第四章第23456節(jié)課件

第四章第二節(jié)人體對穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境的反應(yīng)描述熱舒適方程

預測平均評價PMV和預測不滿意百分比PPD

有效溫度ET與ASHRAE舒適區(qū)第三節(jié)熱舒適方程的提出為推出綜合舒適指標，F(xiàn)anger于1982年提出了描述人體在穩(wěn)態(tài)條件下能量平衡的熱舒適方程。前提條件：第一，人體必須處于熱平衡狀態(tài)；第二，皮膚平均溫度應(yīng)具有與舒適相適應(yīng)的水平；第三，為了舒適，人體應(yīng)具有最佳的排汗率。穩(wěn)態(tài)條件下的熱舒適方程人體熱平衡方程：M－W－C－R－E＝S當人體蓄熱率S＝0時，熱舒適方程：

M－W－C－R－E＝0

（4-40）人體外表面向周圍空氣的對流散熱量C

C＝fcl

hc（tcl－ta）（4-41）hc——對流換熱系數(shù)，W／(m2?K)；tcl——衣服外表面溫度，℃。tcl＝tsk－Icl（R＋C）tsk——人體接近舒適條件下的平均皮膚溫度，℃；

tsk＝35.7-0.0275（M-W）（4-26）ta——人體周圍空氣溫度，℃；Icl——服裝熱阻，m2?K／W。人體外表面向環(huán)境的輻射散熱量Rε——為人體表面的發(fā)射率，對于灰體等于吸收率；σ——斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)6.67×10-8(W／m2?K4)；feff——人體姿態(tài)影響有效表面積的修正系數(shù)；fcl

——服裝面積系數(shù)；Tcl

——人體表面的溫度，K；Tr

——環(huán)境的平均輻射溫度，K。若ε=0.97，feff=0.72：人體總蒸發(fā)散熱量E

E＝Cres＋Eres＋Edif＋Ersw

（4-43）Cres——呼吸時的顯熱損失，W／m2；

Cres＝0.0014M（34-ta）（4-29）Eres——呼吸時的潛熱損失，W／m2；

Eres＝0.0173M（5.867－Pa）（4-30）Edif——皮膚擴散蒸發(fā)損失（無感覺體液滲透），W／m2；這里把服裝潛熱熱阻簡化為一個適用于一般室內(nèi)環(huán)境的定值，忽略正常排汗對皮膚擴散量的影響，有：

Edif＝3.05（0.254tsk－3.335－Pa）（4-44）Ersw——人體在接近舒適條件下的皮膚表面出汗造成的潛熱損失，W/m2。

Ersw＝0.42（M-W-58.2）（4-27）整理熱舒適方程M－W－C－R－E＝0

（M－W）＝

fclhc(tcl－ta)

＋ ＋3.05[5.733－0.007(M－W)－Pa]

＋0.42（M－W－58.2） ＋1.73×10-2M（5.867－Pa） ＋0.0014M（34－ta）（4-45）CRCresErswEresEdifEEMWfclhctcltaPaM、W、ta

、Pa

、、fcl、tcl、hc影響人體熱舒適的變量 ——影響人體熱舒適的六個變量 熱舒適方程反映了人體處于熱平衡狀態(tài)時，這六個變量之間的定量關(guān)系。υaIcl、預測平均評價PMV

——PredictedMeanVote人體熱負荷TL定義:為人體產(chǎn)熱量與假定人體保持舒適條件下的平均皮膚溫度tsk和出汗造成的潛熱散熱Ersw時向外界散出的熱量之間的差值。TL=M-W-C-R-E =M-W-C-R-Edif-Ersw-Cres-Eres反映了人體對熱平衡的偏離程度。Fanger收集了受試者的冷熱感覺資料，得出：

PMV＝[0.303exp（-0.036M）＋0.0275]

TL

（4-46）PMV指標PMV指標同樣采用了7級分度。PMV指標代表了同一環(huán)境下絕大多數(shù)人的感覺；PMV指標并不一定能夠代表所有個人的感覺。因為人與人之間存在生理差別。熱感覺熱暖微暖適中微涼涼冷PMV值＋3＋2＋10－1－2－3預測不滿意百分比PPD

——PredictedPercentDissatisfiedPPD指標來表示人群對熱環(huán)境不滿意的百分數(shù)；PMV與PPD之間的定量關(guān)系：

PPD＝100－95exp[－(0.03353PMV4＋0.2179PMV2)]

