人体对热湿环境的反应.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章 人体对热湿环境的反应,本章主要讲述人体对热湿环境的生理及心理反应，由于各种科学的研究与发展，最终是为人类服务的，所以人对客观环境的主观或客观反应，应该是我们建筑环境学研究的重要内容之一下面我们先来了解人体对热湿环境的生理学和心理学基础知识第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,1.人体的基本生理要求,人体是在不断地释放着热量的通常我们将人体在进行新陈代谢时释放能量的速率称之为代谢率人体的生理反应总是努力地去维持人体重要器官的温度相对稳定一方面人体在源源不断地产生热量，另一方面又要维持体温的相对恒定，所以人体就必须不断地把新陈代谢所产生的余热以对流、辐射和汗液蒸发等形式释放出去人体各部分温度并不都是一致的,，,但各部分温度不会相差很大其皮肤平均温度常通过测试人体胸部，上臂、大腿及小腿的皮肤温度，按照加权系数0.3、0.3、0.2和0.2进行加权平均求得第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,1.人体的基本生理要求,人体为了维持正常的体温，就必须使产热和散热量保持平衡。

人体的热平衡可用下式表示：,M-W-C-R-E-S=0 （5-1）,式中：,M-,人体能量代谢率，取决于人的活动量大小等因素；,W-,人体所作的机械功；,C-,人体外表面以对流形式散发的热量；,R-,人体外表面以辐射形式散发的热量；,E-,汗液蒸发和呼出的水蒸汽所带走的热量；,S-,人体蓄热率以上各量的单位均为：,W/m,2,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,1.人体的基本生理要求,要计算人体的总产热、散热量，还必须知道人体皮肤的全表面积，一般裸身人体的全表面积常用下列经验公式进行计算：,A,D,=0.202m,b,0.425,H,0.725,（5-2）,式中：,A,D,为人体皮肤表面积；,H,为身高，单位为,m；m,b,为体重，单位为,kg身高为1.78,m，,体重为65,kg，,用上式计算可知此人的皮肤表面积约为1.8,m,2,左右第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,1.人体的基本生理要求,人体的蓄热率,S,近似为0时，人感觉正常、舒适人体蓄热率,S,为正，将导致体温上升，当体温升至38.3时，则轻症中暑，当体温升至40时，称作体温过高，此时出汗停止，表现为重症中暑，若不采取措施，体温将迅速攀升，至45时将导致死亡。

人体蓄热率,S,为负时，体温下降，一般当体温下降至36以下时，称作体温过低，当体温降至28以下时，会导致严重的心室纤颤，并有死亡的危险尽管现在还不能够准确地确定人的最低致死体温，但已证实当体温下降至20时，通常就不能复苏第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,2.人体与外界的热交换,影响人体与外界的热交换强度的因素通常有:,衣着：,人体着衣的服装热阻大小；,环境空气温度：,决定着换热温差；,空气相对湿度：,在相同的高温环境下，空气湿度越高就越增加人体的热感另外在低温环境下如果空气湿度过高，会衣物的热阻下降，强化人体与衣物的传热，同样也会增加人体的冷感周围物体的表面温度：,空气的流速:,不仅强化人体与外界的换热，还引起人体“吹风感(,Draft)”,等一系列不愉快的感觉第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,3.影响人体与外界热交换的几个环境指标,平均辐射温度 :,用来考虑周围物体表面温度对人体辐射散热强度的影响，实际上，它是假设将人置于一个内表面温度均相等的假想的封闭空腔内（空腔与内包凸表面），人与这个壁面温度均等于平均辐射温度的空腔进行辐射换热。

其数学表达式为：,平均辐射温度通常采用黑球温度计来进行测量，若同时测量出空气的温度,T,a,，,且当平均辐射温度与室内气温差别不大时，可求出此时的平均辐射温度为（式中：,T,g,为黑球温度，,为室内空气流速）：,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,3.影响人体与外界热交换的几个环境指标,操作温度,t,o,（Operation Temperature）,：用来反映室内环境空气温度,t,a,与平均辐射温度的综合作用，其表达式为：,式中：,h,r,为辐射换热系数，,h,c,为对流换热系数对流换热系数,h,c,：,对流质交换系数,h,e,：,据刘伊斯准则有：,对于典型的室内空气环境通常可取,Le=16.5,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,4.服装的影响：,服装热阻,I,cl,：,常指其显热热阻，常用单位为,clo，,且有下列关系：,1,clo=0.155 m,2,K/W（or:m,2,/W）（5-8）,通常夏季服装热阻为0.5,clo，,冬季为1.52.0,clo，,工作服为0.7,clo，,北极着装为4.0,clo人坐在椅子上时会增加热阻，一般以单人软体沙发增加的热阻最大，其值约为0.15,clo。

其它类型的椅子等物体，其热阻的增值,I,cl,可用下式进行估算：,I,cl,=7.4810,-5,CSAC-0.1 （5-9）,其中,CSAC,是人体与椅子的接触面积，单位为平方米人在行走时会降低服装的热阻降低的热阻值可用下式估算:,I,cl,=0.504I,cl,+0.00281V,walk,-0.24 （5-10）,式中：,V,walk,为行走的步数，单位为：步/,min第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,4.服装的影响：,服装的透湿性：着装一方面会增加皮肤的蒸发换热热阻另一方面，服装吸收了汗液以后使衣物潮湿而导致衣物的导热系数增加，且服装层在原来的显热传热基础上又增加了部分潜热换热，相当于此时服装原有的热阻值下降服装的表面积：着装后的人体与外界的热交换面积将发生改变，常用着装后的人体实际表面积,A,cl,与人体裸身时的表面积,A,D,之比的服装面积系数,f,cl,来表示这种变化：,f,cl,=A,cl,/A,D,(5-11),f,cl,可通过有关文献获得若没有合适的参考数据，可采用它与服装热阻之间的关系用下式进行估算:,f,cl,=1.0+0.3I,cl,(5-12),第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,5.人体的能量代谢,人体的能量代谢率：,人体的能量代谢率受多种因素影响，如肌肉活动强度、环境温度、性别、年龄、神经紧张程度、进食后时间的长短等。

