第3章(5) 建筑室内环境舒适度的影响因素

1、-作者xxxx-日期xxxx第3章(5) 建筑室内环境舒适度的影响因素【精品文档】第3章 建筑室内环境舒适度的影响因素【学习目标与要求】 本章分别介绍了建筑热湿环境影响因素，包括对建筑外热湿环境影响的因素，如太阳辐射、风速、气温、气湿等，以及对室内热湿环境主要因素气温、气湿、气流和热辐射。通过本章的学习，要求学生应掌握建筑室内热湿环境的影响因素、评价指标，光环境的要素与评价标准，光污染及其危害，声环境的评价及噪声的危害，熟悉建筑外环境对建筑的影响，了解建筑光环境及声环境的度量等知识。3.1 建筑热湿环境建筑外环境对建筑物的影响1 太阳辐射(Solar radiation)太阳辐射能是地球上热量

2、的基本来源，是决定气候的主要因素，也是建筑物外部最主要的气候条件之一。太阳是一个直径相当于地球110倍的高温气团，其表面温度约为6000K左右，内部温度则高达2×107100m的无线电波。地球接受的太阳辐射能约为1.7×1014kW，仅占其辐射总能量的二十亿分之一左右。太阳辐射热量的大小用辐射照度来表示。它是指1m3黑体表面在太阳辐射下所获得辐射通量，单位为W/m2。地球大气层外与太阳光线垂直的表面上的太阳辐射照度几乎是定值。在地球大气层外，太阳与地球的年平均距离处，与太阳光线垂直的表面上的太阳辐射照度为I0=1353W/m2，被称为太阳常数。它是用来表达太阳辐射能量的一个

3、物理量。 由于太阳与地球之间的距离在逐日变化，地球大气层上边界处与太阳光线垂直的表面上的辐射照度也会随之变化，低纬地区太阳辐射强度的年变化小，高纬地区太阳辐射强度的年变化大。一年中1月1日为最大，为1405W/m2；7月1日为最小，为1308W/m2，相差约7%。计算太阳辐射时，如果按月份取不同的数值，可达到比较高的精度。表3-1给出了各月份地球大气层外边界太阳辐射照度。表3-1 各月份地球大气层外边界太阳辐射照度1月份123456789101112辐射照度（W/m2）1405139413781353133413161308131513301350137213922风（Wind） 风是指由于大

4、气压差所引起的大气水平方向的运动。地表增温不同是引起大气压力差的主要原因，也是风形成的主要成因。风可分为大气环流与地方风两大类。由于照射在地球上的太阳辐射不均匀，造成赤道和两极间的温差，由此引发大气从赤道到两极和从两极到赤道的经常性活动，叫做大气环流。它是造成各地气候差异的主要原因之一，见图3-1。图3-1 全球气压带风带分布示意图地方风是由于地表水陆分布、地势起伏、表面覆盖等地方性条件不同所引起的，如海陆风、季风、山谷风、庭院风及巷道风等。风向和风速（或风力）是描述风的特征两个要素。通常，人们把风吹来的地平方向确定为风的方向，如风来自西北方称为西北风，如风来自东南方称为东南风，在陆地上常用1

5、6个方位表示。风速则为单位时间风所行进的距离，用m/s来表示。风速的观测资料有瞬时值和平均值两种，一般使用平均值。气象台一般以距平坦地面l0m高处所测得的风向和风速作为当地的观察数据。风力的等级用蒲福(Francis Beaufort)风力等级来描述，见表3-2。 表3-2 蒲福风力等级表2风力等 级自由海面状况(浪高)陆地地面征象距地l 0m高处的相当风速(m/s) 一般(m)最高(m) 0静，烟直上 1烟能表示方向，但风向标不能转动 2人面感觉有风，树叶微响，风向标能转动 3树叶及微枝摇动不息，旌旗展开 41. 0能吹起地面灰尘和纸张，树的小枝摇动 52. 0有叶的小树摇摆，内陆的水面有小

6、波 63. 04. 0大树枝摇动，举伞困难 74. 0全树摇动，迎风步行感觉不便 8树枝折毁，人向前行，感觉阻力甚大 97. 0建筑物有小损，烟囱顶部及平屋摇动 10可使树木拔起或使建筑物损坏较重，陆上少见 1116. 0陆上很少见，有则必有广泛破坏 12陆上绝少见，摧毁力极大为了直观地反映出一个地方的风向和风速，通常用当地的风玫瑰图来表示，见图3-2。风玫瑰图包括风向频率分布图和风速频率分布图，因图形与玫瑰花相似，故名。风向频率是按照逐时所实测的各个方向风所出现的次数，分别计算出每个方向风出现的次数占总次数的百分比，并按一定比例在各方位线上标出，最后连接各点而成。风向频率图可按年或按月统计，

7、分为年风向频率图或月风向频率图。图3-2（a）表示了某地全年(实线部分)及7月份(虚线部分)的风向频率。从图中可以看出，该地区全年以北风为主，出现频率为23；7月份以西南风为最盛，频率为19。图3-3(b)给出了某地各方位的风速频率分布。从图中可以看出，该地一年中以东南风为主，风速也较大，西北风所发生的频率虽较小、但高风速的次数有一定的比例。图3-2 某地的风玫瑰图（Breeze rose diagram）3(a) 风向频率分布图；(b)风速频率分布图 3 室外气温（Outdoor air temperature)室外气温一般是指距地面1.5m高、背阴处的空气温度。大气中的气体分子在吸收和放射

