《室内热湿环境》PPT课件.ppt

建筑物理ArchiecturaIPhysics 河南理工大学建筑与艺术设计学院 1 1室内热湿环境1 2室外热环境及建筑热工分区1 3传热方式 第一章建筑热工学基础知识 1 1室内热湿环境 1 1 1人体的热平衡1 1 2人体热平衡的影响因素1 1 3室内热环境的评价1 1 4湿空气的物理性质 环境 人 视觉听觉触觉味觉热感觉 光环境声环境接触物食物热环境 热感觉 冷 皮肤温度降低血管收缩寒战加衣服增加活动量体内温度降低 体内温度升高减少活动量减衣服出汗血管扩张热 皮肤温度升高 很热热暖微暖热中性 不冷不热 微凉凉冷很冷 感觉 生理反应 健康 空气温度 1 1 1人体的热平衡 人体与室内的热交换主要以对流和辐射的方式进行 室内气候对人体的影响主要表现在冷热感 冷热感取决于人体新陈代谢产生的热量和人体向周围环境散热量之间的平衡关系 如图 1 人体热平衡方程 建筑师的任务就是为人们营造出良好的室内热环境 使人们能保持舒适状态下的人体热平衡 问题 当人体热负荷为0 也即人体达到了热平衡时 是不是人就感觉舒适了 什么是人体舒适度 人体舒适度 就是在不特意采取任何防寒保暖或防暑降温措施的前提下 人们在自然环境中是否感觉舒适及其达到怎样一种程度的具体描述 在空气温度高于32 湿度超过80 风力小于2级的环境中 人们会普遍感到闷热难忍 甚至出现中暑现象 我们称这时的 人体舒适度 为 闷热 或 极热 答 人体的热平衡是达到人体热舒适的必要条件 而人体按正常比例散热 则是人体热舒适的充分条件 所谓按正常比例散热 指的是对流换热约占总散热量的25 30 辐射散热约为45 50 呼吸和无感觉蒸发散热约占25 30 处于舒适状况的热平衡 可称之为 正常热平衡 影响人体热舒适的因素 主观因素 人体所处的活动状态 人体的衣着状态 客观因素 室内的气象参数 室内空气湿度 空气温度 气流速度 环境辐射温度 热舒适感是在这6各因素共同影响下的一种综合效果 1 1 2人体的热平衡的影响因素 1 空气温度 对流散热量2 环境表面温度 辐射散热量3 水蒸汽分压力 空气湿度 蒸发散热量闷热vs湿冷4 风速 对流散热量和蒸发散热量凉风席席vs热风5 服装热阻 影响所有散热量6 新陈代谢率 影响产热量 1 1 2人体的热平衡的影响因素 食物 分解氧化 热量人体的基本生理要求 维持体温基本恒定 代谢率 MetabolicRate 人体新陈代谢反应过程中能量释放的速率 1 人体新陈代谢产热量 1 影响人体新陈代谢产热量的因素 影响因素多 肌肉活动强度 绝对的影响环境温度 偏高 偏低都增加代谢率性别 男性高于女性年龄 少年高于老人神经紧张程度 紧张则代谢率高进食后时间的长短等 进食后代谢率增加 蛋白质代谢率高 糖和脂肪类代谢率低 代谢率单位met 1met 58 2W m2 即成年男子静坐时的代谢率 6 10 2 基础代谢率 参照基础 基础代谢率 BMR BasalMetabolicRate 未进早餐前 保持清醒静卧半小时 室温条件维持在18 25 之间测定的代谢率 46W m2BMR变化范围 10 15 超过20 为病态 3 肌肉活动与代谢率 一般室内运动代谢率多在5met以下 身高1 78m 体重65kg 皮肤表面积1 8m2 2 人体体温范围 肝脏 最高 38 皮肤 与外界环境有关各部分温差不会太大日夜有1 以内的波动代表温度 核心温度 温度是指物体的冷热程度 测量温度的仪表叫温度计 温度计因刻度标准不同而分为摄氏温度 或称摄氏温标 绝对温度 或称绝对温标 和华氏温度 或称华氏温标 A摄氏温度用符号 摄氏度 表示 并规定在1标准大气压下水的冰点和沸点分别为0 和100 在二者之间分为100个等分 