室內(nèi)熱環(huán)境與人體熱舒適課件

研究背景人們有超過90％的時間是在室內(nèi)度過的室內(nèi)環(huán)境比室外還要重要研究背景

空調(diào)系統(tǒng)極大地改善了人們的生活、工作和居住條件。但很多建筑物由于本身結構設計不合理而業(yè)主往往只重視短期內(nèi)的空調(diào)系統(tǒng)的性能標準和投資費用，且物業(yè)設施管理人員也往往只考慮設備完好和運轉(zhuǎn)正常，都忽視了室內(nèi)空氣品質(zhì)、通風、濕度及溫度等室內(nèi)環(huán)境因素對人員的身心健康及生產(chǎn)率的影響。研究背景

世界衛(wèi)生組織(WHO)曾警告，隨著發(fā)展中國家經(jīng)濟的發(fā)展，摩天高樓的建造與空調(diào)設備的普遍應用，增加了某些疾病的傳播機會，必須引起嚴重的關注。根據(jù)調(diào)查，由于建筑物及其內(nèi)部設備造成的對人體健康的危害或疾病，種類達幾十種。如SARS過敏性肺炎等頭痛、惡心、疲乏、失眠、記憶力衰退室內(nèi)環(huán)境的基本要求就是保證人體的健康與舒適。而熱濕環(huán)境是建筑環(huán)境中最重要的部分。因此，對熱濕環(huán)境的了解和研究是營造健康、舒適的室內(nèi)環(huán)境的基礎。室內(nèi)熱濕環(huán)境的形成影響室內(nèi)熱環(huán)境的物理因素1.室外氣象條件2.空調(diào)方式3.室內(nèi)發(fā)熱/發(fā)濕/塵－內(nèi)擾（照明、設備、人體、散濕）

內(nèi)擾作用方式

外擾

①對流

②輻射③蒸發(fā)外擾作用方式：

①熱交換：太陽輻射（透明、半透明體）熱傳導（維護結構/對流、輻射）②空氣交換：空氣滲透、空調(diào)送風

墻體表面接受外界的熱輻射室內(nèi)的熱量傳遞室內(nèi)濕環(huán)境的影響因素室內(nèi)濕源包括：人員、水面產(chǎn)濕設備散濕形式：直接進入空氣熱濕環(huán)境的主要參數(shù)

描述室內(nèi)熱濕環(huán)境的主要參數(shù)：空氣溫度、濕度、空氣流速、平均輻射溫度

和黑球溫度Tg

、操作溫度等。平均輻射溫度

一個假想的等溫圍合面的表面溫度，它與人體間的輻射熱交換量等于人體周圍實際的非等溫圍合面與人體間的輻射熱交換量。=

黑球溫度Tg：黑球溫度是將溫度計，放在直徑為150mm黑色空心球中心測出的反映熱輻射影響的溫度。

操作溫度：反映了環(huán)境空氣溫度和平均輻射

溫度的綜合作用人體對熱濕環(huán)境的反應

人體的基本生理要求：維持體溫基本恒定人體與外界的熱交換

對流散熱輻射散熱皮膚散濕出汗蒸發(fā)皮膚濕擴散呼吸散濕人體的熱平衡

熱平衡方程MWCR

ES=0人體體溫的生理特征人體體溫特征人體的溫度感受系統(tǒng)

人的皮膚上存在對冷敏感的區(qū)域“冷點”和對熱敏感的區(qū)域“熱點”

人體各部位的冷點數(shù)目明顯多于熱點，人體對冷對熱更敏感。人體冷熱感受器的位置人體冷熱感受系統(tǒng)熱感覺借助心理學的研究方法，我們把人體對熱環(huán)境“冷”、“熱”的主觀心理描述定義為熱感覺。5℃變熱感覺熱

感覺冷熱感覺盡管人描述環(huán)境的冷熱，實際上只能感覺到自己皮膚下神經(jīng)末梢的溫度。所以“冷”“熱”與感受者的身體狀態(tài)有關，不是完全客觀的。當人體感覺不冷不熱時，這種狀態(tài)被定義為“熱中性”。熱感覺的測量對熱感覺的測量采用問卷調(diào)查的方式Bedford和ASHRAE的七點標度貝氏標度ASHRAE熱感覺標度7過分暖和7熱6太暖和6暖5令人舒適的暖和5稍暖4舒適（不冷不熱）4正常3令人舒適的涼快3稍涼2太涼快2涼1過分涼快1冷

