創(chuàng)造滿足人類生產(chǎn)、生活和科學(xué)實驗所要求的空氣環(huán)境是空氣調(diào)節(jié)的任務(wù)。隨著社會生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)水平的提高，空氣調(diào)節(jié)技術(shù)學(xué)科得到了快速的發(fā)展。空調(diào)使用的普及，使得室  內(nèi)環(huán)境的熱舒適問題越來越引起人們的關(guān)注，有關(guān)研究也日益增多。
    熱環(huán)境中各因素對人體影響的研究已經(jīng)歷了近一個世紀(jì)，美國堪薩斯州立大學(xué)和丹麥工業(yè)大學(xué)P.O.Fanger教授的研究成果[1]尤為引人注目，前者的成果作為制定ASHARE[2]標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)，后者的研究成果被國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）作為制定ISO-7730標(biāo)準(zhǔn)[3]的依據(jù)。但兩者的研究成果多是在穩(wěn)態(tài)空調(diào)環(huán)境下所進(jìn)行的。
    傳統(tǒng)空調(diào)的控制策略是以整個房間作為調(diào)節(jié)對象，力求創(chuàng)造一個穩(wěn)態(tài)的熱環(huán)境，使人的主觀熱感覺處于熱中性，環(huán)境溫度保持在相對較低的水平上，相對濕度維持在50%左右，環(huán)境的氣流速度限制在較低的范圍內(nèi)，一般不大于0.15m/s。然而，在實際的運(yùn)行中，這種穩(wěn)態(tài)的空調(diào)環(huán)境存在許多問題：第一，長期生活在穩(wěn)態(tài)空調(diào)環(huán)境中的人體會產(chǎn)生“空調(diào)不適應(yīng)癥”。人們在自然環(huán)境中所經(jīng)歷的是非穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境，而傳統(tǒng)的空調(diào)方式把人置于穩(wěn)態(tài)熱環(huán)境中，缺少各種環(huán)境刺激[4，5]，導(dǎo)致人體體溫調(diào)節(jié)功能衰退和抵抗力的下降；第二，為了減小冷負(fù)荷，建筑門窗的密閉性能越來越好，而室內(nèi)裝修材料散發(fā)大量的VOCS，因此環(huán)境污染和人體產(chǎn)生的生物性污染得不到合理的稀釋，加之傳統(tǒng)空調(diào)工作區(qū)處于氣流的回流區(qū)，人們在這種建筑中長期生活，可能出現(xiàn)“病態(tài)建筑綜合癥”；第三，穩(wěn)態(tài)的空調(diào)環(huán)境對氣流速度嚴(yán)格限制，這種近乎無風(fēng)的環(huán)境與人們生活的自然環(huán)境有很大不同。人們在較熱的環(huán)境中希望利用空氣流動來滿足人體散熱和熱舒適的要求，有調(diào)查顯示，在環(huán)境較熱時，人們對自然風(fēng)及自然環(huán)境的偏愛[6] ，這與傳統(tǒng)空調(diào)環(huán)境對風(fēng)速的限制是矛盾的。較低的風(fēng)速導(dǎo)致空調(diào)環(huán)境不能充分利用氣流的冷卻作用，只有降低環(huán)境溫度以保證人體處于熱中性，因此造成房間冷負(fù)荷大，耗能多。
    基于以上原因，大力開展動態(tài)熱環(huán)境的研究已經(jīng)成為大勢所趨，近年來，國際上已開始重視動態(tài)熱環(huán)境的研究，并且在熱環(huán)境調(diào)節(jié)的策略上[7]，初步提出了可操作的模式，利用這一模式，可充分發(fā)揮自然通風(fēng)、室內(nèi)動態(tài)等溫空氣流動和必要的降溫措施聯(lián)合工作的優(yōu)點(diǎn)，按北京的氣候條件，執(zhí)行這一模式，預(yù)計可以降低能耗達(dá)40%-50%[8]。動態(tài)熱環(huán)境下人體的熱感覺的研究一直是動態(tài)熱環(huán)境研究中的一個重要方面，本文擬對國內(nèi)外在動態(tài)熱環(huán)境對于熱感覺影響方面的研究做一綜述，對清華大學(xué)多年來在這一方面的研究成果做比較詳細(xì)的介紹，并對動態(tài)熱環(huán)境的研究進(jìn)行展望。

