低温环境下局部供暖人体热舒适及评价模型研究

作     者：郑楚渝 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：喻伟

授予年度：2021年

学科分类：080702[工学-热能工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：低温环境 局部供暖 热舒适 等效温度 评价模型 

摘      要：随着国家经济的增长,人民物质生活水平的提高,冬季供暖需求进一步凸显。我国一些未集中供暖的地区的冬季室内热环境极其恶劣,亟需改善。研究结果表明,低温环境下对人体进行局部供暖对维持人体热舒适具有一定的潜力。基于此,本文希望探究低温环境下局部供暖对改善人体热舒适的有效性,并提出低温环境下利用局部供暖的方式来营造舒适热环境的科学依据。首先,对市场上常见的三种对流型和三种辐射型局部供暖设备进行了流场测试研究。探究了在典型工况下,各种设备的温度分布、温度均匀度、最大垂直温差等温度场特性参数,平均风速、瞬时风速、湍流度等气流特性参数,响应时间、供暖温度等设备性能参数。测试分析发现,使用对流型局部供暖设备时,测试区温度均匀程度与送风范围、送风温度相关,气流的湍流度随着送风温度的升高而增大;辐射型局部供暖设备响应时间较长,且设备辐射板表面温度越低供暖效果越差。其次,在人工气候室内对坐姿状态的人体进行局部供暖热舒适实验,在实验过程中对受试者进行主观问卷调查,同时持续采集受试者皮肤温度和服装表面温度,采用暖风机A(塔式暖风机)和小太阳作为热源分别进行实验,选择3个环境温度11℃、7℃、3℃和2个湿度30%、50%,共计6个背景工况展开实验。研究发现,局部供暖过程中,人体热感觉改善效果明显,受试者对热环境的可接受度和满意率得到很大提高,证实了低温环境下局部供暖对改善人体热舒适的有效性。局部供暖过程中,人体不同部位皮肤温度变化规律不同,并据此将人体划分为三个分区,分别为身体核心区(胸、背、腹)、身体中间区(上臂、前臂、大腿、小腿)以及身体末端区(头、手、脚),其中核心区部位热感觉没有显著差异,中间区中上臂和前臂热感觉之间、大腿和小腿热感觉之间没有显著性差异。随后笔者对比了对流和辐射两种局部供暖方式下人体头、背、胸、前臂、手、小腿、脚共7个部位的热感觉以及整体热感觉的差异,发现相同部位的热感觉和整体热感觉均没有统计学显著性差异,因此建立了适用于两种典型局部供暖方式下,局部热感觉与整体热感觉之间的数学关系模型,影响权重系数分别为:0.2(头)、0.08(背)、0.04(胸)、0.18(前臂)、0.23(手背)、0.2(小腿)、0.19(脚)。最后,低温环境下局部供暖所营造的热环境属于典型的非均匀热环境,研究表明非均匀热环境下的热感觉并不能很好地预测出人体对热环境是否不满意,因此针对低温环境下局部供暖建立了非均匀热环境不满意率预测模型。非均匀热环境中影响人体热舒适的环境参数较多,此处引入等效温度EQT作为评价指标。通过将人体各部位与真实非均匀热环境的显热换热等效为人体与假想的均匀热环境之间的显热换热,求取人体各部位周围的假想均匀热环境的等效温度,并利用第四章所得权重,将局部等效温度,加权得到整体等效温度,。由于人体热分布均匀程度是影响人体热舒适的重要因素,因此基于整体等效温度,和局部等效温度最大差值?,,建立了热环境不满意率预测模型。经过对比,实验值与预测值吻合度较高,证明了该模型可正确预测低温环境下局部供暖过程中人体对热环境的不满意率。进一步利用该模型,将不满意率控制在0～20%,计算得到舒适的,区间和?,区间,并据此提出以下热环境营造的控制逻辑。