8、辐射能时具有选择性。它直接接受太阳辐射的增温是非常微弱的，主要靠吸收地面的长波辐射(波长在3120m范围)而升温，因此，地面与空气的热量交换是气温升降的直接原因。在冬季和夜间，有效天空温度低，由于地面向空间的长波辐射作用，地表较空气要冷，这样与地表所接触的空气就会被冷却。图3-3 室外空气温度变化 因此，影响地面附近气温的因素主要有：1）入射到地面上的太阳辐射热量，它起着决定性的作用；2）地面的覆盖面，例如草原、森林、沙漠和河流等以及地形对气温的影响；3）大气的对流作用以最强的方式影响气温；无论是水平方向或垂直方向的空气流动，都会使两地的空气进行混合，减少两地的气温差异。 气温有年变化和日变化

9、。一般在晴朗天气下，气温一昼夜的变化是有规律的，图3-3是将24小时所测得的温度值，经谐量分析后所得出的曲线。从图中可以看出，气温日变化中有一个最高值和一个最低值。最高值通常出现在下午14时左右；最低气温一般出现在日出前后。这是由于空气与地面间因辐射换热而增温或降温，都需要经历一段时间。一日内气温的最高值和最低值之差称为气温的日较差，通常用来表示气温的日变化。由于海陆分布与地形起伏的影响，我国各地气温的日较差一般从东南向西北递增。例如，青海省的玉树，夏季计算日较差达到；而山东省的青岛市，夏季计算日较差只有。我国多数地区的夏季计算日较差在510的范围内。 一年中各月平均气温也有最高值和最低值。对

10、处于北半球的我国来说，年最高气温出现在7月(大陆地区)或8月(沿海或岛屿)，而年最低气温出现在1月或2月。一年内最热月与最冷月的平均气温差叫做气温的年较差。我国各地气温的年较差自南到北、自沿海到内陆逐渐增大。华南和云贵高原约为1020，长江流域增加到2030，华北和东北南部约为3040，东北的北部与西北部则超出了40。4 室外湿度(Outdoor humidity) 空气湿度是指空气中水蒸气的含量。这些水蒸气来源于江河湖海的水面、植物及其他水体的水面蒸发，一般以绝对湿度(absolute humidity)和相对湿度(relative humidity)来表示。一天中绝对湿度比较稳定，而相对湿

11、度有较大的变化，这是由于气温的日变化引起的。相对湿度的日变化受地面性质、水陆分布、季节寒暑、天气阴晴等因素的影响，一般是大陆大于海面，夏季大于冬季，晴天大于阴天。相对湿度日变化趋势与气温日变化趋势相反，晴天时的最高值出现在黎明前后，此时虽然空气中的水蒸气含量少，但温度最低，所以相对湿度最大；最低值出现在午后，此时空气中的水蒸气含量虽然较大，但由于温度已达最高，所以相对湿度最低。我国因受海洋气候的影响，大部分地区的相对湿度在一年中以夏季为最大，秋季最小。华南地区和东南沿海一带，因春季海洋气团的侵入，由于此时的温度还不高，所以形成了较高的相对湿度，大约在35月为最大，秋季最小，所以在南方地区的春夏

12、交接的时候，气候较为潮湿，室内地面产生泛潮现象。5 降水(Precipitation) 从大地蒸发出来的水进入大气层，经过凝结后又降到地面上的液态或固态水分，称为降水。雨、雪、冰雹等都属于降水现象。降水性质包括降水量、降水时间和降水强度。降水量是指降落到地面的雨、雪、冰雹等融化后，未经蒸发或渗透流失而积累在水平面上的水层厚度，以毫米为单位。降水时间是指一次降水过程从开始到结束的持续时间，用小时或分来表示。降水强度是指单位时间内的降水量。降水强度的等级以24小时的总量（mm）来划分：小于l0mm的为小雨；中雨为1025mm；大雨为2550mm；暴雨为50100mm。 影响降水分布的因素很复杂。首

13、先是气温。在寒冷地区水的蒸发量不大，而且由于冷空气的饱和水蒸气分压力较低，不能包容很多的水气，因此寒冷地区不可能有大量的降水；在炎热地区，由于蒸发强烈，而且饱和水蒸气分压力也较高，所以水气凝结时会产生较大的降水。此外，大气环流、地形、海陆分布的性质及洋流也会影响降水性质，而且它们往往互相作用。我国的降水量大体是由东南往西北递减。因受季风的影响，雨水都集中在夏季，变化率大，强度也可观。华南地区季风降水从5月到10月，长江流域为6月到9月间。梅雨是长江流域夏初气候的一个特殊现象，其特征是雨量缓而范围广，延续时间长，雨期为2025天左右。珠江口和台湾南部由于西南季风和台风的共同影响，在7、8月间多暴

14、雨，特征是单位时间内雨量大，出现范围小，持续时间短。 我国降雪量在不同地区有很大的差别，在北纬35。以北到45。地段为降雪或多雪地区。6.地温(Ground temperature) 地层表面温度对地面上的建筑围护结构的热过程有着显著影响，而地层深部的温度变化又对地下建筑的热过程起着决定性的作用。此外，地下水的温度往往取决于地下含水层的地层温度。因此在建筑环境控制中，对地层温度的了解也是十分重要的。 平原地区的地层表面温度的变化取决于太阳辐射和对天空的长波辐射，可看作是周期性的温度波动。按照能量平衡原理，在地面上，白昼因为受到太阳辐射而获得热量，使地表温度高于下层土壤，于是除部分热量与空气对流

