态下 只有一种皮肤温度和排汗散热率是使人感到舒适的 第二章室内热环境与人体热舒适 预测平均热感觉指标 PMV 综合考虑六个因素ISO国际标准引用热舒适测定仪适用于适度热环境丹麦 方格尔 热舒适 第二章室内热环境与人体热舒适 PMV指标的7级分度 分度方法和TSV基本一致 PMV指标只代表了同一环境下绝大数人的感觉 不能代表所有人的感觉 第二章室内热环境与人体热舒适 PMV PPD指标 PMV指标代表了同一环境下绝大多数人的热感觉 但人与人之间存在生理差别 PMV指标并不一定能够代表所有人的感觉 因此Fanger又提出了预测不满意百分比PPD指标来表示人群对热环境不满意的百分数 并用概率分析方法 给出了PMV与PPD之间的定量关系 Fanger教授根据pmv指标统计了大量的数据并制成了表格 由这些数据推演出PPD指标 两者合称PMV PDD评价指标 PMV热舒适模型是基于体温调节和热平衡理论得出的 根据这些理论 人体通过生理过程 如出汗 打冷颤和调节皮肤血流量等 来保持新陈代谢产热量和身体失热量的平衡 第二章室内热环境与人体热舒适 PMV PPD指标及其影响因素 PMV指标只代表了同一环境下绝大数人的感觉 不能代表所有人的感觉 PPD是通过概率分析确定某环境条件下人群不满意的百分数 即便到达PMV 0 仍有5 的人不满意 PMVPPD 第二章室内热环境与人体热舒适 PMV PPD指标及其影响因素 PMV f ta a mrt M Icl 环境参数活动量衣着 可以有多种不同的 ta a mrt M Icl 组合达到同样的感觉PMV 感觉PMV 第二章室内热环境与人体热舒适 2 有效温度及其评定热舒适的应用 1 有效温度 有效温度是气温 湿度 气流三要素相互组合 再以气温的形式来表示室内冷热感觉的指标 是从多数的实验者亲自体会感觉而来 并不是依靠仪器测定出来的 如 B室的气温25 湿度为50 气流1 5m s的体感相等于A室内20 的体感 B室的室内气候就以ET20 表示 第二章室内热环境与人体热舒适 1919年开始研究 1967年的ASHRAE手册采用ET的不足 低温条件下湿度的影响不准确 受试者立即评价环境未考虑人体还处于前一环境的适应状态之中 EX 进入湿度较高的低温环境 衣服吸收水分放出附热 此时有短暂的温暖感 适应期一过 会有凉飕飕的感觉 立即评价夸大了湿度的影响 反之亦同 第二章室内热环境与人体热舒适 2 新有效温度ET SET ASHRAE标准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如果同样的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相同 则此环境的ET T0该指标只是适用于着装轻薄 活动量小 风速低的环境 第二章室内热环境与人体热舒适 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