建筑环境学课件

中科院院士陳述澎在他的《遙感大辭典》中給出

“風水”－－“局地小氣候”北京市用新設計出來的一套電腦軟體系統，科學評估城市建築規劃對“風水”的影響。

“看”電腦軟體－－－風水？何謂“風水”？奧運規劃引入評估軟體2008年奧運場館中的奧林匹克公園和五棵松文化體育中心以及金融街改造專案中，科研人員首次對不同規劃方案的氣象要素及污染物變化進行分析。只要將建設規劃的數據輸入這套軟體，程式就會自然打分。決策部門可依據不同因素，決定選擇何種規劃。有了這套系統，決策部門除了考慮造價、美觀和工程品質，還能把環境因素列入參考數據。我國首部室內空氣品質標準於2003年3月1日起實施

您家的室內空氣品質怎麼樣？這個看不見也摸不著的問題有“標”可依：我國第一部《室內空氣品質標準》正式出臺標準首次引入室內空氣品質的概念它的實施為消費者解決污染難題提供有力保障

IAQ：室內空氣品質（IndoorAirQuality）在建築物中的人們常表現出一些病態反應德國的星期一綜合症便是其中著名的一例－為什麼？？？病態建築（SickBuilding）、病態建築綜合症（SickBuildingSyndrome）室內空氣品質（IAQ)為何“IAQ”日益受到人們的重視？原因人們約有90％的時間都在室內度過，室內空氣品質不佳是引起病態建築綜合症的主要因素。

後果由於IAQ問題導致的病態建築綜合症，使人們的健康和工作效率大受影響。為了改善室內空氣品質，需要增加建築和空調系統的初投資及維護費用。影響在美國IAQ問題是有關全民健康的首要問題之一，受其影響的美國人口多達3000萬，由此造成的經濟損失超過了$400億/年，這些數字令人觸目驚心。

住房改革帶來的購房、室內裝修熱潮，使得IAQ問題尤為突出案例1：北京某居民裝修一年後發現室內甲醛超標20倍，他本人也因此得了“喉乳頭狀瘤”，他把裝飾公司告上了法庭案例2：北京抽查了6座高檔寫字樓，發現氨超標率80.56%，臭氧的超標率50%，甲醛的超標率42.11%。

案例3：北京每年發生有毒建築材料引起的急性中毒事件約有400餘起，中毒人數1萬餘人，慢性中毒約有10萬人次。

案例4：國家衛生部、建設部和環保部門在去年9月的一次家庭裝飾材料抽查中，發現不合格者占

68%。

國內IAQ現狀如何應對？認識人們已經認識到解決IAQ問題的重要性與迫切性，

IAQ問題已成為建築環境領域內的一個研究熱點。研究從七十年代末開始，國內外的專家學者做了大量研究工作，目前尚缺乏對IAQ問題系統全面的認識舉措“建築環境學”課程的開設，就是應對上述問題的舉措之一。發展歷程建築與環境的關係巢居、穴居整正意義上的建築（安全性、功能性、舒適性、美觀性）建築外環境、建築熱濕環境、室內空氣環境、建築聲、光環境人類對建築與環境關係的認識過程建築與環境建築與人人與自然

建築與環境關係的發展中存在的問題環境污染、能源枯竭、空氣品質低下課程體系課程任務：從人類的生理特點出發，瞭解熱、聲、光、空氣品質等物理因素對人的健康、舒適的影響，瞭解環境氣象參數、人類生活、生產過程中熱量、濕量、空氣污染物對建築的影響，瞭解建築中熱、空氣品質、聲、光等環境因素控制的基本原理、方法和手段。研究手段：從材料的熱物性、光學性能、聲學性能進行研究建築物理；從人體的功能出發，用熱生理來研究人體對熱和冷的反應機理；借助心理學的研究手段，通過觀察受試者的反應得出在熱、聲、光環境下的感覺。課程性質：跨學科的邊緣科學，內容涉及熱學、流體學、物理學、心理學、生理學、勞動衛生學、城市氣象學、房屋建築血、建築物理等學科。第二章

建築外環境為什麼要考慮建築外環境?

建築物所在地的氣候條件，會通過圍護結構，直接影響室內的環境，為得到良好的室內氣候條件以滿足人們生活和生產的需要，必須瞭解當地各主要氣候要素的變化規律及其特徵。一個地區的氣候是在許多因素綜合作用下形成的。對建築密切有關的氣候要素有：太陽輻射、氣溫、濕度、風、降水等等。 第一節地球繞日運動的規律

經度和緯度倫敦格林威治天文臺經線或子午線緯線東經西經北緯南緯180°90°0°0°0°0°+23.5°-23.5°第一節地球繞日運動的規律

太陽的位置與日照的關係赤緯：太陽光線與地球赤道平面之間的夾角赤緯d北回歸線南回歸線南北回歸線赤緯和太陽高度角有什麼區別？

時角和太陽方位角有什麼區別？

太陽時角太陽高度角太陽方位角sin

=con

coshcond+sin

sindsinA=cosdsinh/cos

第二節太陽輻射可見光紫外線近紅外線長波紅外線太陽輻射能量比例

太陽常數1353W/m2：大氣層外的輻射強度進入大氣層後被反射和吸收，光譜成分有所改變，輻射強度有所改變。太陽高度角是重要影響因素。太陽輻射能與太陽高度角太陽高度角關於太陽高度角

太陽高度角與太陽通過的路徑長度密切相關，從而影響日射強度。太陽高度角低則日射強度小冬季太陽高度角低，夏季太陽高度角高清晨和傍晚太陽高度角低，中午太陽高度角高高緯度地區太陽高度角低，低緯度地區太陽高度角高太陽高度角冬夏不同落到地球上的太陽輻射能量

