驾驶室内人体热舒适性的探讨

齐海燕

（长春师范大学，吉林 长春 130032）

由于热舒适性的评价存在主观复杂性，导致热舒适模型的多样化。目前研究人员多采用三维CFD 软件对驾驶室内乘员的热舒适性进行计算，但只能直接求出成员身体各部分的流场和温度场，间接采用热舒适模型求出人体的舒适度。

热舒度研究的目标是找到一个或一组影响人们热舒适度感觉的因素，并对这些因素进行控制满足舒适要求。有6 个变量决定了人的冷暖感觉，其中四个归于环境因素：空气温度、平均热辐射温度、空气流速、湿度；另外两个归于人体本身：活动和穿衣。

1 PMV 模型

在标准ASHRAE55 中热舒适性被定义为人们对热环境的满意度。该标准提出了一个健康人处在稳定热环境下，预测热感觉和不舒适度等级的方法，给出了一个成年人在3km 海拔以下人体能接受的舒适度。适用于在室内舒适环境和稍偏离舒适环境下的评测。

此标准对大量人群进行样本调查，把人对冷热的感觉划分7 个等级，且采用投票率PMV(predicts the mean value of the votes)来表述：PMV=3(热)、2(暖)、1(较暖)、0(中性)、-1(稍凉)、-2(凉)、-3(冷)。

PMV 等式如下：

（1）式中tcl表达如下：

（1）式中变量hc和fcl表达如下：

PMV 的经验关联式如下：

式中L 为人体产热与向外界环境排热的差值：

tcl、tr、hc和L共4个未知量，其他量均为输入量或显式求解量。通过联立4 个方程（1）（2）（3）（6）的就可以用MAPLE、Matlab 等数学软件求解。

上述公式中各个变量的说明：M-每平方米新陈代谢率；W-每平方米劳动输出；Icl-衣服热阻；fcl-衣服外表面积与皮肤表面积比率；va-平均风速；ta-空气温度；Tr-平均辐射温度；Pa-水蒸气分压；hc-对流换热系数；tcl-衣服外表面温度。

PMV 虽然是在稳态情况下得到，但是对于一个或多个变量的小波动可以采用一小时内的平均值来计算。PMV 计算是基于人体热平衡假设的，PMV 的指标只有PMV 值在-2-2 之间才有意义。且各变量在以下取值范围内才有效：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 指标代表大部分人在相同环境下的热感觉，但人与人之间存在生理差别，因此提出预测不满意百分比PPD (Predicted Percentage of Dissatisfied）指标，即为预测不满意百分数。也就是说此环境下PMV投票中值为小于-2 和大于+2 人数的百分比。PMV 与PPD 之间存在一定的定量关系：

3 热边界条件的输入

在人体达到稳态热平衡情况下，影响PMV 和PPD 模型的主要环境因素有以下几个：空气温度，平均热辐射温度，空气流速，湿度。对这四个环境因素可以做如下理解：空气温度(ta)主要指环绕人体周围空气的平均温度，它受地理位置和时间持续长短制约；平均热辐射温度(MRT)指人体所在位置周围所有二维面的平均温度，此值有可能大于或小于空气平均温度；空气流速(va)指人体所在位置的平均风速；湿度指在一定温度下，一定量的空气中水蒸气的含量。

除了上述环境因素，还应考虑太阳辐射的角度和一些地理数据，诸如太阳方位角、坡度、天顶角、偏转角、时间角、海拔、标高等。计算平均辐射温度需要这些必须的数据。

4 人体本身条件的输入

计算热舒适模型需要的人体本身条件包括两方面，一方面是人体活动水平，该因素影响人的新陈代谢率；另一方面是服装层数，该因素影响人体与外界的热阻。

人在各种活动下的新陈代谢率可参看标准ASHRAE 55。一般上重型卡车的驾驶员新陈代谢率为180W/m2，小型汽车驾驶员新陈代谢率为60-115W/m2，乘员安静乘坐新陈代谢率为60W/m2。

驾驶员和乘员所穿服装的层数是影响热阻的主要因素。不同穿衣组合下热阻叠加的方法可以获得各种不同着装的典型穿衣组合热阻。

衣服的热阻Icl的测量单位为clo，1 clo=0.155 m2°C/ W，clo 值最小为0，最高为4clo(皮衣、皮裤，穿外套且带帽子手套)。夏季穿衣热阻一般为0.6 clo，冬季穿衣热阻一般为1clo。穿1 clo 衣服的人，久坐的在21℃，相对湿度50%，空气流速为0.01 m/s 环境下会感到舒适。同时衣服的多孔率会影响水蒸气在衣服中的传质进而影响衣服的热阻，透射率因子(Fpcl)值为0 时代表不可穿透，为1 时为无阻隔（不穿衣服）。

5 总结

由于驾驶室是一个受太阳辐射强度影响较大的复杂包络环境，气流不均匀，驾驶室内不同位置的辐射强度差异较大，因此把人体分成若干部分，每个部分单独求解舒适度方程较为合理。即通过CFD 程序求解各部分的相关物理量，再代入PMV 方程进行求解。可见PMV，PPD 基础热舒适模型对于驾驶室内热舒适度的改进尤为重要。

［1］ASHRAE Standard 55 -2004.Thermal environmental conditions for human occupancy[Z].2004.

［2］张文灿，等.太阳辐射下客车车厢内热环境的分析研究[J].汽车工程，2010(07).

［3］靳艳梅，等.车室内人体热舒适性的计算模型[J].人类工效学，2005(02).

［4］向立平，等.空调客车内气流分布的人体热舒适性研究[J].中南大学学报，2009（05）.

［5］吴萍，等.天窗对轿车内外流场的影响研究[J].公路与汽运，2010（06）.