楊文驍 劉 煜 蘭 麗 王 芳

（1.南京理工大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院 南京 210094；2.空調(diào)設(shè)備及系統(tǒng)運(yùn)行節(jié)能國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 珠海 517907；3.廣東省制冷設(shè)備節(jié)能環(huán)保技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 珠海 517907；4.上海交通大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院建筑學(xué)系 上海 200240）

0 引言

熱舒適研究具有復(fù)雜且多學(xué)科交叉的特點(diǎn)。為了對(duì)人員的熱舒適進(jìn)行預(yù)測及評(píng)價(jià)，以Fanger 為代表的眾多學(xué)者提出了各類熱舒適模型。其中PMV 模型由Fanger 在20 世紀(jì)70年代提出[1]，后續(xù)在世界各地的暖通空調(diào)系統(tǒng)研究中得到了廣泛應(yīng)用。影響熱舒適因素多種多樣，除了室內(nèi)環(huán)境參數(shù)外，熱舒適也與人員的生理參數(shù)、心理因素和人群喜好[2]密切相關(guān)。室內(nèi)氣流是影響熱舒適的一個(gè)重要因素。空調(diào)室內(nèi)氣流參數(shù)設(shè)計(jì)不合理不僅會(huì)導(dǎo)致人員熱舒適性降低，而且還會(huì)影響工作效率和身心健康，同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致設(shè)備初投資和運(yùn)行費(fèi)用的增加[2]。反之如果正確利用室內(nèi)的氣流或更好地控制氣流參數(shù)，便可以為建筑物提供可接受的室內(nèi)空氣質(zhì)量和熱舒適條件，同時(shí)合理地降低建筑能耗。不同的氣流參數(shù)，如溫度、風(fēng)速、紊流度等都對(duì)室內(nèi)環(huán)境的熱舒適水平有顯著影響，在影響的過程中人體生理指標(biāo)也會(huì)隨之改變。生理參數(shù)的改變客觀地反映了人員的熱舒適水平，同時(shí)各生理參數(shù)也是評(píng)價(jià)熱舒適的重要指標(biāo)[4]。因此有必要對(duì)室內(nèi)氣流與熱舒適相關(guān)的研究進(jìn)行總結(jié)從而更好地對(duì)相關(guān)課題的開展提供參考，為優(yōu)化室內(nèi)氣流和相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)提供依據(jù)，同時(shí)也為今后關(guān)于氣流對(duì)熱舒適影響的研究提供思路。本文以室內(nèi)氣流參數(shù)（風(fēng)速、紊流度、吹風(fēng)角度、風(fēng)向等）、熱舒適（熱舒適、熱感覺、熱偏好等）、生理指標(biāo)（體溫、皮溫、脈搏、出汗程度、神經(jīng)反應(yīng)等）為關(guān)鍵詞對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了檢索，總結(jié)了室內(nèi)氣流對(duì)熱舒適的影響，并從人體生理指標(biāo)變化的角度分析其影響的內(nèi)在機(jī)理。思路如圖1 所示。

圖1 思路圖Fig.1 The mind map of the paper

1 與熱舒適相關(guān)的室內(nèi)氣流參數(shù)、人體生理指標(biāo)

1.1 室內(nèi)氣流相關(guān)的參數(shù)

風(fēng)是指由于大氣壓差引起的大氣水平方向的運(yùn)動(dòng)。風(fēng)既有大小，又有方向，因此風(fēng)向和風(fēng)速是描述風(fēng)特征的兩個(gè)要素。

風(fēng)速，是指空氣相對(duì)于地球某一固定地點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速率，其定義為單位時(shí)間內(nèi)空氣在水平方向上的流動(dòng)距離，其單位為m/s 或km/h。空氣流速的大小對(duì)人體對(duì)流換熱有很大影響，室內(nèi)造成空氣流動(dòng)的原因一般包括：靜坐時(shí)人體周圍空氣的自然對(duì)流，空氣本身的自然或受迫對(duì)流，人體活動(dòng)時(shí)與靜止空氣發(fā)生的相對(duì)流動(dòng)等[6]。

紊流度，又稱湍流強(qiáng)度，是度量氣流速度脈動(dòng)程度的一種標(biāo)準(zhǔn)。通常以脈動(dòng)流速的均方根與相應(yīng)時(shí)均流速的比值來反映紊動(dòng)強(qiáng)弱。紊流度對(duì)人體表面的換熱系數(shù)有影響。

風(fēng)向，自然界中常用東南西北四個(gè)方向代表風(fēng)向。而室內(nèi)環(huán)境的研究中風(fēng)向常選用參考物進(jìn)行代表。例如對(duì)于人體來說，風(fēng)向主要有5 種：坐著和站立時(shí)，有迎面風(fēng)、背面風(fēng)和側(cè)面風(fēng)，水平躺著時(shí)，有從頭到腳的風(fēng)和從腳到頭的風(fēng)。

1.2 與人體熱舒適相關(guān)的生理指標(biāo)

