第四章第23456节课件

第四章第二节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和预测不满意百分比PPD

有效温度ET与ASHRAE舒适区第三节热舒适方程的提出为推出综合舒适指标，Fanger于1982年提出了描述人体在稳态条件下能量平衡的热舒适方程。前提条件：第一，人体必须处于热平衡状态；第二，皮肤平均温度应具有与舒适相适应的水平；第三，为了舒适，人体应具有最佳的排汗率。稳态条件下的热舒适方程人体热平衡方程：M－W－C－R－E＝S当人体蓄热率S＝0时，热舒适方程：

M－W－C－R－E＝0

（4-40）人体外表面向周围空气的对流散热量C

C＝fcl

hc（tcl－ta）（4-41）hc——对流换热系数，W／(m2·K)；tcl——衣服外表面温度，℃。tcl＝tsk－Icl（R＋C）tsk——人体接近舒适条件下的平均皮肤温度，℃；

tsk＝35.7-0.0275（M-W）（4-26）ta——人体周围空气温度，℃；Icl——服装热阻，m2·K／W。人体外表面向环境的辐射散热量Rε——为人体表面的发射率，对于灰体等于吸收率；σ——斯蒂芬-玻尔兹曼常数6.67×10-8(W／m2·K4)；feff——人体姿态影响有效表面积的修正系数；fcl

——服装面积系数；Tcl

——人体表面的温度，K；Tr

——环境的平均辐射温度，K。若ε=0.97，feff=0.72：人体总蒸发散热量E

E＝Cres＋Eres＋Edif＋Ersw

（4-43）Cres——呼吸时的显热损失，W／m2；

Cres＝0.0014M（34-ta）（4-29）Eres——呼吸时的潜热损失，W／m2；

Eres＝0.0173M（5.867－Pa）（4-30）Edif——皮肤扩散蒸发损失（无感觉体液渗透），W／m2；这里把服装潜热热阻简化为一个适用于一般室内环境的定值，忽略正常排汗对皮肤扩散量的影响，有：

Edif＝3.05（0.254tsk－3.335－Pa）（4-44）Ersw——人体在接近舒适条件下的皮肤表面出汗造成的潜热损失，W/m2。

Ersw＝0.42（M-W-58.2）（4-27）整理热舒适方程M－W－C－R－E＝0

（M－W）＝

fclhc(tcl－ta)

＋ ＋3.05[5.733－0.007(M－W)－Pa]

＋0.42（M－W－58.2） ＋1.73×10-2M（5.867－Pa） ＋0.0014M（34－ta）（4-45）CRCresErswEresEdifEEMWfclhctcltaPaM、W、ta

、Pa

、、fcl、tcl、hc影响人体热舒适的变量 ——影响人体热舒适的六个变量 热舒适方程反映了人体处于热平衡状态时，这六个变量之间的定量关系。υaIcl、预测平均评价PMV

——PredictedMeanVote人体热负荷TL定义:为人体产热量与假定人体保持舒适条件下的平均皮肤温度tsk和出汗造成的潜热散热Ersw时向外界散出的热量之间的差值。TL=M-W-C-R-E =M-W-C-R-Edif-Ersw-Cres-Eres反映了人体对热平衡的偏离程度。Fanger收集了受试者的冷热感觉资料，得出：

PMV＝[0.303exp（-0.036M）＋0.0275]

TL

（4-46）PMV指标PMV指标同样采用了7级分度。PMV指标代表了同一环境下绝大多数人的感觉；PMV指标并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。热感觉热暖微暖适中微凉凉冷PMV值＋3＋2＋10－1－2－3预测不满意百分比PPD

——PredictedPercentDissatisfiedPPD指标来表示人群对热环境不满意的百分数；PMV与PPD之间的定量关系：

PPD＝100－95exp[－(0.03353PMV4＋0.2179PMV2)]

——当PMV＝0时，PPD为5%，即意味着在室内热环境处于最佳的热舒适状态时，仍然有5%的人感到不满意。

PMV＝－0.5～＋0.5

PPD≤10%有效温度ET

——EffectiveTemperature定义：“ET是一个将干球温度、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。它在数值上等于产生相同感觉的静止饱和空气的温度。”条件：在实际环境和饱和空气环境中衣着和活动强度相同，且。通过实验获得相同ET的点→等舒适线系→湿空气焓湿图/诺模图

