室內(nèi)氣流對人體熱舒適影響的研究進展及展望

楊文驍 劉 煜 蘭 麗 王 芳

（1.南京理工大學能源與動力工程學院 南京 210094；2.空調(diào)設(shè)備及系統(tǒng)運行節(jié)能國家重點實驗室 珠海 517907；3.廣東省制冷設(shè)備節(jié)能環(huán)保技術(shù)企業(yè)重點實驗室 珠海 517907；4.上海交通大學設(shè)計學院建筑學系 上海 200240）

0 引言

熱舒適研究具有復雜且多學科交叉的特點。為了對人員的熱舒適進行預測及評價，以Fanger 為代表的眾多學者提出了各類熱舒適模型。其中PMV 模型由Fanger 在20 世紀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重要因素?？照{(diào)室內(nèi)氣流參數(shù)設(shè)計不合理不僅會導致人員熱舒適性降低，而且還會影響工作效率和身心健康，同時還會導致設(shè)備初投資和運行費用的增加[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，同時合理地降低建筑能耗。不同的氣流參數(shù)，如溫度、風速、紊流度等都對室內(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也會隨之改變。生理參數(shù)的改變客觀地反映了人員的熱舒適水平，同時各生理參數(shù)也是評價熱舒適的重要指標[4]。因此有必要對室內(nèi)氣流與熱舒適相關(guān)的研究進行總結(jié)從而更好地對相關(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)，同時也為今后關(guān)于氣流對熱舒適影響的研究提供思路。本文以室內(nèi)氣流參數(shù)（風速、紊流度、吹風角度、風向等）、熱舒適（熱舒適、熱感覺、熱偏好等）、生理指標（體溫、皮溫、脈搏、出汗程度、神經(jīng)反應(yīng)等）為關(guān)鍵詞對相關(guān)文獻進行了檢索，總結(jié)了室內(nèi)氣流對熱舒適的影響，并從人體生理指標變化的角度分析其影響的內(nèi)在機理。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

1.1 室內(nèi)氣流相關(guān)的參數(shù)

風是指由于大氣壓差引起的大氣水平方向的運動。風既有大小，又有方向，因此風向和風速是描述風特征的兩個要素。

風速，是指空氣相對于地球某一固定地點的運動速率，其定義為單位時間內(nèi)空氣在水平方向上的流動距離，其單位為m/s 或km/h?？諝饬魉俚拇笮θ梭w對流換熱有很大影響，室內(nèi)造成空氣流動的原因一般包括：靜坐時人體周圍空氣的自然對流，空氣本身的自然或受迫對流，人體活動時與靜止空氣發(fā)生的相對流動等[6]。

紊流度，又稱湍流強度，是度量氣流速度脈動程度的一種標準。通常以脈動流速的均方根與相應(yīng)時均流速的比值來反映紊動強弱。紊流度對人體表面的換熱系數(shù)有影響。

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

1.2 與人體熱舒適相關(guān)的生理指標

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引起皮膚溫度的改變。皮膚溫度反映了動脈的功能狀態(tài)，隨著動脈血管的舒張，皮膚血流增加，皮膚溫度升高；反之，則皮膚溫度下降。在進入較冷或較熱的環(huán)境時，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，即心肌細胞的生物電變化，是整個心臟的肌細胞從興奮的產(chǎn)生、傳導到恢復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。總之，心率變異性的生理學基礎(chǔ)歸因于交感、迷走神經(jīng)系統(tǒng)，其中迷走神經(jīng)對心率變異性起著主要的決定作用[9]。根據(jù)心電圖信號可計算出的心率變異性的兩個指標：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；低頻分量和高頻分量的比率（LF/HF），可用于估計交感神經(jīng)活動。

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

出汗程度。即時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。出汗量也是評價人體在高溫環(huán)境下生理緊張的一項指標，從生理及心理角度也會對人體熱舒適造成影響。

