太阳辐射条件下活动水平对室内人体热感觉与生理影响研究

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在带有玻璃幕墙、落地窗等透明围护结构的建筑中,太阳辐射对室内热环境与人体热舒适有显著影响,诸多学者进行了太阳辐射影响下的非均匀热环境中的静坐人体热舒适与热生理研究。然而,在实际情况中,人们的活动状态并不局限于静坐状态,活动水平的变化也将引起人体热感觉与热舒适变化。太阳辐射得热,加之活动水平引起的代谢产热变化,都会影响人体热舒适,PMV方程中处于热舒适状态时的生理判别参数范围,如皮肤温度、出汗率、皮肤湿润度等也会相应产生变化,从而影响该条件下的热舒适区。本文着重研究太阳辐射条件下活动水平对室内人体热感觉与热生理的影响。在人工气候室,利用太阳辐射模拟装置,控制太阳辐射强度(0/200/400 W/m~2),利用跑步机控制人员活动水平(1/2/3 met),通过测试穿着典型服装(服装热阻为1.11 clo)受试者的相关生理参数及调研热感觉等主观问卷,进而研究太阳辐射强度与活动水平共同作用下,人体主观反应(热感觉、热舒适、热可接受度、热期望、疲劳感)与生理参数(平均皮肤温度、皮肤湿润度、心率及新陈代谢率、血压、血流灌注度)之间的变化规律及内在联系,探究热舒适区偏移情况,并基于实验分析建立了热感觉预测模型。研究发现,(1)太阳辐射强度对人体热感觉、热舒适性影响更为显著;(2)太阳辐射对平均皮肤温度的影响高于活动水平。当太阳直射室内活动人体时,热感觉与平均皮肤温度有较好的线性关系,在本次实验条件下,皮肤温度升高1℃,热感觉投票升高约0.9个等级,舒适状态的平均皮肤温度在31.90~32.84℃。(3)运动能够显著增加心率,太阳辐射也会使心率小幅升高。(4)太阳直射活动人体时,皮肤湿润度可以较好地预测人体的热感觉与热舒适,相较于太阳辐射强度,活动水平使皮肤湿润度增加更大,当皮肤湿润度大于0.21时,会导致热不适。(5)皮肤血流灌注度在不同太阳辐射强度和活动水平下均有差异,活动水平显著影响血流量。(6)太阳辐射能够明显降低热中性操作温度。太阳直射静坐人体时,中性操作温度可降低2.18℃,当人体既受到太阳辐射,又处于运动状态时,热中性操作温度会进一步低。(7)基于实验分析,对PMV指标中的人体热负荷和拟合系数进行修正,得到太阳直射活动人体的修正热感觉预测模型,并建立基于标准有效温度的不同太阳辐射强度和活动水平的热舒适区。研究表明,太阳直射活动人体时,与处于无太阳辐射/静坐条件下的舒适区相比,处于太阳辐射与运动耦合条件下的舒适区向下偏移程度更多,维持舒适所需的室内温度可进一步降低。通过探究太阳直射活动人体时,太阳辐射导致空间热环境的变化以及引起的热感觉与热舒适、生理参数、人体与周围环境间换热特性变化情况,分析活动人体处于太阳辐射下热舒适区的变化,建立太阳直射活动人体时的热舒适评价模型,为具有太阳辐射的建筑或空间热舒适标准制订及运行节能策略奠定理论基础。
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