室内热环境与人体热舒适

第二章
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热感觉和热舒适投票
图中可见热感觉投票高于热舒适投票值，二者并不完全一致。
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1、预测平均热感觉指标PMV
PMV是80年代初得到国际标准化组织(ISO)承认的一种比较全面的 热舒适指标，丹麦房格尔（P.O.Fanger）综合了近千人在不同热
环境下的热感觉实验结果，并以人体热平衡方程为基础，认为人
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基础代谢率
基础代谢率（BMR, Basal Metabolic Rate） 未进早餐前，保持清醒 静卧半个小时，室温条件维持 在18~25℃之间测定的代谢率 ：46W/m2 BMR变化的范围：10~15% 超过20%为病态。
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肌肉活动与代谢率
特点：尽管人描述环境的冷热，实际上只能感觉到
自己皮肤下神经末梢的温度。所以，“冷” “热”与感 受者的身体状态有关，不是完全客观的。 “中性”的定义：不冷不热，人用于体温调节消耗的 能量最小。
度量：感觉不能用任何直接的方法测量。
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热感觉的影响因素
冷热刺激的存在 刺激的延续时间
辐射散热/总散热 呼吸及无感觉蒸发散 热/总散热
45~50%
25~30%
将前述各散热量计算式代入方程式，可以得到公式如下，即人体蓄热量S 取决于6个因素的定量描述：
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不同的人对舒适的差异
Fanger的调查实验结论
瞬感现象 衣着状况
人种：非洲人比北欧人喜欢热环境麽？
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平均辐射温度也可以可以用黑球温 度换算出来 黑球温度是将温度计放在直径为150 mm黑色空球中心测的反映热辐射影响的 温度。 平均辐射温度与黑球温度间可用贝尔 丁公式换算。
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室内热辐射的影响
平均辐射温度对室内热环境有很大影 响。
在炎热地区，夏季室内过热的原因 除了夏季气温高外，主要是外围护 结构内表面的热辐射，特别是由通 过窗户进入的日辐射所造成的。 在寒冷地区，如外围护结构内表面 的温度过低，将对人体产生“冷辐 射”，也严重的影响室内的热环境。
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
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不同活动的代谢率
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2、服装热阻 Ic1
人体衣着多少直接影响着人体热平衡或者人体蓄热的多少。
单位1clo为静坐、ta=21℃、V<0.05m/s、<50%时舒适所需衣服 热阻。1clo=0.155 m2K/W（衬衣+普通外套）
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PMV-PPD指标及其影响因素
PMV指标只代表了同一环境下绝大数 人的感觉，不能代表所有人的感觉。
PPD是通过概率分析确定某环境条件 下人群不满意的百分数。 即便到达PMV=0，仍有5%的人不满意。
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PMV-PPD指标及其影响因素
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水蒸气分压力
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6、室内风速
室内气流状态影响人的对流换热和蒸 发换热，页影响室内空气的更新。 人头顶上的自然对流速度是0.2m/s， 是人体对风速可以觉察的阀值，往往 用来确定是室内风速的设计标准。 在一般情况下，对人体舒适的气流速 度小于0.3m/s；但在夏季利用自然通 风的房间，由于室内气温较高，舒适 的气流速度也应较大。 当空气流速0.5m/s，实验研究表明， 只要把空气温度调到合适的温度（提 高空气的温度），就可以使空气的流 动几乎觉察不到。
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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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人体的热平衡
热平衡方程 皮肤表面积 M-W-C-R-E-S=0 AD=0.202mb0.425H0.725
S——人体蓄热率，W/m2 M——人体新陈代谢率，W/m2 W——人体所做的机械功，W/m2 R——着装人体外表面与环境的辐射换热量，W/m2 C——着装人体外表面与环境的对流换热量，W/m2 E——皮肤扩散蒸发、汗液蒸发及呼吸所造成的散热量，W/m2
及通风等因素构成的热平衡所决定，设计者的任务就在使实 际温度达到室内计算温度。
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5、室内空气湿度
室内空气湿度直接影响着人体的蒸发散热。 一般认为最适宜的相对湿度应为50~60%。在大多数情况下，即气温在 16~25℃时、相对湿度在30~70%范围内变化，对人体得热热感觉影响 不大。 如湿度过低（低于30%），则人会感到干燥、呼吸器官不适；湿度过 高则会影响正常的排汗，尤其在夏季高温时，如湿度过高（高于70%） 则汗液不易蒸发，最令人不舒适。
在舒服状态下应有的皮肤温度和排汗散热率分别与产热率之间存 在相应关系--------即在一定的活动状态下，只有一种皮肤温
度和排汗散热率是使人感到舒适的。
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预测平均热感觉指标（PMV）
综合考虑六个因素
ISO国际标准引用 热舒适测定仪 适用于适度热环境 丹麦—方格尔—热舒适
PMV 指标代表了同一环境下绝大多数人的热感觉, 但人与人之间
存在生理差别,PMV 指标并不一定能够代表所有人的感觉。因此 Fanger 又提出了预测不满意百分比PPD 指标来表示人群对热环 境不满意的百分数, 并用概率分析方法, 给出了PMV 与PPD 之间 的定量关系。Fanger教授根据pmv指标统计了大量的数据并制成 了表格，由这些数据推演出PPD指标，两者合称PMV-PDD评价指标。
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4、室内空气温度
室内气温：是表征室内热环境的主要参数。对于一般的民用 建筑，按房间的使用要求而对房间的温度有相应的规定：冬
季室内气温一般在16~22℃,夏季空调房间气温多规定为
24~28℃，并以此作为室内计算温度。
