04第四章第1节 人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础

Icl与人的状态的关系
人体与空气之间若存在相对流速，会降低服装 的热阻。其降低值：
Δ Icl=0.504 Icl+0.0028 vwalk-0.24

（4-13）
其中人的行走步速vwalk的单位是步／min。
静立时 步速 3.7km/h 1clo 0.48 clo
服装热阻和温度、活动强度与风速的关系
如果同时测出了空气的温度Ta，则当平均辐射温度 与室温差别不是很大时，可求出平均辐射温度为：
T r Tg 2.44 (Tg Ta )
操作温度 t0

操作温度to 反映了环境空气温度ta 和平均辐射温度t r 的综合作用，其表达式为：
hr t r hc t a to hr hc
2、服装吸收了汗液后也会使人感到凉。
显热换热增大：导热系数增加 多了潜热换热：也可看作服装原有的热阻下降

下表给出了1clo干燥服装在被汗润湿后的热阻值与 一些活动状态之间的关系。
静坐 0.6 坐姿售货 站立售货 0.4 0.5 站立但 偶尔走动 0.4 行走 3.2 km/h 0.4 行走 4.8 km/h 0.35 行走 6.4 km/h 0.3

周围物体的表面温度：决定了人体辐射散热的强度。 空气流速：影响对流热交换系数（显热交换）、对流质 交换系数（潜热交换），还影响人体皮肤的触觉感受— —―吹风感”。
影响人体与外界显热交换的因素

平均辐射温度 t
r
操作温度 t0（Operation Temperature）
对流换热系数 hc
活动强度 服装热阻 （clo）
服装的表面积
用服装的面积系数fcl来表示人 体着装后的实际表面积Acl和人 体裸身表面积AD之比： fcl＝Acl／AD （4-16） 面积系数fcl可通过文献获得； 最可靠的获取方法fcl是照相法； 若没有合适的参考数据，就只能采用粗估算公式： fcl＝1.0＋0.3Icl （4-17） ——反映了服装的面积系数与服装的热阻间的关系
Icl与座椅的关系


椅子对热阻的影响取决于椅子与人体接触的面积。
网状吊床或沙滩椅：与人体接触面积最小 单人软体沙发：接触面积最大，热阻可增加0.15clo。 其他类型的座椅，其热阻的增值Δ Icl： Δ Icl=7.48×10-5Ach－0.1 （4-12）
其中Ach是椅子和人体的接触面积，m2。

人体的热平衡 体温


核心温度
皮肤温度
人体的散热途径
产热＝散热
散热三种途径：
对流换热 辐射换热
汗液蒸发——当空气温度高于血液温度时
仍散发热量
产热和散热的平衡
M–W–C–R–E–S=0
人体的热平衡方程
M–W–C–R–E–S=0
M——人体能量代谢率，决定于人体的活动量大小， W/m2； W——人体所做的机械功，W／m2； C——人体外表面通过对流形式向周围环境散发的 热量，W/m2； R——人体外表面向周围环境通过辐射形式散发的 热量，W/m2； E——汗液蒸发和呼出的水蒸气所带走的热量 ， W/m2； S——人体蓄热率，W/m2。

人体的能量代谢

人体的能量代谢率M
人体的机械效率W 人体蒸发散热量E
人体的皮肤蒸发散热量Esk 人体的呼吸散热量Cres和Eres

人体与外界的辐射换热量R 不同环境条件和活动强度下人体的散热和散湿量
人体的能量代谢率



人体的能量平衡比较复杂 与非生物体的能量平衡存在根本的区别 人体的能量释放量和释放方式不是固定的 受主观和客观环境因素影响并反作用于主观和客观因素 基础代谢率（Basal Metabolic Rate，BMR）： 临床上规定未进早餐前，保持清醒静卧半小时，室温条 件维持在18～25℃之间测定的代谢率叫做基础代谢率 可用作为衡量代谢的一个标准 影响因素 神经紧张程度、环境温度、性别、年龄、进食后时间的 长短、肌肉活动强度。
基本内容
人体的热平衡 人体的基本生理要求 人体与外界的热交换 影响人体与外界显热交换的几个环境因素 服装的作用 人体的能量代谢 人体的温度感受系统 人体的体温调节系统 热感觉 热舒适

人体的基本生理要求
人体的基本生理要求：维持体温基本恒定！
代谢率(Metabolic Rate)： 人体新陈代谢反应过程中 能量释放的速率
体温
人体各部分温度不同。 身体表面温度要比深部组织的温度低，且随环 境温度的变化而变化。 不同的深部组织，温度也各不相同，代谢率高 的器官温度比较高。例如肝脏温度约为38℃。 人体体温有周期性波动，波动幅度不超过1℃。

