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建筑环境学概论2013年4月 社会环境 人与人之间的关系自然环境 人与自然环境之间的关系人工环境 人工创造的环境 常指物理环境 1自然环境与建筑环境 环境的一般构成 1自然环境与建筑环境 室内环境 建筑环境 城市环境 自然环境 建筑环境学与城市环境学 设备学的关联 2建筑环境的作用与地位 2 1建筑环境在环境学的作用与地位 色彩学 环境系统工程学立体构造 各种有人员的生产场所手术室 体育赛场 舞台等 安全 健康 舒适 维持高劳动生产率 住宅 影剧院 商场等办公楼 体育场馆等 生产工艺要求 生物实验室 制药厂 集成电路车间等纺织厂 航天实验室 人工气候室等 二者兼而有之 2 2建筑环境在建筑领域中的作用与地位 建筑的功能 房屋建筑设计过程所需的学科构成 建筑环境工程学与建筑学 建筑结构工程学的关系 满足建筑的居住 办公 营业 生产等功能 并实现对建筑的艺术描绘 具有亲和性 功能性 美观性 建筑专业 满足建筑承载 免遭因地震 台风 暴雨等各种自然灾害或认为的侵害 安全性 结构专业 实现建筑功能所需的室内环境的健康 舒适性要求 舒适性 工艺性 建环专业 建筑 结构 设备三个主要专业在房屋设计中的作用 建筑物理 主要是从生理 心理的角度 分析人们对房屋建筑内 外环境的物质和精神要求 综合运用工程技术手段 在规划和建筑设计中为人民创造适宜的物理环境的学科 建筑物理与建筑环境学的侧重面 侧重点 建筑物理与建筑环境学的许多内容是相通的 建筑环境学 所侧重的是已建建筑受室内外环境影响形成的室内环境 以及达到舒适的室内环境所采用的建筑设备工程设计需要的室内环境有关基本原理 知识等等 建筑物理 侧重待建建筑设计过程中如何运用建筑物理有关知识 利用建筑本身和自然环境创造舒适的室内环境 建筑环境发展的五个阶段 3 建筑环境发展过程与病态建筑综合症 有效利用资源合理排放废弃物 排出室内有害物质 提高空气品质 满足室内环境 同时降低建筑能耗 人工控制室内温湿度 原始社会躲避自然环境的伤害 安全 舒适 节能 健康 生态 建筑环境设计目标的演绎过程 穴居 遮雨避寒 洞窑建筑 巢居 防潮 干栏建筑 3 1人类早期的居住方式 巢居 穴居 半穴居 地面建筑 架空建筑 建筑演绎过程 穴居和巢居 用干雪沏成 厚度500 的墙体可以提供较好的保温性能 当室外平均温度 30 时可维持室内 5 以上 外观 爱斯基摩人 因纽特人 的雪屋 室内布置 将兽皮衬在雪屋内表面 通过鲸油灯采暖 可使室内温度达到15 爱斯基摩人 因纽特人 的雪屋 3 2不同地区的建筑热环境 土坯散热快 室内冬暖夏凉 土壤的散湿减缓干热气候的负面影响 吐鲁番地区室外夏季室外可达47 太阳直射处 可达80 沙面可烤熟鸡蛋 干热地区 吐鲁番地区的半地窑式 no2 干热地区 巴格达地区的传统建筑 墙厚340 450mm 屋面厚度460mm 利用土坯热惯性 室外日夜温差24 室内不到6 湿热地区 干栏建筑 吊脚楼 鼓楼 一般为三层 楼板以下为 地层 顶棚以上为楼层 中间层为居住层 就其功能而言 地层一般为牲畜圈及杂物间 也有将厨房及碓房设置在此间的 楼层主要是贮藏层 干栏建筑一般处于亚热带 多雨潮湿 加之树林茂密 豺狼虎豹野猪经常出没其间 湿热地区 干栏建筑 吊脚楼 鼓楼 土掌房 水族民居 苗族民居 贵州侗族吊脚楼 海南黎族民居 余姚河姆渡干栏式建筑 台湾现代民居 布依族石屋 以石块砌墙 以石瓦盖顶 就地取材 造价低廉 冬暖夏凉 不怕火灾 隔音性能好 石头王国 贵州石头寨 蒙古包的排烟与通风 以圆形为总风格 无棱无角 呈流线形 包顶为拱形 其承受力最强 包身形成强固的整体 草原上的沙暴和风雪 不会使蒙古包陷于灭顶之灾 搭盖坚固的蒙古包 可经受冬春十级大风 下雨落雪的时候 把蒙古包的顶毡盖上 它就形成了一个球状封闭体 因此它还能经得住草原上的大雨 而不会漏进包里 