冬季人體睡眠差異化熱需求及熱環(huán)境設(shè)計(jì)參數(shù)研究.pdf

1、睡眠是人們?cè)谧≌ㄖ凶钪饕男袨闋顟B(tài)，約占人生命活動(dòng)三分之一的時(shí)間。由于睡眠期間能量代謝降低而體周熱阻增加，人體的熱舒適需求在時(shí)間尺度上存在晝間清醒活動(dòng)與夜間睡眠階段的顯著差異；同時(shí)，睡眠狀態(tài)下人體活動(dòng)范圍縮小，行為調(diào)節(jié)能力減弱，被褥微氣候?qū)θ梭w的影響得以凸顯，這體現(xiàn)了人體熱舒適需求在空間尺度上的特征?，F(xiàn)行熱環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)僅考慮人體處于清醒活動(dòng)狀態(tài)下的熱舒適需求，難以體現(xiàn)人體晝、夜熱需求的時(shí)空差異。針對(duì)上述情況，本文研究了人體頭部和覆體

2、對(duì)睡眠熱環(huán)境的差異化熱需求，發(fā)展了適用于睡眠狀態(tài)下的熱舒適理論模型。基于該模型，本研究對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境與被褥微氣候耦合空間的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了定量分析。主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　（1）對(duì)中國西部地區(qū)非采暖建筑冬季睡眠熱環(huán)境及人體熱舒適水平進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查。掌握了非采暖建筑冬季睡眠熱環(huán)境現(xiàn)狀與居民床褥熱阻使用規(guī)律，并獲得了冬季睡眠狀態(tài)下人們的熱需求特征。結(jié)果表明，對(duì)于獨(dú)立式住宅建筑，睡眠期間室內(nèi)溫度處于偏低水平，約71％的居民臥室溫度低于15℃

3、。床褥系統(tǒng)總熱阻主要處于3.0~5.0clo之間，超六成居民采用了被褥微氣候取暖措施，在此條件下，居民在睡眠期間的不舒適比率較低，約為15%。現(xiàn)場(chǎng)研究揭示了睡眠狀態(tài)下被褥微氣候?qū)θ梭w熱舒適的重要性，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)研究奠定了基礎(chǔ)。
　?。?）針對(duì)被褥微氣候的非均勻分布特征，對(duì)睡眠人體局部與整體熱狀態(tài)的差異性和相關(guān)性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。對(duì)于冬季睡眠，局部之間保持適宜的皮膚溫度差異有助于提高人體整體熱舒適水平；當(dāng)人體處于最佳熱舒適水平時(shí)，局部出

4、現(xiàn)不同程度的熱中性偏離現(xiàn)象，頭部處于中性偏涼狀態(tài)，覆體處于中性偏暖狀態(tài)。人體頭部對(duì)室內(nèi)溫度的熱舒適需求范圍較寬，約為10.0~22.0℃，在典型冬季床褥熱阻條件下，覆體對(duì)室內(nèi)溫度的舒適需求范圍約為11.2~18.8℃。
　?。?）對(duì)睡眠狀態(tài)下兩段式人體模型進(jìn)行了熱平衡理論分析，提出了“分而不離”的局部熱感覺預(yù)測(cè)模型（PTS模型），一方面根據(jù)兩段式模型將頭部與覆體的熱感覺分別進(jìn)行預(yù)測(cè)，另一方面同時(shí)考慮室內(nèi)熱環(huán)境與被褥微氣候參數(shù)對(duì)兩節(jié)

5、段的綜合影響。進(jìn)而通過建立局部熱感覺與整體不滿意率的聯(lián)系，將頭部與覆體的熱感覺“合二為一”，得到了睡眠熱環(huán)境的整體不滿意率模型（WPD模型）。此外，根據(jù)人體與環(huán)境的傳熱模型，分析了睡眠狀態(tài)下人體的散熱特征。導(dǎo)熱散熱是睡眠狀態(tài)下最主要的散熱方式，當(dāng)整體處于舒適水平時(shí)，導(dǎo)熱散熱比例占30%~40%。
　　（4）基于本研究建立的PTS-WPD模型，提出了睡眠熱環(huán)境（包括室內(nèi)熱環(huán)境和被褥微氣候）的綜合評(píng)價(jià)方法，并通過人體皮膚溫度滑動(dòng)標(biāo)尺輸

6、入的方法提高了熱環(huán)境評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性；建立了室內(nèi)熱環(huán)境與被褥微氣候耦合空間設(shè)計(jì)參數(shù)的舒適域。發(fā)現(xiàn)耦合空間熱環(huán)境設(shè)計(jì)使室內(nèi)舒適溫度在國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上大幅降低。
　　本研究提出了基于人體頭部和覆體差異化熱需求的睡眠熱舒適模型，建立了室內(nèi)熱環(huán)境與被褥微氣候耦合空間的參數(shù)設(shè)計(jì)方法和熱環(huán)境評(píng)價(jià)方法。對(duì)于采用常規(guī)能源的建筑，研究結(jié)果可為能源按需供給的節(jié)能設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐；對(duì)于采用新能源的建筑，本研究提出的空間耦合式熱環(huán)境設(shè)計(jì)參數(shù)可為