人体热舒适区的实验研究

建筑环境测量论文,室内温湿度调节所需资料。

人体热舒适区的实验研究

天津大学"朱"能#"吕石磊"刘俊杰"蒋"薇

摘要"采用问卷调查的形式实验研究了空气温湿度对人体热舒适性的影响"分别根据热感觉投票值和热舒适投票值确定了人体热舒适区#研究发现"!满意率的温度范围为0%"0<#试验得出的夏季舒适区范围比(’0$<!D"NLa(2NG4:Q47Q!!#..0中夏季舒适区的温度"

上限高#<!D#

关键词"热舒适"热感觉"问卷调查"舒适区

;<#$.%#+2*+"-%&+2"#$%&’4*%,*$2/*+#)

"!"2)&@+’,$"#A()$8+$#$&%&’B$+0’1%$0’,9+$

!"#$%&’$"$%&’$()-..*),0&$*)+$$11$6)/1-&%)$’$%-),%$-(0+,’&0&)(+,’-()+$%’-.6/’1/%)"!#4#4/

2,$*)&/((-&%$*7K&5$*)+$)+$%’-.6/’1/%)</($2-*$0/()+$)+$%’-.*$(*-)&/(5/)$*-(0)+$%’-.6/’1/%)4C5/)$*%$*$$6)&5$.7H)&*1/,(0)+-))+$)$’$%-),%$*6/$/1LMN*-)&*1-6)&/(&*OO7AP)/OQ7RP"-(0)+$#4##,$%.&’&)/1)$’$%-),%$/2)-&($02)+$$"$%&’$()&*A7RP+&+$%)+-()+-)/1)+$*,’’$%6/’1/%)</($###4#:&(J=STJ!=)-(0-%0RR3AUUO7

""",$*)&/((-&%$()+,%-#)+$%’-.6/’1/%))+$%’-.*$(*-)&/(6/’1/%)</($"*C

""#($#$)$#*+,"#-!#($#$1&#$($!0.0

!

8"引言

#这一术语在研究人热舒适!G*F7,46=>,W>7G体对热环境的主观热反应时被广泛应用(.(NLa(2NG4:Q47Q!!#..0中对热舒适有明确

定义$热舒适是对热环境表示满意的意识状态(在该模型V4:F7建立了稳态的人体热平衡模型$U中$人体的得热量和失热量相等$净得热量为零(人体与周围热环境的能量平衡关系式为

多的空气参数结合起来$提出了用有效温度%新有效温度)&!和标准有效温度作为衡量热环境的参数(标准有效温度是指在相对湿度为!"!的等温环境下$在特定的活动强度下人体穿着标准热阻的服装时$具有与实际环境相同的皮肤温度和皮肤湿度时对应的环境温度(

目前世界各国普遍使用(NLa(2NG4:Q47Q.$!!#..0’NA#../标准所推荐的舒适区作为衡

量热舒适性的标准(但也有许多学者对这些标准的普遍适用性提出质疑(不同种族的人居住在不地理环境中$他们的身体特征%饮食%文同的气候%

化传统以及生活习惯存在差异$是否不同种族的人具有相同的热舒适要求呢2V4:F7曾把他对#0%U

’#名丹麦学生进行的试验结果&与@FO5:;等人对

$-5+6;R767F;

#0787)0#+!7!;R#7F;7)7F;#!

式中"$为人体能量代谢产生的热量*5为人体所做的机械功*66;R为皮肤总散热量*7F;为呼吸总散热量*0J8为皮肤显热损失*);R为皮肤总蒸发热损失*0)7F;为呼吸对流散热量*7F;为呼吸蒸发散热量(

热环境是影响热舒适的主要因素(研究表明$热环境是四个自然参数!空气温度%平均辐射温度%空气湿度和空气流速#和两个人的参数!能量代谢

万方数据　率和衣服热阻的函数(学者们通常是把两个或更#

!#

朱能$男$博士研究生$工学博士$教授#.1"年##月生$

&"""$0天津大学环境科学与工程学院!#"00%$/"0"$0

"23,456:e*99<FQ9<=:G#8

收稿日期"0""&"&"$修回日期"0""/"/0!

