第四章-人体对热湿环境的反应-(建筑环境学-清华大学)教程文件
建筑环境学(4)
式中 Tr ----平均辐射温度，K； trFnj----周围环境第j个表面的角系数； Tnj----周围环境第j个表面的温度，K； εj----周围环境第j个表面的黑度； ε0----假想围合面的黑度；
四次方关系并采用绝对温标，实际使用时 有一定的困难，对于人体所处的实际环境 温差来说，简化的一次方表达式的结果比 实际平均辐射温度会略小一些，但已经足 够精确了。另外，在实际的建筑室内环境 里，室内各主要表面的黑度一般差别并不 大，因此可假定人体周围各非等温围合面 的用黑摄度氏均温等标于 的假 平想 均合 辐围 射的 温黑 度度 近似ε0，表则达有式采：
一、人体的热平衡
1. 人体的基本生理要求
(1) 代谢率：食物通过 化学反应过程被分解氧化， 实现人体的新陈代谢, 在 化学反应中释放能量的速 率叫做代谢率 （Metabolic Rate）。
食物分解氧化热量 人体的基本生理要求： 维持体温基本恒定！
人体各部分的温度不同。
代谢率高的器官温度比较高，例如代谢 率比较高的肝脏温度约为38℃。但由于 全身血液在不断循环，把热量由温度较 高处带到较低处，所以人体各部分温度 不会相差很大。一昼夜之中，人体体温 有周期性波动，波动幅度不超过1℃。
式散发的热量，W/㎡ ； R——人体外表面向周围环境通过辐射形
式散发的热量，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/㎡ （式中各项均以
人体单位表面积的产热和散热表示）
（3）裸身人体皮肤表面积的计算：
AD=0.202mb0.425H0.725
式中，AD为人体皮肤表面积,m2；H 为身高,m； mb—为体重,kg；
Birkebak (1966) Nelson和Peterson (1952)
09级：《建筑环境学》(第三版)教学大纲与复习要点
《建筑环境学》课程教学大纲一、课程的基本情况课程中文名称：建筑环境学课程英文名称：Built Environment课程代码：0811010课程类别：专业基础课课程性质：必修课总学时：36 讲课学时：34 实验学时： 2 课程学分：2分授课对象：建筑环境与设备工程专业的本科生前导课程：工程热力学，流体力学，传热学二、教学目的本课程是建筑环境与设备工程专业的一门主干专业基础课。
课程目的在于使学生了解和掌握：人和生产过程需要的室内物理环境；各种外部和内部的因素如何影响建筑环境；改变或控制建筑环境的基本方法及原理。
同时通过本课程的学习，为今后学习各门专业课程以及研究生课程打下理论基础。
另外，由于这是一门非常前沿的课程，因此在课程中除了采用了国内外公认的成熟的定论以外，还大量介绍了国内外最新的有关研究成果。
通过本课程的学习，使学生正确掌握有关建筑物理环境的基本概念，掌握构建、分析、评价建筑环境的基本理论与方法，了解建筑环境学科研究的最新发展动态。
三、教学基本要求第一章绪论基本要求：1.了解建筑环境学在人类生产、生活以及可持续发展中的地位和作用。
2.了解建筑环境学的主要研究内容及研究方法。
重点与难点：本章重点是了解建筑环境学的主要研究内容及研究方法。
本章无难点。
复习要点：1建筑环境学的概念，面临的两个急待解决的问题。
2建筑环境学研究的主要内容。
第二章建筑外环境基本要求：1.了解太阳与地球运动的基本规律。
熟悉室外气候的基本特性。
2.掌握太阳辐射的规律（包括太阳常数与太阳辐射的电磁波谱、大气层对太阳辐射的吸收、臭氧层与太阳辐射的关系影响、日照的作用与效果）。
3.了解室外气候（温湿度的年和日变动，风、雨、雪等）。
4.了解城市微气候的特点。
5.掌握我国气候分区的方法与各气候区的特点。
重点与难点：本章重点是太阳辐射的规律与我国气候分区。
本章无难点。
复习要点：1太阳辐射：大气层对太阳辐射的吸收，日照的作用。
2室外气候：1)室外气温的定义，变化规律，有效天空温度。
第四部分人体对热湿环境的反应教学课件
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
④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=εfclfeffσ（Tcl4-Tr4） （4-25） ⑤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4-9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。
一、人体的热平衡
第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础
