第五章人体对热湿环境的反应.ppt
第五章 人体对热湿环境的反应,本章主要讲述人体对热湿环境的生理及心理反应，由于各种科学的研究与发展，最终是为人类服务的，所以人对客观环境的主观或客观反应，应该是我们建筑环境学研究的重要内容之一。下面我们先来了解人体对热湿环境的生理学和心理学基础知识。,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡 1.人体的基本生理要求人体是在不断地释放着热量的。通常我们将人体在进行新陈代谢时释放能量的速率称之为代谢率。人体的生理反应总是努力地去维持人体重要器官的温度相对稳定。一方面人体在源源不断地产生热量，另一方面又要维持体温的相对恒定，所以人体就必须不断地把新陈代谢所产生的余热以对流、辐射和汗液蒸发等形式释放出去。人体各部分温度并不都是一致的，但各部分温度不会相差很大。其皮肤平均温度常通过测试人体胸部，上臂、大腿及小腿的皮肤温度，按照加权系数0.3、0.3、0.2和0.2进行加权平均求得。,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡 1.人体的基本生理要求 人体为了维持正常的体温，就必须使产热和散热量保持平衡。人体的热平衡可用下式表示：M-W-C-R-E-S=0（5-1）式中：M-人体能量代谢率，取决于人的活动量大小等因素；W-人体所作的机械功；C-人体外表面以对流形式散发的热量；R-人体外表面以辐射形式散发的热量；E-汗液蒸发和呼出的水蒸汽所带走的热量；S-人体蓄热率。以上各量的单位均为：W/m2,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡 1.人体的基本生理要求 要计算人体的总产热、散热量，还必须知道人体皮肤的全表面积，一般裸身人体的全表面积常用下列经验公式进行计算：AD=0.202mb0.425H0.725（5-2）式中：AD为人体皮肤表面积；H为身高，单位为m；mb为体重，单位为kg。身高为1.78m，体重为65kg，用上式计算可知此人的皮肤表面积约为1.8m2左右。,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡 1.人体的基本生理要求人体的蓄热率S近似为0时，人感觉正常、舒适。人体蓄热率S为正，将导致体温上升，当体温升至38.3时，则轻症中暑，当体温升至40时，称作体温过高，此时出汗停止，表现为重症中暑，若不采取措施，体温将迅速攀升，至45时将导致死亡。人体蓄热率S为负时，体温下降，一般当体温下降至36以下时，称作体温过低，当体温降至28以下时，会导致严重的心室纤颤，并有死亡的危险。尽管现在还不能够准确地确定人的最低致死体温，但已证实当体温下降至20时，通常就不能复苏。,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡 2.人体与外界的热交换 影响人体与外界的热交换强度的因素通常有:衣着：人体着衣的服装热阻大小；环境空气温度：决定着换热温差；空气相对湿度：在相同的高温环境下，空气湿度越高就越增加人体的热感。另外在低温环境下如果空气湿度过高，会衣物的热阻下降，强化人体与衣物的传热，同样也会增加人体的冷感。周围物体的表面温度：空气的流速:不仅强化人体与外界的换热，还引起人体“吹风感(Draft)”等一系列不愉快的感觉。,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡3.影响人体与外界热交换的几个环境指标平均辐射温度:用来考虑周围物体表面温度对人体辐射散热强度的影响，实际上，它是假设将人置于一个内表面温度均相等的假想的封闭空腔内（空腔与内包凸表面），人与这个壁面温度均等于平均辐射温度的空腔进行辐射换热。其数学表达式为：平均辐射温度通常采用黑球温度计来进行测量，若同时测量出空气的温度Ta，且当平均辐射温度与室内气温差别不大时，可求出此时的平均辐射温度为（式中：Tg为黑球温度，为室内空气流速）：,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡3.影响人体与外界热交换的几个环境指标操作温度to（Operation Temperature）：用来反映室内环境空气温度ta与平均辐射温度的综合作用，其表达式为：式中：hr为辐射换热系数，hc为对流换热系数。