每1等分为1 B绝对温度用符号 K 开氏度 表示 并规定在1标准大气压下水的冰点和沸点分别为273 15K和373 15K 二者之间仍分为100个等分 每1等分为1K C华氏温度用符号 华氏度 表示 并规定在1标准大气压下水的冰点和沸点分别为32华氏度和212华氏度 二者之间分为180个等分 每1等分为1华氏度 如果用 t 代表摄氏温度 T 代表绝对温度 W 代表华氏温度 则 T t 273 15W tX9 5十32工程中 一般都采用摄氏温度和绝对温度 华氏温度只在部分国家中使用 人体皮肤的温度 并非均匀一致卫生学研究中 体表上不同部位几个点皮肤温度的平均值 每个测定值是按其所代表的人体表面积的比例加权计算而得的 人体皮肤温度 人体皮肤温度与人体热感觉的关系 3 服装热阻 4 辐射散热量 人体皮肤对常温物体辐射的吸收率 0 95 1 1 3室内热环境的评价 1 环境空气温度 对流换热 2 环境平均辐射温度 表面温度 辐射换热 3 空气湿度 水蒸汽分压力 对流质交换A高温环境 增加热感B低温环境 增加冷感 4 风速 对流热交换和蒸发散热吹风感 Draught 冷感和对皮肤的压力冲击 5 人体新陈代谢产热率 6 服装热阻 人体衣着状况 影响所有换热形式 1 构成要素 2 热环境的综合评价 1 单一指标 2 有效温度 ET 3 预测热感指数 PMV 1 单一指标 室内空气温度目前我国许多规范都是以室内空气温度为控制指标 这种方法简单方便 但是不完善 2 有效温度 ET 1919开始研究 1967前的ASHRAE手册采用 空调建筑中常用此评价指标 有效温度ET定义 这是一个将干球温度 湿度 空气流速对人体温暖感或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 缺点 通过人体实验来获得的 因此并不十分完善 过分高估了温度在舒适状态的影响低温条件下湿度的影响不准确 被ET 新 所取代 标准有效温度 标准有效温度 SET 基于人体生理学模型通用指标 适用范围最广通过软件计算得到 3 预测热感指数 PMV 预测热感指数 PredictedVote 简写为PMV 是丹麦学者范格尔 P o Fanger 综合了近千人在不同热环境下的热感觉试验结果 并以人体热平衡方程为基础得到的 该理论认为人的热感觉是热负荷 产热率与散热率之差 的函数 而且人在舒适状态下应有的皮肤温度和排汗散热率分别与产热之间存在相对应关系 即在一定的活动状态下 只有一种皮肤温度和排汗散热率是使人感到最舒适的 本评价指标是在80年代得到国际标准化组织承认的一种比较全面的热舒适指标 以人体热平衡方程和生理学主观感觉等级作为出发点 综合反映了人的活动 衣着及环境的空气湿度 相对湿度 平均辐射湿度和室内风速等因素的关系以及影响 目前是考虑人体热舒适诸多因素最全面的的一个指标 PMV值适合于适度热环境 对于极端热环境还要采用其他标准 PMV指标的7级分度 室内热环境的计算参数 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准 夏季空调室内设计计算温度26 C 冬季采暖室内设计计算温度16 C 公共建筑节能设计标准 空调系统夏季室内计算参数 温度25 C 风速0 15 0 3 相对湿度40 60 1 1 4湿空气的物理性质 1水蒸气分压力2空气湿度3露点温度 地球上的空气由干空气和水蒸气组合而成的混合物称为湿空气 湿空气中水蒸气的含量是非常少的 应该对湿空气的状态变化有了解 湿空气状态变化过程直接影响建筑物围护结构的潮湿状况 明显影响人们对建筑环境的潮湿感觉 因此有必要对湿空气的物理性质有所了解 湿空气 湿空气中水蒸气的含量很少 