5.人体的能量代谢 ③人体蒸发散热量 ⑴人体皮肤的蒸发散热量Esk 在接近热舒适的条件下，人体平均皮肤温度tsk和出汗造成 的潜热散热量Ersw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： tsk=35.7-0.0275(M-W) (4-20) Ersw=0.42(M-W-58.2) (4-21) 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： M W 58.2 46he 5.733 0.007( M W ) P a 0.06 5 22
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 （4-1） 式中： M--- 人体能量代谢率； W--- 机械功； C--- 对流散热量； R--- 辐射散热量； E--- 汗液蒸发和 呼出的水蒸汽所带走的热量； S--人体蓄热率。单位均为：W/m2
(完整版)《建筑环境学》教学提纲
(完整版)《建筑环境学》教学提纲《建筑环境学》教学大纲课程英文名称：Building Environment课程编号：课程类别：专业课课程性质：必修课学分：3学时： 48(其中：讲课学时:42 实验学时:6 上机学时：0 )适用专业：建筑环境与能源应用工程本科专业开课部门：土木工程与建筑学院一、课程教学目的和课程性质本课程是建筑环境与能源工程专业的专业基础课。
目的在于使学生了解人与建筑环境的相互关系，了解建筑环境对人的生理、心理和行为的影响，了解人对建筑热湿环境、空气环境和声光环境的要求.使学生掌握基本的建筑环境控制与设计技术基础，深刻地体会建筑环境与人们赖以生存的环境和地球资源之间的紧密的联系，初步具备营造可持续绿色建筑及其环境的意识和能力，并为后续专业课程的学习做好准备。
二、本课程与相关课程的关系先修课程：高等数学、大学物理、工程热力学、传热学、流体力学、建筑概论;后继课程为：工程热力学、流体输配管网、热质交换原理等专业基础课，暖通空调、冷热源工程等专业课。
三、课程的主要内容及基本要求(一）理论学时部分第一单元绪论（2学时）［知识点］建筑环境学的主要内容；建筑环境与人的密切的关系，以及它在人们的生活和工作中的重要作用；绿色建筑技术与环境和资源的关系，建立人与环境的和谐相处和可持续发展的观念和意识.［重点］绿色建筑技术与环境和资源的关系，建立人与环境的和谐相处和可持续发展的观念和意识。
［难点]无.[基本要求］1、识记：建筑环境学的主要内容.2、领会：建筑环境与人的密切的关系。
3、简单应用：无。
4、综合运用：无.第二单元建筑外环境（4 学时）［知识点］室外气候特征，建筑对区域性气候的影响（城市热岛现象、小区环境、楼房风灾害等）；太阳高度角、方位角的概念；日照对生活的影响；建筑外形与日影的关系;终日日影与永久日影的区别；建筑热工设计与我国的气候分区及我国的建筑节能政策和法规。
[重点]太阳高度角、方位角；建筑外形与日影的关系。
04第四章第1节 人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础
基本内容
人体的热平衡 人体的基本生理要求 人体与外界的热交换 影响人体与外界显热交换的几个环境因素 服装的作用 人体的能量代谢 人体的温度感受系统 人体的体温调节系统 热感觉 热舒适
人体的基本生理要求
人体的基本生理要求：维持体温基本恒定！
代谢率(Metabolic Rate)： 人体新陈代谢反应过程中 能量释放的速率
服装透湿性
1、服装的存在影响了皮肤表面的蒸发。
服装对皮肤表面的水蒸气扩散有个附加的阻力
服装借助毛细现象吸收和传输汗液，这部分 汗液不是在皮肤表面蒸发，而是在服装表面 或服装内部蒸发。 这需要更大的蒸发量才能在皮肤表面上形成 同样的散热量，故服装增加了皮肤的蒸发换 热热阻。 服装吸收汗液，使只有部分汗液蒸发冷却皮肤
影响热阻Icl的因素
Icl与座椅的关系
类型
Icl (clo)
0.36 0.57 0.61 0.96 1.34 1.5 0.37 0.63 0.32 0.2 0.4
短袖衬衣，短裤 长裤，短袖衬衫 长裤，长袖衬衫 Icl与人的状态的关系 长裤，长袖衬衫加短外衣 厚大衣，长袖衬衫，保暖内 Icl与湿气的关系 衣 ， 长 内裤 厚三件套西衣服, 长内衣裤 厚 毛衣 厚长大衣 厚 裤子 工 作服 夹克
人 体 外 层 温 度
皮肤温度 45 ℃ 以上 43~ 41 ℃ 41~39 ℃ 39~37 ℃ 37~35 ℃ 34~33 ℃ 33~32 ℃ 32~30 ℃ 31~29 ℃ 25℃ (局部) 20 ℃(手) 15 ℃(手) 5 ℃(手)
状 态 皮肤组织迅速损伤 被烫伤的疼痛感 疼感域 热的感觉 开始有热的感觉 休息时处于热中性状态, 热舒适 2-4met 的(中等)运动量时感觉舒适 3-6met 的(较大)运动量时感觉舒适 坐着时有不愉快的冷感 皮肤丧失感觉 非常不快的冷感觉 极端不快的冷感觉 伴随疼感的冷感觉
