建筑环境学第4章人体对热湿环境的反应
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。
《建筑环境学》第四章-课件-
①辐射 ②对流 ③
蒸发
Vo,Io,do,o
★空气状态参数
变化的途径:
Pqw
QWG
tw
①对流
②空气直接 混合
Pqn 热,湿,尘源
Vi,Ii,di,i
③蒸墙体发传热/湿性能——影响内/外扰对室内空气环境的作4用－4
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
建筑表面的辐射作用
ρ、α、τ——墙体表面反射率、吸收率、透射率
（ τ =0: 非透明体；＜1: 半透明体）
αs——表面的太阳吸收率
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
表面辐射特性:
对流 辐射
以外墙为例:
对流放热系数: w c f(N,R u e)
辐射放热系数:
w C r 1[2 1 T ( w )4 0 (T 1 0 a) i 4 0 ] r1/ 0 2 tw ( ta)i r 4 1 2 C 0 11 2 (1 T 2 m )3 0
并联作用→表面换热
qn n(n tn) n nc nr
串联作用 qwqqnq
4－21
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
稳定传热量计算
➢多层均质墙体
θw
q
twtn
1w
di
i
1n
K0(twtn)
tw
tn
θn
twtn
twtn
Rw Ri Rn R0
K0、R0——墙体总传热系数,总传热热阻R0=1/K0, K≈f（墙体材质）——GB50176-93民用建筑热工设计规范等
建筑环境学试题库
《建筑环境学》题库——填空题第一章绪论1、目前人们希望建筑物可以满足的规定涉及：安全性、功能性、舒适性、美观性。
2、人类最早的居住方式：巢居和穴居。
3、建筑与环境发展过程中面临的两个问题是：如何协调满足室内环境舒适性与能源消耗和环境保护之间的矛盾和研究和掌握形成病态建筑的因素。
4、建筑环境学的三个任务是：了解人和生产过程需要什么样的建筑室内环境、了解各种内外部因素是如何影响建筑环境的、掌握改变或控制建筑环境的基本方法和手段。
第二章建筑外环境1、地球绕太阳逆时针旋转是公转，其轨道平面为66.5度。
2、赤纬是太阳中心与地球中心与地球赤道平面的夹角，一般为23.5～－ 23.5度之间，向北为正，向南为负3、地方平均太阳时是以太阳通过本地的子午线时为正午12点来计算一天的时间的计时方式。
4、真太阳时是本地太阳位于正南向的瞬时为正午12时的计时方式。
5、经国际协议，以本初子午线处的平均太阳时为世界时间的标准时。
6、经国际协议，把全世界按世界经度划分为24时区，每个时区包含地理经度15度。
以本初子午线东西各7.5度为零时区，向东分12时区，向西也分为12时区。
7、每个时区都按照它的中央子午线的平均太阳时为计时标准，称为该时区的标准时。
8、本地时间12时的时角为0，前后每隔1小时，增长15度。
9、北京时间等于世界时加上8小时10、太阳位置是地球上某一点所看到的太阳方向，常用太阳高度角和方位角来表达。
11、太阳高度角是太阳方向与水平线的夹角。
12、太阳方位角是太阳方向的水平投影偏离南向的角度。
13、影响太阳高度角和方位角的因素有：赤纬（季节的变化）、时角（时间的变化）、纬度（观测点所在位置）。
14、太阳常数一般取I0=1353 W/㎡。
15、大气透明度越接近1，大气越清澈，一般取为0.65～0.75。
16、对于北京来说，法向夏季总辐射热量最大。
17、对于郑州来说，水平面上夏季总辐射热量最大。
18、对于龙湖来说，南向表面冬季所接受的总辐射能量为最大。
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
2021建筑环境学-人体对热湿环境的反应(精选试题)
建筑环境学-人体对热湿环境的反应1、代谢率是（）。
2、人体各部分的温度不同，（）的器官温度较高。
3、一般说来，当环境温度下降时，表层温度（）；情绪上升时，表层温度（）；人体出汗之后，表层温度（）。
4、深层温度比较（）。
其平均值为（）。
5、血液的温度可以代表重要器官温度的（）6、临床体温是指机体深部的（）7、人体平均皮肤温度常用（）测量。
通过测试人体（）、（）、（）、（）处皮肤温度，按照权系数（）、（）、（）、（）进行加权平均。
8、人体与外界的热交换的形式包括有（）、（）、（），影响因素包括有（）、（）、（）和呼吸散湿、空气流速、周围物体的表面温度等。
9、一般来说，人体的衣服热阻（），则人体与外界的换热量越小；环境与人体温差（），则人体与外界的换热量越大；周围物体的表面温度（），人体热感越强。
10、（）是指一个假设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。
11、操作温度反映了环境温度和平均辐射温度的（）。
12、对于典型的室内空气环境LR一般取（）。
13、1clo定义为：在（）空气温度、空气流速超过（）、相对湿度不超过（）的环境中静坐者感到舒适需要的服装热阻。
14、椅子对热阻的影响是：将增加（）clo以下的热阻。
具体值取决于（）。
15、服装吸收了汗液后，热阻（），会使人（）。
16、基础代谢率是：未进早餐前，保持清醒静卧（）小时，室温条件维持在（）之间测定的代谢率。
17、预测不满意百分比（简写为PPD）表示人群对热环境的（）。
18、预测平均评价（简写为PMV）是引入反映（）偏离程度的热负荷，得出的一个代表同一环境下绝大多数人（）的概念，采用级分度。
它适用于稳态热环境中的（）评价。
19、热舒适是表示对环境表示满意的状态，简写为TCV，其影响因素包括：（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、（）、其他因素等。
20、ASHRAE七级热感觉标度的优点是（）。