建筑环境测量论文,室内温湿度调节所需资料。

&’

没#1""名美国大学生进行的试验结果0作比较$

有发现显著的热反应差别(b4:4TF等人对#$0名

受试者为在校大学生$共0每次#""人$"人$女性和男性的比例为#i#(为使结果具有可比性$受试者的服装和穿着方式%活动量%健康条件等均与其他国家同类试验一致(即衣服热阻值约为

!)_+$人体的活动量E#"<1=6>#=6>C"<#!!,

!+为##$试验前睡眠良,<",FG#,FGC!%<0E

好$饮食正常!未喝过含酒精的饮料#(试验人员的

日本受试者进行相似的试验表明$受试者的热反应

’&

(与文献&中受试者的热反应差别不大&#"0’

b4>在美国堪萨斯州立大学对抵美不久的中国学

生和美国学生进行的对比实验表明$在生理反应上$两种试验者的差别是存在的$美国受试者出汗要多$皮肤温度也较高*中国受试者对较热的环境有较大的承受能力$对较冷环境的承受能力不及美

(背景资料见表#

表!"受试者背景资料

国受试者&

/

’(种种迹象表明$由于地域%人种等因素的不同$人们对热舒适的要求也是不同的(对一个国家或一个民族的人体热舒适性要求进行研究$有助于制定自己的标准$进而在执行标准的过程中$提高人的舒适性条件并达到节能的目的(本文的主要工作是"通过一系列的实验室试验来检验在中国采用NLa(2NG4:Q47Q!!.#..0中人体热舒适标准

的可行性$即通过试验得出室内空气温湿度与主观热舒适性反应的关系$检验我国采用的舒适性空调的室内设计参数是否与(NLa(2NG4:Q47Q!!...0的%"!的可接受率相一致(虽然本次试验的受试人数只有0""名$且均为在校大学生$但作为一种比较性研究$追求与国外同类研究工作的一致性和可比性还是可行的(如果条件许可$应该有更大的样本容量(

"人体热舒适性的试验研究%!"研究方案的选择与确定

对热舒适性的研究主要有两种方法$现场研究和实验室研究(两种方法各有利弊$在实验室研究中$受试者穿着固定的服装静坐在一个空调小室中感受热环境(目前所见的大多数热舒适性的准则和标准都是通过这样的方法得出的(

实验室研究的方法还有很多缺点$人们对这种方法的研究结果提出了质疑$如实验室环境与真实环境一般有较大的差别*受试者所做的工作并不能代表现实中人们所做的工作*受试者多是学生$不能代表现实中的人群(但实验室研究能够对热环境有很好的测量和控制$可以更加突出地研究某一个或几个变量的作用(本文采用实验室研究的方法(

%""实验设计

%"%!"受试者背景

万　方数据年龄+岁体重+RU

身高+,

最大

最小最大最小最大最小男"0%#%#0!/$#<%!#<1"女"0!#$$&/"#<$/#</$总体

0%

#$

#0!

/"

#<%!

#</$

!%"%""试验中的问卷调查

问卷调查表格内容包括受试者的个人资料%热感觉投票%舒适度投票和受试者对此时周围热环境!空气流速%湿度#以及此时心情的投票(热感觉投票采用(NLa(2标准中七个等级的衡量标准$空气流速%湿度以及心情的投票也采用七级的衡量标准$而对于舒适性投票采用四级的衡量标准(!%"%$"实验环境中的空气参数

实验环境中的空气参数包括空气温度%湿度和气流速度等(由于实验小室无外窗%

外墙$无太阳辐射等室外条件引起墙壁表面温度波动$因此认为空气平均辐射温度等于空气温度(试验工况见表0(

表""试验工况及测得的热感觉!