《建筑环境学》课程教学大纲(本科)
建筑环境学Built Environment课程代码：02410010学分：2学时：32 （其中：课堂教学学时：28实验学时：4上机学时：0课程实践学时：0 ）先修课程：《传热学》适用专业：建筑环境与能源应用工程教材：朱颖心.建筑环境学.北京：中国建筑工业出版社，2016一、课程性质与课程目标.（-）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）本课程是高等学校建筑环境与能源应用工程专业的一门重要的必修课和专业基础课，是一门跨学科的边缘科学，是建筑环境与能源应用工程专业的研究对象由单纯的机械设备系统向综合的建筑环境系统转化的产物。
本课程是研究建筑的基本规律、建筑技术的原理和方法，使学生掌握建筑环境的基本理论、基本知识、基本技能，讲求经济效益，培养学生具有初步的科学管理能力。
（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。
应包括知识目标和能力目标。
）课程目标1:使学生了解和掌握人和生产过程需要的室内物理环境；课程目标2：使学生了解和掌握各种外部和内部的因素如何影响建筑环境；课程目标3：使学生了解和掌握改变或控制建筑环境的基本方法及原理；课程目标4：通过本课程的学习，为今后学习各门专业课程以及研究生课程打下理论基础。
注：工程类专业通识课程的课程目标应覆盖相应的工程教育认证毕业要求通用标准；（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系（认证专业必修课程填写）本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点『1……m-n1.毕业要求1-1:2.毕业要求……注：课程目标与毕业要求指标点对接的单元格中可输入“「'，也可标注“H、M、L”。
第一章绪论（一）课程内容1.建筑与环境的关系（1）建筑的演变历史（2）营造法式（适合自己需要），图式理论（追求艺术），建筑空间理论（功能），建筑环境学（舒适性）（3）建筑与环境关系的发展中存在的问题（4）如何协调室内环境舒适性要求与节能、环保之间的矛盾（5）空调系统的使用使得在室内空气品质方面比较差，易造成病态建筑综合症SBS2.建筑环境学的主要内容与研究方法（1）建筑环境学的主要研究内容（2）建筑外环境，建筑热湿环境，人体对热湿环境的反应，室内空气品质，通风与气流组织，建筑声环境，建筑光环境（3）建筑环境学的主要研究方法（二）教学要求让学生从宏观上了解建筑与环境的关系，了解建筑环境学的主要内容与研究方法。
建筑环境学-第4章_人体对热湿环境的反应
厚 大 衣 ， 长 袖 衬 衫 ， 保 暖 内
衣 ， 长 内 裤
1.34
厚 三 件 套 西 衣 服 , 长 内 衣 裤 1.5
厚 毛 衣
0.37
厚 长 大 衣
0.63
厚 裤 子
0.32
工 作 服
0.2
夹 克
0.4
13
服装的热阻Icl
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
食物分解氧化热量 人体的基本生理要求：
维持体温基本恒定！ 代谢率(Metabolic Rate)：
人体新陈代谢反应过程 中能量释放的速率。
2
人体的热平衡
热平衡方程 M W C R E S = 0
皮肤表面积 AD ＝ 0.202 mb 0.425 H 0.725
身高1.78m 体重65kg AD为1.8m2
to
hr tr hr
hcta hc
9
平均辐射温度:
一个假象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。
k
k
tr
(Fnjtnj)/ Fnj
j1
j1
=
10
热质交换系数的确定
对流换热系数：专门针对人体的实验数据
受迫对流
hc= C v n
潜热散热量 Eres = 0.0173 M (5.867 Pa ) W/m2
24
人体的辐射散热
人体与外界的辐射换热方程
R fclfeff(Tc4lTr4)
0.8 0.4 0.7
0.78 0.72 0.7
建筑环境学第4章人体对热湿环境的反应
服装的热阻Icl 服装的透湿性 服装的表面积
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
服装的热阻Icl
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
只有改变代谢率才 能改变人体核心温 度。
体温调节系统的工作原理
热感觉
研究方法：心理学 定义：人对周围环境“冷”“热”的主观描述。 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。 “中性”的定义：不冷不热，人用于体温调节 消耗的能量最小。