2 有關(guān)室內(nèi)氣流參數(shù)對熱舒適影響的研究

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

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

續(xù)表1 氣流參數(shù)對熱舒適的影響

2.1 風速、溫度對熱舒適的影響

風速和溫度是兩個重要的室內(nèi)氣流參數(shù)，對熱舒適都有不同程度的影響。因此控制溫度和風速都是使室內(nèi)人員感到舒適的重要手段。而室內(nèi)環(huán)境的風速水平在建筑設(shè)計時都需要遵循標準的限制，這樣的設(shè)計雖能保證室內(nèi)人員熱舒適的平均水平，但是也會極大地增加空調(diào)系統(tǒng)的能耗，造成了相當一部分能源的浪費。

夏季制冷時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)建筑時常有過冷的情況發(fā)生，Sekhar S C 認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)計和運行的過程中存在缺陷[10]。這樣的空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計之初，依照相關(guān)標準的要求，需要將室內(nèi)的平均風速限制在一個較低的水平，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)境中氣流運動是隨處可見的，氣流的運動并不可怕，重點應(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可以明顯改善室內(nèi)熱環(huán)境，同時可以減少空調(diào)的負荷，而Zhang H 等人[12]則探究了辦公建筑中人員對氣流運動的偏好情況，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動，同時他也指出提供更多的空氣運動，可以顯著改善室內(nèi)感知空氣質(zhì)量[13]。Arens E[14]針對溫度與風速相關(guān)的標準進行了討論，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。而近年編寫的此類室內(nèi)環(huán)境設(shè)計標準中也增編了利用氣流來補償溫升的部分，這將會有利于空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計優(yōu)化。端木琳等人[15]使用了正對人體的局部送風設(shè)備來降低工作區(qū)的溫度，并以此達到改善人體熱感覺的目的。Yongchao Zhai等人[16]使用了個性化送風來提高在夏季高溫環(huán)境中運動過后的人員的舒適度，結(jié)果表明運動過后人員的皮膚溫濕度很高，采用個人控制的氣流不但可以有效降低人員皮膚溫濕度來達到中性熱感覺，同時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，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有效降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗。

在室內(nèi)溫度偏高時，提高風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，風速一定程度的提高可以抵消溫度升高的影響，對改善熱舒適是有益的[17]，此時提高風速不僅可以有效的降低人體的熱感覺，同時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速可以減少高溫帶來的不適，同時室溫的升高也可以減弱氣流加大帶來的吹風感，因此在夏季中性—偏暖的溫度區(qū)間內(nèi)，使用氣流降溫可進一步降低空調(diào)系統(tǒng)的能耗。因此可以看出提高風速來降低空調(diào)系統(tǒng)能耗的方式是有效的，這種方式同時可以保證甚至進一步提高人員的熱舒適水平。

顯然這種使用氣流補償溫差的改進方式并不是無限度的，溫度過低時如果采用的氣流過大勢必會造成人員的不舒適，因此也有許多研究指出了過度提高風速對室內(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)境中風速和溫度的最佳組合，結(jié)果表明風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氣流所達到的效果會減弱甚至起反作用。此時氣流運動的大幅度增強會使室內(nèi)人員產(chǎn)生吹風感，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水平相比，在較高的活動水平下進行工作可以減少吹風感。而對于久坐的室內(nèi)人員來說，即使熱感覺為中性，低速的空氣運動也有可能造成不可接受的吹風感[24]。Palonen J 等人[25]的研究表示吹風感產(chǎn)生的主要決定因素可能是空氣溫度，當溫度低于22℃時，超過40%的受試者抱怨有吹風感，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感進而產(chǎn)生不適[26]。所以對于夏季來說，造成吹風感的原因可能是溫度過低或者人員活動水平過低。在冬季環(huán)境下，空氣流速對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速的不利影響，也證實了風速的提高的確是有限度的。雖然提高風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)提高風速，不僅不會帶來更舒適的室內(nèi)熱環(huán)境，同時還會給室內(nèi)人員造成了吹風感等諸多不適。而這種提高風速的限度與當前室內(nèi)環(huán)境的溫度密切相關(guān)，也就是說溫度與風速二者的匹配十分重要。總體上講，夏季制冷工況中越低的環(huán)境溫度也就意味著室內(nèi)人員所能接受的風速上限越低，同時也更容易因風速的加大而產(chǎn)生吹風感等不適；而冬季環(huán)境人對氣流的敏感程度更高，更要嚴格控制氣流運動的程度。所以針對不同的室內(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參數(shù)穩(wěn)定不變的絕對穩(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?shù)睦浯碳た梢蕴岣呷藛T的工作效率。朱穎心[29]在對“舒適”與“熱中性”環(huán)境能否給人體帶來真正的舒適進行討論時，表明過分追求中性及穩(wěn)定的環(huán)境明顯對人體健康是不利的，環(huán)境適當?shù)淖兓趴梢允谷梭w產(chǎn)生適當?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，具有某些自然特征的動態(tài)熱環(huán)境可能更適合人體[30]。對于大多數(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)處在具有一定波動的動態(tài)舒適區(qū)間內(nèi)。