——當PMV＝0時，PPD為5%，即意味著在室內(nèi)熱環(huán)境處于最佳的熱舒適狀態(tài)時，仍然有5%的人感到不滿意。

PMV＝－0.5～＋0.5

PPD≤10%有效溫度ET

——EffectiveTemperature定義：“ET是一個將干球溫度、濕度、空氣流速對人體溫暖感或冷感的影響綜合成一個單一數(shù)值的任意指標。它在數(shù)值上等于產(chǎn)生相同感覺的靜止飽和空氣的溫度。”條件：在實際環(huán)境和飽和空氣環(huán)境中衣著和活動強度相同，且。通過實驗獲得相同ET的點→等舒適線系→濕空氣焓濕圖/諾模圖

有效溫度ET*ET缺陷：過高估計了在低溫下，濕度對涼爽和舒適狀態(tài)的影響。Gagge等1971，皮膚濕潤度→ET*適用于穿標準服裝和坐著工作的人的舒適指標熱舒適實驗：0.6clo服裝、靜坐、0.15m/s——ET*只適用于著裝輕薄、活動量小、風速低的環(huán)境。50%t→ET*實際環(huán)境相同冷熱感標準有效溫度SET*ET*基礎(chǔ)上→不同的活動水平和衣服熱阻→→最通用的指標——標準有效溫度SET*包含平均皮膚溫度和皮膚濕潤度，以確定某個人的熱狀態(tài)定義：身著標準熱阻服裝的人，在相對濕度為50%，空氣靜止不動，空氣溫度等于平均輻射溫度的等溫環(huán)境下，若與他在實際環(huán)境和實際服裝熱阻條件下的平均皮膚溫度和皮膚濕潤度相同時，則必將具有相同的熱損失，則該溫度就是上述實際環(huán)境的SET*。50%V=0ta→SET*實際環(huán)境相同平均皮膚溫度皮膚濕潤度↓相同熱損失SET*定義式

Qsk——皮膚的總散熱量；

PSET——SET*下的飽和水蒸汽分壓力，kPa；

h'cSET——標準環(huán)境中考慮了服裝熱阻的綜合對流換熱系數(shù)，W/(m2·℃）；

h'eSET——標準環(huán)境中考慮了服裝的潛熱熱阻的綜合對流質(zhì)交換系數(shù)，W/(m2·kPa）。舒適區(qū)對于坐著工作、穿輕薄服裝和較低空氣流速的標準狀況，SET*=ET*ASHRAE舒適區(qū)適用于服裝熱阻為0.8～1.0clo坐著但活動量稍大的人美國坎薩斯州立大學舒適區(qū)適用于服裝熱阻為0.6～0.8clo坐著的人重疊范圍是推薦的室內(nèi)設(shè)計條件，25℃等效溫度線正通過重疊區(qū)的中心。

SET*能表示各種衣著條件、活動強度和環(huán)境變量的情況。SET*值反映的是人體的感覺，與空氣的溫度無直接關(guān)系50%V小24℃穿輕薄服裝脫去衣服SET*=24℃SET*=20℃第四章第三節(jié)人體對動態(tài)熱環(huán)境的反應(yīng)動態(tài)環(huán)境在溫度不同的空間之間穿行動態(tài)風吹到人的身體上——使用搖頭電風扇變溫變風速的空調(diào)方式在非穩(wěn)態(tài)環(huán)境中人的熱感覺，與穩(wěn)態(tài)環(huán)境不同。熱感覺的適應(yīng)性核心溫度和皮膚溫度變化的不一致性對非穩(wěn)態(tài)溫度或風速環(huán)境中的人體熱反應(yīng)的研究：

一、人體對階躍溫度變化的反應(yīng)二、人體對變化風速的反應(yīng)三、過渡活動狀態(tài)的熱舒適指標RWI和HDR四、在自然通風環(huán)境中的人體熱舒適一、人體對階躍溫度變化的反應(yīng)Gagge等：溫度階躍變化，皮膚溫度和熱感覺的變化有一個過渡過程。熱慣性→皮膚溫度變化滯后；熱感覺的變化復雜。中性→冷或熱環(huán)境時：熱感覺變化滯后。冷或熱→中性環(huán)境時：熱感覺響應(yīng)較快，且出現(xiàn)熱感覺“超越”的情況——即皮膚溫度與熱感覺存在分離現(xiàn)象。瞬變狀況下，用空氣溫度來預測熱感覺比根據(jù)皮膚溫度和核心溫度來確定可能更為準確。導致“超越”現(xiàn)象的原因：Gagge：由于皮膚溫度急劇變化所致，即皮膚溫度的變化率產(chǎn)生了一種附加熱感覺，而這種熱感覺掩蓋了皮膚溫度本身引起的不舒適感。突變溫度環(huán)境中，對人體熱反應(yīng)的研究：（1）人體對環(huán)境突變的生理調(diào)節(jié)十分迅速，并不會對人體產(chǎn)生不良后果；（2）人體在環(huán)境溫度突變的生理調(diào)節(jié)周期中，皮膚溫度并不能獨立地作為熱感覺的評價尺度，因為此時人體正在與周圍熱環(huán)境之間發(fā)生激烈的熱交換。二、人體對變化風速的反應(yīng)