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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10
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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17
(3) 标准有效温度SET*
22.5℃，100％
SET*=24℃
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24℃，50% SET*＝20℃
18
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建筑环境学
1. 人体对突变环境的生理反应
在适应环境过程中对热的响应变化
2. 过渡活动状态的热舒适指标RWI 和HDR
相对热指标RWI和热损失HDR：美国运输部考虑人体在过
渡空间时的热舒适度，为指导确定地铁车站站台、站厅和列车等环境 的空调设计参数而设定的。
10g/日。正常环境，食物中的盐份已足够了。
2、过热环境评价指标
热应力指数HSI
HSI↑→人体处于极限蒸发散热→脱水 HSI＜0——失热，体温下降 HSI＞100％——人体蒸发散热脱水，人体开始蓄热，必 须 采用暴露球温度指数WBGT
WBGT=0.7tnw+0.2tg+0.1ta
工不 作影 时响 间脑 与力 劳 动 者 指效 数率 的的 关允 系许
过度的热或冷都会影响人的脑力和体力工作效率，其影响的 程度因人而异。
WBGT
体温 35～ 36.5 ℃ 32～35℃ 23～32℃ 生理反应 手指等疼痛 发抖 心率不齐，神智混乱 生命危险
<23℃
4、过冷环境评价指标 风冷却指数WCI
5、过热过冷环境对工作效能的影响
当湿球温度为27.2℃时，工作效率为100%；随着温度的升高和 空气速度的降低，工作效率明显下降。
实验表明，当皮肤温度在16℃时，手指灵敏度没有影 响，但降至13℃时，手指动作明显受到干扰，因此， 可以认为13~16℃的皮肤温度是手指灵敏度的临界温度。
4.5.5 过热、过冷热湿环境及其评价方法
1、过热环境中人体生理反应
环 境 热 应 力 与 热 失 调 关 系
正常人补水～1升/日，夏天或空调房间,补水2-3升/日
中暑：体温≥40.5℃或无法出汗（闭汗）和极度精神失常（狂躁症、 惊厥或昏迷）体温≥42℃时身体组织开始受损。 热昏厥：受热引起头昏或眩晕随之发生热昏厥。 汗闭型热衰竭：缺水1.5升/日呈干渴状态。缺水4升/日引起极度干 渴、嘴唇焦干和缺尿。缺水5升/日循环失灵。缺水10升/日即缺水 量为体重的15%时将致命。 热衰减（缺盐）：过热环境的出汗将失去大量盐份，因此需补充
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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)
人体的温度感受系统
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”
50mV
人体各部位的冷点数目
明显多于热点
为什么人对冷更敏感 ？
人体各部位冷点和热点 分布密度(个/cm2)
参考文献：H. Hensel, Thermoreception and Temperature Regulation, London: Academic Press, 1981
{M – W – 3.05 [5.733 – 0.007 (M – W) – Pa] –0.42(MW58.15) –1.7310-2M(5.867Pa) – fcl hc (tcl ta ) – 0.0014 M (34 ta ) –3.96 10-8 fcl [ (tcl + 273)4 (+ 273)4 ]}
=
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
自然对流：三种主要形式 hc=常数 hc= C T 0.25 hc= C (M-50) 0.39
对流质交换系数：传质与传热比拟
LR = he / hc = 16.5 ℃/kPa
服装的作用：保温和阻 碍湿扩散
霍顿1938年的实验，里德伯格尔等1949年总 结，内文斯1971年提出公式：
＝(Tj - Ta) - 8(v - 0.15) 舒适标准为：-1.7< <1.1，v <0.35 m/s
现用于风口性能评价的ADPI指标
辐射不均匀性
向量辐射温度： 室内两部分的平均 壁面温度差
Tv=Fpc (Tc-T∞) 向量辐射温度超
服装的潜热热阻
服装的蒸发换热热阻(干燥服装)： Ie,cl = Icl / LR = Icl / 16.5 (kPa m2/W)
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：
服装的表面积
服装的面积系数 fcl
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。
对流散+热1.73 10-2 M (5.867 Pa ) + 0.0014 M (34 ta ) 皮肤扩散蒸发散热 呼吸潜热和显热散热 汗液蒸发散热
预测平均评价PMV
(Predicted Mean Vote) S
PMV = (0.303 e–0.036 M + 0.0275) TL
= (0.303 e–0.036 M + 0.0275)
服装热阻：影响所有换热形式
关于热湿环境的术语
平均辐射温度 或
近似式： 准确的应该是四次方
黑球温度 Tg
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
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。
舒适产生于不适的消除过程中。 “舒适”比“中性”更主观。
Cool & Comfort !