什么是熱舒適呢？ASHRAEStandard55-1992中將熱舒適定義為：“人們對熱環(huán)境表示滿意的意識狀態(tài)。而一些學者將熱舒適定義為：一種對環(huán)境既不感到熱也不感到冷的舒適狀態(tài)，即人們在這種狀態(tài)下會有“中性”的熱感覺。熱舒適的研究涉及建筑熱物理、人體熱調(diào)節(jié)機理的生理學和人的心理學等學科。熱感覺與熱舒適觀點：

舒適＝中性

?熱舒適與熱中性的背離體溫過低體溫過高體溫正常可見：

舒適＝中性×舒適產(chǎn)生于不適的消除過程中。“舒適”比“中性”更主觀。Cool&Comfort!影響熱舒適的因素有哪些呢？二十世紀60年代,美國堪薩斯州立大學、丹麥哥本哈根工業(yè)大學相繼建立了人體熱感覺專用實驗室,開始研究空氣溫度對熱舒適的影響,以及周圍物體溫度、空氣相對濕度和空氣流動情況等因素對人體熱舒適的影響。1962年,Macpherson定義了影響熱舒適感覺的六個因素:空氣溫度、濕度、流動速度、平均輻射溫度、新陳代謝率和衣服熱阻熱環(huán)境怎么影響熱舒適呢？熱環(huán)境空氣溫度：影響人體與外界對流換熱即使受試者處于熱中性狀態(tài)，熱環(huán)境中的垂直溫差仍然使人感到不舒適。

熱環(huán)境怎么影響熱舒適呢？熱環(huán)境表面溫度：影響人體與外界輻射換熱熱環(huán)境空氣濕度：影響人體與外界對流質(zhì)交換高溫環(huán)境：增加熱感低溫環(huán)境：增加冷感風速：影響人體與外界的對流熱交換和對流質(zhì)交換吹風感：Draught，冷感和對皮膚的壓力沖擊。影響熱舒適的非熱環(huán)境因素服裝熱阻：服裝的作用是保溫和阻礙濕擴散，因此服裝影響人體與外界所有的換熱形式。不同的服裝，其熱阻也不同。其中1clo=0.155m2K/W舒適服裝熱阻與環(huán)境溫度、相對風速、活動強度的關系影響熱舒適的非熱環(huán)境因素人體的能量代謝率人體的能量代謝率直接影響人體與周圍環(huán)境的熱交換。人體的能量代謝率受多種因素的影響，如肌肉活動強度、環(huán)境溫度高低、神經(jīng)緊張強度、性別和年齡等。

肌肉活動與代謝率肌肉活動強度對代謝率起決定性的影響一般室內(nèi)運動代謝率多在5met以下代謝率單位met：1met=58.2W/m2怎么描述人體熱舒適么呢？在這六個因素的基礎上,通過可控環(huán)境小室和穩(wěn)態(tài)熱交換模型研究,Fanger教授建立了熱舒適方程人體產(chǎn)熱人體對外的機械工輻射散熱呼吸，蒸發(fā)散熱對流散熱人體蓄熱

將各散熱量的公式帶入方程，可得如下方程，即人體蓄熱量S取決于6個因素（空氣溫度、流動速度、濕度、平均輻射溫度、新陳代謝率和衣服熱阻）的定量描述：熱舒適指標并在搜集了1396名美國與丹麥受測對象的熱感覺表決票的基礎上,Fanger提出了一個較為客觀的度量熱感覺的尺度指標——預期平均評價指標PMV(PredictedMeanVote),以反映對同一環(huán)境絕大多數(shù)人的冷熱感覺。但由于人與人之間的生理、心理及行為特點的差別,即使在PMV=0處,即大多數(shù)人認為室內(nèi)環(huán)境為最佳熱舒適狀態(tài),仍會有少數(shù)人對該熱環(huán)境不滿意,故用PPD(PredictedPercentageofDissatisfied)指標來表示對熱環(huán)境不滿意的百分數(shù)。熱舒適的指標描述熱舒適的指標熱舒適標準

根據(jù)Fanger教授的熱舒適理論，將PMV與PPD聯(lián)系起來，形成熱環(huán)境質(zhì)量評價體系。

ISO7730推薦，當-0.5≤PMV≤0.5，PPD≤10％，即認為環(huán)境是舒適的。通過研究熱環(huán)境下人體熱舒適感，而得到當人體感到熱舒適時，環(huán)境參數(shù)組合的最佳范圍和允許范圍（即室內(nèi)溫度、濕度、風速的舒適區(qū)域）。ASHRAE舒適區(qū)確定室內(nèi)空調(diào)溫度如：根據(jù)我國國家標準《采暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范》(GBJ19—87)規(guī)定，對舒適性空調(diào)和采暖，室內(nèi)計算參數(shù)如下：夏季：溫度24～28℃；相對濕度40%～65%；風速不大于0.3m/s