動態(tài)風對人體的熱感覺的影響，研究并不多。

原因之一是：穩(wěn)態(tài)空調(diào)中，室溫較低，變高的風速可能引起吹風感而造成不適。動態(tài)與穩(wěn)態(tài)氣流的關(guān)系動態(tài)氣流中脈動頻率對人體熱感覺的影響動態(tài)氣流、穩(wěn)態(tài)氣流Konz等：對搖擺電風扇的接受優(yōu)于固定風扇“中性-熱”，動態(tài)風制冷作用明顯動態(tài)氣流中脈動頻率對人體熱感覺的影響Fanger：“冷-中性”，0.3～0.5Hz最易產(chǎn)生冷吹風感，造成不舒適。Arens：0.7～1.0Hz冷卻效果更好?！爸行?熱”，0.3～0.5Hz使人感到最涼爽。三、過渡活動狀態(tài)的熱舒適指標

人員在過渡區(qū)和長期滯留區(qū)的熱感覺是不同

相對熱指標RWI（RelativeWarmthIndex）——適用于較暖環(huán)境，是一個無量綱指標。熱損失率HDR（HeatDeficitRate）——適用于冷環(huán)境，反應(yīng)了人體所損失的熱量，W/m2?！绹\輸部為地鐵車站站臺、站廳和列車空調(diào)參數(shù)設(shè)計提出的考慮人體在過渡環(huán)境的熱舒適指標。未考慮受變溫刺激時熱感覺“滯后”和“超前”僅考慮過渡狀態(tài)人體的熱平衡相對熱指標RWI和熱損失率HDR（1）認為人在一種活動狀態(tài)過渡到另一種狀態(tài)時，要經(jīng)過6min的過程代謝率M才能達到最終活動狀態(tài)下的穩(wěn)定代謝率。在這個過渡過程中，代謝率與時間呈線性關(guān)系。（2）人的活動會導致出汗并濕潤服裝，同時人的活動擾動周圍氣流，導致服裝熱阻有所改變。認為一種活動狀態(tài)過渡到另一種活動狀態(tài)時，服裝熱阻要經(jīng)過6min達到新的穩(wěn)定值，其間服裝熱阻與時間呈線性關(guān)系。

RWI的分度與ASHRAE熱感覺標度之間的關(guān)系

熱感覺ASHRAE熱感覺標度相對熱指標RWI熱感覺ASHRAE熱感覺標度相對熱指標RWI暖20.25中性00.08稍暖10.15稍涼-10.00熱損失率HDR

(HeatDeficitRate)

冷環(huán)境表示平均皮膚溫度為舒適皮膚溫度下限時的凈熱損失速率綜合考慮了溫度、濕度、輻射、風速、人體代謝率、服裝等反應(yīng)了人體所損失的熱量，W/m2。若給定過渡空間的空氣參數(shù)、人員衣著以及活動狀態(tài)，計算出RWI和HDR值，就可了解人員進入過渡空間時比前個空間的相對熱感覺；可用于確定各功能空間的設(shè)計參數(shù)。四、在自然通風環(huán)境中的人體熱舒適環(huán)境越熱，人們實際熱感覺與PMV模型預測值的偏差就越大，出現(xiàn)“剪刀差”現(xiàn)象PMV模型預測值TSV實際熱感覺投票值3210-1期望因子適應(yīng)性模型期望因子Fanger:在非空調(diào)房間，提出引入一個值為0.5~1的心理期望因子ePMVe=e×PMV只考慮了心理的影響期望值建筑分級期望因子e高夏季炎熱時間較短地區(qū)0.9~1.0中夏季炎熱地區(qū)0.7~0.9低全年炎熱地區(qū)0.5~0.7適應(yīng)性模型Tcomf