2.2 紊流度、氣流頻譜等參數(shù)對熱舒適的影響

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，勢必也會對人體熱舒適造成不同的影響。

模擬自然風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的送風形式，此類送風形式的熱舒適評價明顯高于傳統(tǒng)的機械風[31]。在賈慶賢等人[32]的研究中對比了自然風和機械風在頻譜上的區(qū)別，以及其對舒適度的影響。研究結(jié)果表明在使用機械風模擬自然風時使用接近自然風的風速頻譜可以獲得較好的舒適度，也證明了風速頻譜是機械風模擬自然風的一項重要參數(shù)。Zhao R 等人[33]研究了高溫環(huán)境下模擬自然風的作用，結(jié)果表明模擬自然風的空氣運動可以抵消空氣的高溫并改善人們的感知空氣質(zhì)量。同時，通過有效地利用空氣的瞬態(tài)流動，可以節(jié)省大量的空調(diào)系統(tǒng)能耗。自然風的舒適度和可接受程度均優(yōu)于傳統(tǒng)空調(diào)的機械風。因此我們可以通過模擬自然風的頻譜來達到更好的舒適度，同時這種接近自然風的氣流組織對人員健康也更有利。

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

風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，在調(diào)節(jié)二者水平的過程中是否會產(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)揮它們對于室內(nèi)環(huán)境舒適度的積極作用，同時應(yīng)盡量避免其水平過高造成的負面影響，把這樣的設(shè)計思路應(yīng)用到室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計中可以更好地改善室內(nèi)環(huán)境熱舒適水平，同時能更大程度地降低空調(diào)系統(tǒng)能耗。

2.3 吹風方式、送風角度等對熱舒適的影響

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

翟永超[38]研究了不同的吹風方式對人體熱舒適的影響，結(jié)果表明固定吹風和搖擺吹風都能有效改善人員熱舒適，其中固定吹風的效果略優(yōu)于搖擺吹風。張繼剛[39]的研究表示對于壁掛式空調(diào)器而言，導風板的旋轉(zhuǎn)角度對于室內(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)送風角度對室內(nèi)舒適度的影響，對于不同的送風設(shè)備最佳的送風角度均不同。因此可以看出，合理的調(diào)節(jié)送風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，距離空調(diào)較近的工位會有強烈的吹風感，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，將送風角度調(diào)至向上60°時，工位的滿意率達到了100%。

由上述的研究可以看出，送風角度、送風方式等參數(shù)是空調(diào)氣流環(huán)境的一個重要參數(shù)，其對室內(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、使用需求對這些參數(shù)的設(shè)計進行調(diào)整，從而在滿足人員熱舒適的同時，達到對氣流利用的最大化，從而最大程度發(fā)揮室內(nèi)氣流的節(jié)能潛力，使得設(shè)計出的室內(nèi)空調(diào)環(huán)境的能耗更低。

3 室內(nèi)氣流對人體生理指標的影響

通過監(jiān)測人的生理指標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，越來越多的研究證明使用人體生理參數(shù)作為熱舒適的評價指標是有效的。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，對這些參數(shù)進行監(jiān)測可以有效反映人體的熱舒適水平。本章重點選取了上一章探討的風速、紊流度等氣流參數(shù)對人體各類生理參數(shù)的影響，說明了氣流參數(shù)對人體生理指標造成的影響或許是揭示室內(nèi)氣流影響人體熱舒適機理的關(guān)鍵。選取的研究如表2 所示。

