研究歷程
人們對於吹風感的研究可以追溯到20世紀30年代,1938年 Houghten研究了溫度和速度對人體吹風感的影響,發現過低的溫度和過大的風速都會導致吹風感的產生。1949年,為了對氣流組織造成吹風感的現象進行預測估計, J. Rydberg等通過理論推導將環境的溫度、速度歸結成有效吹風溫度,並利用已有的實驗數據將環境的溫度、速度與人體的吹風感聯繫起來,最終得到了吹風感的評價指標,以用於指導空調氣流組織設計,避免吹風感的產生。1955年, Koestel and Tuve等對J. Rydberg的研究成果進行了改進,得到了最終被廣泛採用的氣流組織吹風感的評價指標一空氣分布特性指標( Air Difusionerformance Index,簡稱ADPI)。經過一系列的實驗研究,該指標被ASHRAE1993採納,並將ADPI80%作為氣流組織設計的要求。
紊流度影響吹風感
紊流度是吹風氣流中影響吹風感的一個因素,當紊流度越大吹風感越強,這一結論已經被實驗證實。但是對於紊流度增大吹風感的機理還沒有確定的結論。目前主要有兩種解釋:一是紊流度導致人體表面換熱增強,最終導致皮膚表面的換熱量增大,皮膚溫度降低引起吹風感的增強。二是紊流度導致皮膚溫度的波動,從而導致更強的信號傳達到大腦,導致吹風感增強。儘管對紊流度造成吹風感的原因進行了一定程度上的揭示,但缺乏有力的實驗數據支持,理論方面也缺乏更詳盡的解釋。
吹風感模型
1977年, Fanger,等安排100名受試者在20-26℃的環境中進行了關於吹鳳感的實驗研究。他們將0.05-0.40m/s的風速劃分為6檔,每檔風速保持15min,氣流瀧流強度控制在30%-60%之間,從背後對受試者進行吹風。受試者身穿在0.20m/風速下感到舒適的衣物,保持靜坐狀態,回答是否感覺到吹風、是否因為吹風感覺到不舒服等問題。在此基礎上,建立了吹風感模型。1986年, Fanger,等安排50名在校大學生進行實驗。此次實驗環境溫度設定為23℃,設定風速檔和吹風時間均與1977年的實驗設定相同,但氣流湍流強度被分為3檔(低為12%,中為20%-35%,高為>55%),從而進一步發展完善了早期的吹風感模型。 Fanger提出了用空氣溫度、平均空氣流速和氣流湍流強度來預測人體由於冷吹風而引起的不滿意百分數PD( Percent Dissatisfied)的方程,並被熱舒適標準(如ASHRAE和S0)採用。 Fanger吹風感預測型適用於身處中性或接近中性溫度中,即處於或接近舒適狀態,身著標準服裝且靜坐的人群。
熱感覺與吹風感的關係
人體對氣流運動的感覺除了與環境參數如空氣溫度,空氣速度和紊流強度有關,還與人體熱感覺有關。通常只有當人體熱感覺為中性和中性以下(微涼,涼和冷)時,吹風感才會發生。 Toftum等的研究發現熱感覺對吹風感敏感性有明顯的影響,當熱感覺為涼時,有更高比例的人報導吹風感比熱感覺為中性的情況;同時,發現當人體熱感覺從熱中性降低到微涼時,因吹風感引起的局部不舒適的比例將增加2.5%-3.0%。在置換通風系統研究中,W.J.Yu等得出了類似的結論:人體的腳、小腿、大腿和手臂的吹風感敏感性同時被人體整體熱感覺和局部熱感覺影響，人體在涼的熱感覺時將會比中性的熱感黨時對吹風感更敏感。人體熱感覺之所以會影響吹風感敏感性,主要是由於人體皮膚溫度下降和皮膚溫度波動的刺激。當人體暴露在運動氣流中,由於氣流對流作用,皮膚溫度下降;同時,紊流氣流的波動,會導致皮膚溫度隨之波動。這種皮膚溫度的降低和皮膚溫度的波動會刺激皮膚下的冷感受器,冷感受器將刺激信號傳送至下丘腦,調節血液循環量和出汗率,以保證人體核心溫度的穩定。但由於氣流的脈動,這種刺激信號不斷刺激人體的生理調節,對於熱感覺為涼時,這種刺激作用比熱感覺暖時更強。因此,熱感覺為涼時比熱感覺為暖時,對吹風感更敏感。
危害
吹風感導致的局部不舒適可能會嚴重惡化人體的熱舒適性,降低其對熱環境的熱舒適，因此吹風感問題一直是室內熱舒適性研究的一個重點。