15、热交换和部分热量消耗于蒸发外，其余一部分热量从地表向下层传输；到了夜间，地面得不到太阳辐射而冷却，地表温度低于下层土壤，于是下层的热量就向上输送，通过这种方式地层表面的温度波动向土壤深处传递。 为了计算及叙述方便，一般以15m作为恒温层的分界线，深度小于15m的地层称为浅层，大于15m的称为深层。在浅层地层中，不同深度的地层原始温度随时间而变化；而深层地层的原始温度则认为不随时间变化。受地热的影响，深度每增加30m，地层平均温度一般就会增加1左右。建筑室内热湿环境（小气候）的影响因素 居室的小气候是指由屋顶、地板、门窗和墙等围护结构，再加上暖气或者空调等温度调节装置的作用，综合形成的不同于室外

16、的室内小气候，我们称之为居室或室内小气候。气温、气湿、气流和热辐射 (即周围墙壁等物体表面温度)是室内热湿环境（小气候）的4个主要因素。这4个主要因素综合作用，直接影响人体的舒适和健康。 我们知道，人体在代谢过程中不断地产生热量，同时也不断地通过传导、对流、辐射和蒸发等方式与外界环境进行热交换。如果产热远远大于散热则可造成机体内热蓄积，导致体温升高；反之则使人体散热过大，导致体温下降。此时，则需要通过体温调节机制来达到热平衡。小气候的变动在一定范围内，机体可以通过复杂的体温调节机制保持体内温度的恒定；如果小气候的变动超过一定的范围，机体的体温调节就会处于一种紧张的状态，长此以往将影响人体的神经

17、系统、消化系统、呼吸系统、循环系统的功能，降低机体的抵抗力，增加患病率。例如，长期居住在寒冷潮湿的环境中，易患感冒、冻疮、风湿病和心血关系疾病。如果寒冷强度大，又没有很好的个人防护，此时，机体则处于大量散发热量的小气候环境中，会引起体温的下降，神经系统和其他系统的机能也随之降低，出现无欲和嗜睡状态，血压下降，呼吸减弱，意识消失，最后可能因为中枢神经系统麻痹乃至死亡；反之，在高温、高湿的小气候环境中，人们会感到闷热难耐，疲倦无力，工作效率低下。在严重妨碍体温放散的小气候条件下，可能使体温调节失常，造成中暑，严重时可以导致死亡。1. 空气温度1）温度对人生理活动的影响在小气候的4个要素中，人类最敏

18、感的是气温，它对人体的热调节起着主要的作用。在温度开始升高时，机体的第一个适应过程是皮肤末梢毛细血管扩张，皮肤温度升高，从而使辐射和传导对流散热增加。同时，血液稀释使血流量增加亦使血压有所增加。气温继续增加时，汗腺的活动显著增加，当气温在33以上时，出汗几乎已成为惟一的散热方式。除了血液循环系统所发生的变化以外，在高温作用下，人体的其他系统发生的变化： （1）由于汗液大量分泌，引起体内水分、盐分的损失，甚至引起水盐代谢障碍。 （2）温度对消化液的分泌和胃肠机能有明显影响，高温时胃酸分泌减少，胃的运动机能亦有变化。在气温915，相对湿度72%78%，胃每分钟收缩20次，有固定的收缩波型；当温度增

19、至3234(相对湿度32%40%)时。胃的收减为每分钟1次，收缩波型减少，收缩的曲线不规则。（3）高温还能抑制胰腺和肠腺的活动。（4）在高温作用下人体的代谢和生化过程也会发生改变。（5）高温环境还能使人体的肌肉活动能力下降，进行体力劳动时容易感到疲劳。气温降低时，通过中枢神经系统的调节，人体皮肤的末梢毛细血管收缩，血流量减少，皮肤温度减低而使辐射、传导、对流散热减少。因此在低温时人常常倦缩起来，通过减少体表面积而减少散热。低温时人的食欲常增加以增加产热而维持热平衡。寒冷的环境还能使机体甲状腺的活动和内脏器官的代谢活动增加。2）温度对人体健康的影响 某些疾病，特别是循环系统和呼吸系统疾病死亡的季

20、节变化与气温的季节变化关系密切，而且这种季节变化在4564岁之间和65岁以上年龄组表现明显，但是性别差异不显著。这可能与老人对温度变化的适应和耐受力差有关。高温环境下机体处于一定的紧张或应激状态，血清急相反应蛋白(APRPS)水平升高。当温度超过38时，体温调节机制暂时发生障碍，从而发生体内热蓄积，导致中暑。中暑表现为热虚脱、热辐射、日射病、热痉挛4种。1988年7月，受热浪袭击使合肥等4个城市死亡人数骤增，对60岁以上年龄组成的人群危害尤为明显。寒冷天气改变了血管弹性、血液黏度、血凝时间、纤维蛋白原含量和小血管的脆性，可使脑血管病人的病情加重。心脏病所造成的死亡有52.2%集中在12月至次年