热舒适与热中性的背离
很愉快
体温过高
体温过低
正常
体温正常
很不愉快
手的温度(℃)
影响热舒适的因素
空气湿度 垂直温差 气流与吹风感 辐射不均匀性 年龄、性别、季节、人种
空气湿度
中性－热环境中，为什么潮湿的空气使人 不舒服？
白质代谢率高，糖和脂肪类代谢率低。
代谢率单位 met：1 met = 58.2 W/m2，即成年 男子静坐时的代谢率。
基础代谢率：参照基础
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18~25℃之间测 定的代谢率。 46 met。
御寒调节方式
血管收缩，减少血流，降低表皮温度 通过冷颤增加代谢率
人体的体温调节系统
下丘脑前后部是相互制约起作用的，需要 同时利用核心温度和皮肤温度信号来决定调 节方式。
人的体温设定值随肌肉 活动强度而改变
在体温调节系统正 常工作时，增加环 境温度并不能提高 人体的核心温度（ 直肠温度）。
人体体温范围
肝脏：最高，38℃ 各部分温差不会太大 皮肤：与外界环境有关 日夜有1℃以内的波动 代表温度：核心温度
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)
表达式：fcl = Acl / AD
与服装热阻的近似关系
fcl = 1.0 + 0.3 Icl
人体的能量代谢率
影响因素多：
肌肉活动强度：绝对的影响 环境温度：偏高、偏低都增加代谢率 性别：男性高于女性 年龄：少年高于老人 神经紧张程度：紧张则代谢率高 进食后时间的长短等：进食后代谢率增加，蛋
Ersw = 0.42 ( M – W – 58.2 ) 皮肤湿润度 w = Esk/Emax 皮肤湿扩散散热量
没有排汗时 Edif = 0.06 Emax 有正常排汗时 Edif = 0.06 (Emax – Ersw)
人体的潜热散热量：呼 吸蒸发
显热散热量 Cres = 0.0014 M (34 ta ) W/m2
空气湿度对人体排汗量有影响吗？ 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？ 潮湿为什么不舒服？ 皮肤湿润度增高皮肤黏着性增加不适
垂直温差
尽管受试者处于热中性状态，头足温差仍然 使人感到不舒适。
28℃
20℃
垂直温差
垂直温差
ASHRAE Handbook：地板温度和不满意度的关系
椅子给人增加0.15 clo以下热阻 Icl = 0.748 Ach – 0.1
步速 90步/min 1clo 0.48 clo
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
服装的存在增加了皮肤 的蒸发换热热阻：
服装对皮肤表面的水 蒸气扩散有一个附加的 阻力。
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 。
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
热感觉的适应性
28 30 32 34 36 38 40
核心温度对热感觉的影响
温暖
中性 皮肤温度作用
热！ 核心温度作用
热感觉的测量：问卷调查
什么是热舒适?
观点1：
? 舒适＝中性
什么是热舒适?
观点2：
舒适×＝中性
第二节 人体对稳态热环境的 反应描述
热舒理适论方程建立者：P. O. Fan辐g射er散热
令人体热平衡方程中蓄热率 S＝0，得出：
(M - W) = fcl hc ( tcl - ta ) + 3.96 10-8 fcl [ (tcl + 273)4 ( + 273)4]
+3.05 [5.733 0.007 (M W) Pa ] + 0.42 ( M W 58.2 )
显热交换
对流散热 辐射散热
潜热交换
皮肤散湿
出汗蒸发 皮肤湿扩散
呼吸散湿
影响人体与外界热交换 的因素
环境空气温度：对流换热 环境表面温度：辐射换热 水蒸汽分压力（空气湿度）：对流质交换
高温环境：增加热感 低温环境：增加冷感！
风速：对流热交换和对流质交换
吹风感：Draft，冷感和对皮肤的压力冲击
过10℃，人就感到 不舒适
辐射不均匀性
辐射吹风感：房间 内局部低温辐射导
致人体所不希望 的局部降温
面对冷表面的平均
辐射温度比其它部
分部分的平均辐射
8K
温度低 8K 以上，