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严寒地区室内外气候对热舒适与热适应的影响研究

吉玉辰  
【摘要】:随着人们对于室内热环境的舒适性要求越来越高,以及出于减少建筑能耗的考虑,人体热舒适与热适应成为近年来的热点话题。热舒适既是人体对建筑环境的最直接的主观热反应,也是进行建筑使用后评价的最重要的评价指标。我国严寒地区冬季漫长寒冷,供暖能耗大。为了营造既满足人体热舒适需求,又能降低建筑能耗的室内热舒适环境,本文通过实验室研究和现场研究,从人体适应性出发,分析严寒地区室内外气候对人体热舒适的影响。本文的主要研究内容和主要发现如下:首先,严寒地区冬季长达半年之久,期间室外气温变化幅度很大。根据室外气温,将供暖期划分为不同供暖阶段。在同一年不同供暖阶段对哈尔滨的住宅、办公建筑、大学生宿舍和教室4类不同功能建筑同时进行现场调查,得到室内热环境和人体热反应特征参数。研究人体热反应随环境特征参数变化的规律,建立不同供暖阶段各类建筑热舒适评价模型。发现办公建筑和教室中的热中性温度比住宅和宿舍中的热中性温度低约2~3℃。其次,针对同一批受试者,在不同室外气候下进行实验室研究,研究不同供暖阶段(室外空气温度变化)而室内气温不变的人体生理和心理反应。发现不同阶段室内温度不变时人体生理参数(心率和血压)和心理反应的变化明显。同时,将实验室与现场研究结果进行对比,发现感知控制对人体热感觉的影响是具有积极作用的。第三,对不同年代、不同节能住宅的室内热环境与居民的热适应进行深入研究。重点关注冬季供暖期间住宅中过热现象,并与以往住宅热舒适调查对比,探讨室内热暴露对人体热舒适与热适应的规律,提出合理的室内温度。建立不同供暖阶段的适应性模型,发现不同年龄组之间的热适应性差异。第四,对被动式超低能耗建筑进行现场调查,研究在超低能耗建筑中冬夏季的热环境和人体舒适性。研究季节对人体热舒适与热适应的影响规律。发现冬季舒适的中性温度比热中性温度高1.8℃。发现冬季平均室内空气温度与夏季接近,得到季节对人体热舒适的影响。研究楼板辐射供暖热环境与辐射传热性能和室温调节规律,建立供热量与楼板表面温度之间的函数关系数学模型。发现其人体的头脚空气温差小,热舒适性好。最后,基于长期跟踪调查数据,建立了严寒地区冬季供暖期的人体热适应性模型,揭示热中性温度与室内外温度之间的关系,研究人体热适应的时间。发现人体热中性温度与室内空气温度存在2~3周的时间延迟。针对个性化控制需求,建立以空气温度、操作温度、相对湿度和服装热阻为特征变量,以热感觉为结果变量的随机森林模型。综上,本文通过现场调查、实验研究以及数据挖掘,研究了严寒地区室内外气候对人体热舒适和热适应的影响,建立了不同供暖阶段不同类型建筑的热舒适评价模型,得到了不同供暖阶段的人体生理和心理反应规律,并且建立了不同供暖阶段的人体热适应性模型,揭示了不同年龄人群的热适应性差异。


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