(和不满意率&&)空气温度相对湿度)&!热感觉

不满意率+!

+D+!+D冷!+&$+0#热!0$&

#总和0"<&!"

0"<&

+#<&/"<""/"<"0#<!&"0#<&+"<%10"<""0"<"0#<&!"0#<&+"<.#00<%"00<%0#<%$"00<0+"<%%0"<%"0"<%00<0!"00<0+"<%#%<""#%<"0&<"&!00<%+"<$!#1<$"#1<$0&<"!00&<"+"<%#!<""#!<"0&<"$10/<"+"<0!"""0!<"&!0/<!+"<00!<1"!<10!<"!"0!<""<"/0"""0/<$$/0!<!"<#%"""0!<$!/01<""<00"""0$<"&#01<0"<0$"/<!/<!0$<#&&01<&"<&&"""01</$&0$<&"<1"#%<0#%<00$</!/0$</#<"!"&%<!&%<!0$<&$/0%</#<!."!"<"!"<"0%<1

!1

0.<"

#<!!"!/</!/</

(#!!!!

建筑环境测量论文,室内温湿度调节所需资料。

/0!1"2334年第54卷第62期""""专题研讨)B!)""""""""暖通空调.

湿环境的确定遵循以下几个原""试验用房间热%

房间的气流组织尽可能接近实际房间的气流组则"

织*使受试者处于基本相同的热%湿环境中$尽量减小空气参数的梯度(另外由于受试者进入实验环境的初始热感觉与进入房间前的热环境有关$为使受试者对实验热环境有公正%客观的评价$在实验室旁边建立另一个小室为准备室$该小室中的空气温度与实验环境的空气温度无关$在0&"01D的范围内保持相对稳定(实验环境的温度波动范围在实验数据分析中将新有效温度)&!作为热环境的衡量标准$通过焓湿图将各个试验工况的温湿度换算为对应的)&!值("%!"舒适区的确定

"%!%!"最低不满意率

按照V4:F7的"$%与""I关系的求解方U法$由本次试验的结果得出实测的&’与""I的数值$如表0所示$而其拟合曲线如图0所示(

控制在H"<&D以内$相对湿度的波动范围控制在H!!以内$空气流速不超过"<#!,+;(%$"实验过程

受试者在规定时间到达实验地点$按要求整理服装$在实验人员的指导下开始试验(受试者先在准备室里静坐&",5:$之后进入实验室开始正式试验(受试者在实验时所坐的椅子为木质椅!该椅子的附加热阻可以忽略不计#(实验过程中受试者可以看书%写字%听音乐或轻声地交谈$但是谈话的内容不应涉及问卷内容(进入正式试验&",5:后发问卷$填完后立即收回$此后每隔&",5:让受试者填一份问卷$直到填完第四份问卷$实验结束(实验过程中操作人员对实验小室的空气流速%温湿度等参数进行实时测量和记录(

"实验结果

受试者的热感觉随着时间而变化$文献&!’认为受试者的热感觉在试验的后一阶段达到稳定(图#给出了在本次试验中受试者在温度为0!D%相对湿度为!"!的环境中总体的热感觉&’随时间的变化关系$从图中可看出受试者的热感觉在实验的后一阶段基本不变(因此本文用最后两次投票的平均值作为受试者在该环境中的热感觉投票值(

万　方数据图

!"热感觉随时间的变化

图""!

(与&&)的关系%!%""按热感觉投票值确定

由V4:UF7教授统计分析的"$%"I关系以及(NLa(2NG4:Q47Q!!.#..0的舒适区可知$舒适区的确定原则是使%"

!的人满意(V4:UF7教授通过统计得出$当""IC#"!时$$%CH"<!*当""IC0"!时$"$%C

H"<%!&#’

(本实验的统计结果见表&(由&’与&!的线性回归方程求得满意率为%"!$."!时

的)&!$结果见表/(将该实验结果与V4:U

F7和@FO5:;等人的研究结果作比较$发现本实验得出的中国人满意的温度下限比V4:UF7得出的西方人满意的温度下限要低#D左右$而上限值也比西方

人低"<$D左右$

两者舒适区宽度基本一致(表$"舒适区边界!

