基于中國(guó)人熱特性的多節(jié)點(diǎn)熱舒適模型

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1、申請(qǐng)上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文基于中國(guó)人熱特性的多節(jié)點(diǎn)熱舒適模型學(xué)校：上海交通大學(xué)院系：船舶海洋與建筑工程學(xué)院班級(jí)：A1001091學(xué)號(hào)：0100209107博士生：周鑫專業(yè)：土木工程導(dǎo)師：連之偉（教授）上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)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(guó)人熱特性的多節(jié)點(diǎn)熱舒適模型摘要熱舒適模型的建立需要人體生理學(xué)、生物傳熱學(xué)、環(huán)境心理學(xué)等多學(xué)科的系統(tǒng)知識(shí)。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(xué)及心理

3、學(xué)的研究，而中國(guó)人和西方人相比，不僅在人體尺寸、組成等熱調(diào)節(jié)參數(shù)上存在較大的差異；而且由于中國(guó)和西方在社會(huì)和自然環(huán)境上的差別，導(dǎo)致中國(guó)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(lái)的熱舒適模型來(lái)預(yù)測(cè)中國(guó)人熱感覺(jué)時(shí)，其預(yù)測(cè)值和實(shí)際環(huán)境的中國(guó)人熱感覺(jué)投票值就會(huì)出現(xiàn)一定的偏差，部分情況下的預(yù)測(cè)偏差可達(dá)1個(gè)等級(jí)。這些預(yù)測(cè)偏差來(lái)自于中國(guó)人和西方人在熱生理及熱心理上的差異，所以為了提高對(duì)中國(guó)人熱舒適水平的預(yù)測(cè)精度，有必要建立基于中國(guó)人生理和心理特征的熱舒適模型。本文基于中國(guó)人熱生理和心理特征的相關(guān)基礎(chǔ)研究，建立起適用于中

4、國(guó)人的熱舒適模型，并對(duì)模型的預(yù)測(cè)精度進(jìn)行了多方面的驗(yàn)證，進(jìn)而探索了模型在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制策略開(kāi)發(fā)等方面的應(yīng)用價(jià)值。研究的主要內(nèi)容和結(jié)果有：1)建立了基于中國(guó)人熱生理參數(shù)的個(gè)性化熱調(diào)節(jié)模型。中國(guó)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)人的熱生理基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)建立起標(biāo)準(zhǔn)熱調(diào)節(jié)模型，計(jì)算得到人體的皮膚溫度。進(jìn)一步為了提高對(duì)皮溫的預(yù)測(cè)精度，用身高、體重、年齡、性別四個(gè)參數(shù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)人模型進(jìn)行了個(gè)性化。個(gè)性化參數(shù)的敏感性結(jié)果分析表明，身高和體重對(duì)皮溫預(yù)測(cè)的影響較大，不同身高及體重的人的平均皮溫預(yù)測(cè)值之差可達(dá)1℃，而不同年齡之間的預(yù)測(cè)值之差在0.5℃

5、左右。通過(guò)中國(guó)人的實(shí)驗(yàn)對(duì)已建立的熱調(diào)節(jié)模型進(jìn)行了驗(yàn)證。驗(yàn)證結(jié)果表明，大部分情況下中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)人的模型對(duì)平均皮溫的和局部皮溫的預(yù)測(cè)要顯著優(yōu)于基于西方人的Fiala模型，對(duì)平均皮溫預(yù)測(cè)的最大偏差值從0.79°C降至0.48°C，而對(duì)局部皮溫的最大預(yù)測(cè)偏差從2.11℃降至1.46℃；而多數(shù)情況下個(gè)性化的中國(guó)人模型的預(yù)測(cè)精度則顯著優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)人模型，對(duì)平均皮溫的預(yù)測(cè)精度在0.20℃到0.38℃之間，且局部皮溫的預(yù)測(cè)偏差基本在1℃以內(nèi)。2)建立了基于中國(guó)人熱心理特征的熱感覺(jué)模型。首先，基于熱調(diào)節(jié)模型計(jì)算得到的人體局部皮溫建立起局部熱感覺(jué)模型。通過(guò)包含局部皮溫和平均皮溫影

6、響的回歸公式來(lái)計(jì)算得到局部熱感覺(jué)；且在非穩(wěn)態(tài)的環(huán)境下，環(huán)境參數(shù)的變化對(duì)局部熱感I摘要覺(jué)也會(huì)產(chǎn)生影響?；谝延械臒岣杏X(jué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)最小二乘法確定了回歸公式中各項(xiàng)影響因素的權(quán)重系數(shù)。綜合局部熱感覺(jué)的影響，建立起判斷整體熱感覺(jué)的總體原則：熱感覺(jué)偏離中性的程度越大，其在整體熱感覺(jué)計(jì)算中的相對(duì)權(quán)重就越高?；谝陨显瓌t，得到了不同環(huán)境下整體熱感覺(jué)的計(jì)算方法。3)結(jié)合熱調(diào)節(jié)和熱感覺(jué)模型建立起適合中國(guó)人的熱舒適模型，實(shí)現(xiàn)了用環(huán)境和人員參數(shù)進(jìn)行熱舒適水平的判斷。為了擴(kuò)展模型的通用性，在中國(guó)人模型加入了自適應(yīng)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(nèi)

7、對(duì)模型進(jìn)行修正，進(jìn)而獲得更高的預(yù)測(cè)精度。通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)中國(guó)人的熱舒適模型進(jìn)行全面的驗(yàn)證，整理了現(xiàn)有針對(duì)中國(guó)人的實(shí)驗(yàn)研究，建立起中國(guó)人熱舒適研究的數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于均勻穩(wěn)態(tài)環(huán)境來(lái)說(shuō)，模型的預(yù)測(cè)熱感覺(jué)值和實(shí)測(cè)熱感覺(jué)均值的偏差基本在±0.2的范圍內(nèi)；在動(dòng)態(tài)環(huán)境中，對(duì)平均皮溫的預(yù)測(cè)基本在實(shí)測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)，整體熱感覺(jué)的預(yù)測(cè)偏差大部分在±0.5的范圍內(nèi)。模型的預(yù)測(cè)與全國(guó)范圍內(nèi)實(shí)際建筑環(huán)境的熱感覺(jué)調(diào)查結(jié)果吻合良好，模型預(yù)測(cè)值和主觀熱感覺(jué)投票均值的相關(guān)系數(shù)基本在0.9左右。4)將熱舒適模型用于室內(nèi)環(huán)境的設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)中，提出了基于中國(guó)人熱舒適模型的空調(diào)設(shè)計(jì)參數(shù)范圍。研究

8、發(fā)現(xiàn)，對(duì)于夏季制冷環(huán)境而言，在相同的熱舒適設(shè)計(jì)要求下，采用中國(guó)人熱舒適模型計(jì)算得到的室內(nèi)空氣空