第四章人体对热湿环境的反应(建筑环境学清华大学)资料
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)
建筑环境学复习资料-重点
建筑环境学复习重点第二章建筑外环境世界时——以本初子午线处的平均太阳时为世界时间的标准时。
北京时间——东八区的时间，即以东经120°的平均太阳时为中国的标准。
北京时间=世界时间+8小时太阳在空间的位置——太阳高度角，太阳方位角A到达地面的太阳辐射照度大小取决于地球对太阳的相对位置以及大气透明度。
风场——指风向，风速的分布状况。
风——风是由于大气压差所引起的大气水平方向的运动。
地表增温不同是引起大气压差的主要原因，也是风形成的主要原因。
风可以分为大气环流与地方风。
气象台一般以距平坦地面10m 高出所测得风向和风速作为当地的观察数据。
风玫瑰图包括风向频谱图和风速频谱图地方风是由于地表水陆分布、地势起伏、表面覆盖等地方性条件不同所引起海陆风——局部地方昼夜受热不均引起的。
大气边界层——从地球表面到500~1000m高的这层空气叫大气边界层，其厚度主要取决于地表的粗糙度。
室外气温——一般是指距地面1.5m高，背阴处的空气温度。
一天的最高气温通常出现在14时左右，最低气温一般出现在日出前后。
由于空气与地面间因辐射换热而增温或降温，都需要经历一段时间。
相对湿度的日变化受地面性质，水陆分布，季节寒暑，天气阴晴等因素影响。
一般是大陆低于海面，夏季高于冬季，阴天高于晴天。
相对湿度的变化趋势与气温的变化趋势相反。
到达地面的太阳辐射能量是由哪些部分组成，辐射能量的强弱与哪些因素有关。
一部分为太阳直接照射到地面（即直射辐射）；另一部分是经过大气层散射后到达地面成为散射辐射，直射辐射与散射辐射之和称为太阳对地面的总辐射。
辐射能量的强弱取决于太阳辐射通过大气层时天空中各种气体分子、尘埃、微粒水粒对阳光的反射，散射和吸收共同影响。
地方平均太阳时——以太阳通过当地的子午线时为正午12点来计算一天的时间。
太阳高度角：太阳光线与水平面之间的夹角。
太阳方位角是太阳方向的水平投映偏离南向的角度A。
室外空气综合温度:相当于室外温度由原来的空气温度值增加了一个太阳辐射的等效温度，并考虑了长波辐射的影响。
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)
《建筑环境学》第四章 课件 PPT
N
αin
tin
并联作用→表面换热 qw w ( t w w ) w wc wr
串联作用
固体间导热传热 并联作用→表面换热 qn n ( n t n ) q ( w n ) n nc nr
q w q q n q
4.1.2 非透明体围护结构的热工性能
3. 稳定传热量计算 组合墙体：
计算方法：
思考：分析按与 热流平行方向划 分和等热流层划 分的不同。
（1）分层——按等热流层分 （2）确定组合层——并联处理成当量热阻
F1 F2 F3 R F1 F2 F3 R1 R2 R3
β
4－11
2. 太阳辐射强度
散射辐射与总辐射强度
直射Z 水平面S 垂直面C 倾斜面 INsin INcoscos INcos i 散射S IS,S 0.5 IS,S 0.5 IS,S(1+cos) 地面反射D 0 0.5GIS, 0.5GIS(1-cos)
1 1 Pm I 0 sin 2 1 1.4 ln P
①辐射 ②对流 ③蒸发
Vo,Io,do,o I
★空气状态参数 变化的途径：
①对流 ②空气直接混合 ③蒸发
Pqw
Q W G
tw
Pqn 热,湿,尘源
Vi,Ii,di,i
4－4 墙体传热/湿性能——影响内/外扰对室内空气环境的作用
4.1 影响室内热环境的物理因素
4.1.1 太阳辐射与室外空气综合温度
辐射响应特性
4－19
4.1 影响室内热环境的物理因素
4.1.2 非透明体围护结构的热工性能
αout
2. 表面辐射特性：
人体对热湿环境的反应
人体对热湿环境的反应人体对热湿环境的反应专业：建筑环境与设备工程学号：214班级：二班姓名：王旭一、人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础1.1人体的热平衡人体靠摄取食物维持生命。
在人体细胞中，食物通过化学反应过程分解氧化，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。
化学反应中大部分化学能最终变成了热量，因此人体不断地释放热量；同时，人体也会通过对流、辐射和汗液蒸发从环境中获得或失掉热量。
但是，人体的生理机能要求体温必须维持近似恒定才能保证人体的各项功能正常，所以人体的生理反应总是尽量维持人体重要器官的温度相对稳定。
人体各部分温度并不相同。
人体为了维持正常的体温，必须使产热和散热保持平衡。
因此人体的热平衡又可用下式表示：M-W-C-R-E-S=0式中 M-人体能量代谢率，决定于人体的活动量大小；W-人体所做的机械功；C-人体外表面向周围环境通过对流形式散发的热量；R-人体外表面向周围环境通过辐射形式散发的热量；E-汗液蒸发和呼出的水蒸气所带走的热量；S-人体蓄热率。
1.2人体与外界的热交换人体与外界的热交换形式包括对流、辐射和蒸发。
这几种不同类型的换热方式都受人体衣着的影响。
衣服的热阻大则换热量小，衣服的热阻小则换热量大。
环境空气温度决定了人体表面与环境的对流换热温差因而影响了对流换热量，周围的空气流速则影响对流交换系数。
气流速大时，人体的对流散热量增加，因此会增加人体冷觉。
人体除了对外界有显热交换外还有潜热交换。
主要是通过皮肤蒸发和呼吸散湿带走身体的热量。
皮肤蒸发又包括汗液蒸发和皮肤的湿扩散两部分。
因为除了人体体温调节系统可以控制汗液的分泌外，水分还可以从皮下组织直接散发到较干燥的环境空气中去。
在一定温度下，相对湿度越高，空气中的水蒸气分压力越大，人体皮肤表面单位面积的蒸发量越少，可以带走的热量就越少。
因此在高温环境下，空气湿度偏高会增加人体的热感。