对流换热系数hc：对流质交换系数he：据刘伊斯准则有：对于典型的室内空气环境通常可取Le=16.5,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡4.服装的影响：服装热阻Icl：常指其显热热阻，常用单位为clo，且有下列关系：1 clo=0.155 m2K/W（or:m2/W）（5-8）通常夏季服装热阻为0.5clo，冬季为1.52.0clo，工作服为0.7clo，北极着装为4.0clo。人坐在椅子上时会增加热阻，一般以单人软体沙发增加的热阻最大，其值约为0.15clo。其它类型的椅子等物体，其热阻的增值Icl可用下式进行估算：Icl=7.4810-5CSAC-0.1（5-9）其中CSAC是人体与椅子的接触面积，单位为平方米。人在行走时会降低服装的热阻。降低的热阻值可用下式估算:Icl=0.504Icl+0.00281Vwalk-0.24（5-10）式中：Vwalk为行走的步数，单位为：步/min。,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡4.服装的影响：服装的透湿性：着装一方面会增加皮肤的蒸发换热热阻。另一方面，服装吸收了汗液以后使衣物潮湿而导致衣物的导热系数增加，且服装层在原来的显热传热基础上又增加了部分潜热换热，相当于此时服装原有的热阻值下降。服装的表面积：着装后的人体与外界的热交换面积将发生改变，常用着装后的人体实际表面积Acl与人体裸身时的表面积AD之比的服装面积系数fcl来表示这种变化：fcl=Acl/AD(5-11)fcl可通过有关文献获得。若没有合适的参考数据，可采用它与服装热阻之间的关系用下式进行估算:fcl=1.0+0.3Icl(5-12),第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡5.人体的能量代谢人体的能量代谢率：人体的能量代谢率受多种因素影响，如肌肉活动强度、环境温度、性别、年龄、神经紧张程度、进食后时间的长短等。规定未进早餐前，保持清醒静卧半小时，室温条件维持在1825之间测定的代谢率叫着基础代谢率(Basal Metabolic Rate,BMR)。人体的代谢率在一定的温度范围内是比较稳定的。人在进食后产热量会逐渐增加，并延续至8小时。人体的基础代谢率随年龄增加逐渐下降。基础代谢率女性比男性低百分之六至百分之十。,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡5.人体的能量代谢人体的能量代谢率：活动人体的代谢率确定通常通过测量人体的耗氧量和二氧化碳的排出量来进行计算，且有：M=352（0.23RQ+0.77）VO2/AD（5-13）式中：M为代谢率，单位为W/m2；RQ为呼吸商，无量纲，定义为单位时间内呼出二氧化碳与吸入氧气的摩尔数之比；V02为单位时间内消耗的氧气在标准状态下的体积，单位为：L/min。另外代谢率的单位也可以采用met来表示，且通常有：1 met=58.2 W/m2,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡5.人体的能量代谢 人体的机械效率:指人体对外所作的功W与人体代谢率M的比值。即：=W/M。它与人体的活动强度有关。一般来说人体的机械效率的数值都比较低，在百分之五至百分之十的范围内，很少能超过百分之二十，因此在空调负荷计算时通常把人体机械效率看作是0。这主要是因为：大部分的办公室劳动和室外轻体力劳动的机械效率近似为零；人体代谢率的估算本身带有误差；忽略人体对外所作的机械功对于空调系统设计来说是偏于安全的。,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡5.人体的能量代谢 人体蒸发散热量 人体皮肤的蒸发散热量Esk 皮肤表面可能达到的最大潜热换热量Emax为:式中he/表示人体服装表面的对流质交换系数，且Psk可简化为皮肤温度tsk的函数：Psk=0.254tsk-3.335（5-16）式5-15表示的完全被汗液润湿的人体潜热量，这只有在总排汗量大大超过蒸发量时才能达到，故实际蒸发散热量Esk比Emax小，且有：,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡5.