一种基于人体热生理调节模型的热舒适度实时预测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于人体热生理调节模型的热舒适度实时预测系统，包括人体热调节模型、热舒适度模型、热舒适度输出模块。是将人体按生理结构划分为二十个部位，充分考虑人体人生理调节及人体、服装、环境之间的热量交换，通过代谢产热、服装热阻和湿阻、环境温度、湿度及风速计算人体核心温度和皮肤温度。热舒适度模型将人体主观热舒适度与客观生理参数建立定量关系，由人体热反应模型得到的人体核心温度和皮肤温度计算人体热舒适度的实时变化规律。可通过人体、服装、环境参数得到人体热舒适度的实时变化规律。比传统的PMV模型只能得到稳定条件下的热舒适度更符合实际情况，满足热舒适度评估、空调调节系统开发、智能服装开发的需求。

A Real-time Prediction System for Thermal Comfort Based on Human Thermophysiological Regulation Model

【技术实现步骤摘要】
一种基于人体热生理调节模型的热舒适度实时预测系统
本专利技术涉及公共安全人体热舒适领域，尤其涉及一种基于人体热生理调节模型的热舒适度实时预测系统。
技术介绍
人体热舒适度是对外界环境满意程度的感受，受热生理和热心理作用共同影响，可由热平衡方程结合热舒适度指标表达。人体热舒适度评估广泛用于公共安全、建筑设计、汽车工业、服装工程、暖通空调等领域。国际标准ISO7730采用平均预测指数(PMV)模型评估人体热舒适度，该模型依据热平衡方程及稳态环境下的人因工效实验而建立，将热舒适度由六大影响因素定量表达，包括代谢量、服装热阻、环境温度、相对湿度、风速、平均辐射温度。国际标准ASHRAE55根据环境温度、湿度、服装热阻、人体代谢产热等，采用标准有效温度表征人体热舒适度。然而，这两个标准在稳定态及室内热中性环境下使用较为有效，在高温环境评估热舒适度并不合适，无法用于宽温度范围的热舒适度评估。清华大学专利技术了一种体模型热学假人系统(101859503A)用于模拟人体在高温环境下热响应，如人体热吸收、不同组织之间热传导、体表热辐射及出汗等过程。珠海格力电器股份有限公司专利技术了一种基于PMV热舒适度评估的空调控制方法(109084420A)，该专利技术根据环境参数和人体生理参数确定PMV值的大小，评估人体热舒适状态，在此基础上对空调进行控制。重庆大学专利技术了一种建筑热湿环境等级的评估系统及方法(104102789A)，可判断不同季节、建筑、环境下的室内热湿环境等级。以上专利技术提供了用于模拟人体热生理调节的假人，也提出了确定人体热舒适度的方法。然而，上述专利技术尚未分析人体热生理反应的变化规律，也没有对人体热生理调节机制和热舒适度等级之间的关系进行探索。因此，现有关于热舒适度的专利技术局限性较大，无法实时准确地预测人体热舒适度的变化规律。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于人体热生理调节模型的热舒适度实时预测系统。本专利技术通过以下技术方案来实现上述目的：本专利技术其包括人体热调节模型、热舒适度模型、及热舒适度等级预测模块；其中，人体热调节模型：人体热调节模型主要通过模拟人体与环境之间的换热量及人体热生理调节过程，通过输入人体代谢产热量、服装热阻和湿阻、环境条件等，计算人体热生理参数的变化规律。人体与环境之间的换热量主要包括对流、辐射、蒸发及传导热交换过程，并考虑服装热湿传递性能对人体换热量的影响。人体热生理调节主要包括颤抖、出汗、血管扩张、血管收缩，通过人体温度与热中性调定点温度的差异计算热生理调节对热生理参数的影响。热舒适度模型：热舒适度模型将客观热生理参数与主观热舒适度建立起定量关系，通过热生理参数及其变化情况计算热舒适度等级。