遍布全球的玻璃和钢筋盒子建筑 热环境污染 全封闭内的生活 舒适的追求 病态建筑综合症 3 3建筑环境发展对人类的影响 目前美国社会能耗比例 当前世界能耗比例 舒适的追求 建筑能耗现状 中国能源构成 煤 60 美国消耗世界能源的25 中国建设发展速度 能耗 大量耗能 污染环境 中国能源消费结构 建筑环境发展对人类的影响 地球环境还可持续发展吗 节能减排任务的艰巨性 SBS SickBuildingSyndrome 由室内空气品质 室内热环境 室内声环境和室内光环境等的恶化而引起的人体病态症状 WHO概念 症状 眼睛 鼻子和喉咙受到刺激 精神疲劳 头痛 困倦 胸闷 过敏等症状 工作心不在焉 工作效率下降等现象 室内热环境长期稳定引起的人体隐性病态症状 新概念 症状 人体适应能力下降 生理抵抗力 免疫力减弱 两个概念 3 4病态建筑综合症 病态建筑内主要四大污染源 1 物理污染 主要指空气中的粉尘 油烟 悬浮微粒等对室内空气的污染 2 放射性污染 普通建材中的花岗岩 大理石 页岩 硅等 3 化学污染 主要有 甲醛 二甲苯 氨气 一氧化碳 二氧化碳以及挥发性有机化合物等 4 生物污染 包括 霉菌 细菌 尘螨 病毒 生物皮屑等等 病态建筑综合症的由来 上海生态建筑示范楼 北京超低能耗建筑 能源系统 避免多条动力管道入户 对住宅的围护结构和供热 空调系统要进行节能设计 建筑节能至少要达到50 以上 水环境系统 设立中水系统 雨水收集利用系统等 景观用水系统要专门设计并将其纳入中水系统一并考虑 小区的供水设施宜采用节水节能型 气环境系统 室外空气质量要达到二级标准 居室内自然通风 卫生间具备通风换气设施 厨房设有烟气集中排放系统 声环境系统 采用隔音降噪措施使室内声环境系统满足 日间噪音小于35分贝 夜间小于30分贝 光环境系统 室内尽量采用自然光 居住区内防止光污染 提倡由新能源提供的绿色照明 最新提出的绿色建筑九大指标 热环境系统 冬季室内适宜温度 20 至24 夏季 22 至27 采暖 空调应该采用清洁能源 绿化系统 应具备三个功能 一是生态环境功能 二是休闲活动功能 三是景观文化功能 废弃物管理与处置系统 生活垃圾的收集要全部袋装 密闭容器存放 收集率应达到100 垃圾应实行分类收集 分为有害物 无机物 有机物三类 分类率应达到50 绿色建筑材料系统 提倡使用3R材料 可重复使用 可循环使用 可再生使用 选用无毒 无害 有益人体健康的材料和产品 最新提出的绿色建筑九大指标 4建筑环境对人的行为影响 人与环境的相互关系 行为模式 感觉 知觉 交流行为 健康行为 定义 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 内容 根据使用功能不同 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 并对此作出科学的评价 意义和作用 从不同使用者和使用功能出发 研究各种建筑环境 并为营造所需环境提供理论依据 建筑环境学定义 5建筑环境学主要研究内容及研究方法 室内环境 建筑环境工程学 建筑环境学 空气环境 开口设计 通风工程 建筑保温 隔热设计 结露防止 供热工程 空调工程 日照设计 采光设计 建筑电气工程 隔音设计 防振设计 空调工程系统等消声设计 建筑给排水工程 音响设计 照明设计 建筑防雨等设计 热环境 光环境 声环境 水环境 建筑外环境 工业和民用建筑室内环境要求 建筑环境学涉及的设计内容及其工程学 建筑环境工程学在住宅建筑中的运用 温度场速度场声场照度分布 物理对象 室内环境空间 热力学传热学流体力学声学光学有关知识 温度 速度 声强 照度等状态参数 分析解 数值解 运用下列有关知识对物理对象 进行数学处理得到分析解或数值解 舒服 建筑环境学研究方法 第2章建筑外环境建筑外环境知识框架 地球运行基本知识 建筑外环境 太阳位置表示方法 太阳辐射能与日照 