皮膚溫度及皮溫變化率。人體皮膚溫度是反映人體冷熱應(yīng)激程度和人體與環(huán)境之間熱交換狀態(tài)的一個(gè)重要生理參數(shù)。人體各部位的溫度不同，頭部較高，足部較低。決定皮膚溫度高低的主要因素有局部血流量和肌肉強(qiáng)度、人體表面幾何形狀及皮膚、服裝、環(huán)境之間的熱交換的速度等等，此外，皮膚溫度還與皮下脂肪厚度有關(guān)。皮膚血管舒張和收縮都會(huì)引起皮膚溫度的改變。皮膚溫度反映了動(dòng)脈的功能狀態(tài)，隨著動(dòng)脈血管的舒張，皮膚血流增加，皮膚溫度升高；反之，則皮膚溫度下降。在進(jìn)入較冷或較熱的環(huán)境時(shí)，人可以通過皮膚溫度與血流速度的變化，來保持體內(nèi)的熱平衡，而維持舒適的平均皮膚溫度是保證人體熱舒適的首要條件。平均皮膚溫度是反映人體對(duì)冷刺激或熱刺激的反應(yīng)以及人體與熱環(huán)境之間熱交換狀態(tài)的重要生理參數(shù)[7]?，F(xiàn)有的研究也表明，人體皮膚溫度與熱舒適以及熱感覺有著密切的聯(lián)系[8]。

心率及心率變異性。心率，顧名思義指人每分鐘心跳次數(shù)。心電，即心肌細(xì)胞的生物電變化，是整個(gè)心臟的肌細(xì)胞從興奮的產(chǎn)生、傳導(dǎo)到恢復(fù)過程中生物綜合變化的反映。心電圖的研究通常關(guān)注兩個(gè)量：心率（Heart Rate，HR）和心率變異性（Heart Rate Variability，HRV）。逐次心跳間期的心率值有一定微小的差異，這是由于神經(jīng)體液因素對(duì)心血管系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，而在均值附近呈現(xiàn)出周期性的波動(dòng)即稱為心率變異性。其產(chǎn)生的主要原因是心臟竇房結(jié)自律活動(dòng)通過交感和迷走（副交感）神經(jīng)、神經(jīng)中樞、壓力反射和呼吸活動(dòng)等因素的調(diào)節(jié)作用，使得心臟每搏間期一般存在幾十毫秒的差異?？傊?，心率變異性的生理學(xué)基礎(chǔ)歸因于交感、迷走神經(jīng)系統(tǒng)，其中迷走神經(jīng)對(duì)心率變異性起著主要的決定作用[9]。根據(jù)心電圖信號(hào)可計(jì)算出的心率變異性的兩個(gè)指標(biāo)：高頻分量（HF），可反映與副交感神經(jīng)有關(guān)的迷走神經(jīng)活動(dòng)；低頻分量和高頻分量的比率（LF/HF），可用于估計(jì)交感神經(jīng)活動(dòng)。

人體脈搏。脈搏即為人體可觸摸到的動(dòng)脈搏動(dòng)。動(dòng)脈為富有彈性的結(jié)締組織與肌肉所形成管路。當(dāng)大量血液進(jìn)入動(dòng)脈將使動(dòng)脈壓力變大而使管徑擴(kuò)張，在體表較淺處動(dòng)脈即可感受到此擴(kuò)張，即為脈搏。脈搏是一種簡單而靈敏的指標(biāo)，它反映環(huán)境溫度對(duì)機(jī)體所造成的熱負(fù)擔(dān)大小以及心血管系統(tǒng)緊張的程度。

出汗程度。即時(shí)人體皮膚表面的出汗量。出汗量不僅包括人體皮膚表面蒸發(fā)的汗液，也包括皮膚表面流淌汗液以及服裝內(nèi)聚集的水分。出汗量也是評(píng)價(jià)人體在高溫環(huán)境下生理緊張的一項(xiàng)指標(biāo)，從生理及心理角度也會(huì)對(duì)人體熱舒適造成影響。

2 有關(guān)室內(nèi)氣流參數(shù)對(duì)熱舒適影響的研究

關(guān)于室內(nèi)氣流對(duì)人體熱舒適的影響，已有大量的研究成果表明不同的氣流參數(shù)對(duì)人體熱舒適有不同的影響。溫度、風(fēng)速與紊流度等作為氣流的重要參數(shù)，每個(gè)參數(shù)水平的改變都對(duì)人體熱舒適有不同影響。本章以溫度、風(fēng)速、紊流度、送風(fēng)方向、送風(fēng)角度這些氣流參數(shù)以及熱舒適為關(guān)鍵詞選取了有關(guān)室內(nèi)氣流對(duì)熱舒適影響的相關(guān)研究，對(duì)其研究成果進(jìn)行總結(jié)的同時(shí)也提出對(duì)室內(nèi)氣流參數(shù)進(jìn)行控制以及從設(shè)計(jì)方面進(jìn)行改進(jìn)的建議，選取的研究如表1 所示。

表1 氣流參數(shù)對(duì)熱舒適的影響Table 1 The effects of airflow parameters on thermal comfort

續(xù)表1 氣流參數(shù)對(duì)熱舒適的影響

2.1 風(fēng)速、溫度對(duì)熱舒適的影響

風(fēng)速和溫度是兩個(gè)重要的室內(nèi)氣流參數(shù)，對(duì)熱舒適都有不同程度的影響。因此控制溫度和風(fēng)速都是使室內(nèi)人員感到舒適的重要手段。而室內(nèi)環(huán)境的風(fēng)速水平在建筑設(shè)計(jì)時(shí)都需要遵循標(biāo)準(zhǔn)的限制，這樣的設(shè)計(jì)雖能保證室內(nèi)人員熱舒適的平均水平，但是也會(huì)極大地增加空調(diào)系統(tǒng)的能耗，造成了相當(dāng)一部分能源的浪費(fèi)。