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

風速作為氣流組織的重要指標，對人體熱舒適有顯著影響，而不同人對于風速的敏感程度也不同，這也造成了其對人體生理參數(shù)有各種各樣的影響。例如人體皮溫可以作為一個合理可靠的評價熱舒適的客觀指標[7]，體溫、皮溫都是決定人體熱舒適水平的重要指標。有大量研究都表明空氣流速對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)在機理的關(guān)鍵。

夏季環(huán)境下空氣流速對人體體溫的影響十分顯著[42]，空氣流速的增加會造成平均體溫的下降，有風的情況下人的平均體溫普遍低于無風的情況[43]。王月梅[44]使用了局部送風探究其對局部皮膚溫度影響，結(jié)果表明局部皮膚溫度會因送風溫度的降低而降低，主要原因就是送風溫度越低，身體局部與環(huán)境之間的對流換熱量就越大。皮膚溫度也會隨著紊流度的增加而下降，同時隨著皮膚溫度下降，產(chǎn)生吹風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速增大而降低。由此可以看出風速、紊流度對人體生理指標有顯著影響，氣流運動的增強會造成人體溫度、皮膚溫度的下降，而皮膚溫度則是評價熱舒適的重要指標，因此這種影響必定也會進一步反映到人體熱舒適水平上。

而氣流對人體生理參數(shù)的影響以及對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]對夏季空氣濕度與風速對人體熱舒適影響及作用機理進行了探究，在她的實驗中通過分析發(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應(yīng)關(guān)系較好，可以更好反映人體的熱感覺。原因是當人體表面附近的空氣流動適當?shù)卦黾訒r，可以提高皮膚表面換熱系數(shù)，從而加強皮膚表面汗液蒸發(fā)，降低人體熱感覺達到更好的舒適度[22]。這說明風速對熱舒適的影響，可能是由于其對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)熱暴露實驗中氣流同時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速會影響PAQ、氣味、悶感從而影響主觀空氣的評價，進一步影響總體的舒適度，其中悶感對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，也會影響出汗程度、主觀感覺如悶感這些參數(shù)指標，而這些指標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于人體的各類生理指標均有影響。徐小林[19]研究了夏季室內(nèi)熱環(huán)境對人體生理指標的影響，結(jié)果表明夏季室內(nèi)的空氣流速對人體體溫及心率均有顯著性影響。羅明智[48]研究了室內(nèi)空氣流速對人體生理指標的影響，結(jié)果表明低溫或高溫條件下，不同的室內(nèi)空氣流速對人體體溫有顯著性差異，同時風速加大到一定程度時，人體脈搏明顯減慢。而脈搏作為反映人體緊張程度的指標，也會對人體熱舒適產(chǎn)生心理上的影響。陳良[24]研究了室內(nèi)熱濕環(huán)境對人體生理指標的影響，結(jié)果表明持續(xù)吹風的條件下，人體的運動神經(jīng)傳導速度（MCV）、感覺神經(jīng)傳導速度（SCV）均呈下降趨勢，這些人員神經(jīng)系統(tǒng)的指標就更好地印證了這一點。

由此看來，氣流影響的生理指標復雜且多樣，氣流影響熱舒適的機理也就更為復雜，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價指標或模型，進一步與醫(yī)學領(lǐng)域進行交叉研究，以此來全面地揭示室內(nèi)氣流乃至其他變量對人體熱舒適的影響機理。

4 室內(nèi)氣流影響熱舒適的作用機理

氣流參數(shù)的變化，在物理角度會對客觀參數(shù)造成影響，也會對人體生理指標造成影響。同時也有研究表明這些影響不止停留在客觀層面，參數(shù)的變化也會對人的主觀心理造成影響，而熱舒適的評價指標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理分為幾個方面：

物理層面上，不同的吹風方向會影響人體表面的對流傳熱系數(shù)。在坐姿與站立情況下，水平方向的對流換熱系數(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，人體皮膚對流換熱系數(shù)增加，從而導致了對流換熱量的增加。

例如紊流度的增加，會使人們會感到更涼快或產(chǎn)生更強的吹風感。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，導致皮膚溫度產(chǎn)生脈動，冷感受器發(fā)出報警信號，傳輸至大腦，進而產(chǎn)生了吹風感。