(值满意率

."!%"!女"+"<!""<!!+"<%!""<.!男"+"<1%""<!+#<"""<%总体

+"<!!"

"<!!+"<%!"

"<%!表&"舒适区的确定

线性拟合公式""

)&!+D

."!满意率%"!满意率中国学生&’C"#&#.%)&!+$<.###0&"01<!00<#"0$<!丹麦学生&’C"#&"/%)&!+$<%&10/<#"0$<&0&<#"0%<!美国学生&’C"#

&&$1)&!+%<10!0/<#"

0$<"0&<""

0%<#""在确定舒适区时$

还应考虑相对湿度的上下限值(@FO5:;建议热舒适区的相对湿度不应超过

"!&0’

*在’NA$$&"中$

舒适区上限值为露点温度!""")1

建筑环境测量论文,室内温湿度调节所需资料。

)B/0!1"2334年第54卷第62期""""""""B)专题研讨""""暖通空调.下限值为露点温度0在(#$D$<!D*NLa(2

.NG4:Q47Q!!#..0所规定的舒适区中其相对湿度的上限值定为1下限值为露点温度0"!$<!D(本实验中舒适区相对湿度上下限的确定采用.(NLa(2NG4:Q47Q!!#..0中的方法(图&给

出了本次试验的%同时给出了"!满意率舒适区$以图/.#(NLa(2NG4:Q47Q!!#..0的舒适区!

曲线如图!和图1所示(将以上按热舒适投票值

&0统计的结果与按热感觉投票值&’统计的结果

作比较$发现按&0统计得出的下限值比按&’统计得出的低#D$上限值高"因此按&<!D$0统计的舒适区范围要比按&’统计的宽(

图$"

98!满意率对应的舒适区图&"+

:;<+3:=6>?6@?’’$!##"舒适区作比较((NLa(2NG4:Q47Q!!.#..0给出了夏

季和冬季两个舒适区(夏季舒适区温度的上下限分别为)&!C01D和)&!C0&D$冬季舒适区温度的上下限分别为)&!C0&<!D和)&!C0"D(通过对比可以发现本次试验所得的夏季舒适

区的上限值要比(NLa(2NG4:Q47Q!!.#..0中夏季舒适区的上限值高#<!D(

%!%$"按热舒适投票值确定

热舒适投票&0共分为四个等级$"$+#$+0$+&分别代表舒服%

有点不舒服%不舒服和非常不舒服(认为当受试者的投票值为+&和+0时$

他们对该环境是不满意的万　方数据&1

’(根据实验数据拟合的

图’"!

"与&&)关系图("*

!!与!"拟合图"%""温度和湿度对热感觉影响程度的比较"%"%!"按热感觉投票值确定

人体的热感觉是温度%湿度和其他因素共同影响的结果(将空气温度%相对湿度与热感觉投票值作多元线性回归$从回归公式中可得温度和相对湿度的比重$由此可得出温度和湿度对人体热感觉的影响程度$其结果如表!和图$所示(

表’"温湿度比重值

多元回归公式

温度比相对湿度比值

重,比重,+中国学生&’C"#&##%,4J#<&/##’+%<&$"<.#.0"<0/$"&<$0"$美国学生&’C"##!#,4J#<"""+

%<&$#"<%%1"<##1$<1"注",4为空气温度$D*’为空气相对湿度$

!(图)"温度和相对湿度与热感觉投票值的关系

"

建筑环境测量论文,室内温湿度调节所需资料。

/0!1"2334年第54卷第62期""""专题研讨)B/)""""""""暖通空调.

