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座舱环境下热舒适性别差异的实验研究,王健,刘红,基于三排座的飞机模拟舱,结合生理参数测试和热舒适主观问卷调研,研究不同送风开度和送风角度对人体热舒适的影响,重点分析热舒
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座舱环境下热舒适性别差异的实验研究
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王健,刘红
**
基金项目:国家重点基础研究发展 973 计划项目(2012CB720103)
作者简介:王健(1988-),男,在读硕士,主要研究方向:室内环境与健康
通信联系人:刘红(1966-),女,教授,主要研究方向:室内环境与健康. E-mail: liuhong1865@163.com
(重庆大学城市建设与环境工程学院,重庆市 400045)
5
摘要:基于三排座的飞机模拟舱,结合生理参数测试和热舒适主观问卷调研,研究不同送风
开度和送风角度对人体热舒适的影响,重点分析热舒适的性别差异。实验结果表明:相同座
舱热环境下,女性的平均皮肤温度和四肢皮肤温度显著低于男性,男性的热感觉高于女性。
整体气流感随头部气流感的变化关系为:头部气流感小于 0 和大于+0.5 时,整体气流感与头
部气流感均有显著的线性关系,且整体气流感随头部气流感增大的速率在头部气流感大于10
+0.5 一侧高于头部气流感小于 0 一侧,头部气流感在 0~+0.5 时,不会引起整体气流感的明
显变化。男性热中性操作温度低于女性 0.9℃,通过喷嘴送风,男女的热中性操作温度可分
别提高至 27.3℃和 27.6℃。喷嘴风速和操作温度对整体热感觉的影响存在交互作用,通过多
元线性回归获得座舱热环境下男女热感觉预测模型,并提出基于性别的座舱热环境分区控制
和喷嘴送风区别设计的构思。 15
关键词:热舒适;座舱环境;性别差异;喷嘴送风
中图分类号:TU83
Experimental research on the gender difference of thermal
comfort under cabin environment 20
WANG Jian, LIU Hong
(The Faculty of Urban Construction and Environmental Engineering,Chongqing
University,Chongqing City 400045)
Abstract: Based on analog three-row seat aircraft cabin, and combined with physiological
parameters testing and subjective questionnaire of thermal comfort research, the impact of 25
different opening and air blowing angle on human thermal comfort, focusing on analysis of gender
differences in thermal comfort evaluation, was studied in this article. under the same cabin
environment, the average skin temperature and extremities’ skin temperature for females was
significantly lower compared to males. thermal sensation for males was higher compared to
females. when the air mean sensation of head was under 0 or greater than +0.5, the air mean 30
sensation of whole body and head has a significantly linear relationship, and the rate of the air
mean sensation of whole body increase with the air mean sensation of head was greater on the side
of the air mean sensation of head was greater than +0.5, air mean sensation of head changes from
0~+0.5 did not cause a obvious change of the air mean sensation of whole body. The neutral
operating temperature for males was 0.9 ℃ lower than that for females, and through the nozzle 35
jet air supply, the neutral operating temperature for males and females can be raised to 27.1 ℃
and 27.6 ℃, respectively. There was an interaction impact of nozzle velocity and operating
temperature on the overall thermal sensation. through multiple linear regression, the thermal
sensation prediction model for males and females was obtained. Eventually a gender-based zoning
concept was proposed to control the cabin environment, and it was considered that nozzle jet air 40
supply system design can be differed by gender.