冬季：溫度18～22℃；相對濕度40%～60%（采暖不要求）；風速不大于0.2m/s。（參考歐美熱舒適區(qū)而設定的）熱舒適與建筑節(jié)能

建筑熱環(huán)境溫度標準的高低，對能耗和投資都有顯著影響，在相同的技術水平下，室溫夏季每升高1℃，冬季每降低1℃，投資，冷負荷以及能耗可降低10％左右。因此，找符合我國實際的，既能保障人體熱舒適又能達到節(jié)能效果的熱環(huán)境溫度標準是當前熱舒適和節(jié)能研究的重點。其它描述熱反應的評價指標1、有效溫度ET

這是一個將干球溫度、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有效溫度其它描述熱反應的評價指標2、新有效溫度ET*(Gagge)其它描述熱反應的評價指標3、標準有效溫度SET*特點：綜合考慮了不同的活動水平和衣服熱阻定義：某個空氣溫度等于平均輻射溫度的等溫環(huán)境中的溫度，其相對濕度為50%，空氣靜止不動，在該環(huán)境中身著標準熱阻服裝的人若與他在實際環(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，這個溫度就是上述實際環(huán)境的SET*SET*=24℃22.5℃，100％24℃，50%SET*＝20℃國外的研究狀況

早在20世紀初，一些發(fā)達國家的學者就已開始了對室內(nèi)熱環(huán)境的研究。早期的研究主要服務于軍事目的，例如對軍艦輪機艙內(nèi)的環(huán)境研究、對炎熱或嚴寒環(huán)境中士兵生理和心理方面的研究等。

第二次世界大戰(zhàn)后，隨著科技的進步、生產(chǎn)的發(fā)展和生活水平的提高，研究目的已轉(zhuǎn)向生產(chǎn)和生活領域。從而對室內(nèi)熱環(huán)境與人體熱舒適的關系的研究更加深入國外的研究現(xiàn)狀

1919年美國采暖制冷及空氣調(diào)節(jié)工程師協(xié)會（ASHRAE）為了制定工業(yè)發(fā)展急需的有關熱舒適標準，特別是有關空氣溫度和濕度的相互作用對熱舒適的影響。進行了大量的試驗調(diào)查研究，確定了有效溫度標準。1923年Houghton和Yaglou確定了包括溫度、濕度兩個變量的裸體男子的等舒適線，并由此創(chuàng)立了對熱環(huán)境研究具有深遠影響的有效溫度指標ET(EffectiveTemperature)國外的研究狀況1924～1925年Houghton、Yaglou和米勒又進一步研究了包括空氣流速和衣著影響的實驗。1929年Dufton研制了一種擬人器該裝置能在空氣溫度、熱輻射、空氣速度變化的條件下保持室溫恒定。1932年Vernon和Warner使用黑球溫度代替干球溫度對熱輻射行了修正，產(chǎn)生了修正有效溫度溫標國外的研究狀況1936年,Dufton提出了當量溫度(Equivale－ntTemperature)指標。1936年，Bedford用卡他溫度計、MarkI型擬人器等幾種儀器對工廠的熱環(huán)境進行了現(xiàn)場測量和問卷調(diào)查，通過回歸分析，得到了當量溫度的解析表達式國外研究狀況國外研究狀況通過70年代的大量研究，丹麥Fanger教授的PMV指標為國際標準化組織所接受(ISO770)，成為公認的較有普遍意義的熱舒適評價標準。除了作為一種評價方法外，還可以利用這一概念與工程設計相結合，達到良好的綜合效果。國外研究狀況1984年國際標準組織ISO提出了熱環(huán)境評價與測試的新標準化方法，即用PMV(PredictedMeanVote)和PPD(PredictedPercentageofDissatisfied)指標來描述和評價熱環(huán)境。該指標綜合考慮了人體的活動情況、衣著情況、空氣溫度、濕度、流速和平均熱輻射溫度六個因素1994年，RawandOseland提出了影響人體熱感覺得直接和間接環(huán)境因素，包括：背景、文化、生理等因素。我國的研究現(xiàn)狀近年來國內(nèi)對室內(nèi)熱環(huán)境及其對人體舒適性的影響的研究比較多，室內(nèi)熱環(huán)境及其對人體舒適性影響的研究主要包括以下幾個方面：1.熱環(huán)境及熱舒適模擬、模糊綜合評判2.居室以及人工氣候室熱環(huán)境和人體熱舒適研究3.熱環(huán)境與人體熱反應的研究4.熱舒適在系統(tǒng)控制和節(jié)能領域中的應用5.熱環(huán)境與熱舒適軟件開發(fā)