1 國外研究現(xiàn)狀
    動態(tài)化熱環(huán)境的實現(xiàn)主要依賴空氣溫度和風(fēng)速的動態(tài)化。國內(nèi)外對于動態(tài)熱環(huán)境的研究也主要集中在對空氣溫度和風(fēng)速動態(tài)化上。
1.1 溫度動態(tài)化研究
    早期對于動態(tài)環(huán)境下熱感覺的研究工作主要是關(guān)于突變熱條件下的熱感覺[9-11]。Gagge等人對“中性-熱-中性” 和“中性-冷-中性”兩種情況進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：由中性環(huán)境到熱環(huán)境或冷環(huán)境時，皮膚溫度的變化存在一個過渡過程，同時熱感覺出現(xiàn)“滯后”；然而，當(dāng)從冷環(huán)境或熱環(huán)境進(jìn)入中性環(huán)境時，出現(xiàn)熱感覺“超越”現(xiàn)象，皮膚溫度和熱感覺有分離現(xiàn)象，Gagge認(rèn)為這種現(xiàn)象是由于皮膚溫度急劇變化所致，即皮膚溫度的變化率產(chǎn)生了一種附加熱感覺，而這種熱感覺掩蓋了皮膚溫度本身所引起的不舒適感。文獻(xiàn)[12]、[13]研究突變溫度對人體的影響，結(jié)果認(rèn)為人體對突變環(huán)境的生理調(diào)節(jié)是相當(dāng)迅速的，并且不會對人體產(chǎn)生不良后果。
    對于漸變熱環(huán)境，研究者們力圖弄清楚室內(nèi)參數(shù)在多大范圍內(nèi)變化，才能即滿足人體的舒適范圍，又能達(dá)到節(jié)能效果。Berglund和Gonzalez[12]研究了三種服裝熱阻下（0.5，0.7，0.9clo），環(huán)境溫度分別以七種速率（0，0.5，1，1.5℃/h）偏離中性溫度做單方向變化時，人體熱感覺的變化規(guī)律，結(jié)果表明：低速率（0.5℃/h）的溫度遞變條件下，受試者幾乎感覺不出溫度的變化；環(huán)境溫度遞變速率越大，人體所能接受的溫度變化范圍越大。Berglund解釋可能是因為低速率遞變時允許了更多的生理調(diào)節(jié)，如血管擴(kuò)張、收縮等；服裝熱阻越大，人對溫度變化的感覺越不明顯；速率為1℃/h時，單位空氣溫度變化下，熱感覺的變化值總是要比速率為1.5℃/h要高，但與速率為0.5℃/h無此對應(yīng)關(guān)系。
1.2 風(fēng)速動態(tài)化研究
    McIntyre[14]認(rèn)為利用風(fēng)扇可以在室內(nèi)造成一個舒適環(huán)境，然而風(fēng)速不得超過2m/s，太大的風(fēng)速使人不舒適。ASHRAE熱舒適標(biāo)準(zhǔn)55-1981[15]規(guī)定了夏季熱舒適溫度上限為26℃。但堪薩斯州立大學(xué)的Rohles[16]等人認(rèn)為在環(huán)境相對濕度為50%時，只要給一定風(fēng)速，該溫度上限能達(dá)到29.4℃。Arens[17]認(rèn)為在相對濕度40%時，衣服熱阻為0.4clo，空氣速度為1.02m/s時，舒適溫度上限可達(dá)33.3℃。Wu. H[18,19]的實驗結(jié)果為：人的衣量為0.5clo，輕微活動程度， 空氣溫度為31.1、32.2、 33.3℃，對應(yīng)的相對濕度為50%、39%、30%；房間吊扇以1.05m/s的風(fēng)速吹，有85%以上的人感到舒適；搖頭風(fēng)扇的最大風(fēng)速為1.52m/s時，80%以上的人感到舒適。
1.3 動態(tài)熱環(huán)境下人體熱反應(yīng)的預(yù)測