日照间距与日影计算 室外气象参数 城市气候 中国气候环境 设计中室外参数的选用 地质环境 水环境 植被 气温 湿度 风 降水等 太阳辐射 气候环境 特征 氡的形成过程 地热 建筑日照设计 卫生要求 冬季获取日照夏季避免日照 日射得热 日照 日照时间日照面积遮阳计算 建筑间距 室内日照设计 计算方法 日照间距 防火间距采光间距交通间距 2 1建筑环境中的太阳辐射日照间距 日照在建筑设计中的作用 太阳能利用 建筑环境工程设计 由于自然对流的作用 在地面以上一定高度内形成了一个温度随高度上升的稳定的 逆温层 使污染物处于低温区域 妨碍了污染物向上部的扩散 加剧了城市的污染程度 逆温层 的影响范围与热岛强度有关 在大城市可达500m高 小城市约为50m 城市热岛与逆温层 2 2建筑外环境中的气候环境 热岛现象 罩盖作用 污染 逆温现象 气温 大气透明度 雾多 蒸发 风速减小 风玫瑰图只能参照 雨水 相对湿度 地面干燥 阴雨气候 汽车尾气等 NOX CHX 刺激作用眼睛红肿喉咙疼痛 浅蓝色烟雾 光化学污染 NOX CHX O2 O3 紫外线到达地面 NOX H2O O3 CFC O2 O3 皮癌患者 制冷剂CFCs HCFCs 臭氧层破坏 50 500m 向大气 城市热岛的形成 热岛强度 热岛中心气温减去同时间同高度 距地1 5m高处 附件远郊的气温的差值 单位 热岛强度 伦敦地区冬季月均热岛强度达到6 7 12F 热岛强度 伦敦 热岛强度 事例 北京80年代初城市热岛强度为夏季1 5 冬季5 家用空调的普及和车辆的剧增必然导致近年夏季热岛强度增加 热岛强度 北京 北京某新建小区的热岛模拟 热岛模拟结果 地质环境是如何影响外环境的 2 3建筑外环境中的其它环境 2 3 1地质环境 地质环境 含有各种元素 包含有益的 有害的 可以提供矿产 能量 人类对地质环境的影响 对峙环境对人类的影响 外环境 人类 发现了许多有规律的关联 其内在关联有待人类进一步的研究 1 土壤环境的概念 氡的形成 铀 半衰期 44 7亿年 镭 1602年 氡 衰变 衰变 3 82天 钋 铋 铅 26 8min 164 s 衰变 氡子体 氡浓度 放射强度 以衰变次数度量 单位时间内放射物质衰变的多少 1Bq表示蜕变次数 秒 利用单位体积表征氡浓度的放射强度 Bq m3 氡气特征 穿透性强 土壤 缝隙等处透至房间和水 2 氡对建筑环境的影响过程 放射性衰变过程中 放射性元素的核 指中子和质子 数目减少到一半所需的时间 基本概念 地热指地球内部的热量 地热能指封闭在地球中距地表足够近的距离内 并可被经济开采的天然热能 地热的分类 地热的应用 发电 采暖 空调等 3 地热对建筑环境的影响 地热的应用及其对建筑环境的影响 图2 27地源热泵 a 开式水系统 b 闭式水系统 c 热泵系统 高较大 利用率对环境影响 低较小 建筑水环境 指建筑周围的地表水环境和地下水环境 地表水环境包括河流 湖泊 水库 池塘 沼泽等 地下水环境包括泉水 浅层地下水 深层地下水等 2 3 2建筑水环境 主区水环境 给水排水系统 污水处理与回收利用 雨水回收与利用 绿化与景观用水 节水器具与设施等5个方面组成 景观水环境的利与弊 美化污染 2 4植被对建筑外环境的影响 2 4 1城市植被的概念和特点 演替人工化 结构格局单一化 城市植被 自然植被和人工植被 2 4 2植被对建筑外环境的作用 1 绿化美化环境的景观作用 2 城市植被保护和净化环境的生态效益 1 改善小气候的环境效应 2 吸收二氧化碳和释放氧气平衡生态效益 3 植被对大气的净化作用 1 减少粉尘污染 2 降低有毒气体浓度及有毒气体对植物的危害 3 杀菌作用 4 放出负离子的作用 4 减弱噪声作用 建筑环境中的空气环境 室内空气污染种类 室内空气品质标准及评价 民用建筑市内污染控制方法 通风换气控制方法 污染种类与危害 主要来源 IAQ标准 IAQ评价 污染源的控制 建筑维护方法 通风稀释方程 