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广州地区室外建筑过渡空间下穿戴个人医用防护装备对人体热应激的影响研究

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广州地区室外建筑过渡空间下穿戴个人医用防护装备对人体热应激的...

作者：毛钰栋广州大学

学位级别：硕士

2019年底疫情爆发以来,全国各地的疫情此起彼伏,严重影响人们的生活与健康。个人医用防护装备(PPE)作为重要保护装备,具有良好阻隔效果,却严重影响人的热舒适性,对穿戴者的工作造成明显的负面影响,尤其是在高温室外环境下,对作业人员带... 详细信息

2019年底疫情爆发以来,全国各地的疫情此起彼伏,严重影响人们的生活与健康。个人医用防护装备(PPE)作为重要保护装备,具有良好阻隔效果,却严重影响人的热舒适性,对穿戴者的工作造成明显的负面影响,尤其是在高温室外环境下,对作业人员带来了热安全风险。在过去的三年内,医护人员作为特殊人群,时常穿戴防护装备暴露在高温环境下,进行长时间的作业,导致热安全事故频发。因此,结合疫情流行与气候变化的重叠现状及医务人员严峻的工作形势,研究工作人员在室外穿戴PPE作业时的热舒适与热应激,对保障医护人员的生命健康和工作效率,具有重要意义。本文基于线上调查,探究了广州地区穿戴个人防护装备在室外过渡空间环境进行核酸采样作业时对人体热舒适和热应激的影响。在此基础上,选择在典型作业环境下,招募健康的年轻在校学生模拟医护人员穿戴PPE进行核酸采样,采用主观热环境评价与客观热环境参数和人体生理指标测试的方法,探究在不同热环境条件下,受试者穿戴PPE时的主观热反应和人体生理热响应,进而探究核酸采样人员在室外进行核酸采样作业时的热舒适性、生理热响应与热环境之间的关联,并对相关热舒适评价模型的适应性进行分析。研究结果表明,首先,在不同热环境下,人体穿戴PPE时的主观热反应和生理热响应存在较大区别。其中在夏季时最强烈,春季次之,冬季最小,建议PPE的单次穿戴时长不过1.5小时;对比穿戴和不穿戴PPE的两种情况,受试者的主观感觉和客观生理指标均存在统计学意义的显著性差异。而在性别差异上,男女主观感觉评价上没有存在显著性差异,但在生理指标(耳道温度、平均皮肤温度和呼末二氧化碳压力以及呼吸频率)存在显著性差异。其次在夏季,受试者穿戴PPE时,会遭受严重的身体不适症状,在春季和冬季时则很少甚至没有。年龄越大,遭受身体的不适和各种生理不适症状越明显,且平均皮肤温和耳道温度高达35.5°C和37.2°C,这使人体的体温临近发热的状态。说明在高热环境应力条件下,PPE穿戴者随着穿戴时长的增加,由于自身体温调节抑制体温和核心温度的持续升高,人体对热环境的适应能力明显受限制。此外,通过分析,发现穿戴PPE时的局部热感觉与整体热感觉显著相关,其中对整体热感觉影响最大的是脸部、头部、大腿和背部的热感觉,这对局部调节部位的确定有着重要的意义。最后,比较分析两个热舒适评价模型(WBGT和PET),经过修正后建立了适合评价穿戴个人防护装备的热舒适评价模型(β-WBGT和β-PET)。结果表明,发现穿戴防护装备时的对应的热应力等级阈值比与原来的更低;受试者期望在稍凉的热环境中完成作业任务。另外,在上述的基础上,建立了MTSV-MST(T)模型,发现受试者穿戴PPE时,感到舒适的MST及T的阈值要比一般作业环境的低。并基于PSI的评估结果,表明其在制定适当的作业任务安排管理以及冷却干预措施、策略及技术的开发中具有重要的参考和指导意义和作用。

关键词：热应激个人医用防护装备(PPE) 建筑过渡空间核酸采样人员热环境应力热舒适模型生理应变

基于机器学习的个人热舒适建模与控制方法研究

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基于机器学习的个人热舒适建模与控制方法研究

作者：刘颖南京邮电大学

学位级别：硕士

建筑能耗约占一个国家能源消耗总量的30%-40%。在建筑能耗中,暖通空调系统的能耗占40%左右。虽然暖通空调系统耗能很高,但取得的用户热舒适性较低。重要原因在于暖通空调系统控制算法无法准确知晓用户的真实热舒适程度并采取有效的控制... 详细信息