    動態(tài)熱環(huán)境下人體熱反應(yīng)的預(yù)測模型大多建立在人體體溫調(diào)節(jié)模型的基礎(chǔ)上，1963年Wissler和Crossbie[20]首次在模型中考慮了人體體溫調(diào)節(jié)功能，提出體溫調(diào)節(jié)包括三種方法：比例調(diào)節(jié)、雙位調(diào)節(jié)和被調(diào)對象的變化率調(diào)節(jié)。此模型可以預(yù)測穩(wěn)態(tài)的皮膚溫度和核心溫度，也可用于預(yù)測動態(tài)的皮膚溫度變化。1971年，Stolwijk[21]提出了六節(jié)段模型，模型中著重考慮了體溫調(diào)節(jié)功能，并用生理學(xué)上的“調(diào)定點(diǎn)”原理進(jìn)行了數(shù)學(xué)描述。該模型比較符合生理規(guī)律，在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用。隨后Gordon等將Stolwijk模型擴(kuò)展到14節(jié)段11層，體溫調(diào)節(jié)功能的描述則又增加了皮膚熱流這一項。1982年，Wissler[22]又進(jìn)一步將模型擴(kuò)展到15節(jié)段15層。1983年Indira Chatlerjee[23]將人體劃分為476個單元，綜合考慮了各種生理參數(shù)分布的不均勻性，該模型可以求解人體的三維溫度場。Gagge等[24]提出了二節(jié)點(diǎn)模型，該模型將人體簡化為核心和外層皮膚兩部分，控制系統(tǒng)由皮膚感受器和核心感受器組成，給出了皮膚血流、出汗率、寒顫等的控制方程。Gagge將此模型應(yīng)用于熱感覺研究，提出了標(biāo)準(zhǔn)有效溫度（SET）的概念。

2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
    國內(nèi)在這方面的研究起步較晚，清華大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)在這方面都做過研究，本文擬對清華大學(xué)在動態(tài)熱環(huán)境下人體熱感覺的研究進(jìn)行簡要介紹。
    董靜[25]研究了動態(tài)溫度和動態(tài)風(fēng)綜合作用下的人體熱反應(yīng)，分別在穩(wěn)態(tài)溫度、動態(tài)風(fēng)以及動態(tài)溫度、動態(tài)風(fēng)兩種組合的實驗條件下，對33名受試者進(jìn)行了實驗，研究參數(shù)對人體熱感覺的影響。受試者的服裝熱阻為0.6clo，實驗中保持靜坐狀態(tài)。實驗結(jié)果證明，在該實驗的各種工況下，采用動態(tài)風(fēng)均能夠達(dá)到即改善熱環(huán)境又不引起吹風(fēng)不適感的目的，并且給出了滿足人體舒適感的較佳工況：相對濕度50%，服裝熱阻為0.6clo的情況下，當(dāng)動態(tài)溫度波動范圍為27-29℃，升降溫時間比為20min：20min，動態(tài)風(fēng)參數(shù)為=1.5m/s，n=6rpm時，值基本在（-0.5，+0.5）范圍內(nèi)波動，可較好地滿足人體舒適性需要。根據(jù)實驗結(jié)果，作者對Fanger的PMV穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行了變化，建立了動態(tài)熱環(huán)境下預(yù)測人體心理熱反應(yīng)的TPMV模型，該模型可以用于動態(tài)熱環(huán)境下人體熱反應(yīng)的預(yù)測，但是作者沒有對該模型進(jìn)行系統(tǒng)的描述和討論。