人体的能量代谢人体蒸发散热量 人体皮肤的蒸发散热量Esk Esk=Ersw+Edif=Emax(5-17)式中是Ersw汗液蒸发量，Edif是皮肤湿扩散散热量，为皮肤湿润度，即皮肤的实际蒸发量与同一环境中皮肤完全湿润而可能产生的最大散热量之比：=Esk/Emax。若皮肤无排汗，皮肤湿扩散散热量为：Edif=0.06Emax(5-18)当皮肤正常排汗时，皮肤湿扩散散热量为：Edif=0.06(Emax-Ersw)(5-19),第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡5.人体的能量代谢人体蒸发散热量 人体皮肤的蒸发散热量Esk 在接近热舒适的条件下，人体平均皮肤温度tsk和出汗造成的潜热散热量Ersw取决于人体的代谢率和对外所作的功，且据Rohlesh Nevins实验的回归式它们之间有如下关系：tsk=35.7-0.0275(M-W)(5-20)Ersw=0.42(M-W-58.2)(5-21)联立方程5-15，16，17，l9，20，21，并对换热热阻进行一定的简化处理后，可得到舒适条件下的皮肤湿润度：,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡5.人体的能量代谢人体蒸发散热量 人体的呼吸散热散湿量 人体的呼吸散热包括显热散热Cres和潜热散热Eres两部分，显热散热为：Cres=0.0014M（34-ta）W/m2（5-23）潜热散热为：Eres=0.0173M（5.867-Pa）W/m2（5-24）,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,一、人体的热平衡5.人体的能量代谢人体与外界的辐射换热量：人体与外界的辐射换热方程可表示为：R=fclfeff（Tcl4-Tr4）（5-25）不同环境条件和活动强度条件下人体的散热和散湿量：可据表5-7查得。从表中可看出：人体发热量当活动强度一定且在一定的温度变化范围内近似为常数，环境温度越高，人体的显热散热量就越少，潜热散热量就越多。当环境空气温度达到或超过人体体温时，人体向外界的散热形式就全部变成了蒸发潜热散热。,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,二、人体的温度感受系统对冷敏感和对热敏感的区域，我们分别把它们称之为“冷点”和“热点”，这些“冷点”和“热点”即为人体的温度感受器。人体各部位的冷点数目明显多于热点，而且冷点和热点的位置也不相同。根据温度感受器对动态刺激的反应特性，我们通常把它们分为热感受器和冷感受器两种。热感受器与冷感受器的信号在传输过程中是分开传送的，在中枢神经系统的不同层次进行整合，产生对应的冷感觉和热感觉，同时对产热的过程进行促进或抑制。目前我们还未完全了解冷热感受器。人体对冷感觉的反应比对热感觉的反应更敏感。,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,三、人体的体温调节系统 人体体温调节系统非常复杂，迄今人类并未完全认识他。但我们知道人体的体温调节主要是依靠神经调节和体液调节来完成的，有时体温调节过程是通过激素控制的。决定体温调节系统是否开始工作的物理量主要是：人体的核心温度和平均皮肤温度，若核心温度和皮肤平均温度与设定值之间出现偏差时，体温调节系统开始工作。调节人体体温的方法通常为：调节皮肤表层的血流量、调节排汗量和提高产热量。下丘脑是人体调节体温的中枢。其前部的主要作用是促进散热，后部主要作用是促进产热以达到御寒的目的。相对而言，人体防止过热的能力要比防寒冷的能力强得多,这也可能是为什么人体对冷刺激的反应要比对热刺激的反应更敏感的原因。下丘脑前部和后部是以可相互抑制的方式联系在一起的。,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,四、热感觉热感觉是人对周围环境是“冷”还是“热”的主观描述。人体的热感觉在一定的范围内是动态变化的。即相同的环境温度，由于情况的不同，人的热感觉有可能不同。人体皮肤热感觉有适应性的。否则就没有一天的舒坦日子可过。人体皮肤对温度的快速变化更为敏感，若温度变化率低，适应过程就会跟上温度的变化，使人体皮肤完全感受不到这种温度变化。人的热感觉最初取决于皮肤温度，而后取决于核心温度。