21、2月。支气管炎的发病指数随温度的降低而增加 (通常11月至次年2月发病多)，峰值出现在2月份。这是由于环境温度低，人体血管收缩不良，反应延迟，不能很好地适应外界寒冷的刺激所产生的病理性的生物气象效应。在强冷空气入侵时，流脑的发病率往往较高，流脑高峰期为24月，如果气温回升快，则发病率也高。脑卒中发病的特点是最冷月发病多。诱发心肌梗塞的天气因素是高压控制下的干冷空气。3）垂直温差人体生理的影响由于空气的自然对流作用，很多空间均存在上部温度高，下部温度低的状况。一些研究者对垂直温度变化对人体热感觉的影响进行了研究。虽然受试者处于热中性状态，但如果头部周围的温度比踝部周围的温度高得越多，感觉不舒适的

22、人就越多。下图3-4是头部温差与不满意度之间关系的实验结果。图3-4 头足温差与不满意度之间关系的实验结果5地板的温度过高或过低同样会引起居住者的不满。研究证明居住者足部寒冷往往是由于全身处于寒冷状态导致末梢循环不良造成的。但地板温度低会使赤足的人感到脚部寒冷，因此地板的材料是重要的，比如地毯会给人温暖的足部感觉，而石材地面会给人较凉的足部感觉。表3-3给出了地板材料与舒适的地面温度的对应关系。地板为混凝土地板覆盖面层，所谓舒适的地面温度即赤足站在地板上不满意的抱怨比例低于15%时的地板温度。但过热的地板温度同样也会引起不舒适，下图3-5是一种地板的温度与不满意度之间的实验结果。实验中受试者的

23、身体均处于热中性状态，但对不同的地板温度的热反应却不同。表3-3 不同地板材料的舒适温度56地板面层材料不满意比例<15%的地面温度()地板面层材料不满意比例<15%的地面温度()毛织地毯2128混凝土松木地板2282mm聚氯乙烯5mm软木2328大理石橡木地板24.528亚麻油地毡2428图3-5 地板温度与不满意度之间关系的实验结果52. 空气湿度空气相对湿度对人体的热平衡和温热感有重大的作用，在高温和低温的条件下，高湿对人体的作用就更为明显；而在温度适中时，相对湿度的影响则不甚显著。在潮湿的季节中，人们容易患胃溃疡、皮疹、风湿性关节炎、心脏病等。1）高温、高湿条件下，机体主要

24、依靠蒸发散热来维持热平衡，而相对湿度的增高将妨碍汗液的蒸发，结果可导致热平衡的破坏。在高温条件下，随着空气中湿度的增高，人的体温和脉搏也增高。相对湿度大于80%时，人体汗腺不能蒸发汗液，使热能积蓄在体表，造成体温上升，湿热难受，使人烦躁、疲倦、食欲不振，易出现中暑症状。2）低温、高湿条件下，空气湿度增高可以加速机体散热，此时身体的热辐射被空气的蒸汽所吸收，同时衣服在潮湿的环境中吸收水分后其导热性增高，使人体感到更加寒冷。并由此导致毛细血管收缩、皮肤苍白、代谢减低，甚至组织内血液循环和细胞代谢发生障碍，引起组织营养失调，发生冻伤。 3）低湿条件下。人体失去体重2%的水分时，生理机能就开始受到影响

25、，感觉十分干渴；失去体重5%的水分时，体温与脉搏都会上升；失去体重7%以上时，血液变得浓稠，严重影响血液循环，以致死亡。人体适宜的相对湿度是40%60%，当气温高于25，适宜的相对湿度是30%。湿度太低 (低于10%15%)则空气干燥，使鼻腔、气管、支气管黏膜脱水，弹性降低，黏液分泌减少，纤毛运动减弱，抵抗力降低，使吸入的尘埃细菌不能很快被清除出去，容易诱发和加重呼吸系统疾病。干燥的空气还会导致表皮细胞脱水，角化加快，皮脂分泌减少，导致皮肤粗糙起皱、开裂。此外，空气过于干燥亦将促使尘土飞扬而使人们的生活卫生条件恶化。在干燥季节，白喉、流感、百日咳、脑膜炎等疾病的发病率也显著增高，哮喘、支气管炎

26、的发作次数明显增加。3. 气流速度 (风速)不同季节风速对人体有着不同的影响。1）在夏季，空气的流动可促使人体散热，使机体感到舒适；但当气温高于人体皮肤温度时，空气的流动则可使人体从外界环境吸收更多的热，对机体热平衡产生不良影响；2）在冬季，空气的流动则使机体感到更加寒冷，特别是在低温、高湿的环境中，如果风速比较大，往往会由于散热过多而引起过冷。适度的气流能使空气清洁、新鲜，对健康有益。通常以室内空气的流通速度小于lm/s为宜。气流除了能影响人的温热感觉，还对人类某些疾病的发生有影响。反常的气流有害健康，如大风暴的来临会导致大气中的氧含量下降，空气中电离子平衡破坏，造成压抑、紧张和疲劳的感觉，