    夏一哉[26，27]對中性－熱環(huán)境下氣流脈動強(qiáng)度和頻率對人體熱感覺的影響進(jìn)行了研究，從實驗和模擬兩個方面對氣流脈動強(qiáng)度和頻率的影響作用進(jìn)行了探索和研究。研究氣流脈動頻率對于人體熱感覺影響的實驗[26]在清華大學(xué)的氣候室中進(jìn)行，受試者年齡18-20歲，總的服裝熱阻為0.7clo，新陳代謝率為1.0met。氣候室溫度設(shè)定點(diǎn)分別為26.0，27.5，29.0，30.5℃，相對濕度分別為35%，65%，低相對濕度工況包含40個樣本，高相對濕度工況包含22個樣本。實驗結(jié)果表明：環(huán)境操作溫度和相對濕度對受試者選擇頻率和可接受的頻率范圍沒有明顯影響，可接受的頻率范圍集中在0.2-0.65Hz。隨著頻率的增加，人體感受到的氣流速度隨之減小。受試者能夠通過自由調(diào)節(jié)風(fēng)速和頻率得到熱滿意狀態(tài)，但在較高溫度下，選擇風(fēng)速不能使他們保持熱中性狀態(tài)，并且有一定比例的受試者感到不愉快的吹風(fēng)感。根據(jù)該實驗結(jié)果，夏一哉擴(kuò)展了吹風(fēng)感的定義，并且證明在中性-熱的環(huán)境下，頻率在0.3Hz-0.5Hz范圍內(nèi)的氣流對人體產(chǎn)生的冷作用最強(qiáng)，該結(jié)論與Fanger在中性-冷的環(huán)境下的實驗結(jié)論一致。
    研究氣流脈動強(qiáng)度對人體熱感覺的影響的實驗[27]也在氣候室內(nèi)進(jìn)行，該氣候室無外窗，氣流從吊頂孔板中以小于0.1m/s的速度均勻送出，維持室內(nèi)溫度一定。室內(nèi)及壁面分布著熱敏電阻感受器和相對濕度監(jiān)測器，每分鐘控制系統(tǒng)將溫濕度參數(shù)巡檢一次，并自動調(diào)節(jié)室內(nèi)溫濕度達(dá)到設(shè)定狀態(tài)。位于氣候室外側(cè)的風(fēng)機(jī)將室中的氣流抽出，再回送到送風(fēng)裝置中，經(jīng)過均流后送出，以降低噪聲并提供等溫氣流。在裝置的出風(fēng)口處，均勻排列著縱向活動百頁，直流小電機(jī)帶動百頁橫向擺動，產(chǎn)生按照一定頻率變化的周期性氣流。受試者可以通過變頻器改變風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)氣流的速度。通過測定發(fā)現(xiàn)，在距離風(fēng)口1.2 m和2.5 m 處，氣流脈動強(qiáng)度分別約為25％和40％，受試者坐在面對風(fēng)口的位置，從胸部到膝蓋可以感受到氣流的流動。由于沒有外輻射，氣候室中的平均輻射溫度接近于空氣溫度。用操作溫度to（空氣溫度和平均輻射溫度對各自的換熱系數(shù)的加權(quán)平均）來表征環(huán)境的溫度狀態(tài)。受試者的情況與文獻(xiàn)[26]中所示情況相同，實驗在4種操作溫度，2種氣流脈動強(qiáng)度，2種相對濕度，共16種工況下進(jìn)行，溫度和相對濕度設(shè)定同文獻(xiàn)[26]，脈動強(qiáng)度分別為25%和40%,低相對濕度下，每種工況有40個樣本，高相對濕度下每種工況的樣本數(shù)為22個，實驗結(jié)果表明，大多數(shù)受試者可以通過調(diào)節(jié)空氣流動速度達(dá)到滿意的熱舒適狀態(tài)，但在較高的溫度下，人們選擇的風(fēng)速不能使他們保持熱中性狀態(tài)，對該結(jié)果夏一哉的解釋為：氣流在“熱”環(huán)境中的作用體現(xiàn)在兩個方面——冷卻作用和由于風(fēng)壓引起的“吹風(fēng)感”，人們選擇風(fēng)速時，往往要在這兩個方面進(jìn)行一個折衷，在高溫條件下人們選擇的風(fēng)速小于達(dá)到中性狀態(tài)要求的大小，即以犧牲熱中性為代價降低“吹風(fēng)感”；選擇風(fēng)速的概率分布符合正態(tài)分布規(guī)律，取值取決于操作溫度to、相對濕度Rh、氣流脈動強(qiáng)度Tu和受試者的不同偏愛；在“中性-冷”環(huán)境中，大的脈動強(qiáng)度會引起吹風(fēng)感，但在“中性-熱”環(huán)境中，卻可以減少“吹風(fēng)感”的產(chǎn)生；根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，利用分對數(shù)回歸的方法，得到了一個新的預(yù)測等溫?zé)岘h(huán)境下產(chǎn)生吹風(fēng)感幾率的模型
PDV=100/[1+exp(15.5538-0.4124to-0.0872Rh-0.0774Tu+0.00219Tu*to+0.000972to*Rh+
