物理环境概论

物理环境概论 1 人类影响环境的模式 人口数 人均使用资源的单位数 使用单位资源导致的环境恶化 对环境影响 2 城市区域是人工构筑的下垫面与天然下垫面得复杂组合 包括高低错落的房屋建筑 不 同尺度的道路 广场 公园 以及天然的地形 湖泊 河川 港湾等 建筑热工篇 第一章 室内热环境 1 人体与周围环境的换热方式有对流 辐射和蒸发三种 2 人体得热平衡是达到人体热舒适的必要条件 3 当达到热平衡状态时 对流换热约占总散热量的 25 30 辐射散热量占 45 50 呼 吸和有感觉蒸发散热量占 25 30 时 人体才能达到热舒适状态 能达到这种适宜比例的 环境便是人体热舒适的充分条件 4 气流速度对人体的对流换热影响很大 至于人体是散热还是得热 则取决于空气温度的 高低 5 影响人体蒸发散热的主要因素是作用于人体的气流速度和环境的水蒸气分压力 6 影响人体热感的因素为 空气温度 空气湿度 气流速度 环境平均辐射温度 人体新陈代谢产热率 和人体衣着状况 7 热环境的综合评价 1 有效温度 ET 依据半裸的人与穿夏季薄衫的人在一定条件的环境中所反应的瞬时热 感觉作为决定各项因素综合作用的评价标准 2 热应力指数 HSI 根据在给定的热环境中作用于人体的外部热应力 不同活动量下 的新陈代谢产热率及环境蒸发率等的理论计算而提出的 当已知环境的空气温度 空气湿 度 气流速度和平均辐射温度以及人体新陈代谢产热率便可按相关线解图求得热应力指标 3 预测热感指数 PMV 人体蓄热量是空气温度 空气相对湿度 气流速度 和平 均辐射温度 4 个环境参数及人体新陈代谢产热率 皮肤平均温度 肌体蒸发率 所着衣热阻 的函数 8 室内热环境的影响因素 1 室外气候因素 太阳辐射 以太阳直射辐射照度 散射辐射照度及用两者之和的太阳总辐射照度表示 水平面上太阳直射照度与太阳高度角 大气透明度成正比关系 散射辐射照度与太阳高度 角成正比 与大气透明度成反比 太阳总辐射受太阳高度角 大气透明度 云量 海拔高 度和地理纬度等因素的影响 空气温度 地面与空气的热交换是空气温度升降的直接原因 大气的对流作用也以最 强的方式影响气温 下垫面的状况 海拔高度 地形地貌都对气温及其变化有一定影响 空气湿度 指空气中水蒸气的含量 一年中相对湿度的大小和绝对湿度相反 风 地表增温不同是引起大气压力差的主要原因 降水 2 室内的影响因素 热环境设备的影响 其他设备的影响 人体活动的影响 9 城市区域气候特点 1 大气透明度较小 削弱了太阳辐射 2 气温较高 形成 热岛效应 3 风速减小 风向随地而异 4 蒸发减弱 湿度变小 5 雾多 能见度差 10 建筑热工设计分区 严寒地区 11 被动式太阳能建筑 原理 当太阳辐射热透过日光室玻璃照射到墙面上时 墙面吸收热能 温度升高 并 通过对流方式将热量传给日光室内的空气 使之温度升高 由上部开口流入室内 室内的 低温空气由下部开口流进日光室 不断循环流动的空气提高了室内气温 从而改善了室内 热环境 注意点 1 日光室的朝向应选择当地日照时间长 太阳辐射强烈的方位 一般以东南 南 西 南向为宜 2 日光室的玻璃应选择热光比大的玻璃 并应有较大的面积 这是因为玻璃是短波热 射线的透射体 而又是长波热射线的非透射体 能阻挡日光室的热量辐射外逸 3 墙面对太阳辐射热的吸收至关重要 表面一定要用对太阳辐射热吸收系数大的材料 4 上下通风口尺寸应适当 过大 过小都会影响采暖效果 5 在使用上 当一晚或无日辐射的时候 如日光室的气温低于室外气温 应关闭上下 通风口 避免室内热量的损失 第二章 传热基本知识 1 导热 是由温度不同的质点 分子 原子 自由电子 在热运动中引起的热能传递现象 导热系数 在稳定条件下 1m 厚的物体 两侧表面温差为 1 1h 内通过 1 面积传 递的热量 导热系数的影响因素 材质的影响 材料干密度的影响 材料含湿量的影响 2 对流 是由于温度不同的各部分流体之间发生相对运动 互相掺合而传递热能 对流换热的强弱主要取决于 