建筑能耗约占一个国家能源消耗总量的30%-40%。在建筑能耗中,暖通空调系统的能耗占40%左右。虽然暖通空调系统耗能很高,但取得的用户热舒适性较低。重要原因在于暖通空调系统控制算法无法准确知晓用户的真实热舒适程度并采取有效的控制决策确保用户高热舒适性和系统低能耗。传统的热舒适模型用来预测群体热舒适程度,当应用于个体时,其准确性较低。随着物联网感知技术和机器学习技术的发展,用户热舒适建模迎来了新的发展机遇。虽然现有研究取得了一定的进展,但依然存在如下不足:（1）训练个人热舒适模型所需的样本较大;（2）大多热舒适控制未考虑个人热舒适模型。因此,非常有必要研究基于机器学习的个人热舒适建模和控制方法。针对现有个人热舒适模型需要大量训练样本的问题,本文提出了一种基于深度元学习的个人热舒适建模方法。该算法通过在深度神经网络中引入交叉注意力模块来突出已知热舒适度样本与待预测样本之间的相似性,利用样本间的相似性计算实现待预测样本的热舒适预测,从而提高模型的预测精度。此外,由于深度元学习支持小样本学习,无需大量的用户热舒适反馈数据,因此该方法仅需少量训练数据即可实现模型更新,具有更广泛的适用性。仿真实验表明:在给定相同数据前提下,所提算法相比对比方案可提高预测精度22.86%-42.86%。针对现有研究大多未考虑利用个人热舒适模型进行热舒适控制的问题,本文将建立的个人热舒适模型纳入到暖通空调系统的闭环控制中,建立了暖通空调系统运行成本最小化问题。由于存在模型不确定性、参数不确定性以及时间耦合运行约束,将上述最优化问题重新建模为马尔可夫决策过程。然后,提出了基于深度确定性策略梯度的个人热舒适控制方法。该方法无需知晓不确定性参数的任何先验信息和明确的建筑热动态性模型。仿真结果表明:相比对比方案,所提控制方法可在维持高热舒适性的前提下降低运行成本4.69%-16.45%。

关键词：智慧建筑暖通空调能耗热舒适模型深度元学习深度确定性策略梯度

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亚热带地区自然通风体育馆室内热舒适范围

土木与环境工程学报（中英文） 2019年第5期41卷 173-182页

作者：李晋卢频郑海林华南理工大学建筑学院亚热带建筑科学国家重点实验室

以广州地区自然通风体育馆为研究对象,用问卷和实测的方式分别采集了建筑内运动人群及观众人群的热感觉投票值和室内外热环境参数,初步建立了这两类人群的适应性热舒适模型和对应的热舒适范围。并通过对比,分析了两类人群的适应性热舒... 详细信息

以广州地区自然通风体育馆为研究对象,用问卷和实测的方式分别采集了建筑内运动人群及观众人群的热感觉投票值和室内外热环境参数,初步建立了这两类人群的适应性热舒适模型和对应的热舒适范围。并通过对比,分析了两类人群的适应性热舒适模型和热舒适范围的区别。研究结果表明:自然通风体育馆室内运动人群的热敏感度0.3266要小于观众人群的热敏感度0.3799;运动人群和观众人群的中性操作温度都随着室外温度的升高而升高,前者中性操作温度高于后者,差值在0.80~1.48℃之间;运动人群和观众人群热舒适范围的上下限都随着室外温度的升高而升高,前者热舒适范围的下限与后者相似,但是前者热舒适范围的上限比后者高,差值在1.86~2.48℃之间。

关键词：自然通风体育馆热舒适热舒适模型运动人群

校园林荫道对微气候的影响研究 ——以桂林电子科技大学金鸡岭校区为例

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校园林荫道对微气候的影响研究 ——以...

