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1、申請上海交通大學博士學位論文基于中國人熱特性的多節(jié)點熱舒適模型學校：上海交通大學院系：船舶海洋與建筑工程學院班級：A1001091學號：0100209107博士生：周鑫專業(yè)：土木工程導師：連之偉（教授）上海交通大學船舶海洋與建筑工程學院2015年7月ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofPhilosophyDoctorAMULTI-NODETHERMALCOMFORTMODELBASEDONCHINESETHERMO-BIOLOGICALFEATURESAutho
2、r:ZhouXinSpecialty:CivilEngineeringAdvisor:Prof.LianZhiweiDepartmentofCivilEngineeringSchoolofNavalArchitecture,OceanandCivilEngineeringShanghaiJiaoTongUniversity,Shanghai,P.R.ChinaJuly,2015摘要基于中國人熱特性的多節(jié)點熱舒適模型摘要熱舒適模型的建立需要人體生理學、生物傳熱學、環(huán)境心理學等多學科的系統(tǒng)知識。目前已建立的較為完善的人體熱舒適模型均基于西方人的生理學及心理
3、學的研究，而中國人和西方人相比，不僅在人體尺寸、組成等熱調節(jié)參數(shù)上存在較大的差異；而且由于中國和西方在社會和自然環(huán)境上的差別，導致中國人和西方人在熱心理及熱偏好上也存在一定的差異。因此，在采用基于西方人生理和心理數(shù)據(jù)建立起來的熱舒適模型來預測中國人熱感覺時，其預測值和實際環(huán)境的中國人熱感覺投票值就會出現(xiàn)一定的偏差，部分情況下的預測偏差可達1個等級。這些預測偏差來自于中國人和西方人在熱生理及熱心理上的差異，所以為了提高對中國人熱舒適水平的預測精度，有必要建立基于中國人生理和心理特征的熱舒適模型。本文基于中國人熱生理和心理特征的相關基礎研究，建立起適用于中
4、國人的熱舒適模型，并對模型的預測精度進行了多方面的驗證，進而探索了模型在空調系統(tǒng)設計和控制策略開發(fā)等方面的應用價值。研究的主要內容和結果有：1)建立了基于中國人熱生理參數(shù)的個性化熱調節(jié)模型。中國人和西方人在身體尺寸和組成上存在顯著差異，因此根據(jù)中國標準人的熱生理基礎研究數(shù)據(jù)建立起標準熱調節(jié)模型，計算得到人體的皮膚溫度。進一步為了提高對皮溫的預測精度，用身高、體重、年齡、性別四個參數(shù)對標準人模型進行了個性化。個性化參數(shù)的敏感性結果分析表明，身高和體重對皮溫預測的影響較大，不同身高及體重的人的平均皮溫預測值之差可達1℃，而不同年齡之間的預測值之差在0.5℃
5、左右。通過中國人的實驗對已建立的熱調節(jié)模型進行了驗證。驗證結果表明，大部分情況下中國標準人的模型對平均皮溫的和局部皮溫的預測要顯著優(yōu)于基于西方人的Fiala模型，對平均皮溫預測的最大偏差值從0.79°C降至0.48°C，而對局部皮溫的最大預測偏差從2.11℃降至1.46℃；而多數(shù)情況下個性化的中國人模型的預測精度則顯著優(yōu)于標準人模型，對平均皮溫的預測精度在0.20℃到0.38℃之間，且局部皮溫的預測偏差基本在1℃以內。2)建立了基于中國人熱心理特征的熱感覺模型。首先，基于熱調節(jié)模型計算得到的人體局部皮溫建立起局部熱感覺模型。通過包含局部皮溫和平均皮溫影
6、響的回歸公式來計算得到局部熱感覺；且在非穩(wěn)態(tài)的環(huán)境下，環(huán)境參數(shù)的變化對局部熱感I摘要覺也會產生影響?；谝延械臒岣杏X實驗數(shù)據(jù)，通過最小二乘法確定了回歸公式中各項影響因素的權重系數(shù)。綜合局部熱感覺的影響，建立起判斷整體熱感覺的總體原則：熱感覺偏離中性的程度越大，其在整體熱感覺計算中的相對權重就越高。基于以上原則，得到了不同環(huán)境下整體熱感覺的計算方法。3)結合熱調節(jié)和熱感覺模型建立起適合中國人的熱舒適模型，實現(xiàn)了用環(huán)境和人員參數(shù)進行熱舒適水平的判斷。為了擴展模型的通用性，在中國人模型加入了自適應方法，使得該模型可以根據(jù)不同人群的生理特征和熱偏好在合理范圍內
7、對模型進行修正，進而獲得更高的預測精度。通過大量實驗數(shù)據(jù)對中國人的熱舒適模型進行全面的驗證，整理了現(xiàn)有針對中國人的實驗研究，建立起中國人熱舒適研究的數(shù)據(jù)庫。對于均勻穩(wěn)態(tài)環(huán)境來說，模型的預測熱感覺值和實測熱感覺均值的偏差基本在±0.2的范圍內；在動態(tài)環(huán)境中，對平均皮溫的預測基本在實測值的標準差范圍內，整體熱感覺的預測偏差大部分在±0.5的范圍內。模型的預測與全國范圍內實際建筑環(huán)境的熱感覺調查結果吻合良好，模型預測值和主觀熱感覺投票均值的相關系數(shù)基本在0.9左右。4)將熱舒適模型用于室內環(huán)境的設計和評價中，提出了基于中國人熱舒適模型的空調設計參數(shù)范圍。研究
8、發(fā)現(xiàn)，對于夏季制冷環(huán)境而言，在相同的熱舒適設計要求下，采用中國人熱舒適模型計算得到的室內空氣空