当周围环境温度变化迅速时，人体的热感觉的变化比人体体温的变化要快得多。人体的热感觉无法测量，因此通常只能采用问卷的方式了解受试者对环境的热感觉。目前使用的最为广泛的标度有几个：贝氏标度和ASHRAE标度。在进行热感觉实验的时候，通过投票选择的方式让受试者说出自己的热感觉，这种方式通常被称之为热感觉投票TSV(Thermal Sensation Vote)。,第一节 人体对热湿环境反应的 生理学和心理学基础,五、热舒适 舒适对于人来说应该是动态的，所以对热舒适的定义也有很多种标准：引起人体热舒适感觉的因素除前面提到的皮肤温度和核心温度以外，还有其它的一些物理量也会影响到热舒适：1.空气湿度：实验表明引起不适的皮肤湿润度的上限为：0.0012M0.15 2.垂直温度梯度：3.吹风感：一般将其定义为人体所不希望的局部降温。4.其他因素：如年龄、性别、季节、人种等。,第二节 人体对稳态热环境的反应描述,一、热舒适方程 P.O.Fanger于1982年提出了描述人体在稳态条件下能量平衡的热舒适方程，并以下列假设为前提条件：人体必须处于热平衡状态；皮肤平均温度应具有与舒适相适应的水平；为了舒适，人体应有最佳的排汗率。当人体蓄热率S=0时，热平衡方程式5-1可写成：M-W-C-R-E=0(5-27)上式中各项散热量的确定方法如下：,第二节 人体对稳态热环境的反应描述,一、热舒适方程1.人体外表面向周围空气的对流散热量C C=fclhc（tcl-ta）（5-28）式中：hc-对流换热系数，W/（m2K）tcl-衣服外表面温度，据热平衡关系有：tcl=tsk-Icl（R+C）tsk-人体在接近舒适条件下的平均皮肤温度，参见 式5-20 ta-人体周围空气温度 Icl-服装热阻，W/（m2K）,第二节 人体对稳态热环境的反应描述,一、热舒适方程2.人体外表面向环境的辐射散热量R 可按式5-25求得，若取着装后人体吸收率为0.97，姿态修正系数为 0.72，则有：3.人体的总蒸发散热量E E=Cres+Eres+Edif+Ersw（5-30）式中：Cres为呼吸时的显热损失；Eres为呼吸时的潜热损失；Edif为皮肤扩散蒸发损失（无感觉体液渗透），这里把服装潜热热阻简化为一个适用于一般室内环境的一定值，且忽略正常排汗对皮肤扩散量的影响，且有：E dif=3.05（0.254tsk-3.335-Pa）（5-31）Pa为人体周围水蒸气的分压力，单位为kPa；Ersw为人体在接近舒适条件下的皮肤表面出汗造成的潜热损失，参见式5-21。,第二节 人体对稳态热环境的反应描述,一、热舒适方程 将式5-28，29，30代入式5-27即得热舒适方程式：式中共有八个变量：M、W、ta、Pa、tr、fcl、tcl、hc。实际上，fcl和tcl均可Icl由决定，hc是风速的函数，W一般为0。因此热舒适方程反映了人体处于热平衡状态时，六个影响人体热舒适的变量M、ta、Pa、tr、Icl、a之间的定量关系。,第二节 人体对稳态热环境的反应描述,二、预测平均评价PMV(Predicted Mean Vote)预测平均评价PMV反映在某冷热负荷TL下，人体对热平衡的偏离程度，即它反映了人体在此冷热负荷下的热感觉。PMV与影响人体热舒适的各变量之间的关系：PMV=0.303exp（-0.036M）+0.0275TL（5-33）式中人体的冷热负荷TL定义为：人体产热量与假定人体保持热舒适状态下的各显潜热散热量之间的差值，人体产热量应为M-W，而在热舒适状态下人体的散热量应为式5-32中右侧的各项，故式5-33也可写成：,第二节 人体对稳态热环境的反应描述,二、预测平均评价PMV(Predicted Mean Vote)PMV指标一般也采用7级分度，如下表所示：PMV 热 感 觉 标 尺 表5-11 由于人与人存在差别，通过上述经验式计算的PMV指标值只能代表同一环境下绝大多数人的热感觉，并不代表每个人的感觉，为了更准确地预测某一热环境下人的热感觉，Fanger又提出了预测不满意百分比指标PPD（Predicted Percent Dissatisfied）来描述人群对热环境不满意的百分数，并用概率分析的方法，给出了PMV与PPD之间的定量关系：PPD=100-95exp-（0.03353PMV4+0.2179PMV2）（5-35）1984年国际标准化组织提出了室内热环境评价与测量的标准化方法ISO7730，此标准采用了PMV-PPD指标来描述和评价热环境。