夏季制冷時(shí)如果將氣流限制在較低水平，則必須通過增加空調(diào)設(shè)備的制冷負(fù)荷的方式來滿足人員的需求，而有研究表明位于炎熱潮濕氣候地區(qū)中的空調(diào)建筑時(shí)常有過冷的情況發(fā)生，Sekhar S C 認(rèn)為這并不是人員的偏好問題，而是由于這樣的建筑中的HVAC 系統(tǒng)在設(shè)計(jì)和運(yùn)行的過程中存在缺陷[10]。這樣的空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)之初，依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，需要將室內(nèi)的平均風(fēng)速限制在一個(gè)較低的水平，這樣一來就只能提高空調(diào)設(shè)備的制冷功率，從而增加了設(shè)備的功耗。而在自然環(huán)境中氣流運(yùn)動(dòng)是隨處可見的，氣流的運(yùn)動(dòng)并不可怕，重點(diǎn)應(yīng)是如何更好地控制它來滿足室內(nèi)人員的需要。郭玉潤等人[11]基于Airpak 的研究結(jié)果表明在夏季夜間通風(fēng)可以明顯改善室內(nèi)熱環(huán)境，同時(shí)可以減少空調(diào)的負(fù)荷，而Zhang H 等人[12]則探究了辦公建筑中人員對(duì)氣流運(yùn)動(dòng)的偏好情況，結(jié)果表明在中性-偏暖的溫度區(qū)間，絕大多數(shù)人都希望有更多的氣流運(yùn)動(dòng)，同時(shí)他也指出提供更多的空氣運(yùn)動(dòng)，可以顯著改善室內(nèi)感知空氣質(zhì)量[13]。Arens E[14]針對(duì)溫度與風(fēng)速相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了討論，表明了在中性及溫暖的環(huán)境中，大多數(shù)人想要更多的空氣流動(dòng)。而近年編寫的此類室內(nèi)環(huán)境設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中也增編了利用氣流來補(bǔ)償溫升的部分，這將會(huì)有利于空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。端木琳等人[15]使用了正對(duì)人體的局部送風(fēng)設(shè)備來降低工作區(qū)的溫度，并以此達(dá)到改善人體熱感覺的目的。Yongchao Zhai等人[16]使用了個(gè)性化送風(fēng)來提高在夏季高溫環(huán)境中運(yùn)動(dòng)過后的人員的舒適度，結(jié)果表明運(yùn)動(dòng)過后人員的皮膚溫濕度很高，采用個(gè)人控制的氣流不但可以有效降低人員皮膚溫濕度來達(dá)到中性熱感覺，同時(shí)這種采用氣流降溫的方式比直接降低室溫更高效。這表明室內(nèi)的氣流無論是來源于自然環(huán)境還是空調(diào)系統(tǒng)亦或是局部送風(fēng)，其都有提高并加以利用的空間，這樣的措施可以滿足人員熱舒適需求的同時(shí)有效降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

在室內(nèi)溫度偏高時(shí)，提高風(fēng)速可以有效降低人的熱感覺，從而使人感到更舒適。即使在具有相同熱感覺的不同環(huán)境溫度下，風(fēng)速一定程度的提高可以抵消溫度升高的影響，對(duì)改善熱舒適是有益的[17]，此時(shí)提高風(fēng)速不僅可以有效的降低人體的熱感覺，同時(shí)還可使人員的可接受溫度上限提高[18]。在徐小林[19]的研究中還表明加大風(fēng)速可以減少高溫帶來的不適，同時(shí)室溫的升高也可以減弱氣流加大帶來的吹風(fēng)感，因此在夏季中性—偏暖的溫度區(qū)間內(nèi)，使用氣流降溫可進(jìn)一步降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗。因此可以看出提高風(fēng)速來降低空調(diào)系統(tǒng)能耗的方式是有效的，這種方式同時(shí)可以保證甚至進(jìn)一步提高人員的熱舒適水平。

顯然這種使用氣流補(bǔ)償溫差的改進(jìn)方式并不是無限度的，溫度過低時(shí)如果采用的氣流過大勢必會(huì)造成人員的不舒適，因此也有許多研究指出了過度提高風(fēng)速對(duì)室內(nèi)人員的熱舒適造成的不利影響。周俊彥等人[20,21]研究了滿足人員熱舒適的環(huán)境中風(fēng)速和溫度的最佳組合，結(jié)果表明風(fēng)速可以抵消一些溫度升高的影響，但超過一定范圍后這種增強(qiáng)氣流所達(dá)到的效果會(huì)減弱甚至起反作用。此時(shí)氣流運(yùn)動(dòng)的大幅度增強(qiáng)會(huì)使室內(nèi)人員產(chǎn)生吹風(fēng)感，從而引發(fā)不適[22]。Toftum J 等人[23]的研究結(jié)果表明與較低的活動(dòng)水平相比，在較高的活動(dòng)水平下進(jìn)行工作可以減少吹風(fēng)感。而對(duì)于久坐的室內(nèi)人員來說，即使熱感覺為中性，低速的空氣運(yùn)動(dòng)也有可能造成不可接受的吹風(fēng)感[24]。Palonen J 等人[25]的研究表示吹風(fēng)感產(chǎn)生的主要決定因素可能是空氣溫度，當(dāng)溫度低于22℃時(shí)，超過40%的受試者抱怨有吹風(fēng)感，而在溫度超過22℃的室內(nèi)環(huán)境中，這一比例降至11%。也就是說在風(fēng)速相同的情況下，與熱感覺較接近中性的人相比，熱感覺為涼爽的人更容易感受到吹風(fēng)感進(jìn)而產(chǎn)生不適[26]。所以對(duì)于夏季來說，造成吹風(fēng)感的原因可能是溫度過低或者人員活動(dòng)水平過低。在冬季環(huán)境下，空氣流速對(duì)人體熱感覺及氣流感覺造成的影響則更加明顯[27]，而在冬季供暖中探究氣流對(duì)人員舒適的影響相關(guān)的研究較少。

