室外环境热舒适性研究

1.1热环境发展史 1.1热环境发展史
• 自1818年，L．Howard出版了关于伦敦城 市温度场的《伦敦气候》一书后，对城市 热环境的研究已经有190年的历史．自此英、 法、美、日、德以及中国等许多国家关于 这方面的研究大致可分为城市大气候研究 和城市微热气候研究两大类．
1.1.1城市大气候研究 • 在城市热环境研究的初期，研究工作仅仅是以特定 的城市和代表性的观测点为对象，且往往仅研究热 环境的某一因素，结果一般是城市温度的逐月、逐 季或逐年的平均值或累计值，此时的研究在观测范 围上受到限制并且是静态的观测，没有从建筑学的 角度讨论城市气候．奥地利人施密特于1927年首创 利用汽车装备气象观测仪器进行流动观测， 并与 几个固定观测点记录数据进行对比研究，绘制了同 一时刻的气象要素等值线图。利用这个方法可在短 时间内收集到很多点的资料，开创了热环境研究的 第二阶段。该阶段城市热环境研究的主要特点是观 测方法的改变，开始进行城市温度场的动态测量， 但研究仅仅以单一气候指标和观测数据为主，并没 有把城市规划设计与城市热环境结合起来综合研究。
• 城市热环境的研究可概括为：城市大气候研究和城市微热 气候研究两大类。其中城市大气候研究经过热环境静态观 测、动态测量和城市热环境研究三个发展阶段，城市微热 气候研究又分为实测研究和数值模拟。 • 目前国际上公认的评价和预测热舒适的标准是IS07730和 ASHRAE55．1992。 • 人体热舒适性的评价指标又可分为宏观评价(气候舒适度、 城镇热舒适度)和微观评价(有效温度和标准有效温度、湿 黑球温度指标WBGT、热舒适方程、PMV—PPD指标、不舒适 指标DISC)，但是这些指标在评价外部空间舒适性方面还 是存在一定的缺陷． • 以前的舒适性研究多是针对室内开展建立在稳态分析的基 础上，而关于户外非稳态环境下的人体热舒适性研究则相 对较少．但是实际生活中，人们所处的是一个非稳态环境， 实际生活中， 实际生活中 人们所处的是一个非稳态环境， 各参数对人体舒适性的影响是动态变化的， 各参数对人体舒适性的影响是动态变化的，由此可见研究 非稳态环境下的人体舒适性问题更具现实意义． 非稳态环境下的人体舒适性问题更具现实意义．
4.总结
参考文献
• 【l】赵景昭．住宅设计50年二一北京市建筑设计研究院住宅作品 选．中国建筑工业出版社，1999 • 【2】柳孝图．城市物理环境与可持续发展．第l版．南京：东南大学 出版社，1999：12 • 【3】杨 嘉,吴祥生.人体热舒适的模糊综合评判[J].重庆大学学 报,2002(8):36-37. • 【4】刘加平.建筑物理[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.12. • 【5】郑明坤．城市大型广场夏季热环境考察研究．城市环境与城市 生态，1995，8(2)：314．321
• 1984年国际标准组织ISO提出了热环境评 价与测试的新标准化方法，即用PMV-PPD 指标来描述和评价热环境，该指标综合考 虑了人体的活动情况、衣着情况、空气温 度、湿度、流速和平均热辐射温度六个因 素。 • PMV(PredictedMeanVote)：预期平均评 价指标。 • PPD(Predicted Percentage of Dissatisfied)：表示对热环境不满意的百 分数。
1.1.2城市微热气候研究
• 城市微热气候研究主要是针对城市内不同性质下垫面进行 对比分析，研究地表和城市覆盖层内的温度、湿度、风速、 辐射的分布和变化，分析其时空分布规律及其形成机制， 了解其对人体热感觉的影响，从而采取措施改善城市的微 热气候以利于人类的生存． • 研究基本上都是采用实测的研究方法，这可以对实测区域 的热环境质量给出一种可靠的评价，所得结论为进一步分 析研究奠定了基础；但是影响城市局部热环境的因素很复 杂，除了气候因素以外，还受到建筑物以及城市规划等因 素的影响；此外，人的热反应还受到个人着装、行为活动 甚至心理因素等的影响。