27、此时支气管疾病和心脏病患者极易发病。春秋是多风季节，很多地区会出现干热风，使人头痛、恶心、烦躁、精神不集中，因此交通事故、工伤事故、犯罪率和精神病发病率此时有所增高。4. 热辐射热辐射包括太阳辐射 (使人体受热)和人体与周围环境之间通过辐射形式的热交换。任何两种物体之间，只要存在温度差异就有热辐射存在，它不受空气影响，总是从温度较高的物体向温度较低的物体辐射散热，直至两物体的温度相等为止。辐射量与温度和实际参与辐射的物体表面积有关。当周围温度比人体皮肤温度高时，热流从周围向人体辐射，使人体受热，这种辐射叫正辐射；当周围温度低于皮肤温度时，热流从人体向周围辐射，使人体散热，这种辐射叫负辐射。人体

28、对负辐射的反射性调节不很敏感，因此，在寒冷季节容易因负辐射而丧失大量热量而使人受凉。建筑热湿环境的评价指标 1. 室内热湿环境的评价指标室内环境各要素对机体热调节的作用是综合的。在气温、湿度、气流、辐射等要素中，虽然气温对机体的热调节起重要的作用，但其他要素对机体热调节同样也有相当的作用。各要素的不同组合，可以使机体的散热方式发生改变，影响机体的热调节。因此不能单独根据气温或其他任何单一的要素来评价室内环境，而必须用某种能包括各种要素的综合指标来进行评价。综合评价室内热湿环境的指标，按其根据的不同，可分为三类：1）根据环境物理因素测定而制订的，如湿球温度，黑球温度等。湿球温度表示气温和湿度综合

29、作用的结果；黑球温度表示气温、辐射和气流速度综合作用的结果。这类指标简单易行，但没有考虑到机体的反应，目前已较少单独使用，而常作为其他综合指标的组成成分之一。2）基于热平衡指标，如新有效温度ET*、标准有效温度SET、预测平均投票数PMV等。3）根据生理反应机体与环境之间热交换指标，如风冷却指数WCI、不快指数DI、热应激指数等7。目前用于评价的主要指标见表3-4所列：表3-4 热环境评价指标8指标提出者适用范围物理测试指标卡它冷却力Hill,1914风速不大，且风向不重要时当量温度Dufton 1932供暖的房间，8teq24，V /s经验指标风冷却指数WCISipleV20m/s有效温度E

30、THoughton, Yaglou,19321ET43, /sv/s不快指数DI英国气象局，1957由气温和湿度的组合评价闷热的环境基于热平衡的指标新有效温度ET*Gagge,Stolwijk,Nishi,1971坐姿工作，轻装的情况标准有效温度SETGagge,Stolwijk,Nishi,1971适用于未发生寒战的温度范围热应力指标HSIBelding Hatch 195521ET60, /sv10m/s预测平均投票数和预测不满意百分数(PMV-PPD)Fanger,1972主要预测接近热中性时的冷热感在以上几种指标中，应用最广泛的是被编入国际标准IS07730的预测平均投票数（Predi

31、cted Mean Vote，PMV）和预测不满意百分数（Predicted Percent of Dissatisfied，PPD）评价指标，它是丹麦的P.O.Fanger在大量实验数据的统计分析的基础上，并结合人体的热舒适方程，提出的表征人体热舒适的一个较为客观的指标。该指标综合考虑了（1）人体活动程度；（2）衣服热阻；（3）空气温度；（4）平均辐射温度；（5）空气湿度；（6）空气流动速度等六个因素，并从心理、生理学主观热感觉的等级为出发点，是迄今为止，考虑人体热舒适感诸多因素最全面的评价指标。Fanger还进一步发展了舒适方程，并用公式表示一个可预测任何给定环境变量的组合所产生热感觉的指

32、标，这一指标被称为预测平均评价（PMV），Fanger教授把它分为七个等级，每一个等级的代表意义如表3-5所示。此外，与PMV模型相似的还有Gagge教授提出的有效温度指标(ET*)和标准有效温度指标(SET)，这类模型共同的特点是稳态的、以人体热平衡方程为基础的，即认为环境参数不随时间改变，而人体是外界热刺激的被动接受者，通过两者之间的热湿交换来影响人体的生理参数，进而产生不同的热感觉。表3-5 PMV热感觉标尺9热感觉热暖微暖适中微凉凉冷PMV值+3+2+10-1-2-3卡他冷却能力是1914年由Hill最早提出的，该指标综合了平均辐射温度、空气温度和空气流速的影响。1929年，Dufto

33、n研制了一种综合恒温器。这种恒温器可在空气温度、热辐射和空气速度变化的条件下保持房间具有舒适的温度，这一装置被称为拟人器（eupatheostat）。1936年，Dufton提出了当量温度(Equivalent Temperature，ET)指标。1936年，Bedford用卡他温度计、Mark I型拟人器等几种仪器对工厂的热环境进行了现场测量和问卷调查，通过回归分析，得到了当量温度的解析表达式。1976年，McIntyre提出了主观温度(Subjective Temperature)指标，并给出了计算公式，该指标将人体变量和环境变量分开，更便于实际应用。1923年，Houghton和Yagl

34、ou确定了包括温度、湿度两个变量的裸体男子的等舒适线，并由此创立了对热环境研究具有深远影响的有效温度指标 (Effective Temperature，ET*)。19241925年，Houghton、Yaglou和米勒又进一步研究了包括空气流速和衣着影响的实验。1932 年，Vernon和Warner使用黑球温度代替干球温度对热辐射行了修正，产生了修正有效温度指标 (Corrected Effective Temperature，CET)。1950，Yaglou等对热辐射进行了修正，提出了当量有效温度的概念。1971年，Pierce研究所的Gagge提出了新的有效温度ET*(Net Effec

