《人体反应》PPT课件.ppt
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1、第四章 人体对热湿环境的反应,2,主要内容,人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础 人体热平衡 温度感受系统与调节系统 热感觉与热舒适 人体对稳态热环境的反应 人体对动态热环境的反应 其他热湿环境的物理度量 热环境与工作效率 二节点模型,第一节人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础,4,1.人体的基本生理要求,食物分解氧化热量,一、人体的热平衡基本概念,1)人体的基本生理要求:维持体温相对稳定人体摄取食物以维持生命食物通过人体新陈代谢被分解,大部分化学能变成热量人体不断释放热量,也从环境中通过对流、辐射和汗液蒸发获得或失掉热量人体的生理机能决定了必须维持体温相对稳定以保证人体各项功能正常。,代
2、谢率(Metabolic Rate):人体新陈代谢反应过程中能量释放的速率,5,人体各部分的温度不同身体表面温度比深部组织低,易随着环境温度变化;代谢率高的器官温度较高。,从中你发现了什么?,感谢血液循环,帮助我们将热量从高温处带到低温处,6,体温,量测体内温度的有利位置,a)核心温度,核心层:通常包括脑、脊椎、心脏、肝脏、消化器官等内脏部分 直肠温度最接近,7,b)人体平均皮肤温度外层(Shell)温度 皮肤表面到 10 mm 以内的部分,通常包括皮肤,皮下脂肪和表层的肌肉,8,式中M人体能量代谢率,决定于人体活动量大小,W/W人体所做的机械功,W/;C人体外表面向周围环境散发的对流热量,W
3、/;R人体外表面向周围环境散发的辐射热量,W/;E汗液蒸发和呼出的水蒸气所带走的热量,W/;S人体蓄热率,W/。,3.人体热平衡,9,10,现在来分析一下热平衡方程吧 S=0:S0:S0:,Think,S=0就表示人体处于舒适状态吗?,表明人体正常,能量平衡;,表明体温上升,人体不舒适;,表明在冷环境中,人体散热量增多。,注意:S=0并不一定表示人体处于舒适状态。因为各种热量之间可能有许多不同组合都可使S=0,但只有能使人体按正常比例散热的热平衡才是舒适的。,11,当劳动强度或室内热环境要素发生变化时,人体通过调节机能争取新的热平衡,这时的热平衡称为“负荷热平衡”,虽然S仍然=0,但人体已不在
4、舒适状态(但是可以忍受)。由于人体物质代谢调节能力有一定限度,终将出现S0。,结论:室内空气温度、湿度、气流速度、环境辐射温度是室内热环境的四项构成要素,它们与人体产热量及衣着情况的不同组合,使得室内热环境大致可分为舒适的、可以忍受的和不能忍受的三种情况。,12,式中,人体皮肤表面积,m2;,H身高,m;,体重,kg。,4.裸身人体皮肤表面积的计算,看看自己的皮肤有多大吧!再想想这么大的一张皮子是做什么用的呢?,13,皮肤的作用,保护身体避免受伤和被病菌感染,14,二、人体与外界的热交换,1.人体与外界的热交换 显热交换对流散热辐射散热 潜热交换皮肤散湿出汗蒸发皮肤湿扩散呼吸散湿,15,2.影
5、响人体与外界热交换的因素,环境空气温度:对流换热 环境表面温度:辐射换热 水蒸汽分压力(空气湿度)风速 服装热阻:影响所有换热形式,16,环境表面温度,平均辐射温度 或 近似式:准确的应该是四次方 操作温度:反映了环境空气温度ta和平均辐射温度 的综合作用,周围物体的表面温度:决定人体辐射散热强度其温度高会增加人体热感;其温度低会引起过多的辐射热损失(如坐在冷玻璃窗旁所感到的辐射吹风感)。,17,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。,=,18,我国对不同建筑性质的t(外墙或屋顶内表面与室内空气之间的允许温差