Key words: thermal comfort;cabin environment; gender difference;nozzle jet air supply
0 引言
一直以来,在营造舒适健康的座舱环境的同时实现座舱环控系统的节能是国内外学者研
究的重点。人体性别的生理和心理差异导致男女对热环境舒适性要求不同。国内外研究学者45
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在众多针对建筑热环境下热舒适研究中,就发现性别之间存在热舒适差异:M.Y.Beshir 和
J.D.Ramsey
[1]
研究发现男性期望温度要低于女性,在高温和低温环境下,女性热不舒适感强
于男性。而 K.C. Parsons
[2]
研究发现,在中性和偏热工况下,当服装热阻相同时,男女之间
的热舒适差异很小。在较冷工况下,女性会比男性感觉更冷。Sami Karjalainen
*[3]
发现女性
对于热环境满意度低于男性。Eduardo L. Kruger 和 Baruch Givoni
[4]
研究发现,在舒适的环境50
中,男女的热反应是一样的。然而,在冷环境下,女性的的不舒适感强于男性,热环境中亦
然。B. Griefahn and C. Kunemund
[5]
研究发现,对于吹风,女性往往会感到不舒适,并且一般
会感觉“比较凉”。王勇利和朱能等
[6]
研究发现,室内有吹风感的女性的比率高于男性。江燕
涛等
[7]
研究发现女性的吹风感比男性强。
而针对座舱热环境下热舒适性别差异研究还没有引起注意。然而客机座舱作为一个半封55
闭、狭小、人员密集的特殊环境空间,热舒适性别差异又是怎样的?基于以上分析,本文研
究了座舱环境下男女的热舒适差异,寻找不同送风状态对男女热舒适的影响,为基于性别的
座舱热环境分区控制和喷嘴送风设计构思做出初步探究。
1 方法
1.1 实验平台和试验工况 60
为模拟和真实座舱相似的热环境,于重庆大学搭建了三排座模拟舱。该模拟舱以空客
A320 尺寸为参照,以 1:1 的比例搭建,尺寸为 4850cm×4000cm×2350cm,该尺寸与 C919
也相一致。模拟舱的外形是一个半圆柱体,以木结构搭建,并有严格的保温措施。模拟舱的
外部是一个空调房间,以防止模拟舱热环境受外部环境变化的影响。其布局如图 1 所示。
3300 4100 1100 600
5450
4000
4850
2160
9100
1810
3300 3000 950
model aircraft cabin
control
room
aircraft chairs
65
图 1 飞机模拟舱示意图
Fig.1 Laboratory cabin floor plan
模拟舱的热环境通过两套空调系统来控制:主通风分配系统和喷嘴送风系统。为保证“乘
客”的新风量,单独设置了喷嘴送风系统,喷嘴送风系统送风由室外新风和舱内回风两部分
构成,其中喷嘴送风系统系统如图 2 所示。新风和回风混合后经空气处理机组处理后,通过70
管道加压风机加压后送入到喷嘴上方的静压箱,最后通过喷嘴送入到“乘客”位置。喷嘴送风
的温度通过新风空气处理机组控制,可实现的温控范围是 5℃到 35℃,控制精度在 0.5℃。
送风速度可以通过旋转喷嘴的开度来调节,可实现的速度范围是 0m/s 到 25m/s。模拟舱所
采用的喷嘴是现役空客飞机最常用的真实喷嘴,可以通过旋转开度和角度实现送风风速和送
风角度的调节,如图 3 所示。 75
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8
7
6
5
3
2
4 4
1
图 2 实验平台系统图
Fig.2 System diagram of the experimental bench
说明:1、模拟舱;2、喷嘴;3、静压箱;4、回风口;
5、控制阀;6、加压风机;7、新风空气处理机组;8、新风口。
图 3 空调系统喷嘴
Fig.3 Air condition
vents
本实验工况见表 1。实验过程中保持喷嘴送风和背景温度的温差为 5℃。依据先前对飞
机座舱的实测调研和飞机适航标准,选取背景温度 26 和 28℃。实验过程中选取两个喷嘴,
通过调节使得其全开时出口风速在 22m/s 左右。
表 1 实验工况
Table .1 Parameters of experimental 80
座舱环境参数
开度
男性送风部位
女性送风部位
干球温度
/℃
黑球温度
/℃
相对湿度
/%
体感温度
/℃
头部/m.s
-1
上身/m.s
-1
头部/m.s
-1
上身/m.s
-1
26.3±0.5
25.8±0.3
60.9±4.2
26.1±0.4
1/3
1.05±0.20
0.52±0.13
0.95±0.15
0.50±0.03
2/3
1.69±0.21
0.81±0.11
1.53±0.13
0.78±0.09
全开
2.13±0.45
1.10±0.14
1.98±0.40
0.98±0.17
28.4±0.3
27.7±0.4
51.2±5.1
28.1±0.3
1/3
1.01±0.13
0.50±0.09
0.95±0.16
0.50±0.09
2/3
1.66±0.20
0.84±0.16
1.55±0.27
0.79±0.16
全开
2.16±0.20
1.06±0.14
2.08±0.22
0.97±0.18
注:表中的数值表示(平均值±标准差)
1.2 实验流程
本次实验历时 160min,受试者从外界进入座舱前需要在一个设置为恒温的过渡室静坐
一段时间,期间进行一系列的准备工作:贴热电偶和指导受试者相关问卷填写要求。整个实
验过程中,每 5min 填写一次问卷,室内环境参数和人体体表皮肤温度均采用仪器每 1min85
自动记录一次。实验期间若受试者感觉不适,则停止实验。实验具体流程如图 4 所示,图 5
为实验现场图。
图 4. 实验流程图
Fig. Process of experiment
图 5. 实验现场图
Fig.5 Experiment fields in cabin
候机
30min
贴热电偶
不开启喷嘴
30min
喷嘴吹头部
40min
喷嘴吹上身
40min
关闭喷嘴
20min
静坐,主观问卷填写,
皮肤温度测量
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