建筑环境学-第4章_人体对热湿环境的反应[课堂课资]

9.0-10.2
0.3
大腿
4.5-5.2
0.4
腹部
8.0-12.5
小腿
4.3-5.7
后背
7.8
脚背
5.6
上臂
5.0-6.5
脚底
3.4
前臂
6.0-7.5
0.3-0.4
参考文献：H. Hensel, Thermoreception and Temperature Regulation,
London: Academic Press, 1981 课资参类
课资参类
34
人的体温设定值随肌肉 活动强度而改变
在体温调节系统正 常工作时，增加环 境温度并不能提高 人体的核心温度 （直肠温度）。
只有改变代谢率才 能改变人体核心温 度。
课资参类
35
体温调节系统的工作原理
大脑
设定点
＋
＋ －
下丘脑前部
－
＋ 下丘脑后部
冷信号
血管收缩、冷颤
热信号
血管扩张、出汗
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！
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
课资参类
8
关于热湿环境的术语
平均辐射温度 tr 或 Tr
近似式： 准确的应该是四次方
黑球温度 Tg
k
(Fnj tnj )
356 365 373 38课2 资3参91类400 408 417 425 434 42473
人体排汗率 散湿量
决 核环定 心境因 温温素
度度 代 谢 率
(
)
课资参类
28
人体的温度感受系统
20世纪初发现人的皮肤
上存在对冷敏感的区域
“冷点”和对热敏感的
区域“热点”
50mV
人体各部位的冷点数目
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
层
34~33 ℃ 33~32 ℃
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
温
32~30 ℃ 31~29 ℃
3-6met 的(较大)运动量时感觉舒适 坐着时有不愉快的冷感
度 25℃ (局部) 20 ℃(手)
有正常排汗时 E课di资f =参0类.06 (Emax – Ersw)
23
人体的潜热散热量：呼 吸蒸发
显热散热量 Cres = 0.0014 M (34 ta ) W/m2
潜热散热量 Eres = 0.0173 M (5.867 Pa ) W/m2
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24
人体的辐射散热
人体与外界的辐射换热方程
皮肤丧失感觉 非常不快的冷感觉
15 ℃(手)
极端不快的冷感觉
5 ℃(手)
伴随疼感的冷感觉
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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
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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
课资参类
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
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12
服装的热阻Icl
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
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
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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 v =3.6 m/s 1.5 v =2.5 m/s
1
步行6.4km / h
tr
j1 k
Fnj
j1
Tr Tg 2.44 v (Tg Ta )
操作温度：反映了环境空气温度ta和平均辐 射温度 tr 的综合作用
to
hr tr hr
hc ta hc
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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。
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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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。
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。
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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，
际 表 面 积 Acl和 人 体 裸 身 表面积AD 之比。有实验 数据。
表达式：fcl = Acl / AD
与服装热阻的近似关系
fcl = 1.0 + 0.3 Icl
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18
人体的能量代谢率
影响因素多：
肌肉活动强度：绝对的影响 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
k
k
tr
(Fnj tnj ) / Fnj
j 1
j1
=
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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
皮肤蒸发
体表全部被汗湿润：
Emax
(Psk Pa ) Ie,cl 1 /( fclhe )
Esk= Ersw + Edif = wEmax
接近热舒适条件下的出汗潜热散热量
Ersw = 0.42 ( M – W – 58.2 ) 皮肤湿润度 w = Esk/Emax 皮肤湿扩散散热量
没有排汗时 Edif = 0.06 Emax
R fcl feff (Tc4l Tr4 )
0.8 0.4 0.7
0.78 0.72 0.7
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25
人体散热、散湿量的 影响因素
