建筑环境学课后习题答案

建筑环境学课后习题答案 第一章： 绪论 1所谓建筑环境学就是指在建筑空间内，在满足使用功 能的前提下，如何让人们在使用过程中感到舒适和健康的一门 科学。根据使用功能的不同，从使用者的角度出发，研究室内 的温度、湿度、气流组织的分布、空气品质、采光性能、照明、 噪声和音响效果等及其相互间组合后产生的效果，并对此作出 科学评价，为营造一个舒、健康的室内环境提供理论依据。有 等解决问题是：如何解决满足室内环境舒适性与能源消耗和 环境保护之间的矛盾；如何解决“建筑病综合症 ”（Sick Building Syndrome “SBS”）的问题。 2研究的主要内容包括：建筑外环境、室内空气品质、 室内热湿环境与气流环境，建筑声环境和光环境（即包含了建 筑、传热、声、光、材料及生理学、心理学和生物学等多门学 科的内容。基于建筑环境学内容的多样性，相对独立性和应用 的广泛性，人们是从各个不同学科的角度对其内容进行研究， 研究室内各种微气候环境所形成的机理及其与人的生活环境、 工作环境等相互间的关系。 第二章： 建筑外环境 1与太阳的光辐射，气温、湿度，风和降水等因素有关。 2以太阳通过某地区的子午线时为正午 12 点来计算一天 的时间为平均太阳时；以本初子午线处的平均太阳时作为世界 标准时（世界时）；以东经 120的平均太阳时为中国标准 （称为北京时间）。 3相对位置可用纬度 ，太阳赤纬 d，时角 h，太阳高度 角 和方位角 A 表示，其中前三个参数 、d、h 是直接影响 和 A 的因素，因为 是表明观察点所在位置，d 表明季节（日期） 的变化；h 是表明时间的变化。当太阳离地球最远时，太阳光 是垂直于直射地面的，具有很高的辐射强度，所以最热而形成 了夏至，当太阳距地球最近时，太阳光是斜射地球表面的，其 辐射强度很弱，因此最寒冷导致了冬至。 4一部分为太阳直接照射到地面（即直射辐射）；另一 部分是经过大气层散射后到达地面成为散射辐射，直射辐射与 散射辐射之和称为太阳对地面的总辐射。辐射能量的强弱取决 于太阳辐射通过大气层时天空中各种气体分子、尘埃、微粒水 粒对阳光的反射，散射和吸收共同影响。 5民用住宅要求冬至日满窗日照时间不低于 1h，日照时 间与建筑物的配置，外型、高度和朝向均有关，对建筑物，正 建筑环境学课后习题答案 第 3 页 共 20 页 方形长方形结构简单，最大优点是都没有永久阴影和自身阴影， 而且各朝向上冬季的阴影区范围都不大，能保证周围场地有良 好的日照。L 形建筑会出现终日阴影和自身阴影遮蔽情况。而 凹形建筑虽然南北方向和东西场地没有永久阴影区，但在各朝 向上转角部分的连接方向不同，都有不同程度的自身阴影遮蔽 情况 6日照中的紫外线具有强大的杀菌作用，尤其是波长在 0.250.295 范围内杀菌作用更为明显，波长在 0.290.32 的紫 外线还能帮助人体合成维生素 D，且维生素 D 能帮助人们的骨 骼生长。另一方面，过度的紫外线照射，也会危及人类的健康 在 0.32 以上的高密度紫处线，对地球的生态环境和大气环流有 重要影响，因这种波长紫外线能吸收大量的臭氧，导致臭氧层 浓度降低造成紫外线辐射增强，对大气环境与人体健康都有不 同程度危害。 7地面与空气的热量交换是气温升降的直接原因，它主 要靠吸收地面长波辐射（波长在 3120 ）而升温，而直接接太 阳辐射的增温是非常微弱的。影响的主要因素有：入射到地 面上的太阳辐射热量，它取决定性作用；地面覆盖的影响 （如草地、森林、沙漠和河流及地形的变化）；大气对流的 强弱快慢的影响。 