在人体热生理调节模型的基础上，得到皮肤温度、核心温度及其变化率。热舒适度指数TSENS通过11个等级表征人体的舒适度，并根据公式(1)将皮肤温度、核心温度、及人体温度等作为输入值得到TSENS值的变化规律。热舒适度输出模块：热舒适度输出模块由人体热调节模型和热舒适度模型组成。在人体热调节模型的基础上，得到不同环境、服装、人体参数下的热生理参数。在此基础上，结合热舒适度模型计算人体热舒适度，由人体热舒适度等级输出模块实时显示TSENS指数的变化规律。较佳地，人体热调节模型的建立过程包括：将人体按生理结构划分为二十个部位，如头、脸、胸、背、胳膊、手、大腿、小腿、脚等。每个部位从外到内分为四层：皮肤层、肌肉层、脂肪层、核心层。分别对各个部位的每一层都建立热平衡方程如下，公式(1)中，i和j分别代表人体的不同部位和每个部位的四层；C代表人体不同部位的热容，Wh/℃；T代表人体各部位和各层的温度，℃；t代表时间，h；Q代表代谢产热量，W；B代表血液与人体各部位的换热量，W；D代表人体同部位不同层之间通过热传导的换热量，W；Res代表人体呼吸传热量，W；Rad代表人体与环境之间的辐射换热量，W；Cov代表人体与环境之间的对流换热量，W；Eva代表人体与环境之间的蒸发换热量，W。较佳地，人体热舒适度模型的建立过程包括：人体热舒适受环境条件、服装热湿传递传递属性、代谢量等影响，根据美国暖通空调工程协会(ASHRAE)推荐的热舒适度指数TSENS(ThermalSensationIndex)表征人体热舒适度。TSENS指数共分为11个等级：±5代表不可忍受的热/冷,±4代表非常热/冷,±3代表热/冷,±2代表暖和/凉快±1代表稍微暖和/凉快,0代表热中性，既不冷，也不热。TSENS的值由人体体温而计算，而人体体温又是人体核心温度与皮肤温度的函数关系式，如下式，较佳地，人体热舒适度输出模块由人体热调节模型和热舒适度模型组成。在人体热调节模型的基础上，得到不同环境、服装、人体参数下的热生理参数。在此基础上，结合热舒适度模型计算人体热舒适度，由人体热舒适度等级输出模块实时显示TSENS指数的变化规律。本专利技术的有益效果在于：本专利技术是一种基于人体热生理调节模型的热舒适度实时预测系统，与现有技术相比，本专利技术可将人体代谢产热量、服装热阻和湿阻、环境温度、湿度、风速等参数输入到系统，实时得到人体热生理参数的变化规律，进而进行人体热舒适度评估；建立基于人体热调节的热舒适度实时预测系统实现了热舒适度的实时准确评估，使得模型充分考虑人体、服装、环境参数对热舒适度的影响，可根据环境参数的变化而进行实时的反馈与变化；解决了不同环境条件、着装及活动水平下的热舒适度实时预测，可为人体热舒适度评估、服装热湿传递性能评估、智能服装开发、暖通空调设计提供理论依据，最终达到提升人体热舒适度、提高工作效率、降低能源消耗的目的。附图说明图1为本专利技术实施例提供的基于人体热调节的热舒适度实时评估示意图。图2为本专利技术实施例提供的人体热舒适度等级模块输出热舒适度值的示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步说明：如图1所示，本专利技术实施例提供了一种基于人体热调节的热舒适度实时预测系统，其包括人体热调节模型、热舒适度模型、热舒适度输出系统；其中人体热调节模型的建立过程包括：将人体按生理结构划分为二十个部位，如头、脸、胸、背、胳膊、手、大腿、小腿、脚等。每个部位从外到内分为四层：皮肤层、肌肉层、脂肪层、核心层。分别对各个部位的每一层都建立热平衡方程如下，公式(1)中，i和j分别代表人体的不同部位和每个部位的四层；C代表人体不同部位的热容，Wh/℃；T代表人体各部位和各层的温度，℃；t代表时间，h；Q代表代谢产热量，W；B代表血液与人体各部位的换热量，W；D代表人体同部位不同层之间通过热传导的换热量，W；Res代表人体呼吸传热量，W；Rad代表人体与环境之间的辐射换热量，W；Cov代表人体与环境之间的对流换热量，W；Eva代表人体与环境之间的蒸发换热量，W。