《过渡空调环境中人体热舒适性瞬变解析模型》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过渡空调环境中人体热舒适性瞬变解析模型（3页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、过渡空调环境中人体热舒适性瞬变解析模型 吴俊云 ( 上海理工大学制冷技术研究所，上海2 0 0 0 9 3 ) 籀要在过渡环境中，空气的温度存在一个突变，人体存在一个适应阶段，本文从理论上推导了人从一 个环境中突然进入另一个不同环境中，人体热感觉的一维瞬变解析模型，并讨论了。不同环境温差对人体人 舒适性的影响，不同的环境温差对应着不同人体组织的调节时间。 关键词过渡环境热舒适性瞬变解析模型 I N S T 久N T A N E O U SA N A L Y S I S S O L U T I O NO FH U M A NB O D YC O I F O R T I 小m E RT RA N
2、S I T I O NS I 瓜R O U N D I N G S W uJ u n y u n ( I n s t i t u t eo f R e f r i g e r a t i o nT e c h n o l o g y , S h a n g h a iU n i v e r s i t yf o rS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y , S h a n g h a i2 0 0 0 9 3 ) A b s t r a c tT h eh u m a nb o d yw i l ls u f f e ra nu n c o m f o r
3、t a b l e ，m o m e n tb e c a u s eo ft h ea i rt e m p e r a t l a r ec h a n g eu n d e r t h et r a n s i t i o ns u r r o u n d i n g s I nt h i sp a p e r , I n s t a n t a n e o u sa n a l y s i ss o l u t i o no fh u m a nb o d yc o m f o r tu n d e rt r a n s i t i o n c o n d i t i o ni St
4、h e o r e t i c a l l yd e d u c e d a n di ti Sd i s c u s s e dt h a tt h ed i f f e r e n c ei ns u r r o u n d i n g st e m p e r a t u r ew i l Ie f r e c t t h eh u m a nb o d yc o m f o r t ；I nf a c t ，t h ea d j u s tt i m eo fh u m a nb o d yw i l lb ec h a n g e dw i t ht h ed i f f e r e
5、 n c ei n s u r r o u n d i n g st e m p e r a t u r e K e yw o r d s T r a n s i t i o ns u r r o u n d i n g sT h e r m a lC o m f o r tI n s t a n t a n e o u s A n a l y s i sS o l u t i o n 0引言 在炎热的夏天或是在寒冷的冬天，人们从室外 环境进入到空调环境中，人体表面的温度存在一个 突变，其血液循环和肌肉等都会存在一些变化，这 些变化将直接影响人体的舒适感觉，适应能力较差 的人员可能会出现头昏等
6、症状，对于老人严重时会 昏倒。 国外许多学者对人体的热舒适感觉进行了比 较深入的理论和实验研究n 叫1 ，并得出了许多有用结 论，但几乎都是以稳定环境为研究依据，这些研究 都集中在稳态或近似均匀热环境条件下，很少有文 献研究过渡空调环境中的高度非均匀或动态的人 体热舒适性，也没有可供应用的解析模型。 基金项目：上海教委青年发展基金和上海市重点学科建设项目( T 0 5 0 3 ) 资助 作者简介：吴俊云( 1 9 6 9 一) ，男，副研究员，工学博士 E m a i l ：j 蛰) 酗l 廷j 量j n l 蛆g 本文在分析过渡环境突变因素和热边界条件， 应用分离变量法，推导并建立了人体舒适
7、感觉的一 维瞬变温度解析模型。 1人体热边界条件及温度解析模型 1 1 人体传热模型及热边界条件 人体与环境间的传热实际上与人体的热舒适性 紧密相关的；如果把人体作为研究对象，在人体内， 内能的传播速度要远快于其他与热现象有关的特 征速度峙吲。因而可以使用傅立叶定律，如果考虑一 维情况，则有： a 2 r a r ，、 几百2J D c _ = L1 ) O X O t j 下 边界条件为：一A 豢i ，：J = 口 t 一】 O X 人体表面的对流换热系数1 为； a = ( 1 6 + 1 2 1 2 1 ，。) “2 ( 2 ) 式中： A 、P 、c 一分别为人体表层组织的导热系数(
8、w ( m ) ) 、 密度( k g m 3 ) 和比热( J ( k g ) ) 卜为人体体核距外表皮肤的距离，m 瓦一为人体皮肤温度， 死一为环境空气的温度， h 一为人体皮肤附近的环境空气的流速，m s 1 2 人体传热模型求解 对方程( 1 ) 采用分离变量法进行求解。首先 可以假设其解由稳态和瞬态两部分组成，其中瞬态 部分为时间单值函数和位置单值函数组成，即 T = 瓦( 功+ X ( x ) f ( f ) ( 3 ) 瓦 ) 的边界条件为： x - = 0 时，瓦( 0 ) = 疋；沪跗，r o ) = 瓦 t = 0 时，有 x ( z ) f ( o ) _ 瓦一T ；f
