駕駛室內(nèi)人體熱舒適性的探討

齊海燕

（長(zhǎng)春師范大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130032）

由于熱舒適性的評(píng)價(jià)存在主觀復(fù)雜性，導(dǎo)致熱舒適模型的多樣化。目前研究人員多采用三維CFD 軟件對(duì)駕駛室內(nèi)乘員的熱舒適性進(jìn)行計(jì)算，但只能直接求出成員身體各部分的流場(chǎng)和溫度場(chǎng)，間接采用熱舒適模型求出人體的舒適度。

熱舒度研究的目標(biāo)是找到一個(gè)或一組影響人們熱舒適度感覺(jué)的因素，并對(duì)這些因素進(jìn)行控制滿(mǎn)足舒適要求。有6 個(gè)變量決定了人的冷暖感覺(jué)，其中四個(gè)歸于環(huán)境因素：空氣溫度、平均熱輻射溫度、空氣流速、濕度；另外兩個(gè)歸于人體本身：活動(dòng)和穿衣。

1 PMV 模型

在標(biāo)準(zhǔn)ASHRAE55 中熱舒適性被定義為人們對(duì)熱環(huán)境的滿(mǎn)意度。該標(biāo)準(zhǔn)提出了一個(gè)健康人處在穩(wěn)定熱環(huán)境下，預(yù)測(cè)熱感覺(jué)和不舒適度等級(jí)的方法，給出了一個(gè)成年人在3km 海拔以下人體能接受的舒適度。適用于在室內(nèi)舒適環(huán)境和稍偏離舒適環(huán)境下的評(píng)測(cè)。

此標(biāo)準(zhǔn)對(duì)大量人群進(jìn)行樣本調(diào)查，把人對(duì)冷熱的感覺(jué)劃分7 個(gè)等級(jí)，且采用投票率PMV(predicts the mean value of the votes)來(lái)表述：PMV=3(熱)、2(暖)、1(較暖)、0(中性)、-1(稍涼)、-2(涼)、-3(冷)。

PMV 等式如下：

（1）式中tcl表達(dá)如下：

（1）式中變量hc和fcl表達(dá)如下：

PMV 的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式如下：

式中L 為人體產(chǎn)熱與向外界環(huán)境排熱的差值：

tcl、tr、hc和L共4個(gè)未知量，其他量均為輸入量或顯式求解量。通過(guò)聯(lián)立4 個(gè)方程（1）（2）（3）（6）的就可以用MAPLE、Matlab 等數(shù)學(xué)軟件求解。

上述公式中各個(gè)變量的說(shuō)明：M-每平方米新陳代謝率；W-每平方米勞動(dòng)輸出；Icl-衣服熱阻；fcl-衣服外表面積與皮膚表面積比率；va-平均風(fēng)速；ta-空氣溫度；Tr-平均輻射溫度；Pa-水蒸氣分壓；hc-對(duì)流換熱系數(shù)；tcl-衣服外表面溫度。

PMV 雖然是在穩(wěn)態(tài)情況下得到，但是對(duì)于一個(gè)或多個(gè)變量的小波動(dòng)可以采用一小時(shí)內(nèi)的平均值來(lái)計(jì)算。PMV 計(jì)算是基于人體熱平衡假設(shè)的，PMV 的指標(biāo)只有PMV 值在-2-2 之間才有意義。且各變量在以下取值范圍內(nèi)才有效：M：58-116 W/m2(1-2 met)；Icl：0-0.310 m2K/W (0-2 clo)；ta：10-30℃；tr：10-40℃；va：0-0.2 m/s；pa：0-1910 Pa。

2 PPD 模型

PMV 指標(biāo)代表大部分人在相同環(huán)境下的熱感覺(jué)，但人與人之間存在生理差別，因此提出預(yù)測(cè)不滿(mǎn)意百分比PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied）指標(biāo)，即為預(yù)測(cè)不滿(mǎn)意百分?jǐn)?shù)。也就是說(shuō)此環(huán)境下PMV投票中值為小于-2 和大于+2 人數(shù)的百分比。PMV 與PPD 之間存在一定的定量關(guān)系：

3 熱邊界條件的輸入

在人體達(dá)到穩(wěn)態(tài)熱平衡情況下，影響PMV 和PPD 模型的主要環(huán)境因素有以下幾個(gè)：空氣溫度，平均熱輻射溫度，空氣流速，濕度。對(duì)這四個(gè)環(huán)境因素可以做如下理解：空氣溫度(ta)主要指環(huán)繞人體周?chē)諝獾钠骄鶞囟?，它受地理位置和時(shí)間持續(xù)長(zhǎng)短制約；平均熱輻射溫度(MRT)指人體所在位置周?chē)卸S面的平均溫度，此值有可能大于或小于空氣平均溫度；空氣流速(va)指人體所在位置的平均風(fēng)速；濕度指在一定溫度下，一定量的空氣中水蒸氣的含量。

除了上述環(huán)境因素，還應(yīng)考慮太陽(yáng)輻射的角度和一些地理數(shù)據(jù)，諸如太陽(yáng)方位角、坡度、天頂角、偏轉(zhuǎn)角、時(shí)間角、海拔、標(biāo)高等。計(jì)算平均輻射溫度需要這些必須的數(shù)據(jù)。

4 人體本身?xiàng)l件的輸入

計(jì)算熱舒適模型需要的人體本身?xiàng)l件包括兩方面，一方面是人體活動(dòng)水平，該因素影響人的新陳代謝率；另一方面是服裝層數(shù)，該因素影響人體與外界的熱阻。

人在各種活動(dòng)下的新陳代謝率可參看標(biāo)準(zhǔn)ASHRAE 55。一般上重型卡車(chē)的駕駛員新陳代謝率為180W/m2，小型汽車(chē)駕駛員新陳代謝率為60-115W/m2，乘員安靜乘坐新陳代謝率為60W/m2。

駕駛員和乘員所穿服裝的層數(shù)是影響熱阻的主要因素。不同穿衣組合下熱阻疊加的方法可以獲得各種不同著裝的典型穿衣組合熱阻。

衣服的熱阻Icl的測(cè)量單位為clo，1 clo=0.155 m2°C/ W，clo 值最小為0，最高為4clo(皮衣、皮褲，穿外套且?guī)弊邮痔?。夏季穿衣熱阻一般為0.6 clo，冬季穿衣熱阻一般為1clo。穿1 clo 衣服的人，久坐的在21℃，相對(duì)濕度50%，空氣流速為0.01 m/s 環(huán)境下會(huì)感到舒適。同時(shí)衣服的多孔率會(huì)影響水蒸氣在衣服中的傳質(zhì)進(jìn)而影響衣服的熱阻，透射率因子(Fpcl)值為0 時(shí)代表不可穿透，為1 時(shí)為無(wú)阻隔（不穿衣服）。

5 總結(jié)

由于駕駛室是一個(gè)受太陽(yáng)輻射強(qiáng)度影響較大的復(fù)雜包絡(luò)環(huán)境，氣流不均勻，駕駛室內(nèi)不同位置的輻射強(qiáng)度差異較大，因此把人體分成若干部分，每個(gè)部分單獨(dú)求解舒適度方程較為合理。即通過(guò)CFD 程序求解各部分的相關(guān)物理量，再代入PMV 方程進(jìn)行求解?？梢?jiàn)PMV，PPD 基礎(chǔ)熱舒適模型對(duì)于駕駛室內(nèi)熱舒適度的改進(jìn)尤為重要。

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