人体热舒适度模型的建立过程包括：人体热舒适受环境条件、服装热湿传递传递属性、代谢量等影响，根据美国暖通空调工程协会(ASHRAE)推荐的热舒适度指数TSENS(ThermalSensationIndex)表征人体热舒适度。TSENS指数共分为11个等级：±5代表不可忍受的热/冷,±4代表非常热/冷,±3代表热/冷,±2代表暖和/凉快±1代表稍微暖和/凉快,0代表热中性，既不冷，也不热。TSENS的值由本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于人体热生理调节模型的热舒适度实时预测系统，其特征在于：包括人体热调节模型、热舒适度模型、热舒适度输出模块；其中人体热调节模型：通过模拟人体与环境之间的换热量及人体热生理调节过程，通过输入人体代谢产热量、服装热阻和湿阻、环境条件，计算人体热生理参数的变化规律，所述人体与环境之间的换热量包括对流、辐射、蒸发及传导热交换过程，并涉及服装热湿传递性能对人体换热量的影响，人体热生理调节主要包括颤抖、出汗、血管扩张、血管收缩，通过人体温度与热中性调定点温度的差异计算热生理调节对热生理参数的影响；热舒适度模型：将客观热生理参数与主观热舒适度建立起定量关系，通过热生理参数及其变化情况计算热舒适度等级，在人体热生理调节模型的基础上，得到皮肤温度、核心温度及其变化率，热舒适度指数TSENS通过11个等级表征人体的舒适度，并根据公式(2)将皮肤温度、核心温度、及人体温度等作为输入值得到TSENS值的变化规律；热舒适度输出模块：由人体热调节模型和热舒适度模型组成，在人体热调节模型的基础上，得到不同环境、服装、人体参数下的热生理参数，在此基础上，结合热舒适度模型计算人体热舒适度，由人体热舒适度等级输出模块实时显示TSENS指数的变化规律；...

【技术特征摘要】
1.一种基于人体热生理调节模型的热舒适度实时预测系统，其特征在于：包括人体热调节模型、热舒适度模型、热舒适度输出模块；其中人体热调节模型：通过模拟人体与环境之间的换热量及人体热生理调节过程，通过输入人体代谢产热量、服装热阻和湿阻、环境条件，计算人体热生理参数的变化规律，所述人体与环境之间的换热量包括对流、辐射、蒸发及传导热交换过程，并涉及服装热湿传递性能对人体换热量的影响，人体热生理调节主要包括颤抖、出汗、血管扩张、血管收缩，通过人体温度与热中性调定点温度的差异计算热生理调节对热生理参数的影响；热舒适度模型：将客观热生理参数与主观热舒适度建立起定量关系，通过热生理参数及其变化情况计算热舒适度等级，在人体热生理调节模型的基础上，得到皮肤温度、核心温度及其变化率，热舒适度指数TSENS通过11个等级表征人体的舒适度，并根据公式(2)将皮肤温度、核心温度、及人体温度等作为输入值得到TSENS值的变化规律；热舒适度输出模块：由人体热调节模型和热舒适度模型组成，在人体热调节模型的基础上，得到不同环境、服装、人体参数下的热生理参数，在此基础上，结合热舒适度模型计算人体热舒适度，由人体热舒适度等级输出模块实时显示TSENS指数的变化规律；2.如权利要求1所述的基于人体热生理调节模型的热舒适度实时预测系统，其特征在于：所述人体热调节模型的建立过程包括：将人体按生理结构划分为二十个部位，每个部位从外到内分为四层：皮肤层、肌肉层、脂肪层...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨杰，贺艳，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61