狭小空间内温度和二氧化碳对人体舒适性影响实验研究

作     者：张英杰 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘红

授予年度：2018年

学科分类：080705[工学-制冷及低温工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：狭小空间 温度 二氧化碳 舒适性 调控建议 

摘      要：人们绝大部分时间都在各种室内度过。因此,室内环境直接影响着人们的健康与生活品质。随着社会的不断发展,飞机驾驶舱,太空舱、小轿车等狭小空间应运而生,随着城市用地紧张和人口的增加,胶囊旅馆、临时活动房等在人们的生活中占的比重也越来越大,但这种狭小空间常常因为拥挤、不能随意走动、空间尺寸较小等原因引起人们的不适。同时,空间内空气品质差的问题也常常引起人们的不满。虽然随着科学技术的进步,由于建筑材料产生的污染物问题逐步解决,但人本身就是一种污染源并且会不断产生污染物却得不到解决。二氧化碳作为一种人体的代谢产物,可以用于表征人体产生代谢废物的多少,并间接反映出室内通风效果的好坏。基于此,本实验开展在狭小空间内温度和二氧化碳对人体舒适性的研究对室内通风设计参数的设定具有较为重要的意义。本实验共分为两个部分,第一个部分主要研究非密闭狭小空间(狭小空间与外环境连通使得空气流通以探究狭小空间本身对人体的影响)对人体舒适性的影响,此实验在重庆大学城环实验楼的人工气候室中进行,共招募受试者16人,男女各8人。主要分为4个工况:狭小空间温升、狭小空间温降、正常空间温升、正常空间温降。每个工况温度从18℃升高到34℃或从34℃降低到18℃,以研究在不同的温度下,狭小空间和正常空间内人体舒适性的差异。第二个部分主要研究在密闭狭小空间之内(狭小空间与外环境隔绝),温度和二氧化碳对人体的舒适性影响,此实验借助重庆大学城环实验楼的飞机座舱环境平台调控环境参数。招募受试者20人,其中男女各10人。温度工况分别为24℃、26℃、28℃,二氧化碳浓度工况分别为750ppm、1500ppm、3000ppm,各温度和二氧化碳工况分别两两组合成9个工况组,以研究在不同的温度和二氧化碳的组合对人体舒适感的影响。通过对结果的分析发现:虽然狭小空间与正常空间对人体热反应、心理反应方面在某些温度下有一定的差异性,但经过显著性检验后发现差异并不显著,即引起人体不舒适的主要原因在于室内环境参数,而不是空间尺寸。随后,在密闭狭小空间内进行的温度和二氧化碳对人体舒适性影响的实验中发现,24℃时,三种二氧化碳浓度工况下人体的热感觉、热舒适、湿感觉、整体环境满意度均无显著性差异,人体不适症状除恶心无食欲外其余均无显著差异,但空气新鲜感和空气质量可接受度会随着二氧化碳浓度的升高而降低;26℃时,三种二氧化碳浓度工况下人体的热感觉、热舒适、湿感觉、空气新鲜感、空气质量可接受度方面同样无显著性差异。整体环境满意度会随着二氧化碳浓度的升高而降低,而不适症状抱怨率在二氧化碳浓度升高至3000ppm出现显著升高的有:感到疲乏、乏力嗜睡、精神低迷沉闷、注意力不集中、恶心无食欲、胸闷气喘、耳鸣;28℃时,三种二氧化碳浓度下人体的湿感觉、空气新鲜感、空气质量可接受度、不适症状(精神低迷、头痛除外)之间均无显著性差异。750ppm与1500ppm、3000ppm二氧化碳浓度下人体的热感觉、热舒适、整体环境满意度具有显著性差异。生理参数方面,24℃和26℃时二氧化碳浓度对人体皮肤温度的影响并不显著,但28℃时皮肤温度会随着二氧化碳浓度的升高而升高;人体的血氧饱和度随着二氧化碳浓度的升高有下降的趋势,但并不显著;当环境温度为24℃或26℃时,3000ppm下人体的心率要高于750ppm下人体的心率,但28℃时三种二氧化碳浓度下人体的心率并无显著性差异,并且心率会随着温度的升高而升高;人体的血压并不会随着温度、二氧化碳浓度的变化而变化。最后通过分析发现影响狭小空间内人体舒适性的主要因素在于空气新鲜感,并提出了室内温度和二氧化碳浓度的调控建议。人体在短期暴露时,建议将环境温度设置在26℃及其以下。26℃时调节通风量将二氧化碳浓度设置在1500ppm及其以下,24℃时将二氧化碳设置在3000ppm以下均可以满足人体的舒适性要求。