冬季人體睡眠差異化熱需求及熱環(huán)境設計參數(shù)研究.pdf

1、睡眠是人們在住宅建筑中最主要的行為狀態(tài)，約占人生命活動三分之一的時間。由于睡眠期間能量代謝降低而體周熱阻增加，人體的熱舒適需求在時間尺度上存在晝間清醒活動與夜間睡眠階段的顯著差異；同時，睡眠狀態(tài)下人體活動范圍縮小，行為調(diào)節(jié)能力減弱，被褥微氣候?qū)θ梭w的影響得以凸顯，這體現(xiàn)了人體熱舒適需求在空間尺度上的特征?，F(xiàn)行熱環(huán)境設計標準僅考慮人體處于清醒活動狀態(tài)下的熱舒適需求，難以體現(xiàn)人體晝、夜熱需求的時空差異。針對上述情況，本文研究了人體頭部和覆體

2、對睡眠熱環(huán)境的差異化熱需求，發(fā)展了適用于睡眠狀態(tài)下的熱舒適理論模型。基于該模型，本研究對室內(nèi)熱環(huán)境與被褥微氣候耦合空間的設計參數(shù)進行了定量分析。主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）對中國西部地區(qū)非采暖建筑冬季睡眠熱環(huán)境及人體熱舒適水平進行了現(xiàn)場調(diào)查。掌握了非采暖建筑冬季睡眠熱環(huán)境現(xiàn)狀與居民床褥熱阻使用規(guī)律，并獲得了冬季睡眠狀態(tài)下人們的熱需求特征。結(jié)果表明，對于獨立式住宅建筑，睡眠期間室內(nèi)溫度處于偏低水平，約71％的居民臥室溫度低于15℃

3、。床褥系統(tǒng)總熱阻主要處于3.0~5.0clo之間，超六成居民采用了被褥微氣候取暖措施，在此條件下，居民在睡眠期間的不舒適比率較低，約為15%?，F(xiàn)場研究揭示了睡眠狀態(tài)下被褥微氣候?qū)θ梭w熱舒適的重要性，為后續(xù)實驗研究奠定了基礎。
　?。?）針對被褥微氣候的非均勻分布特征，對睡眠人體局部與整體熱狀態(tài)的差異性和相關(guān)性進行了實驗研究。對于冬季睡眠，局部之間保持適宜的皮膚溫度差異有助于提高人體整體熱舒適水平；當人體處于最佳熱舒適水平時，局部出

4、現(xiàn)不同程度的熱中性偏離現(xiàn)象，頭部處于中性偏涼狀態(tài)，覆體處于中性偏暖狀態(tài)。人體頭部對室內(nèi)溫度的熱舒適需求范圍較寬，約為10.0~22.0℃，在典型冬季床褥熱阻條件下，覆體對室內(nèi)溫度的舒適需求范圍約為11.2~18.8℃。
　?。?）對睡眠狀態(tài)下兩段式人體模型進行了熱平衡理論分析，提出了“分而不離”的局部熱感覺預測模型（PTS模型），一方面根據(jù)兩段式模型將頭部與覆體的熱感覺分別進行預測，另一方面同時考慮室內(nèi)熱環(huán)境與被褥微氣候參數(shù)對兩節(jié)

5、段的綜合影響。進而通過建立局部熱感覺與整體不滿意率的聯(lián)系，將頭部與覆體的熱感覺“合二為一”，得到了睡眠熱環(huán)境的整體不滿意率模型（WPD模型）。此外，根據(jù)人體與環(huán)境的傳熱模型，分析了睡眠狀態(tài)下人體的散熱特征。導熱散熱是睡眠狀態(tài)下最主要的散熱方式，當整體處于舒適水平時，導熱散熱比例占30%~40%。
　　（4）基于本研究建立的PTS-WPD模型，提出了睡眠熱環(huán)境（包括室內(nèi)熱環(huán)境和被褥微氣候）的綜合評價方法，并通過人體皮膚溫度滑動標尺輸

6、入的方法提高了熱環(huán)境評價的準確性；建立了室內(nèi)熱環(huán)境與被褥微氣候耦合空間設計參數(shù)的舒適域。發(fā)現(xiàn)耦合空間熱環(huán)境設計使室內(nèi)舒適溫度在國際和國內(nèi)標準基礎上大幅降低。
　　本研究提出了基于人體頭部和覆體差異化熱需求的睡眠熱舒適模型，建立了室內(nèi)熱環(huán)境與被褥微氣候耦合空間的參數(shù)設計方法和熱環(huán)境評價方法。對于采用常規(guī)能源的建筑，研究結(jié)果可為能源按需供給的節(jié)能設計提供理論基礎和數(shù)據(jù)支撐；對于采用新能源的建筑，本研究提出的空間耦合式熱環(huán)境設計參數(shù)可為