湿度和温度对人体热感觉的影""实验统计表明$

响程度的比值为随着空气温度的升高$湿*#i&<$0

度对人体舒适性的影响越来越大*高湿度!相对湿度为$对人体热感觉有明显的影响(一些学!#!者的研究表明$当人体的活动量较小$空气温度不高时$湿度对人体舒适性的影响可以不予考虑$如只有在*@FO5:;的实验得出两者的比值是#i$<1高温和人的活动量较大的情况下$空气湿度才造成

’0

(但是本次试验的结果表明$一定的影响&湿度对

图!8"对气流速度主观评价概率分布

$"结论

中国人的影响程度要高于对外国人的影响程度(%"%""按受试者的直接评价确定

在受试者填的问卷里有一项是对环境的湿度作直接的评价$抽取具有代表性的几个工况中试验者的投票值进行概率分布统计$其结果如图%和图.所示(从图中可以看出当相对湿度为"!时$湿度对受试者热感觉的影响较小*当相对湿度为$!!时$湿度对受试者热感觉有较大的影响(该结论与上面按热感觉投票值统计得出的结论相一致(

图9""$A%’8!时的概率分布图#"

")A%)’!时的概率分布%$"试验者对空气流速的评价

将受试者对实验环境空气流速的主观评价进行概率统计$结果如图#"所示(从图中可以看出大部分的受试者认为环境的气流速度适中$很少有人觉得闷或有吹风感$由此可知实验环境的气流速度达到实验要求$基本不对人体热感觉造

成影响(

万　方数据%!"当&

’C"时$最低不满意率N""IC/!$略低于V4:UF7得出的N""I值!!!#$表明受试者对环境较容易满意(

%""受试者%"!满意率的温度范围是00<#"

$I!D$比V4:UF7和@FO5:;等人的研究结果低左右$

两者的舒适区的宽度差不多(%$"本次试验所得的夏季舒适区要比(

NLa(2G4:Q47Q!!.#..0中的夏季舒适区的上限值高<!D(

%&"湿度和温度对人体热感觉的影响程度的比值为#i&<$0*随着空气温度的升高$湿度对人体舒适性的影响越来越大*高湿度!相对湿度为$!!#对人体热感觉有明显的影响(结果表明湿度对试验者的影响程度要高于前人所得出的结论(由于空气湿度对空调能耗的影响较大$因此这一结论对于空调节能具有积极的意义(在确定室内设计参数时$温度可以低一点$湿度可以高一些(这样既

可以保证较好的热舒适度$又可以减少空调能耗(参考文献

"V4:UF7KA<b*F7,46=>,W>7G"4:46‘

;5;4:Q4XX65=4G5>:;5:F:O57>:,F:G46F:U5:FF75:U<@FP]>7R"?=[74P3L566’:=$#.$"

"@FO5:;a[$a>*6F;VL<(GF,XF74G97F3*9,5Q5G‘

=*47GW>7G*F7,46=>,W>7G>W;F4GFQXF7;>:;<’:"(NLa(2b74:;<#.11$$0!

0#"b

4:4TFN$_5,974_$L474b<b*F7,46=>,W>7G7Fg957F,F:G;Q975:UG*F;9,,F7;F4;>:5:Y4X

4:<’:"(NLa(2b74:;<#.%$$.&!#

#"b

4>K<b*FG*F7,46;F:;4G5>:Q5WWF7F:=FTFGPFF:M*5:F;F4:Q(,F75=4:XF>X6F<’:Q>>7457$#..#!/#"^>::5:5[$?>65:4Y$?47GF66>M$FG46<b*FW5F6Q;G9Q‘

>W>==9X

4:G=>,W>7G4:Q>WW5=FG*F7,46F:O57>:,F:G;5:4=>6Q=65,4GF<’:"(NLa(2b74:;<#..$$#"&!0#"Z477‘[$\F7U69:QK2<b*F7,464==FXG4T565G‘

<’:"(NLa(2b74:;<#.$.$%!!#

#"!$$0#D$N#$#0&/!1"

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6je1.html