心理層面上，感受到環(huán)境更受控也是一個重要原因。Zhou X 等人[51]也研究了受試者在對環(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熱環(huán)境具有控制能力時，熱舒適度更好，這種改進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，所以為進一步揭示氣流影響人體熱舒適的機理及內(nèi)在原因，完善各類生理指標對人體熱舒適影響的評價機制及模型是未來研究的重要方向，同時我們也應(yīng)從主、客觀兩方面同時考慮氣流或者其他因素對熱舒適的影響。

5 討論

風速、紊流度作為室內(nèi)氣流的重要參數(shù)，對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，適當提高風速或紊流度都可以抵消溫度升高的影響，但過高的風速及紊流度都會引起吹風感不適。也就說明風速和紊流度作為氣流組織的重要指標，對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提升其水平均可以對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，動態(tài)變化的室內(nèi)環(huán)境溫度對人員的健康及熱舒適更為有益。同時在中性—偏冷的環(huán)境中適當?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)境下提高氣流強度來改善人員熱舒適確實還存在一定的空間。而冬季或空調(diào)設(shè)備處于供暖工況時，室內(nèi)人員對氣流的敏感程度更高，氣流對人員熱舒適的影響更不容小視，應(yīng)針對此類工況進行更多研究與測試。風速與紊流度水平的改變難以保證單一變化（當某一定點的風速產(chǎn)生變化時，紊流度可能隨之改變），因此各項氣流參數(shù)對熱舒適造成影響時，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理可從物理、生理和心理幾方面概述。（1）物理角度來看，風速、紊流度的增加，會使人體皮膚表面對流換熱系數(shù)增加，從而導致了對流換熱量增加，影響了人體皮膚溫度進而影響人員的熱舒適。不同的吹風方向、送風方式也會影響人體表面的對流換熱系數(shù)，進而對人體熱感覺、熱舒適造成影響。（2）從生理角度來看，風速會對人體生理參數(shù)造成影響，進而影響人員的熱舒適。風速對人體體溫、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隨著風速增大而降低；二者均是影響熱舒適的重要生理指標；同時汗液的蒸發(fā)也隨風速增大而加快，而出汗程度與人體熱感覺對應(yīng)關(guān)系較好。風速增大還會加強人鼻腔內(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；空氣流速會顯著影響人體脈搏，進而同時從生理、心理角度影響人員緊張的程度，對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，會導致皮膚溫度產(chǎn)生脈動，冷感受器發(fā)出的報警信號傳輸至大腦，進而產(chǎn)生了吹風感，這些吹風感也會對人員的心理狀態(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重要的心理原因。

生理指標作為反映人體熱舒適的有效指標，其影響熱舒適的內(nèi)在機理更為復雜，其中涉及了更多的醫(yī)學知識是建筑環(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，對評價熱舒適相關(guān)的生理指標進行豐富及完善，則能使其更好更準確地探究人體熱舒適水平，從而制定更完善的評價指標及改善策略。

6 結(jié)論

（1）氣流參數(shù)（風速、紊流度等）的變化對熱舒適有顯著影響，其影響具有兩面性：中性-偏熱工況下通過提高風速、紊流度水平來加強氣流能夠有效改善熱舒適，但超過一定限度后均會造成不適感。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)變化會引起人體生理指標的變化，而這些生理指標的變化都會影響人體熱舒適，同時一些生理指標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），心理因素也是評價熱舒適的重要指標。

（3）現(xiàn)階段的研究多數(shù)是基于夏季偏熱工況的實驗得出，在冬季供暖工況下，室內(nèi)氣流對眾多人體參數(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)更為嚴苛，這也是未來研究的重要方向之一。

（4）風速、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)共同作用時對室內(nèi)人員熱舒適造成的交互影響仍有待探究。

（5）各項生理指標對人體熱舒適影響的內(nèi)在機理仍有待研究。熱舒適是一個綜合且復雜的研究方向，而生理指標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同時也對現(xiàn)已研究的生理指標進行完善，從而進一步揭示各項生理指標與人體熱舒適之間的關(guān)聯(lián)，進而更好地通過室內(nèi)氣流對人體各項生理指標的影響來探究室內(nèi)氣流對熱舒適的影響。