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1、第四章 人体对热湿环境的反应1主要内容B 人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础J 人体热平衡J 温度感受系统与调节系统J 热感觉与热舒适B 人体对稳态热环境的反应B 人体对动态热环境的反应B 其他热湿环境的物理度量B 热环境与工作效率B 二节点模型2第一节 人体对热湿环境反应 的生理学和心理学基础3人体的基本生理要求B食物分解氧化热量B人体的基本生理要求：维持体温基本恒定！B 代谢率(Metabolic Rate)：人体新陈代谢反应过程中能量释放的速率4.1.1. 人体的热平衡4人体的热平衡B热平衡方程 M W C R E S = 0B皮肤表面积 AD 0.202 mb 0.425 H 0.
2、725 身高1.78m 体重65kg AD为1.8m25B 核心(Core)温度J 核心层：通常包括脑、脊椎、心脏、肝脏、消化器官等内脏部分。J 直肠温度最接近。B 外层(Shell)温度J 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。(一) 人体温度及自身热平衡6人体体温范围B 肝脏：最高，38B 皮肤：与外界环境有关B 各部分温差不会太大B 日夜有1以内的波动B 代表温度：核心温度7人 体 外 层 温 度皮肤温度 状 态 45 以上皮肤组织迅速损伤 43 41 被烫伤的疼痛感 4139 疼感域 3937 热的感觉 3735 开始有热的感觉 3433 休息时处于热
3、中性状态, 热舒适 3332 2-4met 的(中等)运动量时感觉舒适 3230 3-6met 的(较大)运动量时感觉舒适 3129 坐着时有不愉快的冷感 25 (局部)皮肤丧失感觉 20 (手)非常不快的冷感觉 15 (手)极端不快的冷感觉 5 (手)伴随疼感的冷感觉 8(二) 人体与外界的热交换B 人体与外界的热交换 J 显热交换对流散热辐射散热 J 潜热交换皮肤散湿出汗蒸发 皮肤湿扩散 呼吸散湿9(三) 影响人体与外界热交换的因素B 环境空气温度：对流换热 B 环境表面温度：辐射换热 B 水蒸汽分压力（空气湿度）：对流质交换 J 高温环境：增加热感 J 低温环境：增加冷感！ B 风速：对
4、流热交换和对流质交换 J 吹风感：Draught，冷感和对皮肤的压力冲 击 B 服装热阻：影响所有换热形式10影响人体与外界交换的几个环境指标B 平均辐射温度 或J 近似式：J 准确的应该是四次方B 黑球温度 TgB 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11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。=12热质交换系数的确定 B 对流换热系数：专门针对人体的实验数据J 受迫对流 hc= C v nJ 自然对流：三种主要形式 hc=常数 hc= CT 0.25 hc= C (M-50) 0
5、.39B 对流质交换系数：传质与传热比拟J LR = he / hc = 16.5 /kPa13(四) 服装的作用：保温和阻 碍湿扩散B 服装的性能：J 服装的热阻IclJ 服装的透湿性J 服装的表面积14服装的热阻IclB 一般指显热热阻 B 单位m2K/W和clo，其中1clo = 0.155 m2K/W B 已知单件服装热阻： Icl = 0.161+0.835 Iclu,i 15服装的热阻IclB 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 0.24B 椅子给人增加0.15 clo以下热阻Icl = 0.7
6、48 Ach 0.1步速步速 3.7km/h3.7km/h 1clo 1clo 0.48 0.48 cloclo16舒适服装热阻与环境温度、相对风速、 活动强度的关系17服装的透湿性B 服装的存在增加了皮肤的蒸发换热热阻：J 服装对皮肤表面的水蒸气扩散有一个附加的阻力。J 服装吸收部分汗液，只有剩余部分汗液蒸发冷却皮肤。使得需要更大蒸发量才能在皮肤表面上形成同样的散热量18服装的潜热热阻B 服装的蒸发换热热阻(干燥服装)：Ie,cl = Icl / LR = Icl / 16.5 (kPa m2/W)B 服装被汗湿润后热阻会下降，显热换热加强 ，又增加了潜热换热，故总传热系数增加：1 clo干
7、燥服装被汗湿润后的热阻 19服装的表面积B 服装的面积系数 fclJ 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。J 表达式：fcl = Acl / ADB 与服装热阻的近似关系J fcl = 1.0 + 0.3 Icl 皮肤表面积 AD 0.202 mb 0.425 H 0.72520(五) 人体的能量代谢率B 影响因素多：J 肌肉活动强度：绝对的影响J 环境温度：偏高、偏低都增加代谢率J 性别：男性高于女性J 年龄：少年高于老人J 神经紧张程度：紧张则代谢率高J 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。B 代谢率单位
8、met：1 met = 58.2 W/m2，即成 年男子静坐时的代谢率。21610%610%基础代谢率：参照基础B 基础代谢率(BMR ，Basal Metabolic Rate) 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 W/m2B BMR变化范围：1015%。超过20为病态。22肌肉活动与 代谢率B 肌肉活动强度对代谢率起决定性 的影响B 一般室内运动代 谢率多在5 met 以 下23人体是高效的能量转化系统 吗？否！B 机械效率 W / M B 大部分室内劳动机械效率近似024人体的蒸发散热量：B 体表全部被汗湿润： B Esk= Ersw + Edi