作者：叶凌江桂林电子科技大学

学位级别：硕士

高等教育事业的发展对办学需求提出了更高要求,我国高校校园逐渐呈现高密度的发展趋势,学生人数增长明显。校园的林荫空间是高校校园的重要组成部分,承载了校园内师生间的大部分非正式交流,也是师生步行出行的重要空间。因此,本文通过... 详细信息

高等教育事业的发展对办学需求提出了更高要求,我国高校校园逐渐呈现高密度的发展趋势,学生人数增长明显。校园的林荫空间是高校校园的重要组成部分,承载了校园内师生间的大部分非正式交流,也是师生步行出行的重要空间。因此,本文通过调研与实测的方式,获取桂林某高校林荫道的微气候信息。利用ENVI-met软件进行多种工况的数值模拟,旨在研究不同校园林荫道类型、林荫道高宽比以及行道树冠层直径对微气候的调节效应,提出适用于夏热冬冷地区的校园林荫道热舒适评价模型,为高校林荫道的设计与改善提供科学依据。首先,本文对桂林市某高校林荫道进行实地调研。通过现场实测与问卷调查的方式,收集林荫道的微气候参数与行人的主观感受。结果表明:单拱封闭型林荫空间的温度低于两行开敞型林荫道空间的温度,而相对湿度则高于两行开敞型林荫道空间的相对湿度;植物冠层直径较大时,对太阳辐射具有较好的遮阳作用,使得林荫道下垫面温度远低于遮阳效果较差的林荫道;受访人群对于单拱封闭型林荫道热舒适性的满意度要高于两行开放型林荫道;89%的受访者认为林荫道环境对校园微气候存在影响作用,并且超过70%的受访者建议采用冠层直径大的高大乔木来优化校园林荫道的微气候。其次,基于现场实测的数据,借助ENVI-met软件建立校园林荫道及其周边空间的三维模型,进行了不同工况下的热环境模拟分析,结果表明:两行开敞型林荫道空间内高宽比减小时,环境温度会增高,相对湿度下降,UTCI值变高,行人热舒适度下降;冠层直径增大时,林荫道空间温度降低,相对湿度增大,UTCI值降低,行人热舒适度提高。单拱封闭型林荫空间内高宽比减小时,环境温度降低,相对湿度升高,UTCI值变低,行人热舒适度上升;冠层直径增大,林荫道空间温度降低,相对湿度升高,UTCI值降低,行人热舒适度提高。最后,通过综合分析提出基于UTCI指标的适用于夏热冬冷地区校园林荫道的热舒适评价预测模型。预测模型显示,林荫道环境的风速并不是影响林荫道热舒适模型的显著性指标。通过对自变量因子的筛选,获得了以林荫道空气温度、相对湿度、太阳辐射强度作为预测方程自变量的林荫道热舒适评价优化模型。并基于模拟提出了通过改变林荫道高宽比与冠层直径的校园林荫道优化方案。

关键词：校园林荫道微气候 ENVI-met 热舒适模型

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热泵型新风环境控制一体机智能控制研究

热泵型新风环境控制一体机智能控制研究

作者：沈雅倩安徽工业大学

学位级别：硕士

被动式超低能耗建筑推动了热泵型新风环境控制一体机的发展,为了满足用户个性化热舒适需求,本文将机器学习算法应用到一体机的环境控制中,构建个性化热舒适模型和智能化控制方案。具体研究内容如下:首先采用Phython语言建立热舒适预测... 详细信息

被动式超低能耗建筑推动了热泵型新风环境控制一体机的发展,为了满足用户个性化热舒适需求,本文将机器学习算法应用到一体机的环境控制中,构建个性化热舒适模型和智能化控制方案。具体研究内容如下:首先采用Phython语言建立热舒适预测模型。以环境参数的室内空气温度、相对湿度、空气风速、室外空气温度和以个性化参数的衣服热阻、身高、体重、性别、年龄、新陈代谢率作为输入指标,以PMV指标作为输出指标,以MAE、RMSE、拟合优度为评价指标对模型进行评价。采用BP神经网络、支持向量机、XGBoost三种算法进行热舒适的预测,发现XGBoost算法的热舒适模型的预测效果最好,准确性最高。并基于XGBoost算法的热舒适预测模型,通过SHAP值方法得出热泵型新风环境控制一体机是以空气温度、空气风速作为控制变量,其余参数为干扰变量的。其次以TRNSYS软件为模拟平台,建立热泵型新风环境控制一体机全热+制冷制热模式下温度PID控制、PMV启停控制和温度启停控制三种仿真模型。以典型住宅室内环境为控制对象,与基于温度的PID控制方式相比,采用基于温度的启停控制方式和基于PMV的启停控制方式均可将室内的PMV控制在[-0.5,0.5]之间。并利用双目标评价方法对三种控制方式进行评价,评价结果表明:PMV启停控制方式为最佳控制方式。并基于PMV启停控制方式从运行时长、开窗方式、热回收方式三个方面对机组进行节能策略分析,结果表明:全热热回收方式的热泵型新风环境控制一体机在每天运行12h、关窗运行最优。最后对热泵型新风环境控制一体机的智能化控制方案进行设计。以个性化热舒适模型和基于PMV的启停控制方式为基础设计智能控制方案框架,提出偏冷与偏热条件下的机组控制策略。对控制系统的硬件端如单片机、传感器等进行选型设计。设计用户软件端的“智能感知”、“智能预测”、“智能控制”等页面。并选择2个案例验证控制策略的有效性。

