一种基于太阳辐射作用下的人体局部辐射温度及计算

本发明涉及太阳辐射作用下的室内热舒适领域，特别涉及一种新型概念：局部辐射温度及其计算。

背景技术：

1、室内热环境对人的健康和生产力有着重大的影响，现今大多数人一天的时间是在室内度过的，特别是居住在城市的居民和在办公室工作的人，人们的舒适度对工作时间的生产率有显著影响，研究表明舒适的室内热环境可以提高工作人员的生产效率，有时还会使人有良好的心情。

2、室内热环境研究主要涉及空气温湿度，流速，平均辐射温度，衣服热阻，代谢率，性别年龄，身高，体重等。其中，平均辐射温度(mean，mrt)主要表征人体与周围环境之间的辐射传热情况，它是决定人体热平衡和热舒适性的重要参数之一，也是人体热舒适评价中一个非常重要的参数。davie在1978年提出了平均辐射温度的计算模型，后来gennusa等人2005年又提出了在太阳辐射作用下人体平均辐射温度的计算方法。

3、目前存在的各种平均辐射温度的计算方法中，一般是通过角系数与一些环境参数来计算平均辐射温度。通常，除了需要关注人体整体的热舒适水平外，也需要注重人体局部的热舒适情况，特别当人体受到局部热暴露，如太阳辐射照射时。研究表明太阳辐射会给人体局部部位带来热舒适或热不适。热舒适可通过将平均辐射温度带入pmv模型来进行预测，而由于目前的平均辐射温度计算的是个人整体的辐射温度，因此带入计算的结果也用于反映人体整体的热舒适情况。因此，当人体仅有局部部位受到热辐射，如太阳辐射时，平均辐射温度就很难准确的反映人体局部的热舒适水平。

4、综上，提出一种基于太阳辐射下人体局部辐射温度的计算方法，这种方法可以帮助我们进行人体局部的热舒适情况进行预测、分析，更好的满足目前的研究需求。

技术实现思路

1、为了解决目前平均辐射温度存在的不足，更好的满足局部热舒适研究需求，本发明旨在提供一种基于太阳辐射下人体局部辐射温度及计算。

2、根据本发明提供的一种局部辐射温度及其计算方法，主要包括以下步骤：

3、第一步提出局部辐射温度定义

4、以人体热调节模型为基础，参考平均辐射温度的定义，局部辐射温度：一个假想等温围合面的表面温度，它与人体的某局部部位之间的辐射换热量等于人体周围实际的非等温围合面与人体局部部位之间的辐射热交换量。

5、第二步导出局部辐射温度计算方程

6、根据太阳辐射作用下人体与周围环境之间的净辐射换热量方程与人体与周围环境见辐射换热方程联立，

7、

8、由于ar，k远小于aa值，所以上式可化简为：

9、

10、式中，为人体局部部位与环境之间的换热量；ar，k、aa为人体局部部位的表面积和围护结构总面积；εs和εa人体表面的发射率与围护结构内表面发射率；为δ为斯蒂芬玻尔兹曼常数，取值为5.67x10-8w/(m2·k4)；tcl，k为人体局部表面温度；tr，k为局部辐射温度。。

11、

12、式中，qs，k为人体局部部位与环境之间的换热量；αs为人体表面的吸收率，一般取值为0.7；为室内壁面发射的长波辐射；室内太阳散射辐射量；室内太阳直射辐射量；

13、

14、

15、式中，fi→s为人体与第i个壁面之间的角系数；εi为第i个壁面表面的发射率；ti为第i个壁面表面的温度；gi为到达i表面的辐射能；ρi为i表面的反射率。

16、此时假设壁面为黑体，结合角系数的互换性，上式可简化为：

17、

18、

19、式中，fj→s为人体与透明围护结构之间的角系数；aj为透明围护结构的面积；id为进入室内的散射太阳辐射。

20、根据角系数的互换性，上式还可化简为：

21、

22、

23、式中，ib为进入室内的直射太阳辐射强度。

24、

25、式中，fs→j人体与透明围护结构之间的角系数(如窗户等)；ap，k为人体在与太阳光束方向垂直的平面上的投影面积。

26、根据权利要求1中所述太阳辐射下人体局部与周围环境之间的净辐射计算方法，其特征在于，第二步联立方程：

27、

28、

29、式中，fp，k为人体局部部位投影面积因子，

30、第三步人体与围护结构之间角系数计算

31、人体与围护结构之间的角系数计算，我们可以以人的身高方向为轴线，将围护结构看做若干长方形。通常两者之间是平行或者垂直的几何关系，此时可以采用以下公式计算两者之间的角系数：

32、f＝fmax(1-e(a/c)/τ)(1-e(b/c)/γ)

33、式中

34、τ＝a+b(a/c)

35、γ＝c+d(b/c)+e(a/c)

36、式中，f为角系数：a、b为围护结构的几何尺寸长、宽；c为人体到围护结构之间的距离；fmax、a、b、c、d、e取值根据不同情况可参考iso-7726。

37、第四步使用热电偶等其它测量设备，测量围护结构各个壁面的温度。采用太阳辐射仪测量进入室内的太阳辐射直射与散射的强度。

38、第五步计算投影面积系数

39、根据人体与太阳之间的角度关系(方位角与高度角)，以及人体坐姿或站姿来确定投影面积因子。

40、太阳直射部位

41、fp，k＝[acos(c1α+c0)+b]s

42、

43、式中，fp，k为局部部位投影面积因子；a、b、c1、c0、d1、d0、e1、e0依据不同身体部位以及太阳高度角和方位角进行取值，各部位取值可参考kubaha，k.，et al.，human projectedarea factors for detailed direct and diffuse solar radiationanalysis.international journal of biometeorology，2004.49(2)：p.113-129。

44、第六步计算局部辐射温度

45、根据计算得出的角系数、局部投影面积系数、以及人体的发射率、吸收率，测量出的壁面温度和太阳散射与直射的辐射强度，可以计算出局部辐射温度。

46、

47、式中，tr，k为局部辐射温度。

48、本发明提出了一种基于太阳辐射作用下的人体局部辐射温度及计算。由于平均辐射温度是将人体表面当作一均匀的整体，但是当人体局部部位受到太阳辐射直射时，人体各部位的皮肤温度差异会较大，因此，平均辐射温度在用于评价太阳辐射对人体局部部位作用时的热舒适具有较大的局限性。基于此，本发明提出局部辐射温度的概念，该概念更适用于人体处于局部辐射环境下的局部热舒适评价。此外，利用pmv-ppd模型，将局部辐射温度替换原有的平均辐射温度，可以预测人体局部部位的热感觉，特别是在太阳辐射作用下，受辐射与非辐射的部位热感觉差异巨大，局部辐射温度的概念能够帮助我们对人体不同部位的热舒适进行分析、预测，能更好的满足当下太阳辐射作用下热舒适研究的需求。