运动状态下空气流动对人体热舒适的影响

Sports facilities need more cooling energy in summer because of the higher metabolic levels when people are doing exercise. While air movement is an energy efficient way to cool people in summer, it is rarely being used as a design method in sports facilities, mainly because insufficient research has been done on the effect of air movement on thermal comfort at elevated activity levels. Here we propose to systemically study the requirement of air movement during exercise, aiming to find the comfort temperature, humidity and air velocity range for different exercise intensities, the air movement evaluation method, and the design guideline for using air movement in sports facilities. The findings will help understanding human thermal responses during exercise, improving indoor environmental design, reducing cooling energy significantly by less air conditioning usage while maintaining good thermal environmentally quality in sports facilities.

体育运动场所因人员活动量高，所需舒适的环境温湿度偏低，夏季空调能耗高。空气流动作为低能耗的夏季降温方式，在体育运动场所的设计中却使用不足，其关键原因是对运动状态下空气流动对人体热舒适的影响缺乏系统研究，无法对体育场所空气流动的应用进行指导。本课题拟以“运动状态下空气流动对温湿度升高的补偿规律”为关键点，系统研究运动状态下人体对空气流动的热舒适反应规律，提出运动状态下空气流动的评价指标，获取不同运动状态下人体舒适的温湿度和风速范围，提出空气流动在体育运动场所的应用策略。研究成果将有助于扩展对运动状态下人体热舒适的认识，提升我国体育运动场所室内热环境设计水平，在保证建筑热环境质量的同时缩短空调运行时间，从而大大节省建筑能耗。

运动状态下人体产热量增加，需要较低的环境温度保持人体热平衡和热舒适；空气流动作为一种低能耗的身体降温方式，可在保证人体热舒适的前提下降低建筑能耗。本项目以实验研究为基础并结合统计分析，系统探索了代谢率对人体热反应的影响和空气流动对代谢率升高的补偿规律。本项目取得的主要成果包括：（1）通过严格的实验室实验，系统测定了不同活动状态下我国青年人群的代谢率特征，指出我国青年人群代谢率与ISO 7730和ASHRAE 55等基于欧美人群研究结果给出的典型活动的代谢率数值存在显著差异，在静坐和站立时的代谢率值低于标准给出的数值，走步时则高于标准给出的数值。（2）实验研究了活动量为1.0-2.5 met时人体的热偏好、可接受温度范围和气流偏好，指出活动量为1.9-2.5 met时，PMV模型预测舒适温度显著低于人体实测偏好温度和中性温度；指出活动量为1.0-1.4 met时，可控气流可在24-30℃范围内保持人体热舒适，并给出了不同温湿度组合下人体偏好风速取值。（3）实验研究了活动量为3.0-4.5 met下人体的风速和温度偏好，发现可控气流可显著提高人体偏好温度，具备较好的舒适和节能效果；研究结果同时指出PMV模型在3.0-4.0 met时预测舒适温度偏低，不适用于活动量较高的情况。（4）实验研究了在30℃环境中进行不同活动量（1.0-4.5 met）后进入26℃中性环境以后人体的热反应规律，指出活动强度越高，恢复至中性舒适的时间越长，这主要是因为在偏热环境中进行较高活动量的运动（3.0-4.5 met）时人体蓄热造成；进一步实验研究了在30℃环境中进行4.5 met运动后进入24，26和28℃环境时，有无可控气流时人体热反应，指出空气流动可显著提高运动后人体热舒适，缩短恢复至中性舒适时长，在环境温度28℃时可达到环境设定温度24℃无气流时的效果。以上研究结果将对我国体育运动场所低能耗设计与控制提供有效指导。.依托本项目共发表SCI论文3篇。