关键词：热泵型环境控制一体机热舒适模型 XGBoost算法智能控制

热泵型新风环境控制一体机PMV控制仿真研究

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制冷与空调 2024年第5期24卷 82-86页

作者：张仕翔沈雅倩黄志甲安徽工业大学建筑工程学院

为满足个性化热舒适的控制需求,运用XGBoost算法建立个性化热舒适预测模型;基于TRNSYS软件平台,建立热泵环控机组PMV控制模型;提出热泵环控机组的调控策略,并用偏冷和偏热调节两个案例进行了验证。结果显示:通过特征参数分析选取空气温... 详细信息

为满足个性化热舒适的控制需求,运用XGBoost算法建立个性化热舒适预测模型;基于TRNSYS软件平台,建立热泵环控机组PMV控制模型;提出热泵环控机组的调控策略,并用偏冷和偏热调节两个案例进行了验证。结果显示:通过特征参数分析选取空气温度、空气风速作为控制变量,以PMV为被控参数,将基于XGBoost算法的个性化热舒适模型应用到热泵环控机组中,能够满足用户个性化的室内热舒适需求。

关键词：热泵型新风环境控制一体机热舒适模型 PMV控制

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基于人体生理差异的热舒适模型修正研究进展

上海纺织科技 2019年第4期47卷 12-18页

作者：李佳怡许静娴李俊东华大学服装与艺术设计学院上海200051 东华大学功能防护服装研究中心上海200051 东华大学现代服装设计与技术教育部重点实验室上海200051

热舒适模型的建立是为了预测和评价人体在不同环境条件下的热舒适水平,是综合研究人体热舒适与各影响因素之间相互关系的重要手段。目前较为完善的热舒适模型均是以西方人体结构和生理参数为依据构建的,在中国人体热反应预测的准确性方... 详细信息

热舒适模型的建立是为了预测和评价人体在不同环境条件下的热舒适水平,是综合研究人体热舒适与各影响因素之间相互关系的重要手段。目前较为完善的热舒适模型均是以西方人体结构和生理参数为依据构建的,在中国人体热反应预测的准确性方面存在问题。因此,通过了解热舒适模型的发展,从体温调节模型,包括被动物理系统和主动调节系统以及热感觉模型几个方面展开模型的机理分析,结合已有试验数据讨论热舒适模型建立过程中中西方人体参数的差异及其对热调节过程的影响,并在此基础上总结了中国人体热舒适模型的修正路径。

关键词：热舒适模型体温调节模型热感觉模型主动调节被动调节

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桂林市城市水体对沿岸街区微气候的影响研究

桂林市城市水体对沿岸街区微气候的影响研究

作者：李倍宇桂林电子科技大学

学位级别：硕士

在全球气候变暖的历史背景下,自然环境变得愈加脆弱,而随着生活水平的提高人们对城市环境的宜居性提出了更高的需求。城市水体在维持城市生态平衡,调节城市微气候方面发挥着不可替代的重要作用。国内外学者在城市微气候方面开展了大量研... 详细信息