總的來說，許多研究都表明了過度提高風(fēng)速的不利影響，也證實(shí)了風(fēng)速的提高的確是有限度的。雖然提高風(fēng)速可以一定程度上降低空調(diào)系統(tǒng)能耗并且改善人員熱舒適，但是如果在超出此限度后繼續(xù)提高風(fēng)速，不僅不會(huì)帶來更舒適的室內(nèi)熱環(huán)境，同時(shí)還會(huì)給室內(nèi)人員造成了吹風(fēng)感等諸多不適。而這種提高風(fēng)速的限度與當(dāng)前室內(nèi)環(huán)境的溫度密切相關(guān)，也就是說溫度與風(fēng)速二者的匹配十分重要?？傮w上講，夏季制冷工況中越低的環(huán)境溫度也就意味著室內(nèi)人員所能接受的風(fēng)速上限越低，同時(shí)也更容易因風(fēng)速的加大而產(chǎn)生吹風(fēng)感等不適；而冬季環(huán)境人對(duì)氣流的敏感程度更高，更要嚴(yán)格控制氣流運(yùn)動(dòng)的程度。所以針對(duì)不同的室內(nèi)環(huán)境以及人員需求應(yīng)采取不同的溫度、風(fēng)速，二者的良性配合才能夠帶來更好的室內(nèi)環(huán)境舒適度。

相較于滿足人員的舒適要求，人員的健康需求更為重要。室內(nèi)空調(diào)環(huán)境是人為營造出的熱環(huán)境，其趨近于穩(wěn)態(tài)，而大自然中并不存在各項(xiàng)參數(shù)穩(wěn)定不變的絕對(duì)穩(wěn)態(tài)環(huán)境，所以室內(nèi)空調(diào)環(huán)境與自然環(huán)境會(huì)有一定的差距。因此在保證了人員舒適度的情況下，室內(nèi)環(huán)境對(duì)人體健康是否有利，也是我們應(yīng)該關(guān)注的問題。黃志超等人[28]研究了溫度漸變的環(huán)境對(duì)人體熱反應(yīng)及工作效率的影響，結(jié)果表明室內(nèi)環(huán)境溫度有一定變化更能提高人員的工作效率，其中偏冷環(huán)境下人員的工作效率最高，這是由于適當(dāng)?shù)睦浯碳た梢蕴岣呷藛T的工作效率。朱穎心[29]在對(duì)“舒適”與“熱中性”環(huán)境能否給人體帶來真正的舒適進(jìn)行討論時(shí)，表明過分追求中性及穩(wěn)定的環(huán)境明顯對(duì)人體健康是不利的，環(huán)境適當(dāng)?shù)淖兓趴梢允谷梭w產(chǎn)生適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。建立穩(wěn)定的室內(nèi)熱環(huán)境不應(yīng)是我們構(gòu)建建筑環(huán)境的最終目標(biāo)，具有某些自然特征的動(dòng)態(tài)熱環(huán)境可能更適合人體[30]。對(duì)于大多數(shù)人來說，接近靜態(tài)的舒適環(huán)境不一定意味著健康，而更健康的室內(nèi)環(huán)境溫度應(yīng)處在具有一定波動(dòng)的動(dòng)態(tài)舒適區(qū)間內(nèi)。

2.2 紊流度、氣流頻譜等參數(shù)對(duì)熱舒適的影響

由空調(diào)設(shè)備提供的室內(nèi)氣流與自然風(fēng)具有一定的區(qū)別，這種區(qū)別主要體現(xiàn)在紊流度和氣流頻譜上。因此室內(nèi)氣流的紊流度和頻譜不同，勢必也會(huì)對(duì)人體熱舒適造成不同的影響。

模擬自然風(fēng)是一種通過模擬紊流度與頻譜的方式來得到的接近自然風(fēng)的送風(fēng)形式，此類送風(fēng)形式的熱舒適評(píng)價(jià)明顯高于傳統(tǒng)的機(jī)械風(fēng)[31]。在賈慶賢等人[32]的研究中對(duì)比了自然風(fēng)和機(jī)械風(fēng)在頻譜上的區(qū)別，以及其對(duì)舒適度的影響。研究結(jié)果表明在使用機(jī)械風(fēng)模擬自然風(fēng)時(shí)使用接近自然風(fēng)的風(fēng)速頻譜可以獲得較好的舒適度，也證明了風(fēng)速頻譜是機(jī)械風(fēng)模擬自然風(fēng)的一項(xiàng)重要參數(shù)。Zhao R 等人[33]研究了高溫環(huán)境下模擬自然風(fēng)的作用，結(jié)果表明模擬自然風(fēng)的空氣運(yùn)動(dòng)可以抵消空氣的高溫并改善人們的感知空氣質(zhì)量。同時(shí)，通過有效地利用空氣的瞬態(tài)流動(dòng)，可以節(jié)省大量的空調(diào)系統(tǒng)能耗。自然風(fēng)的舒適度和可接受程度均優(yōu)于傳統(tǒng)空調(diào)的機(jī)械風(fēng)。因此我們可以通過模擬自然風(fēng)的頻譜來達(dá)到更好的舒適度，同時(shí)這種接近自然風(fēng)的氣流組織對(duì)人員健康也更有利。

