室内热环境与人体热舒适课件.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。,如 SARS,过敏性肺炎

2、等,头痛、恶 心、疲乏、失眠、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、散湿）内扰作用方式,外扰,对流 辐射 蒸发,外扰作用方式：热交换：太阳辐射（透明、半透明体）热传导（维护结构/对流、辐射）空气交换：空气渗透、空调送风,墙体表面接受外界的热辐射,室内的热量传递,室内湿环境的影响因素,室内湿源包括：人员、水面产湿设备 散湿形式：直接进 入空气,热湿环境的主要参数

3、,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Tg：黑球温度是将温度计，放在直径为150mm黑色空心球中心测出的反映热辐射影响的温度。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,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 辐射散热 皮肤散湿 出汗蒸发 皮肤湿扩散 呼吸散湿,人体的热平衡,热平衡方程M W C R E S=0,人体体温的生理特征,

4、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。,5,变热,感觉热 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,什么是热舒适呢？,ASHRAE Standard 55-1992

5、 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,可见：舒适中性,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:

6、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/

7、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 met：1 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

8、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）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

9、示对热环境不满意的百分数。,热舒适的指标,描述热舒适的指标,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 182

10、2；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*(

11、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50%，空气静止不动，在该环境中身着标准热阻服装的人若与他在实际环境和实际服装热阻条件下的平均皮肤温度和皮肤湿润度相同时，则必将具有相同的热损失，这个温度就是上述实际环境的SET*,SET*=24,22.5，100,24，50%SET*20,国外的研究状况,早在20世纪初，一些发达国家的学者就已开始了对室内热环境的研究。早期的研究主要服务于军事目的，例如对军舰轮机舱内的环境研究、对炎热或严寒环境中士兵生理和心理方面的研究等。第

12、二次世界大战后，随着科技的进步、生产的发展和生活水平的提高，研究目的已转向生产和生活领域。从而对室内热环境与人体热舒适的关系的研究更加深入,国外的研究现状,1919 年美国采暖制冷及空气调节工程师协会（ASHRAE）为了制定工业发展急需的有关热舒适标准，特别是有关空气温度和湿度的相互作用对热舒适的影响。进行了大量的试验调查研究，确定了有效温度标准。1923 年 Houghton 和 Yaglou确定了包括温度、湿度两个变量的裸体男子的等舒适线，并由此创立了对热环境研究具有深远影响的有效温度指标 ET(Effective Temperature),国外的研究状况,19241925 年Hought

13、on、Yaglou 和米勒又进一步研究了包括空气流速和衣着影响的实验。1929年 Dufton 研制了一种拟人器该装置能在空气温度、热辐射、空气速度变化的条件下保持室温恒定。1932 年 Vernon 和 Warner 使用黑球温度代 替干球温度对热辐射行了修正，产生了修正有效温度温标,国外的研究状况,1936 年,Dufton 提出了当量温度(Equivale nt Temperature)指标。1936 年，Bedford 用卡他温度计、MarkI 型拟人器等几种仪器对工厂的热环境进行了现场测量和问卷调查，通过回归分析，得到了当量温度的解析表达式,国外研究状况,国外研究状况,通过70年代的

14、大量研究，丹麦Fanger教授的PMV指标为国际标准化组织所接受(ISO77 0)，成为公认的较有普遍意义的热舒适评价标准。除了作为一种评价方法外，还可以利用这一概念与工程设计相结合，达到良好的综合效果。,国外研究状况,1984 年国际标准组织 ISO 提出了热环境评价与测试的新标准化方法，即用PMV(Predicted Mean Vote)和 PPD(Predicted Percentage of Dissatis fied)指标来描述和评价热环境。该指标综合考虑了人体的活动情况、衣着情况、空气温度、湿度、流速和平均热辐射温度六个因素1994 年，Raw and Oseland 提出了影响人

15、体热感觉得直接和间接环境因素，包括：背景、文化、生理等因素。,我国的研究现状,近年来国内对室内热环境及其对人体舒适性的影响的研究比较多，室内热环境及其对人体舒适性影响的研究主要包括以下几个方面：1.热环境及热舒适模拟、模糊综合评判2.居室以及人工气候室热环境和人体热舒适研究3.热环境与人体热反应的研究4.热舒适在系统控制和节能领域中的应用5.热环境与热舒适软件开发,目前的研究动向,问题的提出？在美国，大多数建筑采用不同规模的中央空调系统，建筑物很少开窗，完全依靠机械系统维持室内环境恒定于22-24间。我国住宅和普通办公楼的模式一般是：开窗通风维持在28-30左右，开空调时维持在24-26左右。

16、两种方式的建筑能耗差一倍。问题：前一种的环境品质一定比后一种好吗？,室内控制什么温度合适？,室温控制是建筑节能的措施之一 北京市贯彻落实国务院关于加强节能工作的决定若干意见明确提出，对所有公共建筑内的单位，包括国家机关、社会团体、企事业组织和个体商户，夏季室内温度空调温度设置不低于26，冬季不高于20。日本政府办公楼，夏季不低于28，冬天不高于20。存在的误解：认为上述做法降低了室内环境品质 认为恒温恒湿就是好的环境品质。,室内温度的标准影响建筑节能设计的评价,节能住宅建筑标准要求利用参考建筑比较的时候，要求把整个夏天的室内温度设定在26，冬季设定在18 进行模拟，设定全年需要设备控制温度，因