层流边界层内的换热与流体运动发生的原因 流体运动状 况 流体与固体壁面温度差 流体的物性 固体壁面的形状 大小及位置等因素 自然对流换热 受迫对流换热 3 辐射 热射线的传播过程叫做热辐射 通过热射线传播热能就称为辐射传热 辐射传热特点 1 在辐射传热过程中伴随着能量形式的转化 2 电磁波的传播不需要任何中间介质 3 凡是温度高于绝对零度的一切物体 不论它们的温度高低都在不间断地想外辐射不 同波长的电磁波 辐射传热是物体之间相互辐射的结果 不受温度高低的影响 凡能将辐射热全部反射的物体称为绝对白体 能全部吸收的称为绝对黑体 能全部透 过的则称为绝对透明体或透热体 吸收系数接近于 1 的物体近似地当作黑体 单位时间内在物体单位表面积上辐射的波长从 0 到 范围的总能量 称作物体的全辐 射本领 通常用 E 表示 单位为 W 单位时间内在物体单位表面积上辐射的某一波长的 能量称为单色辐射本领 灰体 辐射光谱曲线的形状与黑体辐射光谱曲线的形状相似 且单色辐射本领不仅小 鱼黑体同波长的单色辐射本领 两者的比例为不大于 1 的常数 选择性辐射体 只能吸收和发射某些波长的辐射能 并且其单色辐射本领总小于同温 度黑体同波长的单色辐射本领 4 封闭空气间层的传热 特点 铝箔贴在温度高的一侧的原因 减小间层表面的辐射系数 并防止间层内结露 第三章 建筑保温 1 建筑保温的途径 1 建筑体形的设计 应尽量减少外围护结构的总面积 2 围护结构应具有足够的保温性能 3 争取良好的朝向和适当的建筑物间距 4 增强建筑物的密闭性 防止冷风渗透的不利影响 5 避免潮湿 防止壁内产生冷凝 2 围护结构最小阻热设计的依据 3 围护结构保温构造形式 1 保温 承重合二为一 2 单设保温层 3 复合构造 4 围护结构的蒸汽渗透及冷凝 某一状态下的空气 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 的湿度 称为该状态下空气的露点温度 由于温度降到露点温度以下 空气中水蒸气液化 析出的现象称为冷凝 当室内 外空气的水蒸气含量不等时 在围护结构的两侧 就存在水蒸气分压力差 水 蒸气分子将从压力较高的一侧通过围护结构向较低一侧渗透扩散 这种现象称为蒸汽渗透 5 防止和控制冷凝的措施 1 防止和控制表面冷凝 正常湿度的采暖房间 围护结构内表面层宜采用蓄热系数较大的材料 利用它蓄存 的热量起调节作用 减少出现周期性冷凝的可能 高湿房间 围护结构内表面采用不透水材料层 在构造上采取措施将表面冷凝睡滴 导流 并有组织地排除 南方地区 地面应具有一定的热阻 减少地面对土层的传热量 地面表层材料的虚 热系数要小 表面材料有一定的吸湿作用 2 防止和控制内部冷凝 材料层次的布置应符合 难进易出 的原则 设置隔气层 设置通风间层或泄气沟道 第四章 建筑防热 1 建筑防热的途径 减弱室外热作用 窗口遮阳 围护结构的隔热与散热 合理地组织自 然通风 尽量减少室内余热 2 当量温度 3 围护结构隔热措施 1 屋顶隔热 采用浅色外饰面 减少当量温度 增大热阻与热惰性 通风隔热屋顶 水隔热屋顶 种植隔热屋顶 2 墙体隔热 砌块 钢筋混凝土大板 钢筋混凝土空心板 复合大板 4 自然通风的组织 1 建筑朝向 间距及建筑群的布局 错列式 斜列式较行列式 周边式好 2 建筑的平面布置与剖面设计 详见 P106 第五章 建筑日照与遮阳 1 太阳高度角 太阳方位角 太阳方位角 指太阳直射光线在地平面上的投影线与地平面正南向所夹的角 太阳高度角 指太阳直射光线与地平面间的夹角 2 遮阳形式及适用朝向 水平式遮阳 在北回归线以北地区适用于南向附近窗口 在北回归线以南地区既适用于 南向窗口又可用于北向窗口 垂直式遮阳 适用于北向 东北向和西北向附近的窗口 综合式遮阳 适用于东南向或西南向附近窗口 适应范围较大 挡板式遮阳 适用于东向 西向附近窗口 3 遮阳设施构造设计要点 1 遮阳的板面组合与构造 用不同的板面组合以便选择对采光 通风 视野 立面造 