紊流度對(duì)于熱舒適的影響與風(fēng)速類似，適當(dāng)提高是有益的，同時(shí)也存在一定限度。羅茂輝等人[34]比較了仿自然風(fēng)與穩(wěn)態(tài)機(jī)械風(fēng)對(duì)熱舒適的影響，王亦然等人[35]研究了3 種不同紊流度的模擬自然風(fēng)對(duì)人員熱舒適的影響。結(jié)果表明模擬自然風(fēng)雖然相較于機(jī)械風(fēng)可以獲得更好的熱舒適度，但如采用過大的紊流度會(huì)引發(fā)人體的不適，其中紊流度適中且變化較為平穩(wěn)的模擬自然風(fēng)對(duì)人體熱舒適的改善效果最為理想。由此可以看出紊流度對(duì)人員熱舒適的影響也十分顯著，并且與風(fēng)速類似的是，在偏冷至中性環(huán)境下，紊流度增加會(huì)引發(fā)吹風(fēng)感不適，而中性至偏熱環(huán)境下，紊流度的增加則可減少吹風(fēng)感[36]，由氣流引起的不適感也會(huì)隨著風(fēng)速和紊流度的增加而增加。Griefahn B[37]的研究結(jié)果則給出了具體數(shù)據(jù)，他指出為保證室內(nèi)人員產(chǎn)生吹風(fēng)感的人比例低于10%，平均風(fēng)速應(yīng)低于0.2m/s，同時(shí)紊流度必須保持在30%以下。以上研究都說明紊流度對(duì)于室內(nèi)人員熱舒適的影響也存在著一定限度，適當(dāng)提高紊流度可以使氣流組織更接近自然風(fēng)從而提供更好的舒適度，但過大的紊流度也會(huì)造成人員產(chǎn)生吹風(fēng)感從而引發(fā)不適。

風(fēng)速和紊流度作為室內(nèi)氣流組織的重要參數(shù)，它們的水平都應(yīng)是人為控制的重點(diǎn)，在調(diào)節(jié)二者水平的過程中是否會(huì)產(chǎn)生一些交互影響，也是未來值得研究的重要方向。總體來說，我們應(yīng)盡可能地發(fā)揮它們對(duì)于室內(nèi)環(huán)境舒適度的積極作用，同時(shí)應(yīng)盡量避免其水平過高造成的負(fù)面影響，把這樣的設(shè)計(jì)思路應(yīng)用到室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中可以更好地改善室內(nèi)環(huán)境熱舒適水平，同時(shí)能更大程度地降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。

2.3 吹風(fēng)方式、送風(fēng)角度等對(duì)熱舒適的影響

由于室內(nèi)環(huán)境的設(shè)計(jì)目的和應(yīng)用需求的不同，空調(diào)末端設(shè)備也有不同的送風(fēng)形式，對(duì)于某一種送風(fēng)形式來說，送風(fēng)口采取不同的送風(fēng)角度，室內(nèi)的氣流分布也會(huì)因此發(fā)生改變，這樣的改變會(huì)影響到室內(nèi)人員的舒適度。

翟永超[38]研究了不同的吹風(fēng)方式對(duì)人體熱舒適的影響，結(jié)果表明固定吹風(fēng)和搖擺吹風(fēng)都能有效改善人員熱舒適，其中固定吹風(fēng)的效果略優(yōu)于搖擺吹風(fēng)。張繼剛[39]的研究表示對(duì)于壁掛式空調(diào)器而言，導(dǎo)風(fēng)板的旋轉(zhuǎn)角度對(duì)于室內(nèi)溫度的升高和降低速度都有較大的影響。孫永麗[40]則研究了空調(diào)送風(fēng)角度對(duì)室內(nèi)舒適度的影響，對(duì)于不同的送風(fēng)設(shè)備最佳的送風(fēng)角度均不同。因此可以看出，合理的調(diào)節(jié)送風(fēng)形式和角度也可以改善熱舒適。李楊[41]的研究結(jié)果表明立柜式空調(diào)如采用水平角度送風(fēng)，距離空調(diào)較近的工位會(huì)有強(qiáng)烈的吹風(fēng)感，房間內(nèi)工位的滿意率僅為50%。而通過調(diào)節(jié)此角度的方法，將送風(fēng)角度調(diào)至向上60°時(shí)，工位的滿意率達(dá)到了100%。

由上述的研究可以看出，送風(fēng)角度、送風(fēng)方式等參數(shù)是空調(diào)氣流環(huán)境的一個(gè)重要參數(shù)，其對(duì)室內(nèi)環(huán)境的熱舒適有顯著影響。我們應(yīng)根據(jù)各類實(shí)際工程中室內(nèi)環(huán)境不同的布局、不同的使用場景、使用需求對(duì)這些參數(shù)的設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整，從而在滿足人員熱舒適的同時(shí)，達(dá)到對(duì)氣流利用的最大化，從而最大程度發(fā)揮室內(nèi)氣流的節(jié)能潛力，使得設(shè)計(jì)出的室內(nèi)空調(diào)環(huán)境的能耗更低。

3 室內(nèi)氣流對(duì)人體生理指標(biāo)的影響

通過監(jiān)測人的生理指標(biāo)可以直觀地反映人體的變化，也就間接地反映出所處環(huán)境是否健康舒適?，F(xiàn)如今測量生理參數(shù)的儀器也愈發(fā)精準(zhǔn)，越來越多的研究證明使用人體生理參數(shù)作為熱舒適的評(píng)價(jià)指標(biāo)是有效的。例如皮膚溫度、體溫、心率等，其都與人體熱舒適有著密切聯(lián)系，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測可以有效反映人體的熱舒適水平。本章重點(diǎn)選取了上一章探討的風(fēng)速、紊流度等氣流參數(shù)對(duì)人體各類生理參數(shù)的影響，說明了氣流參數(shù)對(duì)人體生理指標(biāo)造成的影響或許是揭示室內(nèi)氣流影響人體熱舒適機(jī)理的關(guān)鍵。選取的研究如表2 所示。

