室内热环境与人体热舒适.pptx
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1、研究背景人们有超过90的时间是在室内度过的室内环境比室外还要重要研究背景 空调系统极大地改善了人们的生活、工作和居住条件。但很多建筑物由于本身结构设计不合理而业主往往只重视短期内的空调系统的性能标准和投资费用,且物业设施管理人员也往往只考虑设备完好和运转正常,都忽视了室内空气品质、通风、湿度及温度等室内环境因素对人员的身心健康及生产率的影响。研究背景 世界卫生组织(WHO)曾警告,随着发展中国家经济的发展,摩天高楼的建造与空调设备的普遍应用,增加了某些疾病的传播机会,必须引起严重的关注。根据调查,由于建筑物及其内部设备造成的对人体健康的危害或疾病,种类达几十种。空调环境引起的人体三大类疾病急性
2、传急性传染病染病过敏性过敏性疾病疾病病态建筑病态建筑综合症综合症如如如如 SARSSARS过敏性过敏性过敏性过敏性肺炎等肺炎等肺炎等肺炎等头痛、恶头痛、恶头痛、恶头痛、恶 心、心、心、心、疲乏、失眠、疲乏、失眠、疲乏、失眠、疲乏、失眠、记忆力衰退记忆力衰退记忆力衰退记忆力衰退室内环境的基本要求就是保证人体的健康与舒适。而热湿环境是建筑环境中最重要的部分。因此,对热湿环境的了解和研究是营造健康、舒适的室内环境的基础。室内热湿环境的形成影响室内热环境的物理因素1.室外气象条件2.空调方式3.室内发热/发湿/尘内扰(照明、设备、人体、内扰(照明、设备、人体、散湿)散湿)内扰作用方式内扰作用方式 外扰
3、外扰外扰外扰 对流对流 辐射辐射 蒸发蒸发室内湿环境的影响因素室内湿源包括:室内湿源包括:人员、水面人员、水面产湿设备产湿设备 散湿形式:直接进散湿形式:直接进 入空气入空气热湿环境的主要参数 描述室内热湿环境的主要参数:空气温度、湿度、空气流速、平均辐射温度 和黑球温度Tg、操作温度等。平均辐射温度 一个假想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。=黑球温度黑球温度TgTg:黑球温度是将温度计,黑球温度是将温度计,放在直径为放在直径为150mm150mm黑色空心球中心测出的反黑色空心球中心测出的反映热辐射影响的温度映热辐射影响的温
4、度。操作温度:反映了环境空气温度和平均辐射操作温度:反映了环境空气温度和平均辐射 温度的综合作用温度的综合作用人体对热湿环境的反应 人体的基本生理要 求:维持体温基本 恒定人体与外界的热交换 对流散热对流散热对流散热对流散热 辐射散热辐射散热辐射散热辐射散热 皮肤散湿皮肤散湿皮肤散湿皮肤散湿 出汗蒸发出汗蒸发出汗蒸发出汗蒸发 皮肤湿扩散皮肤湿扩散皮肤湿扩散皮肤湿扩散 呼吸散湿呼吸散湿呼吸散湿呼吸散湿人体的热平衡 热平衡方程热平衡方程M M W W C C R R E E S=0S=0人体体温的生理特征人体体温特征人体的温度感受系统 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”人
5、体各部位的冷点数目明显多于热点,人体对冷对热更敏感。人体冷热感受器的位置人体冷热感受系统热感觉借助心理学的研究方法,我们把人体对热环境“冷”、“热”的主观心理描述定义为热感觉。55变热变热变热变热感觉热感觉热感觉热感觉热 感觉冷感觉冷感觉冷感觉冷热感觉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。当人体感觉不冷不热时,这种状态被定义为“热中性”。热感觉的测量对热感觉的测量采用问卷调查的方式Bedford和和ASHRAE的七点标度的七点标度贝氏标度贝氏标度ASHRAE热感觉标度热感觉标度7过分暖和过分暖和7热热6太暖和太暖
6、和6暖暖5令人舒适的暖和令人舒适的暖和5稍暖稍暖4舒适舒适(不冷不热)(不冷不热)4正常正常3令人舒适的凉快令人舒适的凉快3稍凉稍凉2太凉快太凉快2凉凉1过分凉快过分凉快1冷冷 什么是热舒适呢?ASHRAE Standard 55-1992 中将热舒适定义为:“人们对热环境表示满意的意识状态。而一些学者将热舒适定义为:一种对环境既不感到热也不感到冷的舒适状态,即人们在这种状态下会有“中性”的热感觉。热舒适的研究涉及建筑热物理、人体热调节机理的生理学和人的心理学等学科。热感觉与热舒适观点:舒适中性?热舒适与热中性的背离体温过低体温过低体温过低体温过低体温过高体温过高体温过高体温过高体温正常体温正