17、此，结果是越严密越保温的建筑设计约好。如果住宅设计可以通过被动调节方式（夜间通风，遮阳等）把夏季室内控制在29以下，完全可以通过满足住宅的舒适性要求，但这个设计照上述标准是无法得到鼓励的。,室内温度多少合适呢？,目前通用的室内热舒适标准 ASHARE舒适区 Fanger的PMV值。目前上述的所有室内舒适标准的成果都是在稳态空调环境下，通过大量热感觉投票得到的。不适用于非空调环境和非稳态空调环境。,在曼谷、新加坡、Athens、布里斯班做的 3200 组非空调环境的测试结果：PMV与实际TSV的偏差。,安徽泾县民居非空调环境热舒适调查,初步结论,所有现场调查结果表明，在非空调环境下人们可以接受的

18、环境温度比空调环境的要高得多。一般来说，在29以下，人们都会觉得是舒适的（静坐。TSV在0.5以下）。而在空调环境下，29就会觉得偏热（PMV1-1.5）非空调环境下人们接受的舒适温度可达到30。,为什么会存在这样的差异呢？,可能的差异着装的差异（非空调环境下人可能穿得少）气流流速的差别 自然通风环境气流流速可能比较大人体对热环境的生理与心理适应人种的差别气流紊动特征的差异动态热环境有益于改善人体的热感觉。,人体对热环境的生理与心理适应,人们对冷热刺激的应急与调节机能是人类在大自然中进化而具有的自然的能力。2000-2001年，中华疾病预防控制中心对上海市进行的使用空调影响的流行病的调查发现:

19、恒温恒湿的空调环境导致人对热环境的应激能力减弱，易过敏，疲倦，综合体质下降。,人种的差别,目前国际公认的评价和预测室内热环境热舒适指标的ISO7730和ASHARE55-92主要是以欧美国家的青年人为研究对象，通过实验建立的标准。美国堪萨斯州立大学研究者对抵美不久的中国留学生和美国学生进行的对比实验表明：在各个实验工况下，美国受试者比中国受试者的出汗多。中国受试者对热的承受能力高于美国受试者，对冷的承受能力低于美国受试者。,气流紊动特征的差别：已经发现的现象,在自然通风的建筑里，舒适温度要高于空调环境的舒适温度可接受的自然通风风速要高于可接受的机械风风速。,气流紊动特征的差别,固定风扇的机械风

20、,自然风,清华大学做的人体对不同类型脉动风速的接受程度的实验,动态热环境有益改善人体的热感觉,因为人体对冷的感觉比热敏感，因而出现“冷感超热”现象，更进一步导致在适当的温度或流速的变化周期和波幅下，人体的实测热感觉要低于用PMV的平均热感觉。,值得讨论研究的问题,什么是健康的室内环境？是完全不冷不热的“热中性”的恒温恒湿环境，依靠人工手段通过机械方式来营造建筑环境，还是从人体与外部环境相互协调出发，从人对环境的适应能力出发，营造与自然协调的健康舒适环境？,值得讨论的问题,恒温恒湿环境导致人体对热环境的应激能力减弱，易过敏、疲劳，综合体质下降，并且在遇到偶然的热冲击时，易感冒或中暑。,非均匀热暴

21、露研究成果的作用,清华大学，美国UCB等机构的研究成果表明：人的头、脸部位的热感觉在全身热感觉中起到决定性作用，因此对人的头、脸部位降温将起到有效改善人体热舒适的效果。个体的送风实验发现，人感到舒适的环境：环境温度28，等温送风，风速为0.4-0.8m/s环境温度30，24送风，风速为0.4-0.8m/s。传统空调室温为25，送风温度15,一些学者提出的理想建筑环境,不应把恒温恒湿作为健康的室内环境的要求目标。应提供一定刺激的，有波动性的，又能让人接受的热环境即动态热环境。优先利用被动手段控制室内环境在人体舒适范围内，29以下。在不得不使用空调的条件下，应创造仿自然的动态人工环境。在允许条件下，采用人体局部空调，即保障舒适性，又达到节能效果。,国外的一些绿色生态建筑实例,研究状况综述,国内外已有的热舒适研究都局限于对环境参数测试数据进行整理分析（如整理成综合数据库、得出新的热湿环境评价指标或组合出一些模型等），或是通过问卷调查总结出环境变化引起的人体生理变化情况，并没有人体的实测生理数据作印证。,那么在热舒适的实验中，引入医学仪器对人体生理参数进行测试，进而将人体对热环境反应的生理指标和热环境评价指标结合起来，形成一个更客观和全面的热舒适指标。,热舒适的人体实验,保持实验室内温度场稳定，改变人体周围的气流速度，对人体进行生理测试和舒适度问卷调查。,