【CN109738966A】一种基于人体热生理调节模型的热舒适度实时预测系统【专利】

技术领域 [0001] 本发明涉及公共安全人体热舒适领域，尤其涉及一种基于人体热生理调节模型的 热舒适度实时预测系统。
背景技术 [0002] 人体热舒适度是对外界环境满意程度的感受，受热生理和热心理作用共同影响， 可由热平衡方程结合热舒适度指标表达。人体热舒适度评估广泛用于公共安全、建筑设计、 汽车工业、服装工程、暖通空调等领域。国际标准ISO7730采用平均预测指数(PMV)模型评估 人体热舒适度 ，该模型依据热平衡方程及稳态环境下的 人因工效实验而建立 ，将热舒适度 由 六大影响因素定量表达 ，包括代谢量 、服装热阻 、环境温度、相对湿度、风速、平均辐射温 度。国际标准ASHRAE55根据环境温度、湿度、服装热阻、人体代谢产热等，采用标准有效温度 表征人体热舒适度。然而，这两个标准在稳定态及室内热中性环境下使用较为有效，在高温 环境评估热舒适度并不合适，无法用于宽温度范围的热舒适度评估。 [0003] 清华大学发明了一种体模型热学假人系统(101859503A) 用于模拟人体在高温环 境下热响应 ，如人体热吸收 、不同组织之间热传导 、体表热 辐射及出汗等过程。珠海格力电 器股份有限公司发明了一种基于PMV热舒适度评估的空调控制方法(109084420A) ，该发明 根据环境参数和人体生理参数确定PMV值的大小，评估人体热舒适状态，在此基础上对空调 进行控制。重庆大学发明了一种建筑热湿环境等级的评估系统及方法(104102789A) ，可判 断不同季节、建筑、环境下的室内热湿环境等级。以上发明提供了用于模拟人体热生理调节 的假人，也提出了确定人体热舒适度的方法。然而，上述发明尚未分析人体热生理反应的变 化规律，也没有对人体热生理调节机制和热舒适度等级之间的关系进行探索。因此，现有关 于热舒适度的发明局限性较大，无法实时准确地预测人体热舒适度的变化规律。
本发明公开了一种基于人体热生理调节模 型的热舒适度实时预测系统 ，包括人体热调节模 型、热舒适度模型、热舒适度输出模块。是将人体 按生理结构划分为二十个部位，充分考虑人体人 生理调节及人体、服装、环境之间的热量交换，通 过代谢产热、服装热阻和湿阻、环境温度、湿度及 风速计算人体核心温度和皮肤温度。热舒适度模 型将人体主观热舒适度与客观生理参数建立定 量关系，由人体热反应模型得到的人体核心温度 和皮肤温度计算人体热舒适度的实时变化规律。 可通过人体、服装、环境参数得到人体热舒适度 的 实时 变化规律。比 传统的 PMV模型 只能得到稳 定条件下的热舒适度更符合实际情况，满足热舒 适度评估、空调调节系统开发、智能服装开发的 需求。
热舒适度模型 ：将客观热生理参数 与主观热舒适度建立起定量关 系 ，通过热生理参数 及其变化情况计算热舒适度等级，在人体热生理调节模型的基础上，得到皮肤温度、核心温 度及其变化率 ，热舒适度指数TSENS通过11个等级表征人体的 舒适度 ，并根据公式 (2) 将皮 肤温度、核心温度、及人体温度等作为输入值得到TSENS值的变化规律；
3 .如权利要求2所述的基于人体热生理调节模型的热舒适度实时预测系统，其特征在 于：所述人体热舒适度模型建立过程包括：
人体热舒适受环境条件、服装热湿传递传递属性、代谢量等影响，根据美国暖通空调工 程协会(ASHRAE)推荐的热舒适度指数TSENS(Thermal Sensation Index)表征人体热舒适 度，TSENS指数共分为11个等级：±5代表不可忍受的热/冷 ,±4代表非常热/冷 ,±3代表热/ 冷 ,±2代表暖和/凉快±1代表稍微暖和/凉快 ,0代表热中性，既不冷，也不热，TSENS的值由 人体体温而计算，而人体体温又是人体核心温度与皮肤温度的函数关系式，如下式，
4 .如权利3所述的基于人体热生理调节模型的热舒适度实时预测系统，其特征在于：所 述的人体热舒适等级输出模块可实时显示人体在不同环境条件及着装条件下的热舒适度 等级，在此基础上可实现人体热舒适度评估及服装热湿性能测试。
2
CN 109738966 A
说 明 书
1/4 页
一种基于人体热生理调节模型的热舒适度实时预测系统
热舒适度输出模块 ：由 人体热 调节模型 和热舒适度模型组成 ，在人体热 调节模型的 基 础上，得到不同环境、服装、人体参数下的热生理参数，在此百度文库础上，结合热舒适度模型计算 人体热舒适度，由人体热舒适度等级输出模块实时显示TSENS指数的变化规律；
2 .如权利要求1所述的基于人体热生理调节模型的热舒适度实时预测系统，其特征在 于：所述人体热调节模型的建立过程包括：
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
(21)申请号 201910012486 .3
(22)申请日 2019 .01 .07
(71)申请人 西安科技大学 地址 710054 陕西省西安市雁塔中路58号
(72)发明人 杨杰 贺艳
(74)专利代理机构 北京科亿知识产权代理事务 所(普通合伙) 11350
权利要求书1页 说明书4页 附图2页
CN 109738966 A
CN 109738966 A
权 利 要 求 书
1/1 页
1 .一种基于人体热生理调节模型的热舒适度实时预测系统，其特征在于：包括人体热 调节模型、热舒适度模型、热舒适度输出模块；其中
人体热 调节模型 ：通过模拟人体与环境之间的 换热量及人体热生理 调节过程 ，通过输 入人体代谢产热量、服装热阻 和湿阻 、环境条件 ，计算人体热生理参数的 变化规律 ，所述人 体与环境之间的换热量包括对流、辐射、蒸发及传导热交换过程，并涉及服装热湿传递性能 对人体换热量的影响，人体热生理调节主要包括颤抖、出汗、血管扩张、血管收缩，通过人体 温度与热中性调定点温度的差异计算热生理调节对热生理参数的影响；
将人体按生理结构划分为二十个部位 ，每个部位从外到内分为四 层 ：皮肤层、肌肉 层、 脂肪层、核心层，分别对各个部位的每一层都建立热平衡方程如下，
公式 (1) 中 ，i 和j分 别代表人体的 不同 部位 和每个部位的四 层 ；C代表人体不同 部位的 热容，W h/℃；T代表人体各部位和各层的温度，℃；t代表时间，h；Q代表代谢产热量，W；B代 表血液 与人体各部位的 换热量 ，W ；D代表人体同 部位不同 层之间通过热 传导的 换热量 ，W ； Res代表人体呼吸传热量，W；Rad代表人体与环境之间的辐射换热量，W；Cov代表人体与环境 之间的对流换热量，W；Eva代表人体与环境之间的蒸发换热量，W。
代理人 汤东凤
(51)Int .Cl . G01W 1/00(2006 .01) G06F 17/50(2006 .01)
(10)申请公布号 CN 109738966 A (43)申请公布日 2019.05.10
( 54 )发明 名称 一种基于人体热生理调节模型的热舒适度
实时预测系统 ( 57 )摘要