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基于皮肤温度的辐射供暖热舒适性的试验研究

更新时间:2009-03-28

1 前言

辐射采暖系统具有整体热舒适性高、节能效果显著等优点[1~3],同时也有研究发现,辐射采暖环境下往往会因为辐射的不对称性而造成人体的局部不舒适[4]。因此,有学者对辐射空调系统的热舒适性进行了更为深入的研究。文献[5~8]通过人体热感觉实测实验,对室内的热舒适预测值(PMV)和热感觉投票值(TSV)进行比较,发现两者差异显著,这种差异是由局部热不舒适因素造成的,热感觉不均匀性对热环境评价有重大的作用。在其他热环境下,有学者引入一系列的生理参数作为客观指标,对热环境进行评价研究。Humphreys等通过不同热环境下人体热舒适试验,认为指端、手部皮肤温度和指端-前臂温度梯度与热感觉密切相关,可预测人体的热舒适状态[9];同济医科大学研究证明,皮肤温度变化与人体舒适感密切相关,比脉率、体温、出汗量等生理指标更为敏感,可以认为皮肤温度是人体热舒适的生理基础[10]。近年来,也有其他文献[11~14]研究发现:在非均匀热环境下,局部皮肤温度和平均皮肤温度跟人体的热舒适评价密切相关。对于辐射供暖造成的不均匀热环境舒适性评价,引入客观生理参数进行评价的科学研究较少,作者通过搭建辐射采暖气候室试验平台,引用皮肤温度这一客观生理参数指标,结合PMV —PPD(预测不满意率)评价方法和人体主观感觉投票,通过人体实测试验对辐射供暖环境下热舒适评价进行综合研究。

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11月16日凌晨,巴陵石化煤化工部仪表车间合成班值班员蒋正流接到合成车间工艺四班人员报告后,立即赶往合成总控制室。“我们询问了各运行部,都没有同类型的冗余通讯卡备件。询问备件厂家,他们答复从北京邮寄,最快也要两天。”仪表车间主任姜文伟说。

BDBO在去除椎间盘的同时需要去除上下终板,术中还应注意骨性出血,可采用骨蜡封堵。虽然还没有BDBO造成血管损伤的报道,但是理论上通过椎间盘延长脊柱前柱时,会有血管损伤的可能性;在2型及3型BDBO中,由于截骨区域相邻的椎弓根被去除,不能置入椎弓根螺钉,可能会降低截骨闭合过程中的稳定性和安全性,这种情况下,常常需要向上或向下增加椎弓根螺钉的数量,闭合过程术者动作要尽可能轻柔,力量均一。

2 试验方法

本试验于2016年12月至2017年2月在一个人工气候实验室进行,气候室的尺寸为4 m×3.8 m×3.1 m。气候室顶板和地板均铺设抹灰毛细辐射管网。气候室内有独立的送风系统,能保证室内的最低新风供应量,受试者周围的空气流速在0.02~0.04 m/s左右,同时配有加湿机,保证室内的相对湿度维持在50.4%~56.3%之间。图1为气候室示意。试验包括顶棚辐射采暖(环境A)和地板辐射采暖(环境B)2种采暖环境。环境A 分为 15.2,16.7,18.3,19.8和 21.4 ℃ 5种不同温度工况,环境 B 则包含 14.4,16.2,18.0,19.6和21.4 ℃ 5种温度工况。

  

图1 气候室示意

本次试验共招募受试者20余名,参考文献[8],受试者为随机选择的在校男性大学生,受试者的基本信息见表1。正式试验中室内环境参数测试包括气候室内的空气温度、相对湿度、空气流速、黑球温度和各壁面温度。人体主观感觉问卷包括热感觉投票TSV和热舒适投票TCV。其中TSV采用ASHRAE的七级热感觉标尺,TCV采用四级分度标尺,如图2所示[15]。生理参数的测试主要为皮肤温度。

 

表1 受试者的基本信息

  

  

图2 主观感觉投票标尺

试验人员在每次试验开始前,将室内环境调到每种工况试验所需的参数水平。每次试验历时90 min,分为适应期和试验期2个阶段。受试者进入气候室后,有30 min的适应期,在此期间,受试者开始一些准备工作,如调整身上着装,了解试验问卷和热感觉投票标尺,布置测量皮肤温度的传感器。第二阶段受试者正式开始60 min的试验测试。受试者每5 min填写一次热感觉问卷,同时对整个试验阶段的整体热感觉以及局部的热不舒适性进行总结。测试期间,受试者穿着冬季正常服装,服装热阻约为0.186 m2·℃/W,进行看手机,阅读等静坐休闲活动,人体新陈代谢率约为1.1met。