型和构造等要求都更加有利的形式 2 遮阳板的安装位置 安装位置对防热和通风的影响很大 3 材料与颜色 多采用坚固耐久的轻质材料 轻便 灵活 外表面颜色宜浅 以减少 对太阳辐射热的吸收 内表面则应稍暗 以避免产生炫光 并希望材料的辐射系数较小 建筑光学篇 第一章 建筑光学基本知识 1 能够引起人视觉感觉的电磁辐射波长范围为 380 780nm 2 光谱视效率 表示波长 和波长 的单色辐射 在特定光度条件下 获得相同视觉感觉 时 该两个单色辐射通量之比 3 视野范围 视场 水平面 180 垂直面 130 上方为 60 下方为 70 4 普尔钦效应 在不同的光亮条件下 人眼感受性不同的现象 5 光通量 人眼对光的感觉量 公式 6 辐射通量 光源在单位时间内发射或接收的辐射能量或在某种介质中单位时间传递的辐 射能量 7 发光效率 单位辐射通量产生的光通量 8 发光强度 光源在空间的光通量分布状况 就是光通量的空间分布密度 公式 9 照度 在被照面单位面积上的光通量多少 表示被照面上的光通量密度 公式 10 距离平方反比定律 计算点光源产生照度的基本公式 某表面的照度 E 与点光源在这 方向的发光强度 I 成正比 与它至光源距离 r 的平方成反比 公式 11 亮度 视网膜上物像的照度是和发光体在视线方向的投影面积 Acos 成反比 以发光 体朝视线方向的发光强度成正比 公式 12 定向反射和透射 定向反射 光线入射角等于反射角 入射光线 反射光线以及反射表面的法线处于同 一平面 玻璃镜 很光滑的金属表面 定向透射 如材料的两个表面彼此平行 则透过材料的光线方向和入射方向保持一致 窗玻璃 13 扩散反射和透射 均匀扩散材料 将入射光想均匀地向四面八方反射或透射 从各个角度看 其亮度完 全想同 看不见光源形象 氧化镁 石膏 磨砂玻璃 完全均匀扩散透射材料 乳白玻璃 白纸 半透塑料 均匀漫反射材料 将反射光均匀分布在各个方向上 与入射方向无关 砖 混凝土 石膏 定向扩散材料 在定向反射 透射 方向 具有最大的亮度 而在其他方向上也有一 定亮度 光滑的纸 较粗糙的金属表面 油漆表面 釉瓷砖 14 视度 看物体的清楚程度 影响因素 适当的亮度 物件尺寸 对比 识别时间 避 免炫光 第二章 天然采光 1 采用天然采光的原因 人眼在天然光条件下比在人工光下具有更高的视觉功效 在天然 光下感到舒适和有益于身心健康 2 光气候是由太阳直射光 天空扩散光和地面反射光形成的天然光平均状况 3 地面反射光 太阳直射光和天空扩散光射到地面后 经地面反射 并在地面与天空之间 产生多次反射 使地面的照度和天空的亮度都有所增加 这部分称为地面反射光 4 全云天的地面照度取决于 太阳高度角 云状 地面反射能力 大气透明度 5 晴天的地面照度由太阳照度和天空扩散光两部分组成 6 我国的光气候概况 7 采光标准 室内给定水平面上某一点的由全阴天天空漫射光所产生的照度和同一时间同 一地点 在室外无遮挡水平面上有全阴天天空漫射光所产生的照度的比值 公式 8 采光系数标准值 临界照度 室内完全利用天然光进行工作时的室外天然光最低照度 我国规定为 5000lx 四川 贵州 4000lx 9 采光质量 采光均匀度 室内照度最低值与室内照度平均值之比 防止眩光 作业区应减少或避免直射阳光 工作人员的视觉背景不宜为窗口 可采取室 内外遮挡设施来减少窗亮度或减少窗的视域 窗结构的内表面和窗周围的内墙面宜采用浅 色饰面 合适的光反射比 防止紫外线的进入 10 采光口 侧窗 缺点 照度不均匀 优点 构造简单 不受建筑物层数限制 布置方便 造价 低廉 光线具有明确方向性 虽可用提高窗位置方法解决室内照度不均的问题 但受建筑 物层高的限制 这种窗只能保证有限进深的采光要求 一般进深不超过窗高的 1 5 3 倍 天窗 矩形天窗 天窗架 窗扇 课避免单侧窗照度变化大的缺点 使照度均匀 窗口位置高 一般处于视野范围外 不易形成眩光和受外面物体的遮挡 锯齿形天窗 由于倾斜顶棚的反光 采光效率比纵向矩形天窗高 当采光系数相同时 