8一日内气温的最高值和最低值之差称为气温的“日较差” ； 一年内最热月与最冷月的平均气温差称为气温的“年较差” 。由 于我国海陆分布与地形的起伏的影响，各地气温的“日较差” 一 般是从东南向西北递增；而“年较差” 是自南到北，自沿海到内 陆逐渐增大。 9在不同下垫石上，温度变化是温度的局地倒置现象， 其温差达到最大极限值称为“霜洞” 。当阳光透过大气层到达地 面途中，其中一部分（大约 10%）被大气中的水蒸气和 CO2 所 吸收，同时它们还吸收来自地面的反辐射，使其具有一定温度， 此时的大气温度称“有效天空空温度 ”Tsky，其数值取决于地表 温度 Td，距地面 1.52.0M 高处的气体温度 T0；水蒸汽分压力 Ed 与日照百分比率。 10其影响因素取决于地面性质、水陆分布、季节寒暑、 天气阴晴等；其变化规律是一般为大陆低于海面，夏季低于冬 季，晴天低天阴天，在黎明前后由于空气的水蒸气含量较少， 但气温最低所相对湿度最大，午后，空气中的水蒸气含量虽然 较大，但此时气温达最大值，当水蒸气分压力 Pq 一定时，最高 气温所对应的饱和水蒸气压力 Pq.b 最大，所相对温度 最低值。 而在一年中，最热月的相绝湿度最大，最冷月的绝对湿度最小， 这主要是因为蒸发量随温度变化而变化的缘故。 建筑环境学课后习题答案 第 5 页 共 20 页 11风可分大气环流和地方风两大类，前者是因太阳辐射 造成赤道和两极间的温度差而引起的风称大气环流；后者由于 地表水陆分布，地热起伏，表面覆盖不同等引起的风为地方风。 气象部门一般在距地面 10m 高处测量的风向、风速作为当地的 风向和风速。风玫瑰图直观的描述了某一地区一年或一个月中 风向和风速的变化规律。 12因为人工建筑物高度集中，以水泥、沥青、砖石、 陶瓦和金属板等这些坚硬密实，干燥不透水的建筑材料，替代 了原有的疏松物和覆盖的土壤；错纵复杂的交通及其交通工 具剧增；产业的快速发展等是导致城市气温上升且高于郊区 农村气温的主要原因；由于城市覆盖物多，发热体多，人口的 相对密集，生活与生产的发热量大，在市内各区域的温度分布 极不均匀的地方就易产生热岛现象。 13为了使民用建筑与地区气候相适应，保证室内基本热 环境要求，符合国家节能方针，一般采用累年最热月（七月） 和最冷月（一月）平均温度作为分区的主要指标，并以累年日 平均温度5和25的天数作为辅助指标，把全国划分成 5 个 区：即严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖和温和地区。 第三章 建筑环境中的空气环境 1室内空气环境包括：室内热环境、湿环境和空气品质等 三大部分，受到重视的原因是：室内环境是人们活动最平凡 的场所，几乎 80%以上时间是在室内度过的，室内环境的优劣 直接关系到每个人的健康；室内的污染物、污染源日趋增多， 对人造成的危害越来越大；建筑物内出现建筑病综合症 （SBS），给人们带来了多种疾病危害。 2所谓“阈值” 就是空气中传播的物质的最大浓度，且在该 浓度下长期工作生活的人们均无有害影响。人在空气环境中正 常的 8h 工作日或 35h 工作周的时间加权平均浓度值，且长期处 于该浓度下的所有工作人员几乎均无有害影响，此时的值为“时 间加权平均阈值”；人在空气环境中暴露时间为 15min 以内允许 的最大浓度为“短期暴露极限阈值 ”，人在空气环境中即使是瞬 间也不应超过的浓度称为最高限度“阈值 ”。 3早在 1989 年 P. O. Fanger 提出：“IAQ 反映了人们要求 的程度，如果人们对空气满意，就是高品质，反之就是低品质”。 