表2 氣流參數(shù)對(duì)人體生理指標(biāo)的影響Table 2 The effects of airflow parameters on physiological indicator

風(fēng)速作為氣流組織的重要指標(biāo)，對(duì)人體熱舒適有顯著影響，而不同人對(duì)于風(fēng)速的敏感程度也不同，這也造成了其對(duì)人體生理參數(shù)有各種各樣的影響。例如人體皮溫可以作為一個(gè)合理可靠的評(píng)價(jià)熱舒適的客觀指標(biāo)[7]，體溫、皮溫都是決定人體熱舒適水平的重要指標(biāo)。有大量研究都表明空氣流速對(duì)人體溫度以及皮膚溫度的影響十分顯著，這或許就是揭示室內(nèi)氣流影響熱舒適內(nèi)在機(jī)理的關(guān)鍵。

夏季環(huán)境下空氣流速對(duì)人體體溫的影響十分顯著[42]，空氣流速的增加會(huì)造成平均體溫的下降，有風(fēng)的情況下人的平均體溫普遍低于無風(fēng)的情況[43]。王月梅[44]使用了局部送風(fēng)探究其對(duì)局部皮膚溫度影響，結(jié)果表明局部皮膚溫度會(huì)因送風(fēng)溫度的降低而降低，主要原因就是送風(fēng)溫度越低，身體局部與環(huán)境之間的對(duì)流換熱量就越大。皮膚溫度也會(huì)隨著紊流度的增加而下降，同時(shí)隨著皮膚溫度下降，產(chǎn)生吹風(fēng)感不適的可能越來越大[45]，另外狄育慧等人的[46]的研究也表明皮膚溫度隨風(fēng)速增大而降低。由此可以看出風(fēng)速、紊流度對(duì)人體生理指標(biāo)有顯著影響，氣流運(yùn)動(dòng)的增強(qiáng)會(huì)造成人體溫度、皮膚溫度的下降，而皮膚溫度則是評(píng)價(jià)熱舒適的重要指標(biāo)，因此這種影響必定也會(huì)進(jìn)一步反映到人體熱舒適水平上。

而氣流對(duì)人體生理參數(shù)的影響以及對(duì)熱舒適的影響不止停留在體溫和皮膚溫度上，也有人作出了其他解釋。談美蘭[18]對(duì)夏季空氣濕度與風(fēng)速對(duì)人體熱舒適影響及作用機(jī)理進(jìn)行了探究，在她的實(shí)驗(yàn)中通過分析發(fā)現(xiàn)了平均皮膚溫度與人體熱感覺無一致關(guān)系，而皮膚出汗程度的投票值與人體熱感覺的對(duì)應(yīng)關(guān)系較好，可以更好反映人體的熱感覺。原因是當(dāng)人體表面附近的空氣流動(dòng)適當(dāng)?shù)卦黾訒r(shí)，可以提高皮膚表面換熱系數(shù)，從而加強(qiáng)皮膚表面汗液蒸發(fā)，降低人體熱感覺達(dá)到更好的舒適度[22]。這說明風(fēng)速對(duì)熱舒適的影響，可能是由于其對(duì)人體表面的出汗程度產(chǎn)生的影響造成的。廖樺浚[47]在他的研究中為了改善傳統(tǒng)熱暴露實(shí)驗(yàn)中氣流同時(shí)與人體表面及鼻腔換熱的干擾，采用了呼吸面罩來隔離這一影響。結(jié)果表明吸入鼻腔空氣的風(fēng)速會(huì)影響PAQ、氣味、悶感從而影響主觀空氣的評(píng)價(jià)，進(jìn)一步影響總體的舒適度，其中悶感對(duì)于總體舒適度的影響最大。而悶感是由身體和鼻腔共同感知的，風(fēng)速增加可以通過這兩種渠道共同改善悶感，從而改善整體舒適度。由此得出，氣流參數(shù)的變化不僅影響人體皮溫和體溫，也會(huì)影響出汗程度、主觀感覺如悶感這些參數(shù)指標(biāo)，而這些指標(biāo)都與人體熱舒適密切相關(guān)。還有更多的研究也表明氣流對(duì)于人體的各類生理指標(biāo)均有影響。徐小林[19]研究了夏季室內(nèi)熱環(huán)境對(duì)人體生理指標(biāo)的影響，結(jié)果表明夏季室內(nèi)的空氣流速對(duì)人體體溫及心率均有顯著性影響。羅明智[48]研究了室內(nèi)空氣流速對(duì)人體生理指標(biāo)的影響，結(jié)果表明低溫或高溫條件下，不同的室內(nèi)空氣流速對(duì)人體體溫有顯著性差異，同時(shí)風(fēng)速加大到一定程度時(shí)，人體脈搏明顯減慢。而脈搏作為反映人體緊張程度的指標(biāo)，也會(huì)對(duì)人體熱舒適產(chǎn)生心理上的影響。陳良[24]研究了室內(nèi)熱濕環(huán)境對(duì)人體生理指標(biāo)的影響，結(jié)果表明持續(xù)吹風(fēng)的條件下，人體的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)傳導(dǎo)速度（MCV）、感覺神經(jīng)傳導(dǎo)速度（SCV）均呈下降趨勢，這些人員神經(jīng)系統(tǒng)的指標(biāo)就更好地印證了這一點(diǎn)。

