木質桌麵溫覺評價與預測及調控研究

家具作為人類生活中必不可少的用具,在人體接觸家具的時候,觸覺是最直觀的感受,而溫覺是觸覺中非常重要環節.家具的熱舒適度很大程度上影響家具的使用感,影響人們工作學習乃至人的身心健康.現有的對於家具的熱舒適度的研究,大多基於主觀評價,對於長期接觸的溫覺感受缺乏客觀且係統的評價體係,也沒有可供參考的設計方法.本文通過係統的溫覺方法的研究,探究人體接觸木質桌麵後溫覺變化的原理,從而分析影響溫覺的因素,通過材料的設計改善溫覺感受.主要研究分為如下三個部分:木質桌麵溫覺評價方法構建;木質桌麵溫覺預測模型構建;木質桌麵溫覺調控研究.主要研究結果如下:(1)通過主觀法對人體接觸材料後的熱舒適度進行問卷調查得到溫覺評價PMV(Predicted Mean Vote)隨時間變化的曲線,根據溫覺變化規律建立溫覺評價標準.長期接觸材料時的局部熱舒適度可以用溫覺舒適時間權重P來衡量,即溫覺舒適的時長占總接觸時長的權重.根據P值的大小給不同的材料溫覺劃分了8個等級,數字越大越不舒適.通過人體法進行人體接觸材料後的溫度變化測量,將主觀法得到的溫覺評價PMV的值與客觀法得到的人體平均接觸溫度Th進行線性回歸分析後得到了PMV關於Th和Ta的線性回歸方程.在此基礎上,自主研發了能夠代替人體進行放熱的模擬裝置,通過裝置模擬法研究溫覺變化情況.(2)有限元模擬采用的是COMSOL模擬軟件中的固體傳熱模塊進行,將人體上肢看作恒溫的固定傳熱熱源進行瞬態熱傳導模擬,曲線擬合度高,並且限製條件少.通過有限元模擬對木質桌麵材料模擬後發現,對未表麵裝飾過的材料的密度,熱容,導熱係數,室溫呈現的趨勢相同,溫覺都是隨著數值增加呈現先上升後下降的現象.對表麵裝飾後的木質桌麵材料來說,表麵裝飾材料的密度和熱容對溫覺的影響相對較小.(3)結合COMSOL有限元模擬軟件和MATLAB數據處理軟件建立的木質桌麵溫覺預測模型,並且在預測模型基礎上對木質桌麵進行溫覺設計係統構建.首先進行單因素分析發現,6個影響因素基材的導熱係數,基材密度,基材比熱容,基材厚度,表麵裝飾厚度,表麵裝飾導熱都會對木質桌麵的溫覺產生影響.最佳熱舒適度會隨著影響因素水平的增加呈現先上升後下降的趨勢.對6個影響因素進行5水平的中心複合設計後,得到的多元線性回歸方程R2=0.858(R值為相關係數),方程的擬合度較高.對最佳熱舒適時間的影響上,基材導熱係數對溫覺感受的影響是最大的,遠遠大於其他因素,表麵裝飾厚度對溫覺感受的影響是最小的.經過中心複合設計,發現在25℃的使用環境中得到木質桌麵材料基材的導熱係數0.224 W/(m·℃),基材密度792.546kg/m3,基材比熱容1463.43J/(kg·℃),基材厚度24.531mm,表麵裝飾厚度0.247mm,表麵裝飾導熱0.047W/(m·℃),木質桌麵的溫覺到達最佳值.(4)在通過木質桌麵溫覺設計係統進行設計實踐後,發現在限製條件下較高的室溫難以達到比較好的溫覺等級,通過將相變微膠囊(PCM)添加到漆膜中能夠達到調節溫覺的作用.但是PCM在水性塗料中難以分散,因此針對PCM在漆膜中的分散合成了三元共聚物超分散劑SSS-MPEGA-MA(SMM),對於20%固含量的PCM漿料具有較好的分散效果,且最佳用量為PCM含量的2%.將PCM粉末加入水性漆中後,加入超分散劑後製作成溫覺調控塗料,通過自主研發的傳熱模擬裝置,綜合分散效果,漆膜性質和溫覺性質等,發現在10%固含量的PCM底漆上添加兩層麵漆的效果比較好.