这种定义主要是从人对空气品质的一种主观感受，具有狭义性； 而 ASHRAE62-1989 作出的定义为：良好的室内空气品质应该 是“空气中没有已知的污染物达到公认的权威机构所确定的有害 浓度指标，并且处于这种空气中的绝大多数人（80%）对此没 建筑环境学课后习题答案 第 7 页 共 20 页 有表示不满意。”该定义把客观评价和主观评价相结合，相对比 较科学和全面，是一种广义性定意。 4参考阈内外的相关标准。 5“IEQ”所包含的内容有：“IAQ”，室内的热湿环境、光 环境、声环境以及社会环境和工作环境等。它比较完整解释了 “病态建筑综合症” 含意，在评价和分析一栋建筑物时，应用 “IEQ”这一新概念。 6按进入室内的不同渠道可分为：室外污染源，室内污染 源和在室人员所造成的污染；室外污染源是指大气中所含 SO2，NOx，烟雾，H 2S 以及空气中携带的多种病菌等，主要来 源于工业企业，交通运输及建筑周围的各种小锅炉垃圾堆等； 室内污染源：主要是指生活排放的废气、废热、家中使用的多 种化工产品、建筑材料、室内温湿度条件下所自生的各种微生 物、以及通风不良所形成的污染；在室人员的污染主要是人体 新成代谢率所产生的各种气态物质和气味，还有烟草燃烧产生 的污染。按污染的种类分：主要有“固体颗粒 ”“微生物” 和各种 有害气体等。在空气中的颗粒污染主要是一、二次悬浮于空中 飘尘，根据粒径大小在空中停留和沉降时间不一，给人上呼吸 道的健康造成影响，微生物大多附着在固体或液体的颗粒物上 而悬浮于空气中，随人体呼吸感染疾病；气态污染物主要是指， 甲醛、氡、CO 2、CO、NH 3、H 2S 等各种挥发性有机物，这些 气状物质在不同程度上危害人体健康，虽然尽管其浓度较低， 但由于人长时间处在这种低浓度环境中，使人不知不觉地感染 上各种疾病（详细分析参见教科书中说明）。 7一般可采取的措施是：一是“堵源 ”有选择性使用建 筑施工材料，从源头上控制有害物的释放量；二是“节流” 切实保证空调或通风系统的正确设计、严格的运行管理和维护， 使有害物质减少到最低限度；三是“稀释 ”保证足够的新风 量或通风换气量，稀释和排除室内气态污染物。稳态和非稳态 下的通风换气方程分别为： 非稳态通风稀释方程是描述在 时间内，室内污染浓度与换气量 之间的关系，稳态通风稀释方程是假定室内初始浓度 C1=0，且 稀释时间 时室内污染浓度 C2 与通风量 G 的关系。 8理论换气量应分别计算稀释各种污染物所需的风量，然 后取其最大值；工程设计根据通风房间的具体特点，选取其中 一种有成表性的污染物允许浓度标准确定（如常用室内 CO2 允 许浓度确定新风量）；ASHRAE 标准中规定的最小通风量： 式中：Gp是每人所需新风量， P在室人数，Gb单位 建筑面积所需新风量，A 所需通风面积。 9气流组织的分布特性常用以下几个参量给予评价： 不均匀系数表示室内气流分布均匀性好坏的参量； 建筑环境学课后习题答案 第 9 页 共 20 页 空气年龄是描述室内旧空气被新鲜空气替代的快慢 程度，年龄越短，旧空气被置换越快空气越新鲜； 换气效率表示理论上最短的换气时间 In 与实际换气 时间 之比； 通风效率表示排风口处的污染浓度与室内平均浓度 之比，其物理意义是指从室内移出污染物的迅速程度； 能量利用系数指投入能量的利用程度，反映出其经 济指标。 10由室内外温度差而引起的空气密度差或由高度差引起 的自生风力称为热压；把室内某一点的压力与室外同标高未受 扰动的空气压力的差值称为该点的余压；当气流与障碍物相遇 时，迎风面气流受阻，动压降低，静压增高，侧面和其背风面 由于产生局部涡流静压降低，和远处未受干扰的气流相比，这 种静压的升高或降低统称为“风压” 。