中小学科技论文提纲

论文题目：热舒适与学习效率综合作用的西北乡域教室冬季热环境研究

摘要：教室作为主要学习场所,其环境的优劣直接影响到学生的身心健康及学习效率。以青少年坐姿等轻度活动为主,长期处在教室中的中小学生与成年人对热环境的需求特征不一致。而当前热舒适评价模型、指标、方法均基于全社会平均水平,难以直接指导中小学教室热环境设计。此外,提高教室热环境水平并保持良好的学习效率是教室热环境设计的另一重要因素。现行标准规范中的室内参数取值主要考虑单一热舒适指标,少有涉及室内热环境对学习效率的影响,综合考虑两者共同作用,确定室内热环境参数更是鲜见研究。本文以我国西北乡域中小学生为研究对象,分析教室冬季受控和非受控环境下学生热舒适水平及热适应规律。提出基于行为习惯、心理期望和生理调节等因素综合作用的偏冷环境中小学生适应性热舒适模型。以青少年人群满意率作为热舒适评价指标,建立室内热环境与学生热舒适之间的定量影响关系。以中小学生思维方式为依据,通过人脑信息加工理论分析,提出以“专注力、感知能力、理解记忆和逻辑推理（APCD）”四类评价因子表征学习认知能力,进而反映学习绩效的综合测评方法。通过模拟教室的可控环境人体实验研究,结合青少年主观评价、心理和生理反应,分析探讨教室温度、二氧化碳对学习绩效的影响关系。为剔除个体差异,提出以群体合格率表征学习效率指标,建立群体合格率-学习绩效-温度之间的定量关系。引入空间分析理论,兼顾热舒适和学习效率综合影响,提出不同匹配需求的教室热环境参数选用依据及适用范围,给出高舒适度高学习效率需求的中小学教室内温度参数推荐范围。研究的主要结论有:（1）在西北乡域偏冷教室热环境下学生热舒适温度较低90%学生可接受的温度范围约为12.0~18.0℃,热舒适温度高限较ASHRAE标准推荐的冬季舒适温度低限降低了3℃,而学生衣着水平较ASHRAE标准舒适区域规定的冬季服装热阻高0.5clo左右。提出了西北乡域地区冬季现有衣着水平条件下偏冷环境中小学生适应性热舒适模型,为tcomf=0.27tout+13.8(2.0℃≤tout≤10.3℃)。（2）在偏冷环境下青少年学生的学习效率较高当学生的平均热感觉（TSV）约为-1.4,对应的温度约为14.0℃时学习效率最佳。热环境（TSV=+3）下的学习效率比冷环境（TSV=-3）的下降幅度更大,约为10.3%。从学习认知能力评价因子:专注力、感知能力、理解记忆和逻辑推理与室内温度的拟合关系,发现分别在13.6℃、13.1℃、12.8℃和14.9℃时学习绩效最高。此外,本文研究的舒适温度条件下,CO2浓度对学习效率测试的影响根据任务类型不同有着显著性差异,对学习认知能力评价的四个因子影响不同。（3）高舒适度高学习效率需求的教室温度推荐范围比现行标准低根据教室温度、人群满意率及群体合格率三者的空间关系,获得了不同热舒适和学习效率组合时教室内温度设计参数取值范围;满足学生热需求的高舒适和高学习效率推荐的设计温度高限与现行国际标准中关于冬季室内温度推荐范围的低限进行比较,降低5℃以上,可有效降低教学类建筑冬季采暖能耗。本文研究了教室环境对中小学生热舒适和学习效率的综合影响,兼顾两者建立了教室内热环境设计参数取值方法,充分挖掘此类建筑所特有采暖节能潜力的先决条件,为教学建筑室内环境设计标准的完善提供理论依据。

关键词：教室环境;中小学生;适应性热舒适;学习效率;评价方法

学科专业：供热、供燃气、通风及空调工程

摘要

abstract

主要符号表

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 教室内热环境与热舒适的研究

1.2.2 室内环境质量与工作效率的关系

1.2.3 室内热环境参数标准

1.3 中小学教室环境和热需求特殊性

1.4 研究目的及主要内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 主要研究内容

1.4.3 技术路线

2 中小学教室内热环境参数取值影响因素分析

2.1 概述

2.2 教室热环境中小学生热舒适分析

2.2.1 中小学生热舒适研究模型

2.2.2 中小学生热舒适研究方法

2.3 教室环境对学习效率影响的评价方法

2.3.1 教室环境对学习效率的影响机制

2.3.2 青少年学习效率评价测评体系

2.3.3 环境参数对学习认知评价因子影响

2.4 基于热舒适和学习效率综合影响的教室热环境分析

2.4.1 教室内设计温度确定依据

2.4.2 耦合参数取值方法

2.5 本章小结

3 基于适应性热舒适的中小学教室内热环境分析

3.1 概述

3.2 现场调查方法

3.2.1 调研测试背景

3.2.2 现场环境测试

3.2.3 主观问卷调查

3.3 受控和非受控环境条件学生热舒适

3.3.1 室内外环境条件

3.3.2 学生热舒适现状

3.3.3 学生热适应性分析

3.4 讨论与分析

3.4.1 受控和非受控环境对比

3.4.2 不同地区教室热环境对比

3.4.3 与其他研究结果对比

3.5 本章小结

4 教室环境对青少年学习效率影响关系研究

4.1 概述

4.2 学习效率实验研究方案

4.2.1 实验环境

4.2.2 受试学生

4.2.3 实验测试参数及仪器

4.2.4 实验设计及流程

4.2.5 数据分析方法

4.3 温度对学习效率影响实验结果与分析

4.3.1 环境物理参数

4.3.2 主观评价结果

4.3.3 学习认知能力测试结果

4.3.4 生理反应测量结果

4.3.5 温度对学习绩效影响分析及讨论

4.4 舒适温度条件下二氧化碳对学习效率影响实验分析

4.4.1 环境物理参数

4.4.2 主观评价结果

4.4.3 学习认知能力测试结果

4.4.4 生理参数测试结果

4.4.5 二氧化碳对学习绩效影响结果分析及讨论

4.5 本章小结

5 热舒适与学习效率综合影响的教室热环境参数与应用

5.1 概述

5.2 热环境参数对中小学生适应性热舒适影响评价

5.2.1 偏冷环境中小学生适应性热舒适的影响机理

5.2.2 偏冷环境中小学生适应性热舒适模型建立

5.2.3 教室温度与热舒适定量影响关系

5.3 热环境参数对青少年学习效率耦合影响评价模型

5.3.1 教室内热感觉与学习效率的关系

5.3.2 教室温度对学习绩效评价因子的影响

5.3.3 教室温度与学习效率定量影响关系

5.4 基于双效综合提升的中小学教室热环境设计参数取值

5.4.1 热舒适和学习效率需求匹配温度参数区域

5.4.2 本研究热环境设计参数与现有标准的对比

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

致谢

参考文献

附录1 中小学生教室环境热舒适调查问卷

附录2 确定参数取值的Matlab程序代码

附录3 实验温度工况下青少年学习效率测试结果

附录4 实验二氧化碳工况下青少年学习效率测试结果

附录5 图表目录