35、tive Temperature)指标，该指标综合了温度、湿度对人体热舒适的影响，适用于穿标准服装和坐着工作的人群，并已为ASHRAE55-74舒适标准所采用。随后，又综合考虑了不同的活动水平和服装热阻的影响，提出了众所周知的标准有效温度指标SET (Standard Effective Temperature)。在非常寒冷的气候中，影响人体热损失的主要因素是空气流速和空气温度。Siple和Passel于1945年把这两个因素综合成一个单一的指数，称为风冷却指数（Wind Chill Index，WCI），来表示在皮肤温度为33时某一皮肤表面的冷却速率，即： (3.1) 式中Va是风速(m/s

36、)，ta是环境空气温度()。WCI的单位为kcal/(m2·h)。表3-6把风冷却指数与人体的生理效应联系起来。表中描述热感觉的词由Siple提出，适合于穿合适衣服的北极探险者，因此不能认为表中的“凉”与ASHRAE热感觉标度中的“凉”是一致的。表3-6 风冷却指数与人体的生理效应风冷却指数kcal/(m2·h)生理效应风冷却指数kcal/(m2·h)生理效应200愉快1200剧冷400凉1400肌肉冻僵800冷2500不能忍受1000很冷建立热应力指数(Heat Stress Index，HSI)的目的在于把环境变量综合成一个单一的指数，用于定量表示热环境对人体

37、的作用应力。具有相同指数值的所有环境条件作用于某个人所产生的热过劳均相同。例如A和B是两个不同的环境，A环境空气温度高但相对湿度低，B环境空气温度低但相对湿度高。如果两个环境具有相同的热应力指数值，则对某个人应产生相同的热过劳。热应力指数是在由匹兹堡大学的Belding和Hatch于1955年提出的。它假定皮肤温度恒定在35的基础上，在蒸发热调节区内，认为所需要的排汗量Ereq等于代谢量减去对流和辐射散热量，呼吸散热不计，则得出热应力指数为： HSI=Ereq/ Emax×100 (3.2)这一指数在概念上与皮肤润湿度相同。规定Emax的上限值为390W/m2，相当于一个典型男子的排

38、汗量为1L/h。下表3-7给出了热应力指数含义的说明。表3-7 热应力指数的意义HSI暴露8h的生理和健康情况的描述-20轻度冷过劳0没有热过劳1030轻度至中度热过劳。对体力工作几乎没有影响，但可能减低技术性工作的效率4060严重的热过劳，除非身体健壮，否则就免不了危及健康。需要适应环境的能力7090非常严重的热过劳。必须经体格检查以挑选工作人员。应保证摄入充分的水和盐分100适应环境的健康年轻人所能容忍的最大过劳大于100暴露时间受体内温度升高的限制在实际的空调采暖工程设计中，经常会遇到人员短暂停留的过渡区间。该过渡区间可能连接着两个不同空气温度、湿度等热环境参数的空间。人员经过或在该区间

39、作短暂停留，而且活动状态有所改变的时候，对该空间的热环境参数的感觉是与他在同一空间作长期静止停留时的感觉是不同的。因此需要有人体对这类过渡空间的热舒适指标进行试验，以指导对这类空间的空调设计参数的确定。相对热指标 (Relative Warmth Index，RWI)和热损失率 (Heat Deficit Rate，HDR)是美国运输部为地铁车站站台、站厅和列车空调设计参数的确定提出的考虑人体在过渡空间环境的热舒适指标。这些指标是根据ASHRAE的热舒适实验结果得出的。RWI适用于较暖环境，而HDR适用于冷环境。但它没有考虑人体在过渡区间受到变化温度刺激时出现Gagge等人发现的热感觉“滞后”

40、和“超前”的现象，而仅考虑了过渡状态人体的热平衡。它对动态过程的考虑反映在：(1) 认为人在一种活动状态过渡到另一种状态时，要经过6min的过程代谢率M才能达到最终活动状态下的稳定代谢率。在这个过渡过程中，代谢率与时间呈线性关系。(2) 人的活动会导致出汗并湿润服装，同时人的活动扰动周围气流，导致服装热阻有所改变。认为一种活动状态过渡到另一种活动状态时，服装热阻要经过6min达到新的稳定值，其间服装热阻与时间呈线性关系。RWI是一个无量纲指标，其定义式为： (Pa2269Pa) (3.3) (Pa2269Pa) (3.4)HDR反应了人体所损失的热量，单位为W/m2。其表达式为: (3.5)式

41、中Icw()是衣服被汗湿润后的热阻，在改变活动状态的头6min内是时间的线性函数，单位为clo；是人体的空气边界层热阻。如果人体运动产生的诱导风速为Va，则人体边界层的实验回归式有： Ia=03923Va (3.6) RWI的分度与ASHRAE热感觉标度之间的关系见表3-8： 表3-8 RWI的分度与ASHRAE热感觉标度之间的关系 热感觉ASHRAE热感觉标度RWI热感觉ASHRAE热感觉标度RWI暖2中性0稍暖1稍凉-1 如果给定各连续过渡空间的空气参数、人员衣着以及进入这些空间后的活动状态，根据上式计算各连续过渡空间的RWI和HDR值，就可以了解人员依次进入这些过渡空间时的相对热感觉是比

