基于人体生理可调的建筑热环境参数研究

Since human exorbitantly dependent on HVAC and thermal comfort environment, their physiological thermoregulation is gradually restrained. Not only much energy is consumed, but also human adaptive capacity is weakened. In this program, “physiological thermoregulation zone” which is near to thermal comfort zone and can arouse the function of human thermal physiology, will be researched. In order to define this zone for building thermal environment control, the sensitive physiological parameters and psychological response which are affected by indoor environmental parameters are researched by experiment. Then human physiological phenomenon and psychological acceptance in different indoor environment are researched by questionnaire survey. The design range of indoor thermal parameters based on physiological thermoregulation will be obtained using statistical survey. At last, in order to obtain evaluation index, the coupling theory model of physiological parameters and environmental parameters is established based on the thermal equilibrium principle. The scales that reflect different physiological phenomenon and psychological acceptance are defined according to calculation results. In this program, the design parameters of thermal environment are derived according to human adaptive capacity, and the positive role of human physiological thermoregulation can work appropriately. Compared to traditional design parameters, they are more energy efficient. Besides, the evaluation index provides evidence for energy-saving building design and thermal environment optimization.

人们对采暖空调设备的依赖和热舒适要求的提高，在某种程度上限制了人体自身生理调节机能的积极发挥，既消耗了能源又削弱了人体对环境的适应能力。为此，本项目选取偏离舒适区不远，能调动人体热生理调节机能的“生理可调区”进行研究。项目拟采用实验方法研究敏感生理参数与室内环境参数的关系，及对应的心理反应，进而从建筑热环境控制角度定义“生理可调区”。在此基础上通过问卷调查方法，研究不同室内热环境下人体的生理现象和心理接受程度，统计得到人体生理机能发挥下的室内热环境参数设计范围。最后，基于热平衡原理，建立生理参数与环境参数耦合作用下的理论模型，整理得到评价指标，并根据指标计算结果划分反应不同生理现象和心理承受程度的度量标度。本研究利用人体对环境固有的适应能力提出热环境设计参数，能实现人体调节机能在建筑环境中积极作用，与传统室内设计参数相比更具有节能价值。所提出的评价指标可为建筑节能设计与热环境优化提供依据。

人们对采暖和空调设备的依赖，限制了自身对环境固有适应能力的发挥。本项目从人体生理适应角度，展开基于生理可调的建筑热环境参数研究，为建筑热环境参数设计提出一个心理上可以接受、而生理上又能适当发挥人体热调节机能的区域。主要研究内容：生理可调区敏感生理参数筛选，室内热环境参数设计、和评价指标提出。其中，敏感生理参数研究结果表明：皮肤导热热流密度能够解释不同环境温度下，人体生理热调节现象；皮肤温度与环境温度具有稳定的相关性。基于此，本项目选取这两个参数作为生理可调区的敏感生理指标。考虑到冬季和夏季是产生建筑能耗的主要季节，室内热环境参数研究分别在冬季和夏季展开。该研究表明：冬季生理可调区的环境参数范围由ASHRAE 55舒适区(1.0clo)的外边界，和26℃温度线、20℃温度线、以及14g/kg含湿量线近似围成；夏季生理可调区的环境参数范围由ASHRAE 55舒适区(0.5clo)外边界，和28.5℃温度线、24℃温度线、以及14g/kg含湿量线近似围成。此外，两个区域的形状说明：人体所接受的高温环境参数范围比低温环境更大。生理可调区是处于舒适与不舒适之间的微小临界区域，现有评价指标不能准确反映该区域细微差异。本项目在人体热平衡理论基础上，计算人体热负荷，为冬季和夏季分别提出预测满意度评价指标PSV。该指标是在预测平均投票PMV标度的基础上，针对人体对环境的可接受程度，进行了细化。验证结果表明：PSV适用于空调或采暖环境，且偏离舒适区不远，不适用于自然运行环境。受推导条件的限制，它只适用于轻度活动水平（比如静坐读书、打字等办公活动）、人体热负荷为5.45~17.26W/m2、1.5clo以内的着装条件。以上研究表明：在空调或采暖环境中，人们能够接受适当的生理热调节。可见，在人工环境中适当发挥人体自身适应性是可行的。本项目所提出的建筑热环境参数设计范围，遵从人对环境所固有的适应能力，有利于人体健康。该范围使得建筑热工设计和冷热源设备在技术上更容易实现；而冷热负荷的减小，能在一定程度上减少建筑能耗，减少污染物排放。