3 试验结果与分析

3.1 室内计算PMV—PPD结果分析

体验式教育实践全程化,贯穿于学校整个教师教育中。体验式教育实践的过程就是学生不断体察、感悟、思考、探究的过程,在潜移默化和循序渐进中去学会知识、掌握技能、提升素养、提高专业技能。体验可分为四个阶段:第一,个体亲身经历,体察情境阶段;第二,个体概括总结,形成经验阶段;第三,个体检验适应,巩固经验阶段;第四,个体思考感悟,提升经验阶段。这四个阶段需不断地体验、感悟,不断地思考升华,最终达成目标。可见,体验式教育实践的过程必然是全程化的,贯穿于整个的教师教育中。起自师范生走进校门,终至师范生走上岗位。

 

图9反应了顶棚辐射供暖环境下额头温度、平均皮肤温度与TSV、TCV的关系。对两种皮肤温度与TSV进行线性拟合。通过拟合方程可以发现,在顶棚辐射供暖环境下,人体处于热感觉中性状态,即TSV=0时,平均皮肤温度约为32.96 ℃,额头温度约为32.60 ℃。对两种皮肤温度与TCV投票进行高斯曲线拟合或二次曲线拟合分析,选择拟合程度较好的曲线,得到图中所示曲线方程。通过拟合方程可以发现,在顶棚辐射供暖环境下,当平均皮肤温度约为33.09 ℃,额头温度约为32.77 ℃,TCV值最高,其预估的TCV投票值分别约为-0.08和-0.07。对比可发现:在顶棚辐射供暖环境下,当平均皮肤温度在33 ℃附近,额头温度在32.7 ℃附近时,人体的热感觉投票TSV和热舒适投票TCV均接近最舒适。

Fanger教授通过对受试者服装热阻、人体活动水平及其他所有环境参数进行严格的测定和控制,采集了1396个受试者的真人热感觉试验数据,提出了PMV的计算公式[14]

W ——人体对外做的机械功,W/m2

图10所示为地板辐射供暖环境下额头温度、 平均皮肤温度与TSV、TCV的关系。

Ta ——人体周围空气温度,℃

表2为2种不同供暖工况下皮肤温度与室内温度、主观投票的相关性分析结果。表中p值表示相关性检验水平,p<0.01,表示两变量之间极显著相关,用**表示;p<0.05,表示两变量之间显著相关,用*表示;p>0.05,表示两变量之间无显著性相关。r值为相关系数,r的绝对值越大,表示相关程度越高。

斯诺在 《西行漫记》里这样评价周恩来, “他显然是中国人中间最罕见的一种人,一个行动同知识和信仰完全一致的纯粹知识分子。他是一个书生出身的造反者”[1]43。周恩来是一个大官僚家庭的儿子,有着良好的文化素养,可在民族觉醒时期里受的教育,让他不甘心只做一个读书人。我感叹于这个12岁就发出 “为中华之崛起而读书”誓言的革命家,当时缺乏经验的青年,组织起义,举行罢工,唯一的武装便是他的革命决心和坚定的马克思主义信仰。在长征过程中,这位眉清目秀、像个姑娘的 “书生”,用他钢铁一般的意志与信仰证明了什么才是一位真正的红军战士。

hc ——对流换热系数,W/(m2·℃)

Tcl ——服装外表面温度,℃

Tmrt ——室内平均辐射温度,℃

根据上述计算公式,得到地板辐射采暖和顶棚辐射采暖在不同工况下的PMV和PPD值,图3示出:当室内温度高于18.5 ℃时,计算PMV—PPD值均处于ASHRAE所定义的可接受热舒适区[15],即对应的预测平均投票值范围是 -0.5<PMV<+0.5,PPD>10%。可接受热舒适区对应最低室内空气温度约在18~18.5 ℃之间;热感觉中性(即PMV=0)的对应值约在20.5~21 ℃之间。

 

真实环境下每个人的热感觉不可能一致,因此,PMV不能完善真实的评价热环境,预测不满意率(PPD)表示对热环境感到不满意的人数占总人数的百分比,采用概率法,给出了PMV与PPD 的关系式[15]

  

图3 室内计算PMV—PPD值

3.2 热感觉投票TSV

图4示出地板辐射采暖和顶棚辐射采暖在5种不同温度工况下人体热感觉投票的变化。对2种采暖方式下TSV曲线进行比较分析,可以发现:地板辐射采暖中性热感觉对应的室内温度值在18℃附近,而顶棚辐射采暖中性热感觉对应的室内温度值则在19 ℃附近。相同室内空气温度值时,地板辐射采暖的TSV值显著高于顶棚辐射采暖。

  

图4 TSV与室内温度

3.3 热舒适投票TCV

图5所示为地板辐射采暖和顶棚辐射采暖在5种不同温度工况下人体热舒适投票值的变化。对比2条TCV投票值曲线,可以发现:在室内空气温度为15.2 ℃时,地板辐射采暖的热舒适投票值约为-0.3,偏向于“舒适”状态,顶棚辐射采暖的热舒适投票值约为-0.78,更接近于“稍有不适”。当室内空气温度低于 18.5 ℃时,地板辐射采暖的舒适性显著高于顶棚辐射采暖。