冷、热感受器
冷、热感受器存在于：
外周温度感受器
皮肤 粘膜 内脏
中枢性温度敏感神经元
脊髓 延髓 脑干网状结构
冷、热感受器的位置
人体的体温调节系统
下丘脑具寒冷。
散热调节方式
血管扩张，增加血流，提高表皮温度 出汗
年龄：老年人比年轻人更喜欢热环境吗？
不是，只是老年人活动量小。
性别：女性比男性更喜欢热环境吗？
不是，只是女性喜欢穿较轻薄的衣服。
季节和一天中的时间会影响热舒适感吗？
尽管人体温有波动，但热舒适感没有明显变化
热感觉投票和热舒适投票
Thermal Comfort Vote & Thermal Sensation Vote
加。
人体排汗率 散湿量
决定因素
环境温度 核心温度(代谢率)
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风冷却指数WCI (Wind Chill Index)Siple & Passel, 1945
热环境与工作效率
理论效能与温度关系曲线
体力劳动与热环境
脑力劳动与热环境
冷应力和手工操作效能
二节点模型，Gagge，1970
二节点模型，Gagge，1970
二节点模型的应用
思考题
• 人的代谢率主要是由什么因素决定的？人体的 发热量和出汗率是否随环境空气温度的改变而改 变？
核心温度对热感觉的影响
热感觉的测量：问卷调查
什么是热舒适？
什么是热舒适？
热舒适与热中性的背离
影响热舒适的因素
空气湿度
垂直温差
垂直温差
垂直温差
气流与吹风感 draught
气流与吹风感 draught
气流与吹风感
气流与吹风感
辐射不均匀性
辐射不均匀性
辐射不对称性与满意率的关系
其他因素：Fanger的实验结论
3、热感觉与热舒适
人体对稳态热环境 的反应
人体对稳态热环境的反应
• 理论建立者：P.O.Fanger
预测平均评价PMV
S？
PMV指标的7级分度
预测不满意百分比PPD
热舒适方程与PMV指标特点总结
热舒适方程与PMV指标特点总结
其他稳态热反应指标
ASHRAE舒适区
服装的热阻：Icl
舒适服装热阻与环境温度、相对风速、 活动强度的关系
服装的透湿性
服装的潜热热阻
服装的表面积
人体的能量代谢率
基础代谢率
肌肉活动与代谢率
人体是高效的能量转化系统 么？—否！
人体的潜热散热量：皮肤蒸发
人体的潜热散热量：呼吸蒸发
人体与外界的辐射换热方程
人体散热、散湿量的影响因素
• 为什么要有TSV和TCV两种人体热反应评价投票？ • HIS、WCI与PMV、PPD应用上有什么区别？ • 动态热环境与稳态热环境对人的热感觉影响有
何差别，原理是什么？ • 你自己对“舒适”和“中性”之间的关系有何
切身体会？
其他稳态热环境评价指标
合成温度
当量温度
主观温度
主观温度
人体对动态热环境的 反应
对突变温度环境的反应
对突变温度 环境的反应
人体对变化风速的反应
不同类型风的 风速变化
人体对不同类型脉动风速的接受程度实验（清华）
过渡区热指标RWI/HDR
过渡区热指标RWI/HDR
过渡区热指标RWI/HDR
RWI的分度与ASHRAE热感觉标度之间的关系
热感觉
ASHRAE热感觉标度 相对热指标RWI
暖
2
0.25
稍暖
1
0.15
中性
0
0.08
稍凉
-1
0.00
过渡区热指标RWI/HDR
其他热湿环境的物理度量
不需 调节
可调 区
Heat Stress
疲劳极 限
失调 区
热舒适指标够用吗？
热应力指数HSI (Heat Stress Index) Belding & Hatch, 1955
• “冷”与“热”是什么概念？单靠环境温度能 否确定人体的热感觉？湿度在人体热舒适中起什 么作用？
• 某办公室设计标准是干球温度26℃，相对湿度 65％，风速0.25m/s。如果最低只能使温度达到 27℃，相对湿度仍然为65％，有什么办法可以使 该空间能达到与设计标准同等的舒适度？
思考题
• 人体处于非热平衡时的过渡状态时是否适用热舒 适方程？其热感觉描述是否适用PMV指标？PMV在 描述偏离热舒适状况时有何局限？
决定人体排汗率的主要因素
2、温度感受系统与调节系统
人体各部位冷点和热点 分布密度：个/cm2
冷、热感受器的位置
冷、热感受器的位置
人体的体温调节系统
人体的体温调节系统
人体的体温设定值随肌肉活 动强度而变
2、温度感受系统与调节系统
3、热感觉与热舒适
热感觉的影响因素
热感觉的适应性
第四章 人体对热湿环境的反应
主要内容
人体对热湿环境反应的生 理学与心理学基础
1、人体的热平衡
人体的热平衡
人体温度
人体体温范围
人 体 外 层 温 度
人体与外界的热交换
影响人体与外界热交换的因素
关于热湿环境的术语
平均辐射温度
热质交换系数的确定
服装的作用：保温和阻碍湿扩散
服装的热阻：Icl