偏热环境睡眠状态下人体适宜风速及评价方法研究

作     者：闫可 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李百战

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：偏热环境 睡眠实验 人体热舒适 皮肤温度 评价模型 

摘      要：随着经济水平的提高,人们对室内环境的需求逐步提升,而改善室内环境所带来的能耗也迅速增长。风扇通过营造气流,提高人体周边的风速来改善室内环境,由于其价格低廉、使用方便、节能省电等优势而被广泛使用。由于睡眠状态下的人体生理参数不同于清醒状态下,人体在睡眠状态下的并不能够有意识地改变热环境。将清醒状态下得出的理论直接复制到睡眠状态下并不合理,但风扇在睡眠状态下的应用研究较少,睡眠状态下使用风扇还缺乏科学的依据。本文以此文研究目的,通过热舒适人体实验,建立热舒适评价预测模型,探究睡眠状态不同温湿度下的适宜风速,提出风扇在夏季的使用策略。首先,躺休阶段是人体从清醒状态进入到睡眠状态的重要过渡阶段,故对躺休状态下的人体热舒适进行研究。在人工气候室中,采用落地扇吹风方式进行实验,选择3个环境温度28℃、30℃、32℃和2个相对湿度50%、80%,共计6个工况下展开实验,一共有20名身体健康的受试者参与实验,在实验中持续对人体生理参数和环境参数进行测量,受试者按照实验要求填写实验问卷。研究发现,通过吹风可以提高受试者对热湿环境的满意度,减少人体出汗感觉,降低平均皮肤温度。通过建立偏热环境下吹风满意度和风速、温度的关系,得到气流满意度的评价模型,基于此可确定在躺休状态下的夏季吹风舒适区间。根据人体热平衡理论,通过躺休状态下的舒适风速计算得到睡眠状态下的实验风速。然后,根据躺休状态下对风扇使用行为的调研,选出4个人体可接受使用风扇工况进行整晚睡眠实验。受试者在实验舱中睡觉,并整晚开启风扇。在实验过程中整晚测试受试者的皮肤温度,通过填写问卷获得受试者的主观热舒适和睡眠质量评价,同时采用手环对睡眠质量进行监测。将睡眠质量的主观评价和客观评价进行对比,结果表明睡眠质量的主观和客观评价一致性较高。入睡时长和睡眠总时长是受试者主观评价睡眠质量的重要参考依据。在28℃-80%、30℃-50%工况下受试者主观反应睡眠质量和热舒适评价较好,30℃-80%次之,但在32℃-50%时,受试者的睡眠质量和热舒适评价均较差,在此工况下并不适合通过风扇改善室内热环境。最后,基于睡眠状态下人体与环境换热特点,建立了睡眠状态下的人体热舒适预测模型。将人体与环境换热分为三个部分来分别计算,得到夏季睡眠状态下的人体热舒适模型。经与实验结果数据相比较,该模型预测结果较为准确。据此,计算出夏季人体睡眠状态下不同环境下的舒适风速。在考虑人体热适应的基础上,提出了在不同环境条件下空调风扇设备的使用策略。探讨了风扇对室内热环境的改善状况,为长江流域偏热环境下通过风扇来改善睡眠状态下室内热环境提供了参考。