42、以前一个空间更凉爽些还是更暖些，反过来也可以用于确定各功能空间的设计参数。一般认为反映小气候对人体影响的生理指标，应能灵敏地反映小气候的变化对机体的影响，测定方便而且应准确和重复性好，这对于评价环境作用于机体热负荷和研究室内小气候的卫生标准都是十分重要的。常用的生理指标包括皮肤温度、体温、热平衡测试、脉搏和汗分泌机制、温热感觉等。1）皮肤温度 皮肤温度的变化是血管反应的结果。在通常情况下，当气温降低时，人体皮下毛细血管收缩，造成通过的血流量减少，皮肤温度下降，散热量减少；反之，当气温升高时，皮下毛细血管扩张，皮肤温度升高，散热量增加。当气温为1820时，皮肤温度基本上没有变化，说明在此温度范围

43、内机体和外界环境维持着良好的热平衡。有资料表明，室温在17-22之间；当室温低于17时，胸部皮肤温度将随着室温下降而逐渐下降；当室温高于22时，胸部皮肤温度则随室温而逐渐上升。手背的皮肤温度始终随着气温的变化而有相应的变化，这表明当室温在17以下或22以上时，只靠裸露部位皮肤的调节己不能很好地维持机体的热平衡，未裸露的皮肤温度也开始变化以保持机体的热平衡，说明机体的体温调节己经开始紧张。当室温下降至913时，皮肤温度会出现一次回升现象，反映机体在寒冷刺激下热调节的紧张。在空气温度上升到32以上时，人体出汗开始增加；当气温超过33时，汗液蒸发几乎成为惟上的散热方式，由于汗液的蒸发散热，皮肤温度不

44、再上升，甚至略有下降。 由于皮肤温度受到衣着、局部毛细血管的分布、距心脏的距离、局部汗腺分泌活动等因素的影响，因此身体不同部位的皮肤温度也不一样，随着小气候变化而改变的数值也不同。因此，一般可测定3-7点的皮肤温度，按加权法计算平均皮肤温度。胸+小腿+前臂。胸+股+大腿+前臂。前额+胸+0.19T股+小腿+脚底+前臂+手掌。 皮肤温度是一个敏感的指标，测定比较方便，与人的温热感觉脉搏变化基本上是相平行的，因此是评价小气候对人体影响的常用生理指标。衣着遮蔽部位的皮肤温度随气温而变化的幅度较小，裸露部位的皮肤温度随气温变化的幅度大。当成人裸露部位和遮蔽部位的皮肤温差小于时，人体感觉“热”;当皮肤温

45、差等于35时，则感觉“适宜”；当皮肤温差大于6时，则感觉“冷”。2）体温 体温是判断机体热平衡是否受到破坏的最直接的指标。由于机体具有很大的热调节的能力，所以，机体的热平衡一般不容易被破坏，体温一般也不会有大幅度的改变。 3）热平衡测试 通过对产热和散热的测定，进行热平衡状况的计算，是了解机体在小气候作用下生理反应的一种重要方法，但因测量计算烦琐，一般不常使用，也不在此介绍计算方法。 4）脉搏 脉搏在高温条件下是一种简单而灵敏的指标，气温在35以上时，脉搏可增加60%。 5）汗分泌机制 人体在任何气温下皮肤表面都有汗液蒸发，但是在气温较低时，出汗量很少，自己感觉不到出汗，此时即为不知觉出汗。在

46、安静情况下，相对湿度为22%、气温达30时，人体开始知觉出汗(即能感觉到皮肤出汗);相对湿度为60%，气温在25-26之间时即开始知觉出汗。知觉出汗表明此时人体以对流、传导与辐射方式散热已不足，必须用蒸发散热来补充。知觉出汗是反映机体热调节机能开始紧张的一项指标，大量出汗可以作为体温调节过程紧张的特征之一。休息时人的最大出汗量约为1800g/h，劳动时最大出汗量约为3900g/h，出汗量可通过观察出汗前后体重的变化求得。 6）温热感觉温热感觉反映机体在小气候作用下的综合感觉。温热感是一种主观感觉，容易受到人的主观因素的影响。温热感不仅与室内小气候状况有关，而且与皮肤供血的变化、中枢神经的反应性

47、、对气候条件的适应能力等个体特性有关。有时主观感觉可能与体内研发生的客观变化不一致。在研究室内小气候对机体的生理影响时，通常要进行温热感的询问，询问时通常将温热感觉分为5级，即冷、凉、舒服、暖和热；实际调查时常分3级，即冷、适宜 (包括凉快、舒服、暖和)和热。3.2 建筑光环境 建筑光环境是建筑室内环境中的一个非常重要的组成部分。人们对光环境的需求与所从事的活动有密切关系。在进行生产、工作和学习的场所，适宜的照明可以振奋人的精神、提高工作效率、保证产品质量、保障人身安全与视力健康。因此，充分发挥人的视觉效能是营建这类光环境的主要目标。而在居住、休息、娱乐和公共活动的场合，光环境的首要作用则在于

