影响室内热舒适参数的理论与实验研究

论文摘要

随着社会的不断进步,人民生活水平的不断提高,建筑室内热环境成为全社会关注的热点话题。以人体为对象的室内热环境研究,对当前的建筑节能工作及建筑热湿环境标准的建立具有重要意义。本文围绕室内热环境,主要是环境温度对人体心理、生理的影响,在实验室环境下进行了人体热舒适实验。选取具有代表性的人体热感觉作为心理参数,平均体表温度、体温、心率、血压、体表电阻抗等作为生理参数,系统地考查了室内热环境对人体心理、生理的影响,其中热环境对心率、血压的影响是生理部分研究重点。得到了不同季节环境温度对上述人体参数的影响机理及各参数在不同季节、不同工况下的变化特征。同时得到了不同参数对应的可接受环境温度划分区间。得到:夏季男女青年可接受的室内热舒适温度范围为24.3～31.5℃;平均体表温度指标下的热舒适温度范围为26.1～30.4℃;体表电阻抗指标下的可接受温度范围为24.2～30.3℃;综合血压等指标;夏季正常人体血压对应的环境温度最低值为21.7℃。在不同季节的自然环境下,通过Airpak软件对实验室人体热舒适、室内热环境进行了模拟,并根据模拟的结果对实验的部分结论进行了验证。通过对人体热平衡的数学理论推导得到夏季人体热平衡中性温度为29.1℃,高于夏季人体实测热中性温度。说明人体热感觉对环境的敏感度远大于生理对环境的敏感度,即人体热感觉较生理往往更早地表现出对环境温度的反应。本文然后通过模糊数学专家评判的方法,对目前热舒适研究领域较为关心的参数评判权重问题进行了研究,得到了心理、生理各主要参数相应的权重系数。同时通过引入生物数学的主成分分析方法对模糊评判结果进行了验证。在室内环境温度对人体心理、生理参数单因素分析的基础上,结合参数的权重分析,建立了“人体心理、生理/室内环境温度”数学模型,以预测平均热感觉指标作为比较样本,对建立的模糊综合评判模型进行了验证。通过本文的研究,主要得出以下结论:人体热感觉、平均体表温度、体温、心率、血压体表电阻抗均不同程度地受到环境温度的影响。随着环境温度的升高,MSV、平均体表温度、心率、体温呈上升趋势,血压、体表电阻抗呈下降趋势。通过模糊评判得到各参数相应的权重系数为MSV:0.5010;平均体表温度:0.1894;体温:0.0692;心率血压:0.0488;体表电阻抗:0.1917。主成分分析的结论证明了模糊评判结论的合理性。在此基础上提出了“人体心理、生理/室内环境温度”的数学模型,通过以预测平均热感觉指标作为比较样本,对建立的模糊综合评判模型进行了验证,该模糊评判模型经学习优化后,能达到较高的精度。综合生理、心理因素得到的夏季男女青年可接受温度范围为23.0～30.0℃。最后对心理指标、生理指标及综合心理、生理指标下的人体热环境接受程度进行了归纳总结,提出了改善人体对热环境适应的手段。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状综述
• 1.2.1 国外热舒适研究现状综述
• 1.2.2 国内热舒适研究现状综述
• 1.2.3 热舒适生理及心理研究
• 1.3 室内环境热舒适标准
• 1.3.1 国外标准
• 1.3.2 我国标准
• 1.4 本文的主要研究内容
• 2 热环境评价及理论基础
• 2.1 人体热平衡理论
• 2.1.1 人体热平衡方程
• 2.1.2 热平衡影响因素
• 2.2 热环境评判指标
• 2.2.1 人体热感觉
• 2.2.2 人体生理反应
• 2.3 本章小结
• 3 热环境人体实验研究
• 3.1 实验概况
• 3.1.1 实验场所及测试仪器
• 3.1.2 实验内容及方法
• 3.1.3 实验工况及受试人群
• 3.2 热环境与热感觉
• 3.2.1 冬季人体热感觉
• 3.2.2 夏季人体热感觉
• 3.3 热环境与平均体表温度
• 3.3.1 冬季平均体表温度
• 3.3.2 夏季平均体表温度
• 3.3.3 冬夏两季平均体表温度比较
• 3.4 热环境与人体体温
• 3.4.1 冬季人体体温
• 3.4.2 夏季人体体温
• 3.5 热环境与心血管系统
• 3.5.1 心率、血压的季节性分析
• 3.5.2 环境温度对人体心血管系统的影响
• 3.5.3 吹风对人体心血管系统的影响
• 3.5.4 心血管指标下的环境温度划分
• 3.6 热环境与体表电阻抗
• 3.6.1 代表性部位选取
• 3.6.2 体表电阻抗与环境温度
• 3.6.3 体表电阻抗与热感觉
• 3.7 实验结论及意义
• 3.7.1 热环境与热感觉
• 3.7.2 热环境与体表温度
• 3.7.3 热环境与体温
• 3.7.4 热环境与心血管系统
• 3.7.5 热环境与体表电阻抗
• 3.7.6 本章意义
• 4 室内热舒适模拟及理论推导
• 4.1 研究对象
• 4.2 模型的建立
• 4.2.1 实验室物理模型
• 4.2.2 实验室空间网格划分
• 4.3 热舒适模拟结果及分析
• 4.3.1 冬季热舒适模拟
• 4.3.2 过渡季节热舒适模拟
• 4.3.3 夏季室内热环境及热舒适模拟
• 4.4 人体热平衡中性温度分析
• 4.5 本章小结
• 5 热环境综合评判参数研究
• 5.1 热环境评价参数数值求解
• 5.1.1 环境评价参数选择
• 5.1.2 数学求解理论
• 5.2 热环境评价参数权重分析
• 5.2.1 模糊概念的引入
• 5.2.2 建立因素集
• 5.2.3 确定两两因素相比的判断值
• 5.2.4 构造判断矩阵
• 5.2.5 确定参数重要程度系数
• 5.3 参数主成分分析及模糊评判结论验证
• 5.3.1 主成分分析研究思路
• 5.3.2 参数主成分分析步骤
• 5.3.3 参数主成分分析结论及模糊评判验证结果
• 5.4 心理、生理/环境温度数学模型建立及验证
• 5.4.1 数学模型原理
• 5.4.2 模型建立
• 5.4.3 模型验证
• 5.5 人体对热环境的接受程度
• 5.5.1 心理指标下的热环境接受程度
• 5.5.2 生理指标下的热环境接受程度
• 5.5.3 心理、生理指标下的热环境接受程度
• 5.5.4 改善人体对热环境适应的手段
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望与建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录 A
• 附录 B