有效温度ET*ET缺陷：过高估计了在低温下，湿度对凉爽和舒适状态的影响。Gagge等1971，皮肤湿润度→ET*适用于穿标准服装和坐着工作的人的舒适指标热舒适实验：0.6clo服装、静坐、0.15m/s——ET*只适用于着装轻薄、活动量小、风速低的环境。50%t→ET*实际环境相同冷热感标准有效温度SET*ET*基础上→不同的活动水平和衣服热阻→→最通用的指标——标准有效温度SET*包含平均皮肤温度和皮肤湿润度，以确定某个人的热状态定义：身着标准热阻服装的人，在相对湿度为50%，空气静止不动，空气温度等于平均辐射温度的等温环境下，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，则必将具有相同的热损失，则该温度就是上述实际环境的SET*。50%V=0ta→SET*实际环境相同平均皮肤温度皮肤湿润度↓相同热损失SET*定义式

Qsk——皮肤的总散热量；

PSET——SET*下的饱和水蒸汽分压力，kPa；

h'cSET——标准环境中考虑了服装热阻的综合对流换热系数，W/(m2·℃）；

h'eSET——标准环境中考虑了服装的潜热热阻的综合对流质交换系数，W/(m2·kPa）。舒适区对于坐着工作、穿轻薄服装和较低空气流速的标准状况，SET*=ET*ASHRAE舒适区适用于服装热阻为0.8～1.0clo坐着但活动量稍大的人美国坎萨斯州立大学舒适区适用于服装热阻为0.6～0.8clo坐着的人重叠范围是推荐的室内设计条件，25℃等效温度线正通过重叠区的中心。

SET*能表示各种衣着条件、活动强度和环境变量的情况。SET*值反映的是人体的感觉，与空气的温度无直接关系50%V小24℃穿轻薄服装脱去衣服SET*=24℃SET*=20℃第四章第三节人体对动态热环境的反应动态环境在温度不同的空间之间穿行动态风吹到人的身体上——使用摇头电风扇变温变风速的空调方式在非稳态环境中人的热感觉，与稳态环境不同。热感觉的适应性核心温度和皮肤温度变化的不一致性对非稳态温度或风速环境中的人体热反应的研究：

一、人体对阶跃温度变化的反应二、人体对变化风速的反应三、过渡活动状态的热舒适指标RWI和HDR四、在自然通风环境中的人体热舒适一、人体对阶跃温度变化的反应Gagge等：温度阶跃变化，皮肤温度和热感觉的变化有一个过渡过程。热惯性→皮肤温度变化滞后；热感觉的变化复杂。中性→冷或热环境时：热感觉变化滞后。冷或热→中性环境时：热感觉响应较快，且出现热感觉“超越”的情况——即皮肤温度与热感觉存在分离现象。瞬变状况下，用空气温度来预测热感觉比根据皮肤温度和核心温度来确定可能更为准确。导致“超越”现象的原因：Gagge：由于皮肤温度急剧变化所致，即皮肤温度的变化率产生了一种附加热感觉，而这种热感觉掩盖了皮肤温度本身引起的不舒适感。突变温度环境中，对人体热反应的研究：（1）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；（2）人体在环境温度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。二、人体对变化风速的反应

动态风对人体的热感觉的影响，研究并不多。

原因之一是：稳态空调中，室温较低，变高的风速可能引起吹风感而造成不适。动态与稳态气流的关系动态气流中脉动频率对人体热感觉的影响动态气流、稳态气流Konz等：对摇摆电风扇的接受优于固定风扇“中性-热”，动态风制冷作用明显动态气流中脉动频率对人体热感觉的影响Fanger：“冷-中性”，0.3～0.5Hz最易产生冷吹风感，造成不舒适。Arens：0.7～1.0Hz冷却效果更好。“中性-热”，0.3～0.5Hz使人感到最凉爽。三、过渡活动状态的热舒适指标

人员在过渡区和长期滞留区的热感觉是不同

相对热指标RWI（RelativeWarmthIndex）——适用于较暖环境，是一个无量纲指标。热损失率HDR（HeatDeficitRate）——适用于冷环境，反应了人体所损失的热量，W/m2。——美国运输部为地铁车站站台、站厅和列车空调参数设计提出的考虑人体在过渡环境的热舒适指标。未考虑受变温刺激时热感觉“滞后”和“超前”仅考虑过渡状态人体的热平衡相对热指标RWI和热损失率HDR（1）认为人在一种活动状态过渡到另一种状态时，要经过6min的过程代谢率M才能达到最终活动状态下的稳定代谢率。在这个过渡过程中，代谢率与时间呈线性关系。（2）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。认为一种活动状态过渡到另一种活动状态时，服装热阻要经过6min达到新的稳定值，其间服装热阻与时间呈线性关系。

