不同活动量下人体二氧化碳生成量实验研究

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现今,人们有80-90%的时间都处在室内活动,包括在建筑内办公,睡眠休息,以及健身运动等。因此,人们不仅对舒适度有着较高的要求而且对健康有着更高的要求。长久以来,室内二氧化碳浓度一直被用来作为衡量室内空气质量的重要指标,同时二氧化碳也作为衡量室内环境质量和通风效率的示踪气体。对于民用建筑来说,室内二氧化碳的来源主要是人体新陈代谢,因此室内人均二氧化碳生成量被广泛的用于通风设计和控制中。然而目前的人均二氧化碳生成量数据都是基于几十年前的方法和数据,且国内通风标准中的数据大多借鉴国外标准,对于中国人群的适用性还需要进一步研究。目前的研究发现,人均二氧化碳生成量与活动水平有较大的相关关系。过去,人均二氧化碳生成量是通过人体活动代谢率数据间接计算出来的,对不同活动水平下人人均二氧化碳生成量的系统实验测定很少。本研究通过实验测定不同活动水平下的人均二氧化碳生成量,通过高精度间接测热仪(COSMED K5),直接收集呼出的二氧化碳气体进行不同活动人均二氧化碳生成量测试。99名年龄在20-70岁的受试者参与实验测试,以10岁为一个年龄段,每个年龄段男性女性各10人(除40-49岁年龄段男性为9人)。实验在西安建筑科技大学人工气候室进行,为了排除气候影响,实验选在过渡季进行。实验期间,人工气候室空气温度控制在26℃±0.5℃,相对湿度控制在50%,风速0.01 m/s。实验共测试18种活动状态下人均二氧化碳生成量,活动包括静坐、站立办公活动、家庭活动以及走步。实验结果表明,随着活动量的增加,人均二氧化碳生成量显著增加。年龄对人均二氧化碳生成量影响较小,不同年龄段人均二氧化碳生成量差异较小,最大绝对值差异在0.05 L/mim,这一结果更便于公共建筑通风设计,不需针对不同年龄段进行区别设计。性别对人均二氧化碳生成量影响。在相同的活动水平下,女性产生的二氧化碳比男性少,主要原因可能是男女性的身体组分差异。为了更好地应用于实际设计中,以性别、年龄为主要影响因素,利用套索回归的方法,建立人均二氧化碳生成量回归方程。与国内外主流通风标准中人均二氧化碳生成量模型进行对比,发现本研究提出回归方程与ASHRAE 62.1和ASTM D6245-18中的模型所预测的人均二氧化碳生成量之间存在显著的差异。本研究模型男性人均二氧化成生成量与ASHRAE 62.1数据接近,而女性数据低于ASHRAE 62.1标准值。对比ASTMD6245-18,本研究模型预测男性、女性人均二氧化碳生成量均高于ASTMD6245-18中模型预测值。将人均二氧化碳生成量回归模型应用于通风设计中的人均呼吸所需新风量计算中,发现本研究得出的不同活动量人均呼吸所需新风量与标准相比平均低8.0%-30.1%,因此,根据以往的设计标准,人均呼吸所需新风量的过高造成了新风能耗不必要的增加。根据本研究结果提出不同活动水平下人均呼吸所需新风量参考值,这些发现为通风和室内空气质量领域的设计者和研究者,以及未来通风标准的修订提供了基础数据。
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