目前的研究動向問題的提出？在美國，大多數(shù)建筑采用不同規(guī)模的中央空調(diào)系統(tǒng)，建筑物很少開窗，完全依靠機械系統(tǒng)維持室內(nèi)環(huán)境恒定于22-24℃間。我國住宅和普通辦公樓的模式一般是：開窗通風維持在28-30℃左右，開空調(diào)時維持在24-26℃左右。兩種方式的建筑能耗差一倍。問題：前一種的環(huán)境品質(zhì)一定比后一種好嗎？室內(nèi)控制什么溫度合適？室溫控制是建筑節(jié)能的措施之一

《北京市貫徹落實〈國務院關于加強節(jié)能工作的決定〉若干意見》明確提出，對所有公共建筑內(nèi)的單位，包括國家機關、社會團體、企事業(yè)組織和個體商戶，夏季室內(nèi)溫度空調(diào)溫度設置不低于26℃，冬季不高于20℃。日本政府辦公樓，夏季不低于28℃，冬天不高于20℃。存在的誤解：認為上述做法降低了室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)認為恒溫恒濕就是好的環(huán)境品質(zhì)。室內(nèi)溫度的標準影響建筑節(jié)能設計的評價節(jié)能住宅建筑標準要求利用參考建筑比較的時候，要求把整個夏天的室內(nèi)溫度設定在26℃，冬季設定在18℃進行模擬，設定全年需要設備控制溫度，因此，結果是越嚴密越保溫的建筑設計約好。如果住宅設計可以通過被動調(diào)節(jié)方式（夜間通風，遮陽等）把夏季室內(nèi)控制在29℃以下，完全可以通過滿足住宅的舒適性要求，但這個設計照上述標準是無法得到鼓勵的。室內(nèi)溫度多少合適呢？目前通用的室內(nèi)熱舒適標準

ASHARE舒適區(qū)Fanger的PMV值。目前上述的所有室內(nèi)舒適標準的成果都是在穩(wěn)態(tài)空調(diào)環(huán)境下，通過大量熱感覺投票得到的。不適用于非空調(diào)環(huán)境和非穩(wěn)態(tài)空調(diào)環(huán)境。在曼谷、新加坡、Athens、布里斯班做的

3200組非空調(diào)環(huán)境的測試結果：PMV與實際TSV的偏差。安徽涇縣民居

——非空調(diào)環(huán)境熱舒適調(diào)查兆蘭宅PMV兆蘭宅TSV懷素堂PMV懷素堂TSV成美堂PMV成美堂TSV初步結論所有現(xiàn)場調(diào)查結果表明，在非空調(diào)環(huán)境下人們可以接受的環(huán)境溫度比空調(diào)環(huán)境的要高得多。一般來說，在29℃以下，人們都會覺得是舒適的（靜坐。TSV在0.5以下）。而在空調(diào)環(huán)境下，29℃就會覺得偏熱（PMV＝1-1.5）非空調(diào)環(huán)境下人們接受的舒適溫度可達到30℃。為什么會存在這樣的差異呢？可能的差異著裝的差異（非空調(diào)環(huán)境下人可能穿得少）氣流流速的差別自然通風環(huán)境氣流流速可能比較大人體對熱環(huán)境的生理與心理適應人種的差別氣流紊動特征的差異動態(tài)熱環(huán)境有益于改善人體的熱感覺。人體對熱環(huán)境的生理與心理適應人們對冷熱刺激的應急與調(diào)節(jié)機能是人類在大自然中進化而具有的自然的能力。2000-2001年，中華疾病預防控制中心對上海市進行的使用空調(diào)影響的流行病的調(diào)查發(fā)現(xiàn):恒溫恒濕的空調(diào)環(huán)境導致人對熱環(huán)境的應激能力減弱，易過敏，疲倦，綜合體質(zhì)下降。人種的差別目前國際公認的評價和預測室內(nèi)熱環(huán)境熱舒適指標的ISO7730和ASHARE55-92主要是以歐美國家的青年人為研究對象，通過實驗建立的標準。美國堪薩斯州立大學研究者對抵美不久的中國留學生和美國學生進行的對比實驗表明：在各個實驗工況下，美國受試者比中國受試者的出汗多。中國受試者對熱的承受能力高于美國受試者，對冷的承受能力低于美國受試者。氣流紊動特征的差別：

已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象在自然通風的建筑里，舒適溫度要高于空調(diào)環(huán)境的舒適溫度可接受的自然通風風速要高于可接受的機械風風速。氣流紊動特征的差別固定風扇的機械風自然風清華大學做的人體對不同類型脈動風速的接受程度的實驗動態(tài)熱環(huán)境有益改善人體的熱感覺因為人體對冷的感覺比熱敏感，因而出現(xiàn)“冷感超熱”現(xiàn)象，更進一步導致在適當?shù)臏囟然蛄魉俚?/p>