“热压”、“ 余压”和“风压” 之 间的关系可用下式表示： 它表示某一建筑物受到风压热压同时作用时，外围护结构 上各窗孔的内外压差就等于各窗孔的余压和室外风压之差。 11由于“热压”只与温差或高度差有关，由此引进的自生 风力较大且便于计算，所以在设计中应给予考虑（尤其对多层 建筑的影响是十分明显的）。而“风压” 则与室外风速和风向有 关，是一个难确定因素，所以计算时只定量考虑“热压” 作用， “风压”只作一般定性考虑。 第四章 建筑环境中的热湿环境 1通过围护结构的传热方式分对流换热（对流质交换）， 导热和辐射三种形式，传递热量包括“显热 ”和“潜热”两部分； 得热量的多少与围护结构使用的材料，表面精糙度，表面颜色 的深浅以及结构等有关。 2室外综合温度是相当于室外气温度由原来的室外温度增 加了一个太阳辐射的等效温度值，其关系式： tz 是考虑到太阳的入射角不同，围护结构外表面对直射辐 射和散射辐射有着不同的吸收率，为了计算方便，式中吸收率 用一个综合当量值表示。在白天由于太阳辐射的强度长波辐 射，所以在计算白天的室外综合温度可以不考虑其影响，在夜 间由于没有太阳辐射作用，天空的背景温度空气温度，因此 建筑物向天空的辐射放热量是不可忽略的，尤其是在建筑物与 天空之间的角系数比较大的情况，而冬季若忽略其影响会导致 估算负荷偏低。 3房间得热量：是指某时刻进入房间的总热量，冷负荷： 建筑环境学课后习题答案 第 11 页 共 20 页 是为了维持一定的室内热湿环境所需要的在单位时间内从室内 除去的热量（包括显热量和潜热量）。热负荷是为了维持一定 室内热湿环境所需要的在单位时间内向室内加入的热量。湿负 荷：是指维持一定的室内湿环境需要的在单位时间内排除的水 分。得热量与冷负荷之间的关系：得热量的对流部分进入室内 立刻成为瞬时冷负荷，而得热量的辐射部分首先会传到室内各 表面，提高这些表面的温度，当这些表面的温度高于空气温度 时，再以对流方式传给室内空气，成为空气冷负荷，因此在多 数情况下，冷负荷并不等于得热量，只有在室内各表面温差很 小，热源只有对流散热时，冷负荷=得热量。冷负荷与得热量之 间存在着相位差和幅度差，其差值取决于房间结构，围护结构 的热工特性和热源特性。它们之间的对应关系可用公式（4-58 第四章 58 式）来表示。 4用谐波反应法计算传递的热量，是建立在不稳定传热基 础上，即室外扰量（综合温度 tz）大体上呈周期性变化作用于 围护结构，使围护结构从外层表面逐层的跟着波动，且这种波 动是由外向内逐渐衰减和延迟，这种简谐运动的周期函数可用 正弦（或余弦）函数项的级数表达，将其变换为付立叶展开式， 即将随时时变化的扰量函数分解为简单的多阶正弦函数的组合， 再将其 n 阶谐波作用下的响应直接叠加，即可求得已知室温和 外扰随时间变化条件下的传热量。 冷负荷系数法（反应系数法）求解问题的基本思路是：将 时间连续变化的扰量曲线离散为按时间序列分布的单元扰量， 再求解出板壁围护结构热力系统对单位单元扰量的反应（即反 应系数），最后，利用求得反应系数通过叠加积分计算出围护 结构的逐时传热得热量。 这两种方法从工程简化算法上都是把扰量通过围护结构形 成的瞬间冷负荷表述成瞬时冷负荷温差或瞬时冷负荷温度的函 数，而不考虑与其他围护结构和热源之间的相互影响。但在应 用条件上，谐波法是在室温条件一定时，外扰随时间变化条件 下计算其传热量，当室外气象条件在整个时间过程中具有随机 性，特别是当室内温湿度环境也呈随机性变化时，不便采用谐 波法，而多采用反应系数法，因此后一种方法能适用于建筑物 的全年逐时（8760h）负荷计算和能耗分析，而谐 波法适用于 一般负荷计算。 