建筑环境学-第4章_人体对热湿环境反应
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6
人体与外界的热交换
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
7
影响人体与外界热交换 的因素
环境空气温度：对流换热 环境表面温度：辐射换热
水蒸汽分压力（空气湿度）：对流质交换
高温环境：增加热感 低温环境：增加冷感！
操作温度：反映了环境空气温度ta和平均辐 射温度 t r 的综合作用
hr t r hc t a to hr hc
9
平均辐射温度:
一个假象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
( Fnj t nj ) / Fnj
站立 v = 2. 5 m / s
v = 1.5 m / s v = 1.0 m / s v = 0.5 m / s v = 0.25 m / s
服装热阻(c lo)
1
步行6.4km / h
v = 7.1 m / s v = 5.1 m / s 0.5 v = 3.6 m / s v = 2.5 m / s
16
服装的潜热热阻
服装的蒸发换热热阻(干燥服装)： Ie,cl = Icl / LR = Icl / 16.5 (kPa m2/W)
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，故总传热系数增加：
1 clo ¸ É Ô ï · þ × °± » º ¹ Ê ª È ó º ó µ Ä È × è » î ¶ ¯ Ç ¿ ¶ È þ ·° ×È × è (clo) ¾ ² × ø × ø × Ë Ê Û » õ 0.6 0.4 ¾ Á Õ ¢ Ê Û » õ 0.5 Õ Á ¾ ¢ µ « Å ¼ û × ¶ ß ¶ ¯ 0.4 Ð × ß 3.2 km/h 0.4 Ð × ß 4.8 km/h 0.35
11
服装的作用：保温和阻 碍湿扩散
服装的性能：
服装的热阻Icl 服装的透湿性 服装的表面积
12
一般指显热热阻 单位m2K/W和clo，其中1clo = 0.155 m2K/W 已知单件服装热阻： Icl = 0.161+0.835 Iclu,i
类型
短袖衬衣，短裤 长裤，短袖衬衫 长裤，长袖衬衫 长裤，长袖衬衫加短外衣 厚大衣，长袖衬衫，保暖内 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
4
人体体温范围
肝脏：最高，38℃
各部分温差不会太大
皮肤：与外界环境有关 日夜有1℃以内的波动 代表温度：核心温度
Ò ¹ Î ú Õ ý ³ £ ³ É Ä ê È Ë µ Ä Ì å Î Â (æ ¡ ) ½ ¾ Æ ù Á ¿ Ò ¸ Î Â ¿ Ú Î Â ¸ Ø Î Â 36.8 37.2 37.5 ä ¶ ± ¯ · ¶ Î § 36.0~37.4 36.7~37.7 36.9~37.9
5
皮肤温度
状 态
皮肤组织迅速损伤 被烫伤的疼痛感
人 体 外 层 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 )
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
椅子给人增加0.15 clo以下热阻
Icl = 0.748 Ach – 0.1
步速 90步/min 1clo 0.48 clo
14
舒适服装热阻与环境温度、相 对风速、活动强度的关系
2
步行3.2km / h
v = 5.1 m / s 1.5 v = 3.6 m / s v = 2.5 m / s
第四章
人体对热湿 环境的反应
第一节 人体对热湿环境反 应的生理学和心理学基础
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(Metabolic Rate)： 人体新陈代谢反应过程 中能量释放的速率。
2
人体的热平衡
热平衡方程 M W C R E S = 0
服装的热阻Icl
Icl (clo)
0.36 0.57 0.61 0.96 1.34 1.5 0.37 0.63 0.32 0.2 0.4
13
服装的热阻Icl
人运动时由于人体与空气之间存在相对流速， 会降低服装的热阻。 Icl = 0.504 Icl + 0.00281Vwalk – 0.24
0 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
wk.baidu.com环境温度( ℃)
15
服装的透湿性
服装的存在增加了皮肤 的蒸发换热热阻：
服装对皮肤表面的水 蒸气扩散有一个附加的 阻力。 服装吸收部分汗液， 只有剩余部分汗液蒸发 冷却皮肤。使得需要更 大蒸发量才能在皮肤表 面上形成同样的散热量。
风速：对流热交换和对流质交换
吹风感：Draft，冷感和对皮肤的压力冲击
服装热阻：影响所有换热形式
8
关于热湿环境的术语
平均辐射温度 t r 或 Tr
近似式：
准确的应该是四次方
tr
( Fnj t nj )
j 1
k
Fnj
j 1
k
黑球温度 Tg
Tr Tg 2.44 v (Tg Ta )
皮肤表面积 AD ＝ 0.202 mb 0.425 H 0.725
身高1.78m 体重65kg AD为1.8m2
3
人体温度
核心(Core)温度
核心层：通常包括脑、脊椎、心脏、肝脏、 消化器官等内脏部分。 直肠温度最接近。
外层(Shell)温度
皮肤表面到 10 mm 以内的部分，通常包括 皮肤，皮下脂肪和表层的肌肉。
j 1 j 1
k
k
=
10
热质交换系数的确定
对流换热系数：专门针对人体的实验数据
受迫对流
hc= C v n
自然对流：三种主要形式
hc=常数 hc= C T 0.25
hc= C (M-50) 0.39
对流质交换系数：传质与传热比拟
LR = he / hc = 16.5 ℃/kPa
人体与外界的热交换
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
7
影响人体与外界热交换 的因素
环境空气温度：对流换热 环境表面温度：辐射换热
水蒸汽分压力（空气湿度）：对流质交换
