室內(nèi)均勻熱環(huán)境中的人體熱反應(yīng)（偏熱條件）.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會的進(jìn)步，人們對居住環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高，如何營造一個健康、舒適的室內(nèi)熱環(huán)境近年來一直是建筑領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，研究人體在熱環(huán)境中的熱反應(yīng)機(jī)理是上述問題的基礎(chǔ)。人體的熱反應(yīng)包括人體在熱環(huán)境中的生理反應(yīng)和熱感覺，根據(jù)人體的狀態(tài)不同又分為穩(wěn)態(tài)條件下和非穩(wěn)態(tài)條件下的熱反應(yīng)。通過對已有研究分析發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)外對人體熱反應(yīng)的研究，尤其是非穩(wěn)態(tài)條件下熱反應(yīng)的研究尚不成熟?；谏鲜霰尘?，本文對均勻熱環(huán)境人體在偏熱條件下的熱反應(yīng)進(jìn)行

2、了理論和實(shí)驗(yàn)研究。
　　作者所在科研團(tuán)隊開展了大量穩(wěn)態(tài)條件下的人體實(shí)驗(yàn)；在此基礎(chǔ)上，作者又開展了一系列非穩(wěn)態(tài)條件下的人體暴露性實(shí)驗(yàn)。本研究的實(shí)驗(yàn)共包括五個系列，涉及21個典型工況，400人次受試者，總暴露時間760小時。通過對人體實(shí)驗(yàn)中生理測試、心理問卷調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得了人體在典型偏熱環(huán)境及熱環(huán)境變化過程中生理、心理的響應(yīng)特性。確定了用人體熱反應(yīng)模型，即人體在熱環(huán)境中的生理反應(yīng)模型（Human Thermal Physio

3、logical Model，以下簡稱“人體生理模型”）和熱感覺模型（TSm），描述人體在熱環(huán)境中的生理反應(yīng)和熱感覺。
　　本文針對目前人體熱反應(yīng)模型缺乏有效評價方法的現(xiàn)狀，在對以往方法深入分析的基礎(chǔ)上提出了一套均值預(yù)測模型的評價方法，用于評價人體熱反應(yīng)模型的預(yù)測效果。該方法基于統(tǒng)計推斷、一致性分析和誤差分析等統(tǒng)計學(xué)理論，解決了均值模型評價研究中的兩個關(guān)鍵問題：“如何驗(yàn)證模型的預(yù)測準(zhǔn)確性？”和“如何比較模型間的預(yù)測準(zhǔn)確性？”。建立了

4、均值模型的評價體系，并可從統(tǒng)計和經(jīng)驗(yàn)兩個層面對模型的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證。新方法的五個評價步驟為：1）提出原假設(shè)和備選假設(shè)；2）計算各總體均值的置信區(qū)間；3）對比模型預(yù)測值與總體均值置信區(qū)間驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性；4）分析模型預(yù)測值與樣本均值的一致性驗(yàn)證模型準(zhǔn)確性；5）在評定的效果等級基礎(chǔ)上比較模型間的優(yōu)劣。該方法將模型的準(zhǔn)確性水平分為三類：Ⅰ—統(tǒng)計上準(zhǔn)確；Ⅱ—經(jīng)驗(yàn)上準(zhǔn)確；Ⅲ—不準(zhǔn)確。新方法為均值模型的驗(yàn)證和對比提供了科學(xué)的途徑。
　　根據(jù)傳熱

5、學(xué)理論、生理醫(yī)學(xué)，本文提出了人體生理模型的理論架構(gòu)；根據(jù)生理實(shí)測數(shù)據(jù)對理論架構(gòu)中的經(jīng)驗(yàn)公式和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在400人次受試者的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證基礎(chǔ)上，建立了一個使用簡便、準(zhǔn)確性較高且適用于中國人群的人體生理模型（Human Thermal Physiological Model）。該模型揭示了人體在熱環(huán)境中、以及在熱環(huán)境變化過程中的人體生理響應(yīng)機(jī)理，體現(xiàn)了人體的生理調(diào)節(jié)特性。該模型可用于模擬人體在動態(tài)熱過程中的瞬態(tài)生理反應(yīng)，并對人體的瞬態(tài)體表溫

6、度進(jìn)行預(yù)測。該模型由三部分組成：一、物理抽象模型，是對真實(shí)人體的抽象；二、受控系統(tǒng)，用于模擬人體與環(huán)境間的熱量傳遞過程；三、控制系統(tǒng)，用于模擬人體體溫調(diào)節(jié)作用。對比已有歐美模型，新模型主要在考慮體表面積、顯汗蒸發(fā)熱損失和性別差異性等方面進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)。
　　在人體實(shí)驗(yàn)實(shí)測數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，提出了一個基于皮膚溫度的人體熱感覺半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停═Sm），用于預(yù)測動態(tài)熱過程中的人體瞬態(tài)熱感覺。TSm模型揭示了熱感覺的動態(tài)特性，即在動態(tài)過程中，熱

7、感覺除了與溫度等參數(shù)的絕對值有關(guān)，還取決于溫度等參數(shù)的變化。TSm模型由靜態(tài)項和動態(tài)項兩部分組成，靜態(tài)項用于描述當(dāng)人體處于穩(wěn)態(tài)條件時熱感覺與參數(shù)的關(guān)系；動態(tài)項則反映了非穩(wěn)態(tài)條件下參數(shù)變化對熱感覺影響的特征。利用本研究中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對TSm模型和PMV模型的預(yù)測效果進(jìn)行了驗(yàn)證和對比，結(jié)果表明：當(dāng)人體處于穩(wěn)態(tài)條件時，TSm模型對熱感覺的預(yù)測是統(tǒng)計上準(zhǔn)確的，當(dāng)人體處于非穩(wěn)態(tài)條件時，TSm模型對熱感覺的預(yù)測是經(jīng)驗(yàn)上準(zhǔn)確的（預(yù)測偏差范圍小于0.5個

8、標(biāo)準(zhǔn)刻度）；而PMV模型對熱感覺的預(yù)測存在顯著且不可接受的偏差。TSm模型能夠評價人體在穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)條件下的瞬態(tài)熱感覺，可用于對動態(tài)熱過程的評價。
　　結(jié)合人體生理模型（Human Thermal Physiological Model）與人體熱感覺模型（TSm），利用Matlab軟件編譯形成了一個人體熱反應(yīng)的模擬軟件。軟件的輸入項有：1）人體基本體征參數(shù)，包括性別、年齡、身高、體重、體脂肪率；2）熱暴露過程中的人體與熱環(huán)境的逐時

9、狀態(tài)參數(shù)，包括空氣溫度、黑球溫度、相對濕度、空氣平均流速、人體活動水平、服裝總熱阻、服裝水蒸氣滲透系數(shù)、人體移動速度；3）初始狀態(tài)條件，包括初始時刻的人體溫度分布或初始時刻的人體與熱環(huán)境狀態(tài)參數(shù)值。軟件的輸出項則包括任意時刻的人體溫度分布和人體熱感覺。因此，在已知人體和熱環(huán)境狀態(tài)的條件下，借助該軟件可模擬動態(tài)熱過程中的人體熱反應(yīng)。該軟件操作簡便、實(shí)用，可在教學(xué)、科研或工程應(yīng)用上進(jìn)行推廣。
　　論文提出的均值預(yù)測模型的評價方法、人體