自然通风原理 自然通风量确定 有组织的自然通风 气流组织评价方法 第3章室内空气环境 IAQ的定义 气流组织定量分析方法 空调系统应对措施 3 55 病态建筑综合症 NIOSH 美国国立劳动安全卫生研究所 1987年发表的对484所办公建筑物的调查结果 WHC 加拿大卫生和福利机构 1990年发表的对1362所办公建筑物的调查结果 室内空气环境是人们接触最频繁的环境室内污染物增多 燃料消耗量 化工产品品种 建筑材料品种增多为了减少空调采暖能耗 建筑物密闭程度增加 3 56 室内空气污染物来源 室外来源 在室人员 粉尘 SO2 NOX COX O3等大气污染 军团菌 机油 苯 不洁水喷淋 家电设备 氡等有害物质放射 室内来源 除人员 香烟 通风 漏风等 化工产品 建材 家具等 生物性污染 空调系统设计管理不当 甲醛 苯 氡等 建筑 土壤等 细菌 尘螨等 电磁辐射 燃烧设备 COX NOX O2消费 H2O 粉尘 臭气 CO2 H2O O2消费 粉尘 细菌 体臭等 呼吸 出汗 运动 3 57 之一 室外污染 3 58 之二 室内污染 燃烧 吸烟 装饰 化学用品 家用电器 办公设备 空调系统 3 59 新鲜空气与人体呼气的成分 体积 成分N2 O2 CO2其它废气新鲜空气78 0320 990 03人体呼气79 1 80 014 5 18 53 5 5 0若干 气味 汗液蒸发 呼吸 有机物排泄 微生物分解 氨气等衣服上的灰尘 细菌烟草的烟气 VOC和CO CO2 新陈代谢 来自人体生物性污染 之二 室内污染 3 60 室内主要空气污染物种类 悬浮颗粒物 TSP PM10 PM2 5 微生物 病毒 细菌 尘螨 气体污染物氡CO2 CO O3SO2 NOX 氨甲醛 苯 挥发性有机化合物VOCs其它 油烟 烟草烟雾 臭氧等 磁场辐射 3 61 室内新型建材 人工装饰合成家具的大量使用 氡 苯 甲醛等有机化合物 VOC 及尘螨等 空调系统净化过滤的薄弱 军团菌等的繁殖 节能设计引起的新风量减少和大楼的密封设计 CO2浓度的上升与供氧量的不足 大量办公用品的使用 VOC蒸气 NOX COX 辐射污染增加 现代建筑特征引起的IAQ下降成因 通常不是指卫生防疫部门涉及的室内污染 而是指空调室内的长期低浓度污染 室内空气品质标准及其评价方法 室内空气品质 IAQ IndoorAirQuality 3 62 IAQ IEQ IndoorEnvironmentQuality 污染物浓度指标 纯客观 满意程度 纯主观 Acceptableindoorairquality 主客观结合 airinwhichtherearenoknowncontaminantsatharmfulconcentrationsasdeterminedbycognizantauthoritiesandwithwhichasubstantialmajority 80 ormore ofthepeopleexposeddonotexpressdissatisfaction ASHRAE62 1999 IAQ 温湿度 噪声 照明 社会心理压力 工作区背景等因素对室内人员的生理和心理的单独 和综合的作用 IEQ SBS SickBuildingSyndrome 病态建筑综合症 各单项指标或室内污染 室内空气品质定义及其沿革 3 63 阈值含义 即标准限值 空气中含某种物质的浓度 所有人员在该浓度下停留某一段时间几乎均无有害影响 时间加权平均阈值8h工作日或40h工作周加权平均浓度 在该浓度下日复一日停留的人员几乎均无有害影响 使用最广泛的阈值 短期暴露极限阈值15分钟暴露无害 最高限度阈值瞬间暴露无害 使用场合 注意使用标准时的场合与条件 室内空气品质标准 3 64 污染物控制标准常用单位 气体污染物浓度 体积浓度 ppm 质量浓度 mg m3 放射性气体浓度 Bq m3 放射性比活度specificactivity 