=0.31Tout,m+17.8只考慮室外平均溫度第四章第四節(jié)其他熱濕環(huán)境的物理度量高溫環(huán)境——熱應(yīng)力指數(shù)HSI（HeatStressIndex）室外炎熱環(huán)境——濕黑球溫度WBGT（Wet-Bulb-GlodeTemperature）低溫環(huán)境——風冷卻指數(shù)WCI（WindChillIndex）熱應(yīng)力與熱過勞受環(huán)境影響區(qū)可調(diào)區(qū)一個具有潛在危險的、不舒適的熱環(huán)境會形成一個強烈刺激即熱應(yīng)力，使人體出現(xiàn)熱過勞當熱應(yīng)力超出了人體本身的調(diào)節(jié)能力時，就會出現(xiàn)危險的熱失調(diào)。熱濕環(huán)境的各種評價指標是旨在預測熱感覺或主觀熱舒適感

——不適應(yīng)于具有熱失調(diào)危險的環(huán)境中。疲勞極限熱應(yīng)力指數(shù)HSI——HeatStressIndexHSI把環(huán)境變量綜合成一個單一的指數(shù)，用于定量表示熱環(huán)境對人體的作用應(yīng)力。具有相同指數(shù)值的環(huán)境條件所產(chǎn)生的熱過勞均相同。不管溫濕度如何，若HSI相同，則產(chǎn)生相同的熱過勞HSI假定皮膚溫度恒定在35℃的基礎(chǔ)上，在蒸發(fā)熱調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)，認為所需要的排汗量為Ereq

等于代謝量減去對流和輻射散熱量，呼吸散熱不計：

HSI＝Ereq／Emax×100

（4-57）在概念上與皮膚濕潤度相同；規(guī)定Emax的上限值為390W/m2，相當于一個典型男子的排汗量為1L/h。熱應(yīng)力指數(shù)的意義HSI暴露8h的生理和健康情況的描述-20輕度冷過勞0沒有熱過勞10~30輕度至中度熱過勞。對體力工作幾乎沒有影響，但可能減低技術(shù)性工作的效率40~60嚴重的熱過勞，除非身體健壯，否則就免不了危及健康。需要適應(yīng)環(huán)境的能力70~90非常嚴重的熱過勞。必須經(jīng)體格檢查以挑選工作人員。應(yīng)保證攝人充分的水和鹽分100適應(yīng)環(huán)境的健康年輕人所能容忍的最大過勞大于100暴露時間受體內(nèi)溫度升高的限制濕黑球溫度WBGT（Wet-Bulb-GlodeTemperature）考慮了室外炎熱條件下太陽輻射的影響

——評價戶外作業(yè)熱環(huán)境當處在陰影下時：我國學者：

——與空氣溫度、平均輻射溫度、太陽輻射、相對濕度及空氣流速有關(guān)

——廣泛應(yīng)用于估算工業(yè)環(huán)境的熱應(yīng)力潛能ISO7243推薦的熱應(yīng)力指標WBGT閾值新陳代謝水平新陳代謝M（W/m2）WBGT閾值熱適應(yīng)好的人熱適應(yīng)差的人0M＜11733321117＜M＜23430292234＜M＜3602826能否感覺空氣流動（不能）（能）能否感覺空氣流動（不能）（能）3360＜M＜468252622234M＞46823251820人們在不同的新陳代謝率下有不同的WBGT安全極限值。著夏裝0.5clo，休閑狀態(tài)M＜117W/m2，則人體安全限值WBGT＜32~33℃。風冷卻指數(shù)WCI—WindChillIndex非常寒冷的氣候，影響人體熱損失的主要因素是空氣流速Va和空氣溫度ta

。把Va和ta綜合成一個單一的指數(shù)，稱為風冷卻指數(shù)WCI，來表示在皮膚溫度為33℃時某一皮膚表面的冷卻速率，即

WCI＝（4-61）

Va——風速(m/s)；

ta——環(huán)境空氣溫度(℃)；

WCI——單位為kcal/(m2·h)。風冷卻指數(shù)與人體的生理效應(yīng)適合于穿合適衣服的北極探險者，不能認為表中的“涼”與ASHRAE熱感覺標度中的“涼”是一致的風冷卻指數(shù)kcal／(m2·h)生理效應(yīng)風冷卻指數(shù)

kcal／(m2·h)生理效應(yīng)200愉快1200劇冷400涼1400肌肉凍僵800冷2500不能忍受1000很冷

第四章第五節(jié)熱環(huán)境與勞動效率勞