5应设在靠室内侧，因为外侧气候变化大，易使空气间层 受潮或凝结水粒，且由于水的导热系数比空气的导热系数大得 多，所以设在外侧将会带走更多的室内热量。 6因空气的热阻很小（0.03w/mk）而水的导热阻相对很 大（0.58w/mk）因此一旦内墙面结露就会大大增加墙体向外的 传热。 建筑环境学课后习题答案 第 13 页 共 20 页 7水自然蒸发前后过程的热负荷相等，因为室内水分是通 过吸收空气中的显热蒸发的，没有其他的加热热源，也就是说 蒸发过程是一个绝热过程，室内空气的含湿量增加（或称为等 焓过程）此时，只不过是把部分显热负荷转化为潜热负荷。 8因外遮阳可反射部分阳光，吸收部分阳光和透过部分阳 光，其中只有透过部分阳光会达到窗玻璃外表面，并部分可能 变成了冷负荷，而内遮阳除了反射部分阳光外，吸收和透过部 分的阳光均形成了室内冷负荷，只是其得热量的峰值有所延迟 和衰减。 第五章 人体对热湿环境的反应 1人的热舒适主要与室内空气的温度，相对 湿度，气流 速度以及围护结构内表面及其它物体表面的温度有关，同时还 与人体的活动量、衣着以及年龄等有直接关系。 2不对。当人体处于热平衡状态，即 ，此时体温可维持 正常，这只是人生存的基本条件，但是 ，也就是说，人们会遇 到各种不同的热平衡，然而只有那种使人按正常比例散热的热 平衡才是舒适的。 3人体的散热量在一定环境温度范围内可视为常数。但随 着环境空气温度的不同，人体向环境散热量中显热和潜热的比 例是随环境温度变化的。环境空气温度越高，人体的显热散热 量就少，潜热散热量越多，当环境空气温度达到或超过人体体 温时，人体向外界的散热形式就全部变成了蒸发潜热散热。 4体温调节的主要功能是将人体的核心温度维持在一个适 合于生存的较窄的范围内，主要靠神经调节和体液调节来实现， 调节体温的中枢主要是下丘脑，下丘脑前部的作用是调动人体 的散热功能，下丘脑的后部执行着抵御寒冷的功能，其调节方 法包括调节皮肤表层的血流量，调节排汗量和提产热量。 5“热感觉 ”是人对周围环境是 “冷”还是“ 热”的主观描述， 尽管人们常评价房间的“冷” 和“暖”，但实际上人是不能直接感 觉到环境的温度的，只能感觉到位于他自己皮肤表面下的神经 末梢的温度。热舒适：在 ASHRAE Standard 55-1992 中定义为 对环境表示满意的意识状态。Fanger 等人认为“热舒适”是指人 体处于不冷不热的“中性 ”状态，即认为“中性”的热感觉就是热 舒适。 6热感觉并不仅仅是由冷热刺激的存在造成的，而与刺激 的延续时间以及人体原有的热状态都有关，人体的冷、热感受 器对环境有显著的适应性。这主要取决于皮肤温度和人体的核 心温度；影响热舒适的因素除了上面给出波肤温度和核心温度 建筑环境学课后习题答案 第 15 页 共 20 页 外还有一些其他物理因素影响热舒适，即空气温度、垂直温差， 吹风感以及人的年龄、性别、季节、人种等。其评价指标分别 为热舒适（TCV）分：舒适、稍不舒适、不舒适、很不舒适、 不可忍受 5 个指标；热感觉（TSV）分：热、暖、稍暖、正常、 稍凉、凉、冷 7 个指标。 7M-W=f dhc(tcl-ta)+3.9610-8fa(tcl+273)4-( +273)4 +3.055.733-0.007(M-W)-Pa+0.42(M-W-5.82)+1.7310-2M(5.876- Pa)+0.0014M(34-ta) 热舒适方程中具有 8 变量：M.W. t a, Pa. .fcl. tcl.hc 其中 fcl.