0.00078Rh*Tu)]
其中：to=26-30.5℃,Rh=35%-65%,Tu=25%-45%
    賈慶賢對動態(tài)化送風(fēng)的末端進(jìn)行了研究[6]，分析了自然風(fēng)和機(jī)械風(fēng)兩種空氣流動方式的區(qū)別。研究了湍流度、風(fēng)速概率分布、頻譜曲線對于熱感覺的影響，實驗結(jié)果如下：自然風(fēng)與機(jī)械風(fēng)頻譜存在較大差異，決定差異的不僅是頻譜的大小，同時頻譜分布的不同決定了兩者的不同特性，自然風(fēng)風(fēng)速的波動以低頻為主，而機(jī)械風(fēng)風(fēng)速波動以高頻為主；等溫送風(fēng)條件下，平均速度相同，平均湍流度不同的氣流對于人體熱感覺的影響不同，湍流度在0.48-0.57之間比較合適；偏態(tài)分布的流動方式比正態(tài)分布的流動方式接受性更好，把1Hz作為人體對氣流波動感受的上限，頻率大于1Hz時人體對不同頻率氣流波動的感受差別已很輕微，既使頻譜不同，風(fēng)作用對人體的影響也沒有區(qū)別，而頻率下限在0.000244-0.000488 Hz范圍內(nèi)；頻譜對熱舒適的影響比較明顯，頻譜越接近自然風(fēng)，對人體的負(fù)面影響越小；確定了動態(tài)空調(diào)環(huán)境的舒適區(qū)，并提出了相應(yīng)的調(diào)節(jié)方式。定性分析了動態(tài)空調(diào)與傳統(tǒng)空調(diào)的區(qū)別及節(jié)能潛力。同時根據(jù)動態(tài)空調(diào)的特點(diǎn)定性分析了動態(tài)空調(diào)末端裝置的調(diào)節(jié)方式及運(yùn)行調(diào)節(jié)；30℃等溫送風(fēng)可以作為維持熱舒適環(huán)境的上限，而環(huán)境溫度在28.5℃-30℃范圍內(nèi)時7.3℃以內(nèi)的送風(fēng)溫差是可以接受的。
    孫淑鳳[28]全面闡述了動態(tài)空調(diào)策略的基本理念，分析了熱環(huán)境動態(tài)化的基本方法，給出了動態(tài)空調(diào)策略的具體模式，研發(fā)了盤管式動態(tài)末端裝置和柜式動態(tài)送風(fēng)裝置，對盤管式動態(tài)末端裝置在動態(tài)條件下的出流特性和換熱特性進(jìn)行了實驗研究，對其出風(fēng)速度進(jìn)行了頻譜分析，對柜式動態(tài)送風(fēng)裝置進(jìn)行了人體熱舒適實驗。結(jié)果表明：所開發(fā)的盤管式動態(tài)末端裝置能夠?qū)崿F(xiàn)不同的出風(fēng)動態(tài)方式，利用該動態(tài)風(fēng)機(jī)盤管可實現(xiàn)出風(fēng)速度和出風(fēng)溫度的動態(tài)化，出風(fēng)頻譜與自然風(fēng)的頻譜十分相似；利用動態(tài)柜機(jī)對人體舒適性進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，動態(tài)風(fēng)的可接受性比穩(wěn)態(tài)風(fēng)顯著提高；經(jīng)過對比分析，在空氣-水半集中式辦公樓空調(diào)系統(tǒng)中，動態(tài)送風(fēng)系統(tǒng)具有明顯的節(jié)能效果。

3 前景展望
    本文對動態(tài)熱環(huán)境對于人體熱感覺的影響的研究結(jié)果作了介紹，這方面的研究已經(jīng)取得了一些令人興奮的成果，但是，應(yīng)該了解到，對于該領(lǐng)域的研究，還有很長的路要走，如何從微觀的角度（例如渦的尺度）解釋自然風(fēng)和機(jī)械風(fēng)的區(qū)別，如何將已研究出的科研成果應(yīng)用于實踐，在個體化空調(diào)下，動態(tài)熱環(huán)境對于人體熱舒適性的影響，這些都是值得探討的問題。無疑，對于動態(tài)熱環(huán)境的研究將越來越受到重視。

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