• 图1．1是PMV与PPD之间 的关系曲线．由图可见， 当PMV=0时，PPD为5 ％．即意味着在室内热环 境处于最佳热舒适状态时， 仍然有5％的人感到不满 意．因此IS07730对 PMV—PPD指标的推荐值 在0．5～+o．5之间，相 当于人群中允许有10％的 人感觉不满意．
• (5)不舒适指标DISC • 在大多数实际环境条件下，即使对某一个人来说也并非尽 善尽美，对于实际衣着及活动条件，该环境可能属于某种 程度的过热或过冷．如果涉及的人数众多，则由于舒适感 因人而异，任何条件也难以同时满足每一个 • 此项指标的优点在于：第一、适用的条件范围很广泛而不 仅适用于一般的“室内”条件；第二、DISC指标可表述 对于不舒服程度的评价，因而可在冷条件与热条件间找到 与一般反应相当的值。DISC指标中，在．0．5一+o．5 之间的区域表示80％的人能感到满意；在-1．0一+1．0 之间，为70％的人可接受的舒适条件范围。
• (4)预测平均投票数和预测不满意百分数 • 预测平均投票数PMV(Predicted Mean Vote)就 是引入反映人体热平衡的偏离程度 的人体热负荷 而得出的，其理论依据是当人体处于稳态的热环 境下，人体的热负荷大，人体偏离热舒适的状态 就越远．即人体热负荷正值越大，人就觉得越热， 负值越大，人就觉得越冷 • 1984年国际标准化组织提出了室内热环境评价与 测量的新标准化方法IS07730．IS07730标准中 就采用PMV—PPD指标来描述和评价热环境
3.评价指标
• 人体热舒适性受多种因素的多方面影响，因此研 究多个因素的综合作用具有非常重要的意义．综 综 合环境指标通常是把两个或更多的参数合成一个 变量， 变量，从而将多种影响因素的作用效果汇总为单 一因素作用，从而简化分析过程，如将空气温度 一因素作用 Ta、平均辐射温度Tr、相对湿度RH和空气流速V、 皮肤温度Tsk、新陈代谢量M等若干变量综合成统 一的PMV指标，将人体的生理、心理、行为等不确 定因素综合成量化形式上的TSV投票等．指标的建 立作用在于形成统一的规范来引导人们对热舒适 性的判断，同时根据指标规定出的范围帮助人们 营造出一个更为舒适的建筑环境．
环境与人体热舒适的研究飞速发展
• 1919年，美国采暖制冷及空气调节工程师协会(ASHRAE)为了制定 工业发展急需的有关热舒适标准，特别是有关空气温度和湿度的相互 作用对人体热舒适的影响，进行大量的试验调查研究． • 1923年Houghton和Yaglou确定了关于温度、湿度两个变量的裸体 男子的等舒适线，由此创立了对热环境研究具有深远影响的有效温度 指标ET • 1924．1925年Houghton、Yaglou和米勒又进一步研究了关于空气 流速与衣着影响的实验。 • 1932年Vernon和Wamer使用黑球温度代替干球温度对热辐射进行 了修正，产生了修正有效温度指标CET • 60年代，美国堪萨斯州立大学、丹麦哥本哈根工业大学相继建立了人 体热感觉专用实验室，开始研究空气温度对热舒适的影响，以及周围 物体温度、相对湿度和空气流动情况等因素对人体热舒适的影响。 • 1962年，Macpherson定义了影响热舒适感觉的六个因素：空气温 度、流动速度、湿度、平均辐射温度、新陈代谢率和衣服热阻。在此 基础上，Fanger通过可控环境小室和稳态热交换模型研究，建立了 热舒适方程。
• (3)热舒适方程 • 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，它的前提条件是，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。 • 热舒适感的满足通常是建立在人体能量平衡的基 础上的，而空气湿度，相对湿度、风速、平均辐 射温度、服装热阻及活动量六个因素正是通过影 响热体的热平衡过程来影响人体的热感觉，但是 要得到一个始终的热平衡环境，并非各因素都需 要固定在一个值上，而是可以通过不同参数的组 合得到效果相同的热平衡方程，从而达到人体热 舒适平衡。
3.1宏观评价