  

图5 TCV与室内温度

3.4 皮肤温度

皮肤温度的测试选用PT-100温度传感器搭配SWEMA Y-BOAT-100 多功能测试系统,测试精度为±0.1 ℃。测量皮肤温度时,选用透气性医用胶带将传感器贴在人体皮肤表面待测部位,确保传感器与皮肤良好接触。考虑到试验的操作性和数据的代表性,选择Hardy-Dubois的8点测试法[16],即额头、胸、背、上臂、前臂、手背、大腿和小腿8个部位,如图6所示平均皮肤温度的加权计算公式为:

 
  

图6 皮肤温度测点布置

 

1.额头;2.胸;3.上臂;4.前臂;5.手背;6.大腿前侧;7.小腿外侧;8.背

fcl ——服装面积系数

 

表2 皮肤温度与室内温度、主观感觉投票相关性分析

  

由表2可以看出:在2种供暖环境下,背、大腿、和胸均与室内温度、TSV相关程度均较低。顶棚辐射采暖环境下,上臂、额头、手背和平均皮肤温度与室内温度、TSV极显著相关;而前臂温度与室内温度显著相关,与TSV极显著相关。此外,额头、前臂和手背的温度与TCV呈显著相关。地板辐射采暖环境下,额头、手背和平均皮肤温度与室内温度、TSV极显著相关。小腿温度与室内温度、TSV显著相关。图7,8分别为2种辐射采暖环境下皮肤温度与室内温度的关系。在2种供暖环境下,额头温度和平均皮肤温度在两种供暖工况下均与室内温度、TSV有极性显著关系,且相关系数均在0.98左右。选择这两种皮肤温度,分别绘制皮肤温度与TSV、TCV的关系,探讨这2种皮肤温度分别与TSV、TCV的关系。

  

图7 顶棚辐射供暖时皮肤温度与室内温度

  

图8 地板辐射供暖时皮肤温度与室内温度

式中 M ——人体新陈代谢率,W/m2

  

图9 顶棚辐射供暖时额头温度、皮肤温度与TSV、TCV的关系

Pa ——人体周围空气的水蒸气分压力,Pa

  

图10 地板辐射供暖时额头温度、平均皮肤温度与TSV、TCV的关系

对这2种皮肤温度与TSV进行线性拟合,通过拟合方程可以发现,在地板辐射供暖环境下,人体处于热感觉中性状态,即TSV=0时,平均皮肤温度约为32.67 ℃,额头温度约为32.33 ℃。

通过对2种皮肤温度与TCV投票进行高斯曲线拟合或二次曲线拟合分析,选择拟合程度较好的曲线,通过拟合方程可以发现,在地板辐射供暖环境下,当平均皮肤温度约为32.75 ℃,额头温度约为32.35 ℃时,TCV值最高;其预估的TCV投票值分别约为-0.01和-0.03。对比可发现:在地板辐射供暖环境下,当人体平均皮肤温度在32.7 ℃附近,额头温度在32.3 ℃附近,人体的热感觉投票TSV和热舒适投票TCV均接近最舒适。

收集引发式语料时,研究人员首先要考虑的是,是只收集理解(perception and comprehension)方面的语料,还是理解和表达(production)两方面都收集。

4 结论

(1)辐射供暖环境下,采用PMV—PPD预测方法得到的可接受热舒适区间与人体主观投票指标有较大的差异。通过对比TSV和TCV值,可以发现:地板辐射供暖环境下人体主观热舒适性优于顶棚辐射供暖。

(2)辐射供暖环境下,人体额头温度、手背温度和平均皮肤温度与人体热感觉密切相关。此外,小腿温度、前臂温度与热感觉也有一定的相关性。偏冷环境下,可以通过对上述部位皮肤温度的改善,作为一种局部调节方法,来提高人体的热舒适。

(3)辐射供暖环境下,通过拟合方程进行分析预测:地板辐射供暖环境下,当人体平均皮肤温度在32.7 ℃附近,额头温度在32.3 ℃附近,人体对热环境的主观感觉较为舒适;顶棚辐射供暖环境下,当平均皮肤温度在33 ℃附近,额头温度在32.7 ℃附近,人体对热环境的主观感觉较为舒适。

高校将酒店出租给所属资产经营公司相比出租给社会独立第三方公司优势明显,但酒店资产出租程序仍需要符合国有资产有关规定,同时,经营公司在经营过程中也可能会存在过度关注经济效益而忽视服务学校,或是以服务学校为由而忽视酒店的经济效益导致国有资产使用效率低下等问题,因此高校在酒店出租前有必要充分考虑各类风险并及早做好预防措施。

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彭达玮,刘泽华,涂敏,贺志朋
《流体机械》 2018年第04期
《流体机械》2018年第04期文献

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