1.3影响人体与外界显热交换的几个环境因素平均辐射温度：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。
人体对热湿环境的反应ppt课件精选ppt
(Predicted Percentage of Dissatisfied) • PPD是通过概率分析确定某环境条件下人
群不满意的百分数
PPD＝100 – 95exp[–(0.03353 PMV 4 + 0.2179 PMV2)]
即便达到 PMV＝0， 仍然有5％的 人不满意。
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热舒适方程与PMV指标特点总结
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1
第四章 人体对热湿环境的反应
第二节 人体对稳态热环境反应的描述
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2
一.热舒适方程
• 1.什么是热舒适指标?
• 热舒适指标是反映热环境物理量及人体有 关因素对人体热舒适的综合作用的指标。
• 2.影响人体热舒适的因素 • 环境因素 • 人体因素
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• 堪萨斯州立大学实验 条件：0.6~0.8 clo 坐着
• 55-74条件： 0.8~1clo坐着但活动 稍大
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(3) 标准有效温度SET*
22.5℃，100％
SET*=24℃
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24℃，50% SET*＝20℃
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精品工程类本科大三课件《建筑环境学》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
面积系数fcl的求得： • 通过文献；
• 照相法——最可靠；
• 粗估算：
fcl＝1.0＋0.3Icl
（4-17）
——反映了服装的面积系数与服装的热阻间的关系
人体的能量代谢
• 人体的能量代谢率M • 人体的机械效率W • 人体蒸发散热量E
• 人体的皮肤蒸发散热量Esk • 人体的呼吸散热量Cres和Eres
• 人体与外界的辐射换热量R • 不同环境条件和活动强度下人体的散热和散湿量
人体的能量代谢率
• 人体的能量平衡比较复杂 • 与非生物体的能量平衡存在根本的区别 • 人体的能量释放量和释放方式不是固定的 • 受主观和客观环境因素影响并反作用于主观和客观因 素
• 基础代谢率（Basal Metabolic Rate，BMR）： • 临床上规定未进早餐前，保持清醒静卧半小时，室温 条件维持在18～25℃之间测定的代谢率叫做基础代谢 率 • 可用作为衡量代谢的一个标准
• 女性比男性低6%～10% • BMR正常的变动范围是10%～15%之内，
如果变动超过20%，则是病理状态。
进食后时间与代谢率的关系
• 人进食后产热量会逐渐增加，并延续7～8h。 • 所增加的热量值取决于食品的性质：
• 全蛋白质食物：增加热量30% • 糖类或脂肪类食物：4%～6% • 混合食物：10%
1clo 的定义是一个静坐者 在21℃空气温度、空气流 速不超过0.05m/s、相对 湿度不超过50%的环境中 感到舒适所需要的服装的 热阻，相当于内穿衬衣外 穿普通外衣时的服装热阻。
• 成套服装热阻，可通过单件服装的 热阻求得：
• 服装I的cl总热0阻.8：35 i Ichu,i 0.161
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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Байду номын сангаас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
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
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
• “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？
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
• 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？
人有了知识，就会具备各种分析能力， 明辨是非的能力。 所以我们要勤恳读书，广泛阅读， 古人说“书中自有黄金屋。 ”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识， 培养逻辑思维能力； 通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平， 培养文学情趣； 通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。 有许多书籍还能培养我们的道德情操， 给我们巨大的精神力量， 鼓舞我们前进。
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
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
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
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？