规定未进早餐前，保持清醒静卧半小时，室温条件维持在1825之间测定的代谢率叫着基础代谢率(,Basal Metabolic Rate,BMR)人体的代谢率在一定的温度范围内是比较稳定的人在进食后产热量会逐渐增加，并延续至8小时人体的基础代谢率随年龄增加逐渐下降基础代谢率女性比男性低百分之六至百分之十第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,5.人体的能量代谢,人体的能量代谢率：,活动人体的代谢率确定通常通过测量人体的耗氧量和二氧化碳的排出量来进行计算，且有：,M=352,（0.23,RQ+0.77）V,O,2,/A,D,（5-13）,式中：,M,为代谢率，单位为,W/m,2,；,RQ,为呼吸商，无量纲，定义为单位时间内呼出二氧化碳与吸入氧气的摩尔数之比；,V,0,2,为单位时间内消耗的氧气在标准状态下的体积，单位为：,L/min另外代谢率的单位也可以采用,met,来表示，且通常有：,1,met=58.2 W/m,2,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,5.人体的能量代谢,人体的机械效率:指人体对外所作的功,W,与人体代谢率,M,的比值。

即：,=W/M它与人体的活动强度有关一般来说人体的机械效率的数值都比较低，在百分之五至百分之十的范围内，很少能超过百分之二十，因此在空调负荷计算时通常把人体机械效率看作是0这主要是因为：,大部分的办公室劳动和室外轻体力劳动的机械效率近似为零；,人体代谢率的估算本身带有误差；,忽略人体对外所作的机械功对于空调系统设计来说是偏于安全的第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,5.人体的能量代谢,人体蒸发散热量,人体皮肤的蒸发散热量,E,sk,皮肤表面可能达到的最大潜热换热量,E,max,为:,式中,h,e,/,表示人体服装表面的对流质交换系数，且,P,sk,可简化为皮肤温度,t,sk,的函数：,P,sk,=0.254t,sk,-3.335 （5-16）,式5-15表示的完全被汗液润湿的人体潜热量，这只有在总排汗量大大超过蒸发量时才能达到，故实际蒸发散热量,E,sk,比,E,max,小，且有：,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,5.人体的能量代谢,人体蒸发散热量,人体皮肤的蒸发散热量,E,sk,E,sk,=E,rsw,+E,dif,=E,max,(5-17),式中是,E,rsw,汗液蒸发量，,E,dif,是皮肤湿扩散散热量，,为,皮肤湿润度,，即皮肤的实际蒸发量与同一环境中皮肤完全湿润而可能产生的最大散热量之比：,=E,sk,/E,max,。

若皮肤无排汗，皮肤湿扩散散热量为：,E,dif,=0.06E,max,(5-18),当皮肤正常排汗时，皮肤湿扩散散热量为：,E,dif,=0.06(E,max,-E,rsw,)(5-19),第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,5.人体的能量代谢,人体蒸发散热量,人体皮肤的蒸发散热量,E,sk,在接近热舒适的条件下，人体平均皮肤温度,t,sk,和出汗造成的潜热散热量,E,rsw,取决于人体的代谢率和对外所作的功，且据,Rohlesh Nevins,实验的回归式它们之间有如下关系：,t,sk,=35.7-0.0275(M-W)(5-20),E,rsw,=0.42(M-W-58.2)(5-21),联立方程5-15，16，17，,l9，20，21，,并对换热热阻进行一定的简化处理后，可得到舒适条件下的皮肤湿润度：,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,5.人体的能量代谢,人体蒸发散热量,人体的呼吸散热散湿量,人体的呼吸散热包括显热散热,C,res,和潜热散热,E,res,两部分，显热散热为：,C,res,=0.0014M（34-t,a,）W/m,2,（5-23）,潜热散热为：,E,res,=0.0173M（5.867-P,a,）W/m,2,（5-24）,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡,5.人体的能量代谢,人体与外界的辐射换热量：,人体与外界的辐射换热方程可表示为：,R=f,cl,f,eff,（T,cl,4,-T,r,4,）（5-25）,不同环境条件和活动强度条件下人体的散热和散湿量：,可据表5-7查得。

从表中可看出：人体发热量当活动强度一定且在一定的温度变化范围内近似为常数，环境温度越高，人体的显热散热量就越少，潜热散热量就越多当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就全部变成了蒸发潜热散热第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,二、人体的温度感受系统,对冷敏感和对热敏感的区域，我们分别把它们称之为“冷点”和“热点”，这些“冷点”和“热点”即为人体的温度感受器人体各部位的冷点数目明显多于热点，而且冷点和热点的位置也不相同根据温度感受器对动态刺激的反应特性，我们通常把它们分为热感受器和冷感受器两种热感受器与冷感受器的信号在传输过程中是分开传送的，在中枢神经系统的不同层次进行整合，产生对应的冷感觉和热感觉，同时对产热的过程进行促进或抑制目前我们还未完全了解冷热感受器人体对冷感觉的反应比对热感觉的反应更敏感。