锯齿形天窗的玻璃面积比纵向天窗少 15 20 平天窗 优点 采光效率高 面积大 缺点 积尘 易产生眩光 种类 采光天棚 中 庭 市场 体育馆 温室 接近自然的全天侯室内空间 板式 条式 采光罩 日光斗 屋顶向阳的垂直天窗 适于温带及高纬度地区 冬季比夏季可接受更多光线 可控制眩光 11 卫生间 浴室窗地比不应小于 1 10 楼梯间 走道 1 14 内走廊不超过 20m 至 少一端应设采光口 超过 20m 两端应设采光口 超过 40m 中间应加设采光口 否则应 采用人工补充照明 12 民用建筑有效采光面积规定 1 离地高度 0 5m 以下的采光口不计入采光面积 2 采光口外部有宽度超过 1m 的遮挡物的 按 70 计算采光面积 第三章 人工光源 1 人工光源 热辐射光源 当金属被加热到 1000K 以上时 就发出可见光 温度越高 可见光在总辐 射中所占比例越大 这一原理制造的光源就称为热辐射光源 白炽灯 优点 体积小 易控光 工作环境温度范围较大 结构简单 价格便宜 使用 方便 缺点 发光效率低 灯丝亮度高 散热量大 寿命短 受电压变化 机械振动影响大 气体放电光源 利用某些元素的原子被电子激发而发出可见光的光源 荧光灯 无荧光粉则为紫外线灯 通过启辉器 整流器 发出高压脉冲电流 上表面反 射材料 下表面荧光粉 优点 发光效率高 发光表面亮度低 不易产生眩光 光色好 接近自然光色 寿命较长 灯管表面温度较低 缺点 初期投资较大 冬天难启动 有频闪现象 有紫外线泄露 对无线电有 干扰 2 电光源主要性能指标 光通量 发光效率 灯的光通量与消耗的电功率之比 寿命 以小时计算 平均亮度 以 cd 表示 普通白炽灯发光体为灯丝 乳白灯泡发光体为玻壳 荧光灯 发光体为管壁 灯的色表 灯光颜色给人直观感受 冷 暖 中间色 显色指数 灯的启动 再启动时间 受环境影响程度 3 照明均匀度 企业工业室内作业区域采用一般照明是 给定平面上最小照度与平均照度 之比 即为照度均匀度不宜小于 0 70 4 减弱光幕反射的措施 1 尽可能使用无光纸和不闪光墨水 使视觉作业和作业房间内的表面为无光泽的表面 2 减少来自干扰区的光 增加干扰区外的光 以减少光幕反射 增加有效照度 3 尽量使光线从侧面来 以减少光幕反射 5 消除频闪现象的措施 至少使用双管灯 将相邻两管接在不同相位上 6 学校教室光环境设计 要求 1 整个教室应保持足够照度 且分布均匀 黑板上有足够照度 2 合理安排教室环境的亮度分布 消除眩光 保持正常视力 减少视疲劳 3 较少投资 维护费用 建筑声学篇 波阵面 某一时刻 波动所到达形成的包迹面 声功率 声源在单位时间内向外辐射的声音能量 W 单位瓦 声强 在声波传播过程中 每单位面积波阵面上通过的声功率 I 声压 空气质点由于声波作用而产生振动时所引起的大气压力起伏 I p2 pc 混响时间 声源停止发声后 室内的声能立刻开始衰减 声音自稳态声压级衰减 60dB 所 经历的时间 T60 音质设计 1 控制反射声 2 调整声场分布 3 消除回声 噪声控制 1 吸收 2 消声管道 3 个人防护 多孔吸声材料 内部有许多和外部相通的微孔和通道 对气体和液体给予阻尼作用的材料 特点 1 通气性 2 吸收中高频 与空气层结合 吸收低频 3 取材方便 影响吸声系数的因素 空气流阻 孔隙率 厚度 密度 材料背后的条件 饰面的影响 帘幕加强做法 帘幕与墙面之间有一段距离 空气层 褶多且深 加重 质量定律 墙面的单位面积质量越大 隔声效果越好 增加一倍 隔声量增加 6dB 双层匀质密实墙的空气隔绝 隔声肌理 质量 弹簧 质量系统 注意 1 防止声桥 不通过空气层 直接通过钢筋等传播到第二层砖 2 空气层厚度 大于 4cm 3 防止共振 做法 1 两墙厚度不同 不同材料 吻合共振 2 空气层加多孔吸声材料 轻质隔墙 质量小 隔声效果低 提高措施 1 空气层大于 7 5cm2 多孔材料填充空气层 3 石膏板 4 多层复合 各层质 量部等 5 弹性连接 声桥 刚性连接 门