RWI的分度与ASHRAE热感觉标度之间的关系

热感觉ASHRAE热感觉标度相对热指标RWI热感觉ASHRAE热感觉标度相对热指标RWI暖20.25中性00.08稍暖10.15稍凉-10.00热损失率HDR

(HeatDeficitRate)

冷环境表示平均皮肤温度为舒适皮肤温度下限时的净热损失速率综合考虑了温度、湿度、辐射、风速、人体代谢率、服装等反应了人体所损失的热量，W/m2。若给定过渡空间的空气参数、人员衣着以及活动状态，计算出RWI和HDR值，就可了解人员进入过渡空间时比前个空间的相对热感觉；可用于确定各功能空间的设计参数。四、在自然通风环境中的人体热舒适环境越热，人们实际热感觉与PMV模型预测值的偏差就越大，出现“剪刀差”现象PMV模型预测值TSV实际热感觉投票值3210-1期望因子适应性模型期望因子Fanger:在非空调房间，提出引入一个值为0.5~1的心理期望因子ePMVe=e×PMV只考虑了心理的影响期望值建筑分级期望因子e高夏季炎热时间较短地区0.9~1.0中夏季炎热地区0.7~0.9低全年炎热地区0.5~0.7适应性模型Tcomf

=0.31Tout,m+17.8只考虑室外平均温度第四章第四节其他热湿环境的物理度量高温环境——热应力指数HSI（HeatStressIndex）室外炎热环境——湿黑球温度WBGT（Wet-Bulb-GlodeTemperature）低温环境——风冷却指数WCI（WindChillIndex）热应力与热过劳受环境影响区可调区一个具有潜在危险的、不舒适的热环境会形成一个强烈刺激即热应力，使人体出现热过劳当热应力超出了人体本身的调节能力时，就会出现危险的热失调。热湿环境的各种评价指标是旨在预测热感觉或主观热舒适感

——不适应于具有热失调危险的环境中。疲劳极限热应力指数HSI——HeatStressIndexHSI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。具有相同指数值的环境条件所产生的热过劳均相同。不管温湿度如何，若HSI相同，则产生相同的热过劳HSI假定皮肤温度恒定在35℃的基础上，在蒸发热调节区内，认为所需要的排汗量为Ereq

等于代谢量减去对流和辐射散热量，呼吸散热不计：

HSI＝Ereq／Emax×100

（4-57）在概念上与皮肤湿润度相同；规定Emax的上限值为390W/m2，相当于一个典型男子的排汗量为1L/h。热应力指数的意义HSI暴露8h的生理和健康情况的描述-20轻度冷过劳0没有热过劳10~30轻度至中度热过劳。对体力工作几乎没有影响，但可能减低技术性工作的效率40~60严重的热过劳，除非身体健壮，否则就免不了危及健康。需要适应环境的能力70~90非常严重的热过劳。必须经体格检查以挑选工作人员。应保证摄人充分的水和盐分100适应环境的健康年轻人所能容忍的最大过劳大于100暴露时间受体内温度升高的限制湿黑球温度WBGT（Wet-Bulb-GlodeTemperature）考虑了室外炎热条件下太阳辐射的影响

——评价户外作业热环境当处在阴影下时：我国学者：

——与空气温度、平均辐射温度、太阳辐射、相对湿度及空气流速有关

——广泛应用于估算工业环境的热应力潜能ISO7243推荐的热应力指标WBGT阈值新陈代谢水平新陈代谢M（W/m2）WBGT阈值热适应好的人热适应差的人0M＜11733321117＜M＜23430292234＜M＜3602826能否感觉空气流动（不能）（能）能否感觉空气流动（不能）（能）3360＜M＜468252622234M＞46823251820人们在不同的新陈代谢率下有不同的WBGT安全极限值。着夏装0.5clo，休闲状态M＜117W/m2，则人体安全限值WBGT＜32~33℃。风冷却指数WCI—WindChillIndex非常寒冷的气候，影响人体热损失的主要因素是空气流速Va和空气温度ta

。把Va和ta综合成一个单一的指数，称为风冷却指数WCI，来表示在皮肤温度为33℃时某一皮肤表面的冷却速率，即

WCI＝（4-61）

Va——风速(m/s)；

ta——环境空气温度(℃)；

WCI——单位为kcal/(m2·h)。风冷却指数与人体的生理效应适合于穿合适衣服的北极探险者，不能认为表中的“凉”与ASHRAE热感觉标度中的“凉”是一致的风冷却指数kcal／(m2·h)生理效应风冷却指数

kcal／(m2·h)生理效应200愉快1200剧冷400凉1400肌肉冻僵800冷2500不能忍受1000很冷

第四章第五节热环境与劳动效率劳