48、创造舒适优雅、活泼生动或庄重严肃的特定环境气氛，使光环境对人的精神状态和心理感受产生积极的影响。 建筑照明能耗在建筑能耗中也占据了重要的份额。国内外的统计数据都表明，在现代的办公建筑与大型百货商场，照明能耗均约占整个建筑能耗的三分之一左右。因此，在保证满足室内光环境要求的条件下，最大限度地降低照明能耗，对于减少建筑总能耗，降低高能耗所导致的污染排放具有非常重要的社会意义和经济效益，也是建筑环境专业的重要的任务。 光的性质与度量光是以电磁波形式传播的辐射能。电磁辐射的波长范围很广，只有波长在380nm至760nm的这部分辐射才能引起光视觉，称为可见光(简称光)。波长短于380nm的是紫外线、X射

49、线、Y射线、宇宙线，长于760nm的有红外线、无线电波等等，它们与光的性质不同，肉眼是看不见的(图3-7)。 图3-7 辐射波谱不同波长的光在视觉上形成不同的颜色，例如700nm的光呈现红色，580nm呈黄色，470nm呈蓝色。单一波长的光呈现一种颜色，称为单色光。日光和灯光都是由不同波长的光混合而成的复合光，它们呈白色或其他颜色。将复合光中各种波长辐射的相对功率量值按对应波长排列连接起来，就形成该复合光的光谱功率分布曲线，它是光源的一个重要物理参数。光源的光谱组成不但影响光源的表观颜色，而且决定被照物体的显色效果。 光环境的设计和评价离不开定量的分析和说明，这就需要借助于一系列的物理光度量来

50、描述光源与光环境的特征。常用的光度量有光通量、照度、发光强度和(光)亮度。 1光通量单位时间内，辐射体以电磁辐射的形式向外辐射的能量称为辐射功率或辐射通量(w)。光源的辐射通量中可被人眼感觉的可见光能量(波长380-780nm)按照国际约定的人眼视觉特性评价换算为光通量，其单位为流明(1umen，1m)。人眼对不同波长单色光的视亮度感受性也不一样，这是光在视觉上反映的一个特征。在光亮的环境中(适应亮度>3cdm2，亮度单位见后文)，辐射功率相等的单色光中人眼看起来感觉波长555nm的黄绿光最明亮，并且明亮程度向波长短的紫光和长波的红光方向递减。国际照明委员会(CIE)根据大量的实验结果，

51、把555nm定义为同等辐射通量条件下，视亮度最高的单色波长，用m表示。将波长为m的辐射通量与视亮度感觉相等的波长为的辐射通量的比值，定义为波长的单色光的光谱光视效率(也称视见函数)，以V()表示。也就是说，波长555nm的黄绿光V()=1，其他波长的单色光V()均小于1(图8-2时)，人的视亮度感受性发生变化，以=510nm的蓝绿光最为敏感。光视效能K()是描述光能和辐射能之间关系的量，它是与单位辐射通量相当的光通量，最大值Km在=555nm处。根据一些国家权威实验室的测量结果，1977年国际计量委员会决定采用Km=6831m/W，也就是波长555nm的光源，其发射出的1W辐射能折合成光通量为

52、683lm。在照明工程中，光通量是说明光源发光能力的基本量。例如，一只耗电40W的自炽灯发射的光通量为3701m，而一只耗电40W的荧光灯发射的光通量为28001m，是白炽灯的7倍多，这是由它们的光谱分布特性决定的。 2照度 照度是受照平面上接受的光通量的面密度，符号为E。若照射到表面一点面元上的光通量为d(lm)，该面元的面积为dA(m2)，则有： （3.7） 照度的单位是勒克斯(1ux，lx)。1lx等于1lm的光通量均匀分布在1m2表面上所产生的照度，即1lx=1lm/m2。勒克斯是一个较小的单位，例如：夏季中午日光下，地平面上的照度可达105lx；在装有40W白炽灯的书写台灯下看书，桌

53、面照度平均为2003001x；月光下的照度只有几个勒克斯。 3发光强度 点光源在给定方向的发光强度，是光源在这一方向上单位立体角元内发射的光通量，符号为I，单位为坎德拉(Candela，cd),其表达式为： （3.8）式中的力为立体角，其定义见图83。以任一锥体顶点D为球心，任意长度r为半径作一球面，被锥体截取的一部分球面面积为S，则此锥体限定的立体角为： （3.9） 立体角的单位是球面度(sr)。当s=r2时，=1sr。因为球的表面积为4r2，所以立体角的最大数值为4sr。坎德拉是我国法定单位制与国际SI制的基本单位之一，其他光度量单位都是由坎德拉导出的。1979年10月第10届国际计量大会

54、通过的坎德拉定义如下：“一个光源发出频率为540×1012Hz(相当于空气中传播的波长为555nm)的单色辐射，若在一定方向上的辐射强度为1/683W/sr，则光源在该方向上的发光强度为1cd” 。 发光强度常用于说明光源和照明灯具发出的光通量在空间各方向或在选定方向上的分布密度。如一只40W白炽灯泡发出3701m的光通量，它的平均发光强度为370/4=31cd。如果在裸灯泡上面装一盏白色搪瓷平盘灯罩，灯的正下方发光强度能提高到80-100cd，如果配上一个合适的镜面反射罩，则灯下方的发光强度可以高达数百坎德拉。在这两种情况下，灯泡发出的光通量并没有变化，只是光通量在空间的分布更为集中了。4光亮度(亮度) 光源或受照物体反射的光线进入眼睛，在视网膜上成像，使我们能够识别它的形状和明暗。视觉上的明暗知觉取决于进入眼睛的光通量在视网膜物像上的密度物像的照度。这说明，确