我国正常成年人静止时的体温 腋温 口温 肛温 平均量 36.8 37.2 37.5 变动范围 36.0～37.4 36.7～37.7 36.9～37.9
第 四 章
人体对热湿环境反应
本章目的
介绍了有关本学科的生理学和心理学知识 了解从人体热舒适和劳动卫生保护方面出发
对热湿环境的要求
明确热舒适的环境不是固定的范围，而与多
种参数之间的关系有关
认识人体的热过程与无生命物质的热过程之
间是有很大区别的
第 一 节
人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础
人体皮肤表面积

裸身人体皮肤表面积可以用下式计算：
0 AD 0.22mb .425H 0.725
AD——人体皮肤表面积，m2；
H——身高，m；
mb——体重，kg。

如果一个人身高为1.78m，体重为65kg，则皮肤表 面积为 1.8m2左右。
（4-1）说明
M–W–C–R–E–S=0 或 S=M–W–C–R–E 人体最大的生理性体温变动范围为35～40℃。 S = 0：人体保持能量平衡 S＞0：人体余热难以全部散出，体温上升 体温上升到38.3℃以上则为轻症中暑； 体温升到40℃时，称作体温过高；此时出汗停止， 出现重症中暑，如果不采取措施，则体温将迅速 上升。 一般认为人的最高致死体温为45℃。 S＜0：体温下降 体温＜下降到36℃——体温过低。 体温＜28℃会有严重心室纤颤并导致死亡的危险。 已证实当体温下降到20℃时，通常就不能复苏。一个假想的等温围合面的表面温度，它与人 体间的辐射热交换量等于人体周围实际的非等温 围合面与人体间的辐射热交换量。
tr
=
T
4 r
( F j jT j4 )
j 1
k
0

Fj——周围环境第j个表面的角系数
假设人体周围各非等温围合面的黑度均等于假想 围合面的黑度ε0，再简化为一次方表达式
1.16(M-50)0.39
提 出 者 D.Mitchell（1974） Winslow等（1939） Gagge等（1969） Kerslake（1972） Nishi和Gagge （1977） Nishi和Gagge（1977） Birkebak （1966） Nelson和Peterson（1952） Rapp（1973）
hr——辐射换热系数，W／(m2· ； ℃) hc——对流换热系数，W／(m2· ℃)。
对流换热系数 hc
在无风或风速很小的条件下，人体周围的自然对 流就变得十分重要。 在比较高风速下人体表面的受迫对流换热系数可 以通过风洞实验测定。

对流换热系数hc （W/m2· ℃） 受迫 对流 8.6 υ 0.6 12.1 υ 0.5 8.6 υ 0.53 8.3 υ 0.5 3.0
服装透湿性
1、服装的存在影响了皮肤表面的蒸发。
服装对皮肤表面的水蒸气扩散有个附加的阻力
服装借助毛细现象吸收和传输汗液，这部分 汗液不是在皮肤表面蒸发，而是在服装表面 或服装内部蒸发。 这需要更大的蒸发量才能在皮肤表面上形成 同样的散热量，故服装增加了皮肤的蒸发换 热热阻。 服装吸收汗液，使只有部分汗液蒸发冷却皮肤
影响热阻Icl的因素
Icl与座椅的关系
类型
Icl (clo)
0.36 0.57 0.61 0.96 1.34 1.5 0.37 0.63 0.32 0.2 0.4
短袖衬衣，短裤 长裤，短袖衬衫 长裤，长袖衬衫 Icl与人的状态的关系 长裤，长袖衬衫加短外衣 厚大衣，长袖衬衫，保暖内 Icl与湿气的关系 衣 ， 长 内裤 厚三件套西衣服, 长内衣裤 厚 毛衣 厚长大衣 厚 裤子 工 作服 夹克
人 体 外 层 温 度
皮肤温度 45 ℃ 以上 43~ 41 ℃ 41~39 ℃ 39~37 ℃ 37~35 ℃ 34~33 ℃ 33~32 ℃ 32~30 ℃ 31~29 ℃ 25℃ (局部) 20 ℃(手) 15 ℃(手) 5 ℃(手)
状 态 皮肤组织迅速损伤 被烫伤的疼痛感 疼感域 热的感觉 开始有热的感觉 休息时处于热中性状态, 热舒适 2-4met 的(中等)运动量时感觉舒适 3-6met 的(较大)运动量时感觉舒适 坐着时有不愉快的冷感 皮肤丧失感觉 非常不快的冷感觉 极端不快的冷感觉 伴随疼感的冷感觉
Lewis指出对流质交换系数he （即蒸发换热系数） 与对流换热系数hc是相关的，二者存在固定的关系： LR=he／hc （4-7）


其中LR称作刘易斯系数，单位为℃／kPa。 对于典型的室内空气环境有： LR=16.5 （4-8）
服装的作用

在人体热平衡过程中，服装的作用是保温和阻碍 湿扩散。
适应条件 最好的平均值 用于Fanger舒适方程 用于SET公式中 推荐采用 静止空气中的静止人体 静止空气中的活动人体 2m高的圆柱体 用于Fanger舒适方程 推荐用于静坐者
自然 对流
1.18ΔT 0.25 2.386ΔT 0.25 4.0