某种材料单位质量的某种放射性核素的活度 Bq kg 悬浮颗粒物质量浓度 mg m3计数浓度 粒 cm3微生物撞击法 菌落形成单位 CFU m3 浮游菌沉降法 个 菌落 皿or CFU 皿 沉降菌 每秒1个原子蜕变 Colonyformingunits 3 65 IAQ的标准 三类 综合型标准 单项污染物浓度限值标准 不同功能IAQ标准 民用建筑工程室内环境污染控制规范 GB50325 2001新建 扩建 改建工程5项 4化学 1放射 污染物浓度指标表3 9分类 类民用建筑工程 住宅 宿舍 医院病房 老年建筑 幼儿园 学校教室等建筑工程II类民用建筑工程 旅店 办公楼 文化娱乐场所 书店 图书馆 展览馆 体育馆 商场 店 公共交通工具等候室 医院候诊室 饭馆 理发店等公共建筑工程 3 66 室内空气质量标准 GB T18883 2002已有建筑物人们正常活动的场所19项 4物理 13化学 1放射 1生物 污染物指标监测1日 GB50325 2001 1小时检测 俄罗斯居室清洁空气的定义 GB T18883 2002 2500个 m 3 67 CO2容许浓度 中 日本建筑基本法 及 大楼管理法 3 68 人们感觉不舒服的原因很多 不知道哪些是IAQ的问题 热环境 颜色 照度 工作压力等也有影响 室内空气品质的评价方法方法1 测量室内污染物浓度客观评价方法2 居住者问卷调查 主观评价 用什么作为代表性的污染物 测什么 主观评价结果往往与客观评价结果矛盾 客观测量值远远低于控制标准 但主观感觉不好客观测量值可能有些问题 但主观感觉并不差 主观指标评价 解决方法 问题 标准 单项指标 综合客观指标评价 问卷调查 结合 室内空气品质评价方法 3 69 单项指标评价方法 按单项指标的容许值等进行评价 例1 C P Yaglou提出的臭气等强度指数 物质与空气 3 70 臭气物质浓度 单位ppm 臭气浓度 将臭气稀释至无臭感觉时的稀释倍数 臭气指数 10乘以臭气浓度的对数 即 10 Log 臭气浓度 六级臭气强度评价法 见前表 3 71 例2 单项指标评价方法 3 72 控制规范 0 5 日 0 15 TVOC 单项指标评价方法 例3 3 73 中国室内装饰协会室内环境检测中心 单项指标评价方法 例4 3 74 总挥发性有机物总量 TVOC 世界卫生组织 WHO 规定值 300 g m3ASHRAE62 1999 按TVOC浓度划分3个区 综合指标评价方法 舒适区 300 g m3可能抱怨区 300 3000 g m3抱怨区 3000 g m3 TVOC浓度 3 75 菌落 PM10 CO2 CO SO2 NOX 甲醛各浓度Ci实测值 空气质量指数法 人和生物主要污染指标烟雾污染指标建材有机物释放指标 算术叠加指数 Si 标准上限值综合指数 3 76 decipol方法 丹 Fanger教授提出 定义污染强度单位 标准人 污染为1olf 其他折算定义室内空气感知值 1decipol 1olf 0 01m3 s 评价空气品质指标 污染量 新鲜空气 冲刷 量 QPD EXP 5 98 112 C 0 25 客观评价 quality causedpercentagedissatisfied 主客观评价关联 主观评价 定义污染强度单位 标准人 污染为1olf 其他折算定义室内空气感知值 1decipol 1olf 0 01m3 s 定义污染强度单位 标准人 污染为1olf 其他折算定义室内空气感知值 1decipol 1olf 0 01m3 s 3 77 使用绿色环保建筑材料和装饰材料 标准引用改进和完善厨房的通风设施 用好厨房排气扇良好的室内活动和化工产品慎用 避免污染源正确选择建筑物基地 民用建筑室内空气污染控制方法 室内污染源的控制 堵源 节流 稀释 3 78 化学和生物控制方法 建筑维护方法 喷洒某种化学消除剂 但要注意副作用植物控制方法甲醛 金边虎尾兰 芦荟 常青藤 垂挂兰等但须注意负效应 消耗氧气 释