6、)取值规定是根据卫生和建造成本等因素确定的,一般保证不结露,不形成过分冷辐射。,19,空气相对湿度:一定温度下,空气相对湿度高则人体皮肤表面的蒸发量少,散热量小;高温环境下相对湿度大增加人体热感;低温环境下相对湿度大会使衣物潮湿,降低衣服热阻而增加人体冷感。,20,空气流速:影响人体与环境的显热和潜热交换速率,气流速度大时人体对流散热量大,提高汗液蒸发率,从而增加人体冷感;同时还影响人体的皮肤触觉感受。,在较凉环境下,吹风会强化冷感觉,对人体热平衡有破坏作用,相当一种冷感觉。在较暖环境下,不破坏人体热平衡,是一种气流增大引起皮肤及黏膜蒸发量增加以及气流冲力产生的不愉快的感觉,会引起皮肤紧绷、眼
7、睛干涩、被气流打扰、呼吸受阻甚至头晕的感觉。,21,服装的作用:保温和阻碍湿扩散,服装的性能:服装的热阻Icl 服装的透湿性 服装的表面积,22,服装的热阻Icl,一般指显热热阻 单位m2K/W和clo,其中1clo=0.155 m2K/W 已知单件服装热阻:Icl=0.161+0.835 Iclu,i,23,人运动时由于人体与空气之间存在相对流速,会降低服装的热阻。Icl=0.504 Icl+0.00281Vwalk 0.24 椅子给人增加0.15 clo以下热阻Icl=0.748 Ach 0.1,步速 3.7km/h1clo 0.48 clo,24,服装的透湿性,增加皮肤蒸发换热热阻的原因
8、服装对皮肤表面的水蒸气扩散有一个附加的阻力;服装吸收部分汗液,只有剩余的汗液蒸发冷却皮肤;大多数服装借助被称为灯芯作用的毛细现象而吸收和传输汗液,使汗液并不在皮肤表面蒸发,而是从服装内部或外表面蒸发,这使排汗效率降低。,影响皮肤表面汗液的蒸发,服装的存在增加了皮肤的蒸发换热热阻,25,服装的透湿性,服装吸收了汗液后,会使人凉快的原因衣服潮湿导致导热系数增加衣服原有热阻下降,1clo干燥服装被汗湿润后的热阻,26,服装的表面积,服装的面积系数 fcl 定义:人体着装后的实际表面积Acl和人体裸身表面积AD 之比。有实验数据。表达式:fcl=Acl/AD 与服装热阻的近似关系 fcl=1.0+0.
9、3 Icl,27,3.人体的能量代谢,影响因素多:肌肉活动强度:绝对的影响 环境温度:偏高、偏低都增加代谢率 性别:男性高于女性 年龄:少年高于老人 神经紧张程度:紧张则代谢率高 进食后时间的长短等:进食后代谢率增加,蛋白质代谢率高,糖和脂肪类代谢率低。代谢率单位 met:1 met=58.2 W/m2,即成年男子静坐时的代谢率。,28,人体的能量代谢率 人体的机械效率 人体的蒸发散热量 人体与外界的辐射换热量 不同环境条件和活动强度下人体散热和散湿量,29,610%,(1)基础代谢率:参照基础,基础代谢率(BMR)未进早餐前,保持清醒静卧半小时,室温条件维持在1825之间测定的代谢率:46
10、W/m2 BMR变化范围:1015%。超过20为病态。,30,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,31,(2)机械效率 W/M 大部分室内劳动机械效率近似0,32,(3)人体的潜热散热量,1)人体皮肤实际蒸发散热量:,式中 Ersw汗液蒸发散热量,w/m2;Edif皮肤湿扩散散热量;皮肤湿润度。,可用实验量测出来,反映了汗液能够蒸发的难易程度,极好地客观反映不舒适程度,如环境湿度增加,皮肤湿润度也将提高。,33,2)人体的呼吸散热散湿量,显热散热量 Cres=0.0014 M(34 ta)W/m2 潜热散热量 Eres=0.0173 M
11、(5.867 Pa)W/m2,34,(4)人体与外界的辐射,周围物体向人体辐射称为正辐射,即人体得到热量人体向周围物体辐射称为负辐射,即人体失去热量人对正辐射较敏感(夏季),对负辐射较迟钝,这就是严寒时人容易因负辐射不知不觉地失热而受冷的原因。,式中人体表面的发射率,对灰体其值等于吸收率;斯蒂芬玻尔兹蔓常数,5.67108W/K4;feff 人体姿态影响有效表面积的修正系数;Tcl人体表面的温度,K;环境的平均辐射温度,K。,35,成年男子在不同环境温度条件下的散热散湿量,(5)人体散热、散湿量的影响因素,36,活动强度一定时,人体发热量在一定温度范围内可近似看作是常数;随环境空气温度的不同,