• (1)气候舒适度：作为对人体生理的舒适度表征， 气候舒适度在气象预报上运用广泛。它主要考虑 了三个影响人体舒适度的气象因素，即：温度， 湿度、风速． • (2)城镇热舒适度：根据多年的气象资料以及城市 发展资料，选取大气因子、非大气因子、人类活 动因子共二十项，得出城镇热舒适度预报方程， 选择平均气温、平均相对湿度、平均风速、日照 时数、雾日等作为评估热环境舒适度的因素，这 种方法是把整个城市与人类活动以及城市宏观气 候作为一个统一整体，对整个城市进行热舒适性 预报；
• (2)湿黑球温度指标WBGT • WBGT(Wet．BulbGlobeTemperature)适用于 室外炎热环境，考虑了室外炎 热条件下太阳辐射的影 响．WBGT是一个与影响人体 环境热应力的所有因素都有关 的函数，因为黑球温度与空气 温度、平均辐射温度及空气运 动有关，而自然湿球温度则与 空气湿度、空气运动、辐射温 度和空气温度有关。目前在评 价户外作业热环境时应用广泛。 其标准定义式为：
ຫໍສະໝຸດ Baidu
3.2微观评价 • (1)有效温度和标准有效温度：有效温度 ET(EffectiveTemperature)定义是：“干球温度、湿度、 空气流速对人体温暖感或冷感影响的综合数值，该数值等 效于产生相同感觉的静止饱和空气的温度．” • 综合考虑了不同的活动水平和服装热阻的影响，提出了众 所周知的标准有效温度指标 SET(StandardEffectiveTemperature)：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，则 必将具有相同的热损失，则该温度就是上述实际环境的标 准有效温度SET．
城市室外环境热舒适性研究 发展及评价标准
李飛 201107114
1.热环境 1.热环境
• 热环境指由太阳辐射、气温、周围 物体表面温度、相对湿度与气流速 度等物理因素组成的作用于人，影 响人的冷热感和健康的环境。
• 人的生活和工作大部分时间都在室内，室内环境 与人体关系密切。室内环境的热特性是室外气候 与内部热源通过建筑围护结构进行热交换与热平 衡的结果，体现为气温、平均辐射温度、相对湿 度、气流速度等四个主要物理因素数值的变化。 人体与环境的热交换除环境的物理因素外还与人 的衣着和人体的活动量有关。 • 室外环境与人体关系同样不可忽视。室外热环境 是指作用在建筑外围护结构上的一切热物理量的 总称。建筑外围护结构的功能之一在于抵抗或利 用室外热湿作用,以便在室内产生易于控制的舒适 热环境。
2.热舒适
• 1733年，阿巴斯诺特指出空气流动具有降温效 果；1824年,特雷德戈尔德提出关于热辐射问题： 当受辐射源影响时，为保持人体舒适，则需要较 低的温度； • 1913年，希尔提出头宜凉、脚宜热、相对湿度 要适中的人体舒适度标准． • 这段时期，作为建筑科学领域中最早研究的课题 之一的热舒适问题开始缓慢发展，而且只在于人 体热舒适生理学方面的研究．
• 城市热环境研究的第三个阶段始于20世纪50年代 • 1951年A．Soundborg首先用统计模型对城市温度 场进行分析，给出了系列经验公式. • 1969年，L．O．Myrup提出了城市热岛的数值模型。 M．H．Halstead对城市气候进行模拟分析 EM．Vukovick从理论上分析了大气稳定性和平均 风速对城市热岛环流的影响。K．Yoshio提出城市 大气环流的动力学统计模型并对结果进行数值模 拟． • 1971年，M．A．Atwater从理论上分析城市污染环 境下太阳辐射的收支平衡关系。D．1．Leahey将 城市混合边界层高度的预测模型用于纽约市的热 岛研究。 • 1977年，M．A．Atwater利用欧拉静力学模型研究 城市化对热气候的影响。
建筑热环境的研究 • 在城市热环境研究的第三阶段才真正开始了建筑 热环境的研究： • 对热岛观测已扩大到三维； • 利用计算机进行数值模拟和数学建模分析；风洞 试验被用于参数分析和模拟比较； • 对热岛与城市规模、建筑密度、人口、下垫面粗 糙度、街道设计、视野开阔度因子作了相关性讨 论。 • 第三阶段是以新方法和新技术的运用为前提，最 为重要的特点是将城市热环境研究与城市布局和 城市设计相联