ISO7730对PMV-PPD指标的推荐值在-0.5+0.5之间，即允许人群中有10%的人感觉不满意。,第二节 人体对稳态热环境的反应描述,三、有效温度ET（Effective Temperature）与ASHRAE舒适区 有效温度ET是指：将反映某一热环境的干球温度、湿度、空气流速等对人体热感觉的影响综合成某一个单一的数值指标，该指标在数值上等于产生相同热感觉的静止饱和空气的温度。它通过人体实验获得。新的有效温度ET*，1977年Gagge等把皮肤湿润度的概念引进到有效温度，修正了湿度在低温环境下对凉爽和舒适状态的影响，从而形成新的有效温度的概念。标准有效温度SET*的定义为：在某个空气温度等于平均辐射温度的等温环境温度中，相对湿度为百分之五十，空气静止不动，在此热环境中身着标准热阻服装的人若与他在实际环境和实际服装热阻条件下的平均皮肤温度和皮肤湿润度相同时，必将具有相同的热损失。则上述标准条件下的温度即为此实际热环境的标准有效温度。即:式中皮肤的总散热量Qsk、皮肤温度Tsk（tsk）和皮肤湿润度均可利用Gagge的二节点模型进行求解；PSET是标准有效温度下的饱和水蒸气分压力，kPa；hcSET 为标准环境中考虑了服装热阻的综合对流换热系数；heSET 为标准环境中考虑了服装的潜热热阻的综合对流质交换系数。,第二节 人体对稳态热环境的反应描述,三、有效温度ET（Effective Temperature）与ASHRAE舒适区 标准有效温度的数值反映了人体的热感觉并不与空气的温度值直接有关系。比如：一个穿着轻薄服装的人坐在24、相对湿度50%和较低空气流速的房间里，根据定义他此时是处于标准有效温度为24的环境中，但如果他此时脱去衣服，标准有效温度就将降至20，因为此时他的皮肤温度与一个穿轻薄服装坐在20空气中的人皮肤温度相同。虽然标准有效温度反映了人的热感觉，但由于它需要计算皮肤温度和皮肤湿润度，因此应用比较复杂，反而不如只能描述坐着活动的新的有效温度ET*应用广泛。基于上述原因，目前我们仍然采用新的有效温度来反映人体的热感觉。图5-12的阴影部分反映的是ASHRAE舒适标准55-74的舒适区。图中另一菱形面积是美国坎萨斯州立大学通过实验得到的舒适区，它的适用条件是服装热阻为0.60.8clo坐着的人，而ASHRAE舒适标准55-74舒适区适用于服装热阻为0.8到1.0clo坐着但活动量稍大的人。两块舒适区的重叠范围是推荐的室内设计条件，从图中可见25的等有效温度线正好通过两个舒适区重叠的区域的中心。,第三节 人体对动态热环境的反应,一、人体对阶跃温度变化的反应 通过试验发现人体在温度出现阶跃变化的环境中，皮肤温度的变化由于人体热惯性的影响通常滞后于环境温度的变化，但人体热感觉的变化则要复杂得多。当人体在中性环境突变到暖或冷环境时，热感觉的变化有一个滞后。而从冷或热环境变化到中性环境时，人体的热感觉响应较快，且出现热感觉“超越”的情况：即皮肤温度与热感觉存在分离现象。Gagge认为这个现象是由于皮肤温度急剧变化所致，即皮肤温度变化率产生了一种附加热感觉，而这种热感觉掩盖了皮肤温度本身引起的不舒适感。人处于突变温度环境中热反应的研究结果可归纳出如下结论：人体对环境突变的生理调节十分迅速，并不会对人体产生不良后果；人体在环境温度突变的生理调节周期中，皮肤温度并不能独立地作为热感觉的评价尺度，因为此时人体正在与周围热环境之间发生激烈的热交换。,第三节 人体对动态热环境的反应,二、人体对变化风速的反应 人体对变化风速的反应可总结成如下的结论:当人体处于“中性-热”即较暖的环境中时，动态风对人体的致冷作用明显强于稳定气流。例如人们对摇摆风扇的接受程度要优于固定风扇。进一步研究发现：频率在0.3至0.5Hz范围内变化的气流能使处于这种热环境中的人感到最凉爽；当人处于“冷-中性”的冷环境时，Fanger认为频率在0.3至0.5Hz范围变化的气流最容易使人体产生冷的吹风感，从而造成不舒适感；而Arens认为频率在0.7至1.0Hz之间的气流有更好的冷却效果。,第三节 人体对动态热环境的反应,三、过渡活动状态的热舒适指标RWI和HDR 所谓过渡区间是指连接着两个不同空气温度、湿度等热环境参数的空间。相对热指标RWI（Relative Warmth Index）：是类似于PMV的一种对过渡区间的热评价标尺。热损失率HDR（Heat Deficit Rate）：是指在此环境下人体所损失的热量。