在全球气候变暖的历史背景下,自然环境变得愈加脆弱,而随着生活水平的提高人们对城市环境的宜居性提出了更高的需求。城市水体在维持城市生态平衡,调节城市微气候方面发挥着不可替代的重要作用。国内外学者在城市微气候方面开展了大量研究,但关于城市水体以及不同水体的空间布局对街区微气候影响的研究尚不系统。因此,本文旨在研究城市水体沿岸街区微气候的形成机理,探究城市水体对街区微气候的调节效应,为改善城市街区舒适性的规划设计提供科学依据。首先,本文对桂林市有水域街区开展实地调研工作,数据表明:太阳辐射是影响街区下垫面温度分布的重要因素;街区空间布局对空气流速影响的差异较小;空气相对湿度对街区舒适性的影响程度最广泛。街区热舒适主观调查结果表明,人们普遍认为临湖泊水域的街区环境舒适性要优于临江河水域的街区,增加水域沿岸植物景观可以提高街区环境的质量和舒适性。通过分析实测数据和仿真结果得出以下结论:河道宽度、湖泊面积、江河与湖泊的空间布局以及绿化植物均对街区微气候的形成与演变密切相关。增加河道宽度对街区环境起到降温除湿效应;湖泊水域面积在缩放因子为0.5时表现出最强的增温除湿效应;提高绿化覆盖率则对街区环境起到升温增湿效应,对街区流速场起到消益效应。增加河道宽度和湖泊面积对街区流速场起到增益效应。江河水域和绿化景观能提高沿岸街区近地面的PET和UTCI值,而湖泊水域则会降低沿岸街区近地面的PET和UTCI值。综上,本文提出适用于桂林市水域街区的热舒适评价模型。基于PET和UTCI的初阶街区热舒适评价模型指出人员活动状态和服装热阻并不是影响街区热舒适模型的显著性指标,对模型的自变量因子进行筛选,获得了以街区空气温度、相对湿度、空气流速和太阳辐射强度作为预测方程的自变量的街区热舒适评价优化模型,该模型可以用相对较少的自变量因素获得相同的可信度,能够满足更广泛的使用。最后结合桂林市水域街区的微气候特点和空间布局,提出了相应的改善措施。

关键词：城市街区城市水体微气候 ENVI-met 热舒适模型

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深热矿井人体热舒适性评价及应用研究

深热矿井人体热舒适性评价及应用研究

作者：张保国中国矿业大学

学位级别：硕士

矿井内高温高湿的环境严重威胁井下工作人员身心健康,导致工作效率降低,甚至造成安全生产事故。因此对深热矿井人体热舒适性的评价研究变得非常重要。目前人们对于地面上的热环境研究与舒适性评价较多,已经形成了比较完善的体系,但是对... 详细信息

矿井内高温高湿的环境严重威胁井下工作人员身心健康,导致工作效率降低,甚至造成安全生产事故。因此对深热矿井人体热舒适性的评价研究变得非常重要。目前人们对于地面上的热环境研究与舒适性评价较多,已经形成了比较完善的体系,但是对于地下高温高湿环境下的人体热舒适性研究还有很多不足之处。本文分析了深热矿井采掘面热湿负荷的主要来源及影响工人井下热舒适性的原因,论述了人体体温调节系统和温度感受系统的生物学作用机理,分析比较了人体的热感觉和热舒适,在此基础上引出了人体热舒适性三个评价指标—环境指标、心里指标和安全性指标。本文还分析了影响人体热平衡的因素,基于深热矿井高温高湿特征及工人劳动强度大的特点,从服装面积系数、皮肤温度和汗液蒸发散热量等方面对人体热平衡方程进行了修正,建立了井下高温高湿环境特征的人体热平衡模型。通过分析现有井下热舒适性评价指标及其不足,提出了适合评价井下环境特征的人体热舒适性指标UPMV（Underground Predicted Mean Vote）,构建了具有深热矿井环境特征的热舒适性评价模型;利用VB进行编程,开发了深热矿井热舒适性评价软件系统,并利用软件系统对首山一矿、平煤四矿和金川集团二矿井下不同作业点的热舒适环境进行评价,评价结果与现场测试结果基本吻合;最后结合热舒适评价软件分析了影响井下热舒适性评价指标UPMV的因素。本文研究成果为井下人体热舒适性评价及科学合理安排井下生产提供了理论依据,对科学合理的安排作业时间,提高井下作业人员的热舒适性,保证企业安全生产具有重要意义。本文共有图19幅,表27个,参考文献59篇。

关键词：深热矿井热舒适模型评价指标软件开发