室内实际温度则有房间得热和失热、围护结构内表面的温度
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热平衡方程
M - W
R - E
C = S
人体蓄热率
人体能量 人体所做 人体与环境 人体蒸发 人体与环境 代谢率 机械功 辐射换热率 散热率 对流换热率
人体产热率
与活动强 度有关
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蓄热量不同时的生理现象
M - W
R - E
C = S
尽管人体温有波动，但热舒适感没有明显变化
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三、室内热环境评价指标
六 个 影 响 因 素
预测平均热感觉指标（PMV） 标准有效温度（SET） 湿黑球温度（WBGT）
热 感 觉
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热感觉
研究方法：心里物理学 定义：人对周围环境 “冷”“热” 的主观描述。
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PMV指标的7级分度
分度方法和TSV基本一致。 PMV指标只代表了同一环境下绝大数 人的感觉，不能代表所有人的感觉。
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PMV-PPD指标
PMV 热舒适模型是基于体温调节和热平衡理论得出的。根据 这些理论,人体通过生理过程, 如出汗、打冷颤和调节皮肤血 流量等,来保持新陈代谢产热量和身体失热量的平衡。
PMV=f（ta，，a，mrt，M，Icl）
环境参数 活动量 衣着
可以有多种不同的(ta，，a，mrt，M，Icl)组合达 到同样的感舒适
1.人体的新陈代谢
影响因素：
肌肉活动强度：绝对有影响 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，蛋白质 代谢率高，糖和脂肪类代谢率低。 代谢率单位met：1met=58.2W/m2，即成年男子静坐时 的代谢率。
人体原有的状态
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什么是热舒适？
观点一： 热舒适和热感觉是相同的，即热舒适=热感觉处于中性
观点二： 热舒适不同于热感觉，即热舒适是随着热不舒适的部分 消除而产生的。
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热舒适
当人获得一个快乐的刺激的 时是舒适的，但此时可能热 感觉是中性的或者是非中性 的。 同样的手温有时感到舒适有时 感到不舒适，说明了什么？ 稳态环境下,一般只涉及热感觉 指标，不涉及热舒适指标。 热舒适并不在稳态环境下存在， 只存在于某些动态过程中，并 不是持久的。
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姓名：朱尚斌 时间：2016 05 16
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2.1 室内热环境评价
2.1.1室内热环境评价指标
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一、室内热环境及热舒适与人体健康的影响因素
室内热环境是指影响人体冷热感觉的环境因素。这些因素主要包括室内空 气温度、空气湿度、气流速度以及人体与周围环境之间的辐射换热。 适宜的室内热环境是指室内空气温度、湿度、气流速度以及环境热辐射 适当，使人体易于保持热平衡从而感到舒适的室内环境条件。
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，故总的传热系数增加，总热阻下降
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服装的透湿性
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3、辐射散热量
对一般的民用建筑来说，室内热辐射主要是指房间周围墙壁、顶棚、地面、 窗玻璃对热体的热辐射作用，如果室内有火墙、壁炉、辐射采暖板之类的 装置，还必须考虑该部分的热辐射。 室内热辐射的强弱通常用“平均辐射温度”（mrt）代表，即室内对人体辐 射热交换有影响的各表面温度的平均值。
在与图中情况不同时（如活动量等），应对其参数进行修正。
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服装热阻
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人运动时由于人体与空气之间存在着相对流速，会降低 服装热阻。 椅子给人增加0.15clo以下热阻
Ic1=0.504Ic1+0.00281Vwalk-0.24
Ic1=0.748 Ach-0.1
热舒适是一样的，只是热带人对热环境 有较强的适应力，寒带人对冷环境有较强的 适应力。
个体差异
适应性 种族差异 年龄差异 恒定与变化
年龄：老人比年轻人更喜欢热环境么？
不是，只是老年人活动量小。
性别：女性比男性更喜欢热环境么？
不是，只是女性喜欢穿较轻薄的衣服。
季节和一天中的时间会影响热舒适感么？
人体的正常体温
人的正常体温 人的正常体温： 36.5℃
人的皮肤表面温度 为： 33.3℃
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人体的热平衡
人体的基本生理要求
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
S>0： 体温升高， 40℃时人出汗停止； 43.5℃时人死亡。 S<0: 体温降低，人体颤抖； 34℃，肌肉适应，停止颤抖； 28℃，呼吸停止，人死亡。
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热舒适方程 M - W R - E C = S
人体感到舒适的必要条件： S=0 人体感到舒适的充分条件： 人体按正常比例散热 人体正常的 对流散热/总散热 散热范围： 25~30%
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二、室内热环境及人与环境的热交换 环境温度在-20—+40℃，人体感到舒 适的温度在22-28℃之间，人体最舒适 范围是24-26℃之间。
人体体温范围
肝脏：最高，38℃ 皮肤：与外界环境有关 各部分温差不会太大 日夜有1℃以内的波动
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室内热环境与人体热舒适
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室内热环境与人体热舒适
影响室内人体热舒适的因素有6个： 空气温度：对流散热量 环境表面的温度：辐射散热量
水蒸气分压力（空气湿度）：蒸发散热量
• 闷热——湿冷 风速：对流散热量和蒸发散热量
• 凉风——热风
服装热阻：影响所有散热量 新陈代谢率：影响产热量
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室内热环境与人体热舒适