12、人体向环境散热量中显热和潜热的比例随环境空气温度变化:环境空气温度越高,人体的显热散热量越少,潜热散热量越多;环境空气温度达到或超过人体体温时,人体向外界的散热形式全部变成蒸发潜热散热。,37,1.人体的温度感受系统,20世纪初发现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 为什么人对冷更敏感?,50mV,三、温度感受系统与调节系统,38,人体各部位冷点和热点分布密度(个/cm2),39,冷、热感受器的位置,冷感受器:皮肤表面下0.150.17mm的生发层中;热感受器:位于皮肤表面下约0.30.6mm处。,用显微镜是无法辨识感受器的,冷热感受器
13、在皮肤中的距离是根据实验推断出的结论。,40,下丘脑具有调节代谢、体温和内分泌功能,前部主要促进散热来降温,后部促进产热抵御寒冷 散热调节方式 血管扩张,增加血流,提高表皮温度 出汗 御寒调节方式 血管收缩,减少血流,降低表皮温度 通过冷颤增加代谢率,2.人体的体温调节系统,41,下丘脑前后部是相互制约起作用的,需要同时利用核心温度和皮肤温度信号来决定调节方式。,对体温调节系统最重要的输入量,结论:人体的御寒能力很弱,不如防止过热能力,因此人体对冷刺激的反应要比对热刺激的反应敏感。,42,一、热感觉,四、热感觉与热舒适,1)什么是热感觉2)热感觉的影响因素3)热感觉的适应性4)皮肤温度、核心温
14、度对热感觉的影响5)热感觉的描述(投票),43,1.什么是热感觉,人体对温度是敏感的,但这对于温度测量来说是不可靠的。大脑常依靠热量传入传出体内的速度来判断温度,不能用任何直接方法测量感觉,热感觉:人对周围环境是“冷”还是“热”的主观描述。,热“中性”状态:即人感到不冷不热的状态。,44,5,2.热感觉的影响因素,冷热刺激的存在刺激的延续时间人体原有的状态,感觉热 感觉冷,变热,当变化率在0.1/s以上时,皮肤温度只要升高0.5就会感到温暖,而在0.01/s的较小变化率下,在皮肤温度升高3以前却没有任何感觉。,45,3.热感觉的适应性,28 30 32 34 36 38 40,温度的变化(),
15、适应温度(),当皮肤局部已经适应某一温度后,改变皮肤温度,一定范围内不会引起皮肤有任何热感觉的变化。,46,4.皮肤温度、核心温度对热感觉的影响,温暖,中性皮肤温度作用,热!核心温度作用,热感觉最初取决于皮肤温度,而后取决于核心温度,47,举例1:,当人置于突然变化的温度环境之中,热感觉随空气温度的变化而立即发生变化,尽管皮肤温度和深部体温的变化需要好几分钟.在空气温度中感觉抢先发生变化,使受试者会感到象在稳态的空气温度下一样地暖和,尽管他的生理温度远远偏离稳态值。因此,在瞬变状况下,常用空气温度预测热感觉,比根据皮肤温度和核心温度确定可能更准确。,瞬变状况下,热感觉的变化比体温变化要快,48
16、,举例2:,舒适感通常在静坐状态下出现,此时既不出汗,温度调节的工作量也最小。在运动期间,深部体温升高且皮肤通常出汗以保持平衡,降低了对外界刺激的灵敏度,使一个运动着的人对温度变化的感受不及静坐的人灵敏,这是因为他正处于体力活动之中,无暇顾及热刺激。如果他正在出汗,强有力的蒸发系统只需较小的力量就可补偿环境温度的变化。,运动对感觉的影响,49,5.热感觉的描述(投票),问卷调查方式,了解受试者对环境的热感觉,要求其按某种等级标度描述其热感。,目前最广泛使用的是以下两种标度(可相互比较):贝氏标度(英国Thomas Bedford于1936年提出):将热感觉和热舒适合二为一;ASHRAE七级热感
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