由此看來，氣流影響的生理指標(biāo)復(fù)雜且多樣，氣流影響熱舒適的機(jī)理也就更為復(fù)雜，未來在熱舒適的相關(guān)研究中應(yīng)建立更完善更豐富的生理評(píng)價(jià)指標(biāo)或模型，進(jìn)一步與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行交叉研究，以此來全面地揭示室內(nèi)氣流乃至其他變量對(duì)人體熱舒適的影響機(jī)理。

4 室內(nèi)氣流影響熱舒適的作用機(jī)理

氣流參數(shù)的變化，在物理角度會(huì)對(duì)客觀參數(shù)造成影響，也會(huì)對(duì)人體生理指標(biāo)造成影響。同時(shí)也有研究表明這些影響不止停留在客觀層面，參數(shù)的變化也會(huì)對(duì)人的主觀心理造成影響，而熱舒適的評(píng)價(jià)指標(biāo)不僅包括客觀因素也包含大量主觀心理因素?，F(xiàn)階段的研究主要將氣流影響熱舒適的機(jī)理分為幾個(gè)方面：

物理層面上，不同的吹風(fēng)方向會(huì)影響人體表面的對(duì)流傳熱系數(shù)。在坐姿與站立情況下，水平方向的對(duì)流換熱系數(shù)均大于垂直方向，而在水平方向中，正面氣流的對(duì)流換熱系數(shù)大于側(cè)面氣流[49]。換熱系數(shù)的改變直接影響人體表面的換熱量，進(jìn)而使人的熱感覺發(fā)生了改變。朱穎心[50]也指出，從物理層面出發(fā)，氣流紊流度增加，人體皮膚對(duì)流換熱系數(shù)增加，從而導(dǎo)致了對(duì)流換熱量的增加。

例如紊流度的增加，會(huì)使人們會(huì)感到更涼快或產(chǎn)生更強(qiáng)的吹風(fēng)感。這其中的原因不止存在于物理客觀層面，也存在于生理、心理層面：隨著紊流度的增加，導(dǎo)致皮膚溫度產(chǎn)生脈動(dòng)，冷感受器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，傳輸至大腦，進(jìn)而產(chǎn)生了吹風(fēng)感。

心理層面上，感受到環(huán)境更受控也是一個(gè)重要原因。Zhou X 等人[51]也研究了受試者在對(duì)環(huán)境的控制力不同的情況下，受試者熱感覺及熱舒適的變化，結(jié)果表明受試者在已知自己對(duì)熱環(huán)境具有控制能力時(shí)，熱舒適度更好，這種改進(jìn)完全是由于心理因素造成的。

以上的研究成果說明室內(nèi)氣流的變化在主、客觀上都影響著人體熱舒適，所以為進(jìn)一步揭示氣流影響人體熱舒適的機(jī)理及內(nèi)在原因，完善各類生理指標(biāo)對(duì)人體熱舒適影響的評(píng)價(jià)機(jī)制及模型是未來研究的重要方向，同時(shí)我們也應(yīng)從主、客觀兩方面同時(shí)考慮氣流或者其他因素對(duì)熱舒適的影響。

5 討論

風(fēng)速、紊流度作為室內(nèi)氣流的重要參數(shù)，對(duì)人員的熱舒適均有顯著影響。在環(huán)境中性-偏暖空調(diào)系統(tǒng)為制冷工況時(shí)，適當(dāng)提高風(fēng)速或紊流度都可以抵消溫度升高的影響，但過高的風(fēng)速及紊流度都會(huì)引起吹風(fēng)感不適。也就說明風(fēng)速和紊流度作為氣流組織的重要指標(biāo)，對(duì)熱舒適的改善效果均存在一定限度，在不超出這種限度的情況下適當(dāng)提升其水平均可以對(duì)人體熱舒適造成積極影響，如此一類的改善手段可以節(jié)省大量的空調(diào)設(shè)備能耗。對(duì)于人員的健康而言，相較于一成不變的穩(wěn)態(tài)室內(nèi)環(huán)境溫度，動(dòng)態(tài)變化的室內(nèi)環(huán)境溫度對(duì)人員的健康及熱舒適更為有益。同時(shí)在中性—偏冷的環(huán)境中適當(dāng)?shù)睦浯碳た梢允谷藛T保持較高的工作效率。由此看來更好地控制氣流參數(shù)，使其能夠保證人員的熱舒適，不僅能夠降低空調(diào)設(shè)備的能耗，也能讓室內(nèi)環(huán)境溫度有一定的調(diào)整空間，使其對(duì)人員的健康更有益。

現(xiàn)有的有關(guān)利用室內(nèi)氣流來改善熱舒適的研究，大多集中在夏季或偏熱環(huán)境的制冷工況下，這種環(huán)境下提高氣流強(qiáng)度來改善人員熱舒適確實(shí)還存在一定的空間。而冬季或空調(diào)設(shè)備處于供暖工況時(shí)，室內(nèi)人員對(duì)氣流的敏感程度更高，氣流對(duì)人員熱舒適的影響更不容小視，應(yīng)針對(duì)此類工況進(jìn)行更多研究與測試。風(fēng)速與紊流度水平的改變難以保證單一變化（當(dāng)某一定點(diǎn)的風(fēng)速產(chǎn)生變化時(shí)，紊流度可能隨之改變），因此各項(xiàng)氣流參數(shù)對(duì)熱舒適造成影響時(shí)，其中的交互影響仍有待探究。