全热：主要决定于肌肉活动强度，受其它 因素影响在应用上可以忽略。
显热：决定于温度，随温度上升而减少。
潜热(散湿)：决定于温度，随温度上升而增 加。
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出汗
御寒调节方式
血管收缩，减少血流，降低表皮温度
通过冷颤增加代谢率
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33
人体的体温调节系统
下丘脑前后部是相互制约起作用的，需要 同时利用核心温度和皮肤温度信号来决定调 节方式。
核心温度
>37.1℃ >37.1℃
高 <37℃ <37℃
皮肤温度 升高 降低 降低 升高 降低
调节行为 增加出汗 抑制冷颤 抑制出汗 抑制出汗 增加冷颤
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4
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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
我国正常成年人的体温(℃)
平均量
变动范围
腋温
36.8
36.0~37.4
口温
37.2
36.7~37.7
肛温
37.5
36.9~37.9
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5
人 体 外
皮肤温度
45 ℃ 以上 43~ 41 ℃ 41~39 ℃ 39~37 ℃ 37~35 ℃
冷
皮肤 (接收机构)
执行机构 课资参类
30
冷、热感受器
冷、热感受器存在于：
外周温度感受器
皮肤
粘膜
内脏
中枢性温度敏感神经元
脊髓
延髓
脑干网状结构
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31
冷、热感受器的位置
课资参类
32
人体的体温调节系统
下丘脑具有调节代谢、体温和内分泌 功能，前部主要促进散热来降温，后 部促进产热抵御寒冷。
散热调节方式
血管扩张，增加血流，提高表皮温度
明显多于热点
为什么人对冷更敏感？
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29
人体各部位冷点和热点 分布密度(个/cm2)
部位
冷点
热点
部位
冷点
热点
前额
5.5-8.0
手背
7.4
0.5
鼻子
8.0
1.0
手掌
1.0-5.0
0.4
嘴唇
16.0-19.0
手指背
7.0-9.0
1.7
脸部其他部位 8.5-9.0
1.7
手指肚
2.0-4.0
1.6
胸部
BMR变化范围：10~15 ％。超过20％为病态。
课资参类
6~10%
20
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5 met 以 下
课资参类
21
人体是高效的能量转化 系统吗？否！
机械效率
＝W/M
大部分室内劳动 机械效率近似0
课资参类
22
人体的潜热散热量：
Icl (clo)
0.36
长裤，短袖衬衫
0.57
长裤，长袖衬衫
0.61
长裤，长袖衬衫加短外衣 0.96
厚大衣，长袖衬衫，保暖内
衣，长内裤
1.34
厚三件套西衣服, 长内衣裤 1.5
厚毛衣
0.37
厚长大衣
0.63
厚裤子
0.32
工作服
0.2
夹克
0.课4 资参类
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
白质代谢率高，糖和脂肪类代谢率低。
代谢率单位 met：1 met = 58.2 W/m2，即成年 男子静坐时的代谢率。
课资参类
19
基础代谢率：参照基础
基础代谢率(BMR ， Basal Metabolic Rate) : 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。 46 met。
又增加了潜热换热，故总传热系数增加：
1 clo 干燥服装被汗湿润后的热阻
活动强度
静坐
坐姿售货
站立售货
站立但偶 尔走动
服装热阻(clo) 0.6 0.4
0.5
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
课资参类
17
服装的表面积
服装的面积系数 fcl
定义：人体着装后的实
v =7.1 m/s
v =5.1 m/s
0.5
v =3.6 m/s
v =2.5 m/s
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(clo)
0
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
环境温课度资(℃参) 类
15
服装的透湿性
26
活动强度 静坐
极轻劳动 轻度劳动 中等劳动 重度劳动
散热散湿
显热(W) 潜热(W) 散湿(g/h) 显热(W) 潜热(W) 散湿(g/h) 显热(W) 潜热(W) 散湿(g/h) 显热(W) 潜热(W) 散湿(g/h) 显热(W) 潜热(W) 散湿(g/h)
环 境 温 度 (℃) 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 84 81 78 74 71 67 63 58 53 48 43 26 27 30 34 37 41 45 50 55 60 65 38 40 45 50 56 61 68 75 82 90 97 90 85 79 75 70 65 61 57 51 45 41 47 51 56 59 64 69 73 77 83 89 93 69 76 83 89 96 102 109 115 123 132 139 93 87 81 76 70 64 58 51 47 40 35 90 94 100 106 112 117 123 130 135 142 147 134 140 150 158 167 175 184 194 203 212 220 117 112 104 97 88 83 74 67 61 52 45 118 123 131 138 147 152 161 168 174 183 190 175 184 196 207 219 227 240 250 260 273 283 169 163 157 151 145 140 134 128 122 116 110 238 244 250 256 262 267 273 279 285 291 297
第四章
人体对热湿 环境的反应
课资参类
1
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。
课资参类
2
人体的热平衡
热平衡方程 M W C R E S = 0