高温环境：增加热感 低温环境：增加冷感！
操作温度：反映了环境空气温度ta和平均辐 射温度 t r 的综合作用
hr t r hc t a to hr hc
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平均辐射温度:
一个假象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
( Fnj t nj ) / Fnj
站立 v = 2. 5 m / s
v = 1.5 m / s v = 1.0 m / s v = 0.5 m / s v = 0.25 m / s
服装热阻(c lo)
1
步行6.4km / h
v = 7.1 m / s v = 5.1 m / s 0.5 v = 3.6 m / s v = 2.5 m / s
16
服装的潜热热阻
服装的蒸发换热热阻(干燥服装)： Ie,cl = Icl / LR = Icl / 16.5 (kPa m2/W)
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，故总传热系数增加：
1 clo ¸ É Ô ï · þ × °± » º ¹ Ê ª È ó º ó µ Ä È × è » î ¶ ¯ Ç ¿ ¶ È þ ·° ×È × è (clo) ¾ ² × ø × ø × Ë Ê Û » õ 0.6 0.4 ¾ Á Õ ¢ Ê Û » õ 0.5 Õ Á ¾ ¢ µ « Å ¼ û × ¶ ß ¶ ¯ 0.4 Ð × ß 3.2 km/h 0.4 Ð × ß 4.8 km/h 0.35
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服装的作用：保温和阻 碍湿扩散
服装的性能：
服装的热阻Icl 服装的透湿性 服装的表面积
12
一般指显热热阻 单位m2K/W和clo，其中1clo = 0.155 m2K/W 已知单件服装热阻： Icl = 0.161+0.835 Iclu,i
类型
短袖衬衣，短裤 长裤，短袖衬衫 长裤，长袖衬衫 长裤，长袖衬衫加短外衣 厚大衣，长袖衬衫，保暖内 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
4
人体体温范围
肝脏：最高，38℃
各部分温差不会太大
皮肤：与外界环境有关 日夜有1℃以内的波动 代表温度：核心温度
Ò ¹ Î ú Õ ý ³ £ ³ É Ä ê È Ë µ Ä Ì å Î Â (æ ¡ ) ½ ¾ Æ ù Á ¿ Ò ¸ Î Â ¿ Ú Î Â ¸ Ø Î Â 36.8 37.2 37.5 ä ¶ ± ¯ · ¶ Î § 36.0~37.4 36.7~37.7 36.9~37.9
5
皮肤温度
状 态
皮肤组织迅速损伤 被烫伤的疼痛感
人 体 外 层 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 )
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
椅子给人增加0.15 clo以下热阻
Icl = 0.748 Ach – 0.1
步速 90步/min 1clo 0.48 clo
14
舒适服装热阻与环境温度、相 对风速、活动强度的关系
2
步行3.2km / h
v = 5.1 m / s 1.5 v = 3.6 m / s v = 2.5 m / s
第四章
人体对热湿 环境的反应
第一节 人体对热湿环境反 应的生理学和心理学基础
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(Metabolic Rate)： 人体新陈代谢反应过程 中能量释放的速率。
2
人体的热平衡
热平衡方程 M W C R E S = 0
服装的热阻Icl
Icl (clo)
0.36 0.57 0.61 0.96 1.34 1.5 0.37 0.63 0.32 0.2 0.4
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服装的热阻Icl
人运动时由于人体与空气之间存在相对流速， 会降低服装的热阻。 Icl = 0.504 Icl + 0.00281Vwalk – 0.24
0 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 25
wk.baidu.com环境温度( ℃)
15
服装的透湿性
服装的存在增加了皮肤 的蒸发换热热阻：
服装对皮肤表面的水 蒸气扩散有一个附加的 阻力。 服装吸收部分汗液， 只有剩余部分汗液蒸发 冷却皮肤。使得需要更 大蒸发量才能在皮肤表 面上形成同样的散热量。
风速：对流热交换和对流质交换
吹风感：Draft，冷感和对皮肤的压力冲击
服装热阻：影响所有换热形式
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关于热湿环境的术语
平均辐射温度 t r 或 Tr
近似式：
准确的应该是四次方
tr
( Fnj t nj )
j 1
k
Fnj
j 1
k
黑球温度 Tg
Tr Tg 2.44 v (Tg Ta )
皮肤表面积 AD ＝ 0.202 mb 0.425 H 0.725
身高1.78m 体重65kg AD为1.8m2
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人体温度
核心(Core)温度
核心层：通常包括脑、脊椎、心脏、肝脏、 消化器官等内脏部分。 直肠温度最接近。
外层(Shell)温度
皮肤表面到 10 mm 以内的部分，通常包括 皮肤，皮下脂肪和表层的肌肉。
j 1 j 1
k
k
=
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热质交换系数的确定
对流换热系数：专门针对人体的实验数据
受迫对流
hc= C v n
自然对流：三种主要形式
hc=常数 hc= C T 0.25
hc= C (M-50) 0.39
对流质交换系数：传质与传热比拟
LR = he / hc = 16.5 ℃/kPa