9、否i ( 瓦一L o ) 一t o ( X ) 4 不难得到，稳态情形下有如下关系式： T o ( x ) = 瓦一志( 瓦一瓦I ) 5 因此，有 料哟。赢阮司靠G - r c ) ( 6 ) 将式( 3 ) 代入式( 1 ) 中整理后得到： 上罂：一p c d r ：一J B 2 ( 7 ) 一一= 一一= 一n L ，J X 出2允f 出 厂 式( 7 ) 成立的充要条件是等式两边为同一个 常数，设为伊。 与时间有关的项： 坐：一口J B2 r( 8 )“U o 衍 。 其通解为： f = C l e 一印2 ( 9 ) 与位置有关的项： d 2 下X ：一p 2 X ( 1 0 ) 一
10、= 一n ，I Il - J 出 。 其通解为： X = C 2c o s ( # x ) + c 3s i n ( ! x ) ( 1 1 ) 可见其解为周期函数，有无穷多个卢满足方程。 因此，其通用表达式可写为： x 。f 。= 么。c o s ( 3 。x ) + B 。s i n ( f l 。x ) l e 一砥( 1 2 ) 由边界条件式( 6 ) 可得： 赢瓯司一志阮栩2 塾c o s + 忍s i n 蚴】 ( 1 3 ) 令卢。= 疗丌, 5 ，用傅立叶级数展开式( 1 3 ) ，并比较常数项： 击( 。c ) 】出- 0 a 4 彳。= 吉r 万酝( L 。一疋) 一r 矗
11、争i ( L - 一疋) 】c 。s ( 胛觥( 5 ) 出= 。 B 。= 吉E 【赢( L 。一疋) 一丁_ 考面i L - 一疋) 】s i n ( 刀瓜8 ) 出 ：2 8 幽一幽 ( _ 1 ) 一 ，z 丌1 + 1 B i o1 + 1 B i l 。、 7 则，完全解为： M 一赢仍也，一等篇一黑，嵩华灯编铆i n 争 若上式除以环境温差，则变为无量纲形式： r 一瓦 x ( 乏一无。) 瓦l 一瓦o1 + 1 B i , 瓦。一瓦l 竺! I ( T o o - T c ) 一亟! 二型】占芝e 一砌s 2s i n 竺】 l - L o 。1 + 1 B i ol + l
12、B i t 。d d - a 。刀 6 。 ( 1 5 ) ( 1 6 ) ( 1 7 ) ( 1 8 ) 式中：T o o ，T o l 分别为两种环境工况中空气的温度，： 乃一为人体体核的温度，； B 0 ，口f l 分别为两种环境工况下的B o i t 数， 戤：尘； 兄 旷为热扩散系数，m 2 s ，a 二三。 p c 2 讨论 对于人体来说，其体核到体表皮肤距离约 5 = 0 0 4 m ，人体组织的导热系数Z = 0 4 w ( m ) ，密 变p = 1 0 0 0 k g m 3 ，比热c = - 4 0 0 0 J ( k g 。C ) ，若采用无量 纲时间f = a r c
13、2 t 8 2 计算，则一个无量纲时间对应 的时间常数为t = 62 ( a r c 2 1 1 6 2 1 s ( 约2 7 分钟) 。 x 6 图1从气温为3 过渡到室温为2 2 环境中 人体表面组织温度变化 图2 从气温为1 0 。C 过渡到室温为2 2 。C 环境中 人体表面组织温度变化 图1 和图2 分别为人从3 和1 0 C 环境温度进 入到室温为2 2 的空调房间中，人体组织的温度变 化情况。从3 C 环境温度进入到室温为2 2 的空调 房间中，经过约0 8 个无量纲时间后( 约2 1 分钟) ， 人体组织温度分布趋于平衡，人也开始感觉到比较 舒适，而在之前时间内，人体组织的温度
14、分布内外 高中间低不舒适状态。从I O C 环境温度进入到室温 为2 2 。C 的空调房间中，人开始感觉到比较舒适的无 量纲时间约为0 6 ( 约1 6 分钟) 。图1 中，经过约 0 1 5 个无量纲时间( 约4 分钟) 后，人体组织最低 温度与体表温度相差约O 1 5 ，而在图2 中，这个 无量纲时间约为0 0 7 ( 约2 分钟) 。 因此，环境间的温差对人体舒适温感影响很 大，人从一个环境进入到温差较大环境中时，人体 组织需要一定的时间来调节，其调节时间长短与环 境间的温差大小有较大的关系，一般温差越大调节 时间相对要长一些，这就有必要设置一定的空间来 消磨这段调节时间。( 当然，还应
15、与人体新陈代谢 的速度等因素有关，这里不作讨论) 。 参考文献 【1 】M a t j a zP r e k T h e r m o d y n a m i ca n a l y s i so fh u m a nh e a ta n d m a s st r a n s f e ra n dt h e i ri m p a c to nt h e r m a lc o m f o r t I n t e r n a t i o n a lJ o u n l a lo f H e a ta n dM a s sT r a n s f e r4 8 ( 2 0 0 5 ) 7 3 l 7 3 9
16、 2 】T a n e b eS ，A r e n sE A ，B a u m a nF S ，Z a n gH ，M a d s e nT L E v a l u a t i n gt h e r m a le n v i r o n m e n t sb yu s i n gat h e r m a l m a n i k i nw i t hc o n t r o l l e ds k i ns u r f a c et e m p e r a t u r e A S H R A ET r a n s1 0 0 ( 1 ) ：3 9 _ 4 8 3 】K a y n a l d iO ，U n v e rU ，K i l i cM E v a l u a t i n gt
