1998-赵荣义---动态热环境人体热感觉的模糊综合评判[1]

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1、清华大学学报(自然科学版)7ö281998年第38卷JournalofTsinghuaUniversity(Sci&Tech)第5期第23～27页3动态热环境人体热感觉的模糊综合评判文学军,赵荣义清华大学热能工程系,北京100084文摘为研究动态热环境下人体心理反应预测,基于模糊1模糊综合评判系统建模集理论及人与周围热环境瞬时热量传递的合理分析,提出一种动态热环境中人体热感觉模糊综合评判的方法。在本质1.1分层递阶推理结构上,人体外表面同周围环境之间换热热流通量的变化决定了感知是对客观物质世界的反映,热感觉

2、即为人人体在热环境中热感觉值的变化规律。该方法选取换热热流所处的热环境信息在人脑中的反映,亦称人对热环通量变化值作为特征变量,因而降低了求解问题的复杂度。境的主观评价。人对环境信息处理系统的功能可简数值模拟算法采用分层递阶模块式结构、基于知识的推理系略表述为:统和模糊信息并行处理,具有结构简单、易修改扩充、计算速S=f(M,Icl,ta,tf,pf,va,S)(1)度快和占用存储空间少等优点。将模拟结果同微气候环境室式中:M为人体新陈代谢率,W;Icl为服装的热阻的实验数据相比较,验证了算法的有效性。2-1

3、值,mõ℃õW;ta为环境空气的干球温度,℃;tf关键词动态热环境;分层推理;特征空间;模糊信息处理为环境的平均辐射温度,℃;pf为环境中水蒸气分分类号TK018;O159-1压力,Pa;va为环境空气的风速,mõs;S为人体对所处热环境的主观评价(热感觉);S为时间,s;f是信息处理算子,作为系统信息加工变换能力的人们常常处于动态热环境中,如室外自然环境一种简略表述。就是典型的动态热环境,一年和一天之内的室外各在动态热环境背景下,人体的热环境信息辨识气候参数都有较大变化。动态热环境参数的变化大系统(包括环

4、境信息的采集、识别、传输、存储、处理体可分为阶跃变化、周期性波动和渐变。等)具有非线性、变参数、变结构、多层次、高维以及人在动态热环境中的心理反应远比在稳态热环各种不确定性的特点,采用单一决策单元来有效地境中复杂,其心理反应规律具有非线性动力学系统构造动态环境模式空间和目标类别空间直接映射关的演化特征,如不可逆性、突变性等,因此,至今仍没系是很困难的,因为一个决策单元处理信息的能力有一种较综合、全面地预测动态环境中人体热感觉毕竟是有限的。的方法。清华大学热能系空调教研室从事动态热环本文把整个复杂的环境信息模

5、式识别系统分成境人体舒适性的微气候室实验研究有近八年时间,若干个层次化的相互关联的子系统,每个子系统都已取得一些阶段性成果[1]。本文在此研究基础上,力有自己的信息处理目标,应用分层递阶推理结构,最求在较深的层次上探索动态热环境人体心理反应的终求得动态热环境的模式目标类型解。机理,以便最终能为空调房间热环境质量的改善提1.2模式空间到特征空间的转换供有效途径和方法。热环境信息是通过载荷到相应信息载体(热交换、湿交换过程)上去,来实现人与环境之间信息交换的。人体之所以能够维持体温恒定,乃是在体温调收稿日期:1

6、997207210节系统的控制下,体内的产热和向环境散热两个生第一作者:男,1968年生,博士研究生理过程取得动态平衡,即体热平衡的结果。在通过辐3国家自然科学基金项目,59276262射、热传导、对流和汗液蒸发等物理散热机制向环境24清华大学学报(自然科学版)1998,38(5)所散失的热量不能维持体热平衡时,人体通过体内蓄热量的变化规律。蓄热量Qs的变化,来达到与环境之间的动态热平1)环境温度tf阶跃变化衡。在稳态热环境中,人的热感觉取决于Qs的大小,设人从温度为tf=t1环境1进入温度为tf=t2如Q

7、s=0,此时热调节系统的调节负荷最小,人的热的环境2,人体进入环境2时的初始温度为twi,体内感觉为中性;在动态热环境中,热感觉则受体内蓄初态蓄热量为Qs1,终态蓄热量为Qs2,取过余温度H热量Qs的大小及其变化速率两个因素决定。=t-twi,H2=t2-twi,于是式(3)整理为现采用集总热容法,即把人做为集总元件处理,dHQcV+AAH=QV+AAH2(5)来进行人体内蓄热量动态变化过程的近似计算。人dS初始条件为S=0时,H=Hi=twi-twi=0生活于空气中,在不断地同周围空气介质进行热、湿令C=

8、QcV和Ra=1ö(AA)分别代表人体的总热容交换,其能量方程为:量和总的表面换热热阻,人体集总元件的时间常数dQsdt=QcV=-qndA+qvdV(2)dSdS∫A∫V为Sc=RaC。则式(5)的解为式中:Qs为人体体内蓄热量,J;S为时间,s;A为QVSH=(H2+)1-exp(-)(6)人体的皮肤表面积;V为人体体积;Q为人体密度;AAScc为人体比定压热容;t为人体温度;qn为人体皮肤现可求得人体表面瞬