9、f = wEmaxB 接近热舒适条件下的出汗潜热散热量Ersw = 0.42 ( M W 58.2 )B 皮肤湿润度 w = Esk/EmaxB 皮肤湿扩散散热量J 没有排汗时 Edif = 0.06 EmaxJ 有正常排汗时 Edif = 0.06 (Emax Ersw) 25人体的呼吸散热量：B 呼吸显热散热量Cres = 0.0014 M (34 ta ) W/m2B 呼吸潜热散热量Eres = 0.0173 M (5.867 Pa ) W/m2 26人体与外界的辐射换热方程B 长波辐射B 对太阳辐射的吸收0.8 0.4 0.70.8 0.4 0.70.78 0.72 0.7人体对长波辐
10、射 的发射率和吸收 率在0.95左右27人体散热、散湿量的影响因素B 全热：主要决定于肌肉活动强度，受其它因素影响在应用上可以忽略。B 显热：决定于温度，随温度上升而减少。B 潜热(散湿)：决定于温度，随温度上升而增加。2829决定人体排汗率的主要因素B环境温度B核心温度(代谢率)304.1.2 人体的温度感受系统B 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”B 人体各部位的冷点数目 明显多于热点B 为什么人对冷更敏感？50mV50mV31人体各部位冷点和热点分布密度(个 /cm2)参考文献：H. Hensel, Thermoreception and T
11、emperature Regulation, London: Academic Press, 198132冷、热感受器的位置B 冷、热感受器存在于： J 外周温度感受器 皮肤 粘膜 腹腔内脏 J 中枢性温度敏感神经元 脊髓 延髓 脑干网状结构33冷、热感受器的位置344.1.3 人体的体温调节系统B 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。 B 散热调节方式J 血管扩张，增加血流，提高表皮温度J 出汗B 御寒调节方式J 血管收缩，减少血流，降低表皮温度J 通过冷颤增加代谢率35人的体温设定值随肌肉活动强度 而改变B 在体温调节系统正常 工作时，增
12、加环境温 度并不能提高人体的 核心温度（直肠温度 ）。B 只有改变代谢率才能 改变人体核心温度。36体温调节系统的工作原理374.1.4 热感觉B 研究方法：心理学 B 定义：人对周围环境“冷”“热”的主观描述。 B 特点：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。 B “中性”的定义：不冷不热，人用于体温调 节消耗的能量最小。38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5 5变热39热感觉的适应性28 30 32 34 36 38 40温度的变化()适应温度（）40热但舒适！
13、 刚刚进入温暖 非稳定热且不舒适！ 稳定热感觉与热舒适41热感觉的测量：问卷调查贝氏标度ASHRAE热感觉标度7过分暖和3热6太暖和2暖5令人舒适的暖和1稍暖4舒适（不冷不热 ）0正常3令人舒适的凉快-1稍凉2太凉快-2凉1过分凉快-3冷Bedford和ASHRAE的七点标度424.1.5 热舒适什么是热舒适观点1： 舒适中性 ?43什么是热舒适?观点2： 舒适中性 舒适产生于不适的消除过程中。“舒适”比“中性”更主观。Cool & Comfort ! !44热舒适与热中性的背离体温过低 体温过高体温正常手的温度()很不愉快正常很愉快45影响热舒适的因素B 空气湿度B 垂直温差B 气流与吹风感
14、B 辐射不均匀性B 年龄、性别、季节、人种46空气湿度B 中性热环境中，为什么潮湿的空气使人不舒服？B 空气湿度对人体排汗量有影响吗？B 在皮肤没有完全湿润的情况下，增加空气湿度会减少人体散热量吗？B 皮肤湿润度增高皮肤黏着性增加不适B 可能引起不舒适的皮肤湿润度的上限 w 长波辐射，所以在计算白天的室外综合温度可 以不考虑其影响，在夜间由于没有太阳辐射作用，天空的背景温度空 气温度，因此建筑物向天空的辐射放热量是不可忽略的，尤其是在建筑物 与天空之间的角系数比较大的情况，而冬季若忽略其影响会导致估算负荷偏低。 1083、在相同条件下为什么外遮阳比内遮阳更有利。 因外遮阳可反射部分阳光，吸收部
15、分阳光和透过过部分阳光，其中 只有透过过部分阳光会达到窗玻璃外表面，并部分可能变变成了冷负负荷， 而内遮阳除了反射部分阳光外，吸收和透过过部分的阳光均形成了室内 冷负负荷，只是其得热热量的峰值值有所延迟迟和衰减。 4、什么情况下建筑物与环境之间的长波辐射可以忽略？白天，相对于太阳辐射建筑物与环境之间的长波辐射可以忽略 5、透过玻璃窗的太阳辐射中是否只有可见光，没有红外线 和紫外线？P48 6、透过玻璃窗的太阳辐射是否等于建筑物的瞬时冷负荷？7、室内照明和设备散热是否直接转变为瞬时冷负荷？109B8、何为得热量，冷负荷、热负荷和湿负荷，得热量与冷负荷之间的关系如何？ B房间得热量：是指某时刻进入房间的总热量，冷负荷：是为了维持一 定的室内热湿环境所需要的在单位时间内从室内除去的热量（包括显 热量和潜热量）。热负荷是为了维持一定室内热湿环境所需要的在单 位时间内向室内加入的热量。湿负荷：是指维持一定的室内湿环境需 要的在单位时间内排除的水分。得热量与冷负荷之间的关系：得热量 的对流部分进入室内立刻成为瞬时冷负荷，而得热量的辐射部分首先 会传到室内各表面，提高这些表面的温度，当这些表面的温度高于空 气温度时，再以对流