和 tcl 均可由 Icl 决定,h c 是风速的函数，此时，对外做功 w=o。因此 热舒适方程反映了人体处于热平衡状态时，六个影响人体热舒 适变量 M. ta, Pa., Icl .va 之间的定量关系。 8ET 的定义：是一个将干球温度、湿度、空气流速对人 体温暖感和冷感的影响综合成一个单一数值的任意指标。它在 数值上等于产生相同感觉的静止饱和空气的温度。它意味着在 实际环境和饱和空气环境中衣着和活动强度相同，且平均辐射 温度等于空气温度。 ET*：在考虑人体皮肤湿润度的影响，一个适用于穿标准 服装和生着工作的人舒适指标： SET*它是以人体生理反应摸型为基础，综合考虑了不同的 活动水平和衣服热阻而形成的最通用指标。 ASHRAE 舒适区是表示人穿着衣服热阻为 0.8-1.0clo 且坐 着工作时所感受到的一种热舒适环境。 9人体对环境突变的生理调节十分迅速，并不会对人体产 生不良后果，且人体在环境温度突变的生理调节周期中，皮肤 温度并不能独立地作为热感觉的评价尺度，因此时人体正处在 与周围热环境之间发生激烈的热交换。 10人处在过渡过程环境中，其代谢率和服装热阻均与时间 呈线性关系，认为人的活动会导致出汗湿润服装，同时人的活 动扰动周围气流，导致服装热阻有所改变，一般经过 6min 才能 使服装热阻 fcl 和代谢率 M 达到新稳定状态。即新热平衡状态， 同时也说明人在过渡环境中的热感觉具有“滞后” 和“超前”的现 象。 11热应力指数 HIS 是描述热环境对人体的作用应力，反应 多个环境变量综合成单一指数对人体的作用效果；其热应力指 数用 7 个指标评价。风冷指数 WCI 是表示人体皮肤温度在 33时，在冷空气的温度和气流速度作用下，皮肤表面被冷却 的速率，其风冷指数也是用 7 个指标评价。 第六章 建筑光环境 建筑环境学课后习题答案 第 17 页 共 20 页 1略（参见教课书） 2光的三个要素是指光的反射率 、吸收率 和透射率 。 根据能量守恒： 入射光能量 反射光通量 吸收光通量 3具有适当的照度或亮度水平；合理的照度分布； 舒适的亮度分布；具有宜人的光色；应写有眩光干扰； 光的方向性：即在光的照射下，室内空间结构特征、人和物都 能清晰而自然地显示出来。 4长期以来天然光是唯一的光源，人眼已习惯于在天然光 下视看物体，且具有更高的灵敏度，尤其在低照度下或视看小 物体时这种视觉区别更加显著，在照度 100-5000lx 范围内天然 光比人工光大约高 4%-10%左右。同时太阳光光谱辐射是人们 在生理上和心理上长期感到满意的关键因素，而人工光的光谱 其发光机理各不相同，光谱分布也不相同的缘故。在采光设计 中全国不能采用同一标准，而是在采光设计标准中，将全国划 分为五个光气候区，分别取相应的采光设计标准，原因是我国 地域辽阔，同一时刻南北方的太阳高度角相关很大，日照率由 北、西北往东南方向逐渐减少；南北方室外平均照度差异较大 等因素。 5按发光原理可分为热辐射光源和气体放电光源，前者是 靠通电加热钨丝使其发光的，后者靠放电产生气体离子发光， 其中热辐射光源的灯俱有：普通白炽灯，卤钨灯等，气体放电 光源的灯俱有：荧光灯，荧光高压汞灯、金属卤化物灯、高低 压钠灯等。 6设计中应将照明、声学和空调设施综合在一起考虑，可 得到较好的节能效果，即把照明器材与空调回风功能紧密结合 起来，使灯具产生的热量通过回风系统带走大部分热量，并使 这些热量不进入被空调空间，从而达到减小空调设备负荷，同 时又使荧光灯处于最佳工作状态，提高光效并节约能量（其布 置方式参见教课书）。 第七章 建筑光环境 1略（参见教课书） 2人耳识别声音的三个基本要素是：声音