室內(nèi)氣流影響人員熱舒適的機(jī)理可從物理、生理和心理幾方面概述。（1）物理角度來看，風(fēng)速、紊流度的增加，會(huì)使人體皮膚表面對(duì)流換熱系數(shù)增加，從而導(dǎo)致了對(duì)流換熱量增加，影響了人體皮膚溫度進(jìn)而影響人員的熱舒適。不同的吹風(fēng)方向、送風(fēng)方式也會(huì)影響人體表面的對(duì)流換熱系數(shù)，進(jìn)而對(duì)人體熱感覺、熱舒適造成影響。（2）從生理角度來看，風(fēng)速會(huì)對(duì)人體生理參數(shù)造成影響，進(jìn)而影響人員的熱舒適。風(fēng)速對(duì)人體體溫、皮膚溫度、悶感、出汗程度、脈搏等生理參數(shù)均有顯著影響。其中體溫與皮溫均會(huì)隨著風(fēng)速增大而降低；二者均是影響熱舒適的重要生理指標(biāo)；同時(shí)汗液的蒸發(fā)也隨風(fēng)速增大而加快，而出汗程度與人體熱感覺對(duì)應(yīng)關(guān)系較好。風(fēng)速增大還會(huì)加強(qiáng)人鼻腔內(nèi)的換熱從而減少人員的悶感，悶感也是影響人員熱舒適的重要指標(biāo)；空氣流速會(huì)顯著影響人體脈搏，進(jìn)而同時(shí)從生理、心理角度影響人員緊張的程度，對(duì)人體熱舒適造成一定程度的影響。（3）從生理、心理角度結(jié)合來看，紊流度的增加，會(huì)導(dǎo)致皮膚溫度產(chǎn)生脈動(dòng)，冷感受器發(fā)出的報(bào)警信號(hào)傳輸至大腦，進(jìn)而產(chǎn)生了吹風(fēng)感，這些吹風(fēng)感也會(huì)對(duì)人員的心理狀態(tài)產(chǎn)生影響，使其產(chǎn)生緊張或不適，另外環(huán)境是否受控也是一個(gè)重要的心理原因。

生理指標(biāo)作為反映人體熱舒適的有效指標(biāo)，其影響熱舒適的內(nèi)在機(jī)理更為復(fù)雜，其中涉及了更多的醫(yī)學(xué)知識(shí)是建筑環(huán)境及熱舒適相關(guān)領(lǐng)域研究所欠缺的。如能更好地結(jié)合二者領(lǐng)域的研究，對(duì)評(píng)價(jià)熱舒適相關(guān)的生理指標(biāo)進(jìn)行豐富及完善，則能使其更好更準(zhǔn)確地探究人體熱舒適水平，從而制定更完善的評(píng)價(jià)指標(biāo)及改善策略。

6 結(jié)論

（1）氣流參數(shù)（風(fēng)速、紊流度等）的變化對(duì)熱舒適有顯著影響，其影響具有兩面性：中性-偏熱工況下通過提高風(fēng)速、紊流度水平來加強(qiáng)氣流能夠有效改善熱舒適，但超過一定限度后均會(huì)造成不適感。因此合理控制并利用其變化是保證并改善熱舒適的有效手段。

（2）室內(nèi)氣流影響熱舒適的機(jī)理包括物理、生理及心理三方面：

物理角度上氣流參數(shù)的變化會(huì)造成物理參數(shù)的改變（如換熱量的變化），直接影響人員的熱感覺；

生理角度上氣流參數(shù)變化會(huì)引起人體生理指標(biāo)的變化，而這些生理指標(biāo)的變化都會(huì)影響人體熱舒適，同時(shí)一些生理指標(biāo)也能夠有效反映人體熱舒適水平；

心理角度上氣流的變化會(huì)使人員的心理產(chǎn)生變化（緊張程度、適應(yīng)性等），心理因素也是評(píng)價(jià)熱舒適的重要指標(biāo)。

（3）現(xiàn)階段的研究多數(shù)是基于夏季偏熱工況的實(shí)驗(yàn)得出，在冬季供暖工況下，室內(nèi)氣流對(duì)眾多人體參數(shù)的影響效果不顯著或尚不明確。冬季人體對(duì)于氣流的敏感程度更高，意味著冬季室內(nèi)氣流環(huán)境的控制應(yīng)更為嚴(yán)苛，這也是未來研究的重要方向之一。

（4）風(fēng)速、紊流度、室內(nèi)溫度均是影響人體熱舒適的重要參數(shù)，這些參數(shù)共同作用時(shí)對(duì)室內(nèi)人員熱舒適造成的交互影響仍有待探究。

（5）各項(xiàng)生理指標(biāo)對(duì)人體熱舒適影響的內(nèi)在機(jī)理仍有待研究。熱舒適是一個(gè)綜合且復(fù)雜的研究方向，而生理指標(biāo)是客觀反映人體熱舒適的有效手段，因此有必要增加更多的生理指標(biāo)同時(shí)也對(duì)現(xiàn)已研究的生理指標(biāo)進(jìn)行完善，從而進(jìn)一步揭示各項(xiàng)生理指標(biāo)與人體熱舒適之間的關(guān)聯(lián)，進(jìn)而更好地通過室內(nèi)氣流對(duì)人體各項(xiàng)生理指標(biāo)的影響來探究室內(nèi)氣流對(duì)熱舒適的影響。