7、常体温正常体温正常可见:舒适中性舒适产生于不适的消除过程中。舒适产生于不适的消除过程中。“舒适舒适”比比“中性中性”更主观。更主观。Cool&Cool&Comfort!Comfort!影响热舒适的因素有哪些呢?二十世纪 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、空气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、湿度、流动速度、平均辐射温度、新陈代谢率和衣服热阻热环境怎么影响热舒适呢?热环境空气温度:影响人体与外界对流换热 即
8、使受试者处于热中性状态,热环境中的垂直温差仍然使人感到不舒适。热环境怎么影响热舒适呢?热环境表面温度:影响人体与外界辐射换热热环境空气湿度:影响人体与外界对流质交换 高温环境:增加热感 低温环境:增加冷感风速:影响人体与外界的对流热交换和对流质交换 吹风感:Draught,冷感和对皮肤的压力冲击。影响热舒适的非热环境因素服装热阻服装热阻:服装的作用是保温和阻碍湿扩散,因此 服装影响人体与外界所有的换热形式。不同的服装,其热阻也不同。其中1clo=0.155 m2K/W舒适服装热阻与环境温度、相对风速、活动强度的关系影响热舒适的非热环境因素人体的能量代谢率 人体的能量代谢率直接影响人体与周围环境
9、的热交换。人体的能量代谢率受多种因素的影响,如肌肉活动强度、环境温度高低、神经紧张强度、性别和年龄等。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 以下代谢率单位代谢率单位 metmet:1 met=58.2 W/m21 met=58.2 W/m2怎么描述人体热舒适么呢?在这六个因素的基础上,通过可控环境小室和稳态热交换模型研究,Fanger 教授建立了热舒适方程人体产热人体对外的机械工辐射散热呼吸,蒸发散热对流散热人体蓄热 将各散热量的公式带入方程,可得如下方程,即人体蓄热量S取决于6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
10、)的定量描述:热舒适指标并在搜集了 1396 名美国与丹麦受测对象的热感觉表决票的基础上,Fanger提出了一个较为客观的度量热感觉的尺度指标预期平均评价指标 PMV(Predicted Mean Vote),以反映对同一环境绝大多数人的冷热感觉。但由于人与人之间的生理、心理及行为特点的差别,即使在 PMV=0 处,即大多数人认为室内环境为最佳热舒适状态,仍会有少数人对该热环境不满意,故用 PPD(Predicted Percentage of Dissatisfied)指标来表示对热环境不满意的百分数。热舒适标准 根据Fanger 教授的热舒适理论,将PMV与PPD联系起来,形成热环境质量评
11、价体系。ISO7730推荐,当-0.5PMV0.5,PPD 10,即认为环境是舒适的。通过研究热环境下人体热舒适感,而得到当人体感到热舒适时,环境参数组合的最佳范围和允许范围(即室内温度、湿度、风速的舒适区域)。ASHRAE舒适区确定室内空调温度如:根据我国国家标准采暖通风与空气调节设计规范(GBJ1987)规定,对舒适性空调和采暖,室内计算参数如下:夏季:温度 2428;相对湿度 40%65%;风速不大于 0.3m/s 冬季:温度 1822;相对湿度 40%60%(采暖 不要求);风速不大于0.2m/s。(参考欧美热舒适区而设定的)热舒适与建筑节能 建筑热环境温度标准的高低,对能耗和投资都有
12、显著影响,在相同的技术水平下,室温夏季每升高1,冬季每降低1,投资,冷负荷以及能耗可降低10左右。因此,找符合我国实际的,既能保障人体热舒适又能达到节能效果的热环境温度标准是当前热舒适和节能研究的重点。其它描述热反应的评价指标1、有效温度ET 这是一个将干球温度、湿度、空气流速对人体温暖感或冷感的影响综合成一个单一数值的任意指标。它在数值上等于产生相同感觉的静止饱和空气的温度有效温度其它描述热反应的评价指标2、新有效温度ET*(Gagge)其它描述热反应的评价指标3、标准有效温度SET*特点:综合考虑了不同的活动水平和衣服热阻定义:某个空气温度等于平均辐射温度的等温环境中的温度,其相对湿度为5
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