但其含量的变化对湿空气的热物理性质有重要影响 温度一定 湿空气中水蒸气的含量有一个最大限度 超过此限度 水蒸气就会凝结成水从空气中析出 雾气 雾滴 此时的湿空气称为饱和湿空气 1 水蒸气分压力 道尔顿分压定律 一定的温度和压力条件下 一定容积的空气所能容纳的水蒸汽量有一定的限度 极限值的大小随空气的温度和压力而变 饱和空气 饱和蒸汽压不饱和空气 不饱和蒸汽压 饱和水蒸汽分压用Ps表示 未饱和水蒸气分压力用P表示 压强 饱和蒸气压 处于饱和状态的湿空气中的水蒸气所呈现的压力叫做 饱和蒸气压 或最大水蒸气分压力 饱和空气 当水蒸气的含量达到极限时叫做饱和空气 标准大气压下 饱和蒸汽压随温度的升高而增大 只与温度有关 这是因为在一定的大气压下 湿空气的温度越高 其一定容积中所能容纳的水蒸气越多 因而水蒸气所呈现的压力越大 2 空气湿度 湿度表示空气的干湿程度 1 绝对湿度 指1m3空气中含有水蒸气的重量 常用f g m3 表示 饱和状态下的绝对湿度用饱和蒸汽量fmax表示 2 相对湿度 指一定温度及大气压力下 空气的绝对湿度f与同温同压下饱和蒸汽量fmax的比值 一般用 表示 也可用空气中的水蒸汽分压力P与同温度下的水蒸汽饱和蒸汽压Ps之比的百分数来表示 含湿量 单位质量的干空气所含水蒸气的质量叫做含湿量 d 绝对湿度为153g m3的空气 当温度为18 水蒸汽含量已达最大值 即已经处于饱和状态 如果空气的温度为30 此时空气的饱和水蒸汽量则为301g m3 水蒸汽的含量几乎可以增加1倍 建筑热工中广泛应用相对湿度 因为更能说明湿空气对人体的热舒适感 房间以及围护结构湿状况的影响 对于室内热环境而言 正常的湿度范围大致是30 60 思考 两者的区别和联系是什么 3 露点温度 1 定义 设不人为地增加或减少空气含湿量 而只用干法加热或降温空气 某一状态的空气 在含湿量不变的情况下 冷却到它的相对湿度达到100 时所对应的温度 称为该状态下空气的露点温度 用td表示 其物理意义就是空气中的水蒸气开始出现结露的温度 若从td往下继续降温 则空气中容纳不了原有水蒸气 迫使部分水蒸气凝结成水珠 露水 析出 这种由于温度降到露点温度以下 空气中水蒸汽液化析出的现象称为冷凝 2 例题 A设某房间的温度为22 相对湿度为46 5 求 1 房间的蒸汽压 2 房间的露点温度 解答 1 欲求水蒸气的分压力 宜先求相应温度下的饱和蒸汽压由附录2查知Ps 2642 4Pa 将之与相对湿度 值一道代入式得其蒸汽压为P Ps 2642 4x0 465 1228 7 Pa 2 由露点温度的概念可知 将温度降低 使上述蒸汽压成为饱和蒸汽压时 相应的温度即为露点 利用附录2可以查出相应于饱和蒸汽压为1228 7Pa的温度为10 即露点温度为10 例题 B某房间的室内空气温度为26 C 相对湿度为70 房间自来水供水管表面温度为15 C 问水管表面是否结露 解答 26 C饱和水蒸气分压力为3361 0Pa 26 C 70 湿空气的水蒸气分压力为2352 7Pa 对应露点温度约为20 1 C 水管表面温度15 C 露点温度 结露 大气压力p 空气层对单位地球表面形成的压力 不是一个定值 海拔越高 大气压越低 水蒸气分压力p 湿空气中的水蒸气所产生的压力 pw p pd 饱和水蒸气分压力ps 饱和湿空气的水蒸气分压力 ps值只与温度有关 一个大气压下 温度越高 饱和水蒸气分压力越大 绝对湿度f 单位体积湿空气中所含水蒸气的质量 kg m3 含湿量d 单位质量干空气中所含水蒸气的质量 kg kg干空气 相对湿度 一定大气压下 湿空气的绝对湿度 水蒸气分压力 与同温度下饱和湿空气的绝对湿度 水蒸气分压力 之比 建筑热工设计中常用来评价环境