他们都没有考虑到人体在过渡区间受到变化温度刺激时出现的Gagge等人发现的热感觉“滞后”和“超前”的现象，仅考虑了过渡状态下人体的热平衡。它们对动态热过程的考虑主要反映在下面两个方面：认为人体从一种活动状态过渡到另外一种活动状态时，要经过6min的过程，代谢率M才能达到最终活动状态下稳定的代谢率，在这个过渡过程中，代谢率与时间呈线性关系。由于人的活动会导致出汗而湿润服装，同时人的活动也会扰动周围气流，从而导致服装热阻有所改变。于是认为人从一种活动状态过渡到另外一种活动状态时，服装热阻也要经过6min时间达到新的稳定值，其间服装热阻的变化也与时间呈线性关系。,第三节 人体对动态热环境的反应,三、过渡活动状态的热舒适指标RWI和HDR RWI为一无量纲单位，且被定义为如下表达式：HDR反应了人体所损失的热量，其单位为W/m2。它被定义为：式中Icw（）是衣服被汗湿润后的热阻，在改变活动状态的头6min内是时间的线性函数，单位为clo；Ia是人体的空气边界层热阻，clo。若人体运动产生的诱导风速为Va，则有：Ia=0.3923Va-0.4294（5-40）,第三节 人体对动态热环境的反应,三、过渡活动状态的热舒适指标RWI和HDR RWI的分度与ASHRAE热感觉标度之间的关系如下表：RWI的分度与ASHRAE热感觉标度之间的关系 表5-l2 于是根据上述式5-37,38,39，在给定各连续过渡空间的空气参数、人员衣着以及进入此空间后的活动状况，就可以计算出各连续过渡空间的RWI和HDR值，从而了解当人进入过渡空间时的相对热感觉比前一个空间是凉些还是暖些，且据RWI和HDR与ASHRAE热感觉标度之间的关系，可判断冷暖是否在合适的范围之内。,第四节 其它热湿环境的物理度量,当人处于一个潜在危险的、不舒适的热环境中时，就会对人体形成一个强烈的刺激即热应力，热应力会使人体出现热过劳（thermal strain）。当热应力超出了人体本身的调节能力即调节极限时，就会出现危险的热失调。一、热应力指数HSI（Heat Stress Index）热应力指数用来定量地表示热环境对人体的作用应力。假定皮肤温度恒定为35时，在蒸发热调节区内，认为所需要的排汗散热量Ereq（等于代谢量减去对流和辐射散热量，呼吸散热不计）与皮肤表面可能达到的最大潜热换热量Emax之比再乘以100，即得出热应力指数为:HSI=Ereq/Emax100（5-41）热应力指数在概念上与皮肤湿润度相同，且规定Emax的上限值为390 W/m2，相当于一典型男子的排汗量为1L/h时的情况。,第四节 其它热湿环境的物理度量,热应力指数数值大小的实际意义 表5-13,第四节 其它热湿环境的物理度量,二、风冷却指数WCI（Wind Chill Index）风冷却指数WCI是将影响人体热损失的主要两个因素即空气流速和空气温度综合成一个单一的指数，并用这个指数来描述皮肤温度为33时皮肤表面的冷却速率，即：式中Va是风速，ta是环境空气温度，WCI的单位为kcal/（m2h）。风冷速却指数与人体的生理效应 表5-14,第五节 人体热反应的数学模型,1970年由Gagge等首次提出的人体温度调节数学模型。是一个一维模型，它将人体看作由中心层和皮肤层两层构成。也常被称为二节点模型。排汗率由升到设定温度以上的人体平均温度确定，当平均体温低于设定温度时，排汗率Ersw为零。一般情况下有：式中 Crsw-系数，170W/（m2）；tb,set-体温设定值，36.34；tb-体温平均值，tb=（1-）tcr+tsk tcr和tsk-身体中心层温度和皮肤温度值，；-皮肤重量占体重的比例，且有：=0.0418+0.745/（mbl-0.585）mbl-皮肤层的血流量，最大值为90L/（hm2），且有：,第五节 人体热反应的数学模型,冷颤由人体中心层和皮肤层的温度同时降低而引起，由此而增加的代谢率M为：M=19.4（34-tsk）（37-tcr）（5-44）中心层的动态热平衡为：皮肤层的动态热平衡为：式中cbl、ccr、csk分别是血液、中心层和皮肤层的比热，其值分别为4.19、3.5、3.5kJ/（kg），msk和m cr分别为皮肤层和中心层的质量（kg），K是由中心层向皮肤层的传热系数，K5.28 W/（m2）；Qsk为皮肤的总散热量（W/m2）。由此与前面第一节介绍的公式就能求出人体皮肤温度tsk和皮肤湿润度，并用于计算标准有效温度SET*指标。,