由三部分組成直射輻射：為可見光和近紅外線散射輻射：被大氣中的水蒸汽和雲層散射，為可見光和近紅外線大氣長波輻射：大氣（水蒸汽和CO2）吸收後再向地面輻射，為長波輻射。在日間比例很小，可以忽略。所謂太陽總輻射強度一般僅包括前兩部分太陽輻射強度與朝向

北緯40°的總輻射強度大氣透明度

定義：IL/I0=P=exp(-kL)，P＝1最透明變化範圍：0.65~0.75，在一個月份的晴天中可近似認為是常數我國將大氣透明度作了6個等級的分區，1級最透明東京晴天的大氣透明度逐月值我國的大氣透明度分區6544332大氣品質

mIN=I0Pmm=L’/L=1/sin

大大

太陽輻射能的去向第三節室外氣候

自然的微氣候

大氣壓力

地層溫度

空氣溫度

有效天空溫度

空氣濕度

風降水大氣壓力

大氣壓力隨海拔高度而變在同一位置，冬季大氣壓力比夏季大氣壓力高，變化範圍5％以內海平面大氣壓力稱作標準大氣壓，為101325Pa或760mmHg北京太原拉薩昆明瑪多蘭州格爾木地層溫度表面溫度的變化取決於太陽輻射和對天空的長波輻射，可看作是週期性的溫度波動地層表面的月平均溫度波動幅度基本等於室外月平均氣溫波動的幅度：北京全年最大月平均溫差30.8℃，北京地層表面溫度全年的波幅為15.4℃溫度波在向地層深處傳遞時，有衰減和延遲；1.5m後日變化被濾掉；一定深度後便成為恒溫層，溫度比全年氣溫平均溫度高1～2℃。地層溫度

未考慮地熱的影響，可以採用傅立葉導熱微分方程來求地層在週期溫度作用下的溫度場。假定地殼是一個半無限大的物體，有：邊界條件為過餘溫度 ℃A是地層表面溫度的波幅(℃)，Z是波動週期(小時)。地層溫度

深度達到某一個部位，最熱月時此處的溫度反而低於該點的全年平均溫度，而在最冷月時，該點的溫度要高於全年平均溫度。如果考慮地熱的影響，深度每增加1米，地層平均溫度一般就會增加1/30℃左右。但與當地地質條件有關。未考慮地熱影響的空氣溫度

主要指距地面1.5m高，背陰處的空氣溫度。與地表面以導熱、對流和長波輻射形式進行熱交換而被加熱或冷卻。對短波輻射幾乎是透明體。日較差：一日內氣溫的最高值和最低值之差。年較差：一年內最冷月和最熱月的月平均氣溫差。年平均溫度：向高緯度地區每移動200~300km降低1℃。空氣溫度年較差與緯度的關係太陽輻射和氣溫變化空氣溫度的日變化

武漢九月初一天的氣象數據

一天中最高气温一般出现在下午2~3時，最低氣溫一般出現在淩晨4~5時空氣溫度的年變化

武漢某年的氣象數據

一年中最熱月一般在7、8月份，最冷月一般在1、2月份。空氣溫度的局部效應

受地面反射率、夜間輻射、氣流、遮陽等影響，離建築物越遠，溫度越低空氣溫度的局部效應

霜洞效應：窪地冷空氣聚集造成氣溫低於地面上的空氣溫度有效天空溫度參考文獻：劉森元，黃遠峰：天空有效溫度的探討，《太陽能學報》，Vol.4,No.1,pp.63-68,1983地表溫度空氣溫度水蒸汽分壓力日照百分率濕度

來源

水體蒸發植物蒸發影響因素

地面性質水體分佈季節寒暑天氣陰晴

水蒸汽分壓力

冬季較低，夏季較高濕熱地區：15~20mbar

寒冷和沙漠地區：2mbar

日變化較小，季節變化較大內陸地區夏季：上午9~10時和晚上9~10時最高，淩晨和午後最低沿海地區夏季和各地秋冬季：日變化與氣溫日變化一致濕度日變化

相對濕度與氣溫變化反相濕度年變化

內陸和沿海地區差別較大風

風的成因大氣環流：造成全球各地氣候差異赤道和兩極溫差造成地方風：造成局部差異，以一晝夜為週期地方性地貌條件不同造成，如海陸風、山谷風、庭院風、巷道風等季風：造成季節差異，以年為週期海陸間季節溫差造成，冬季大陸吹向海洋，夏季海洋吹向大陸大氣環流

赤道得到太陽輻射大於長波輻射散熱，極地正相反。地表溫度不同是大氣環流的動因，風的流動促進了地球各地能量的平衡。大氣環流地球的自轉把赤道上空向兩極流動的氣流變成西風海陸風和山谷風風的測量

測量開闊地面10m高處的風向和風速作為當地的觀測數據

風速有梯度，地面為0m/s，可認為按冪函數規律分佈，如：風玫瑰圖某地的風向頻率分佈實線為全年，虛線為7月份某地一年的風速頻率分佈北京地區的風玫瑰圖

粗線：全年細實線：冬季，12~2月份虛線：夏季，6~8月份蒲福風力等級表降水

大地蒸發的水分進入大氣層，凝結後又回到地面，包括雨、雪、冰雹等降水強度：24小時的降水總量，單位mm(或cm)

影響因素氣溫地形大氣環流海陸分佈我國降水分佈

我國降水基本集中在夏季，長江流域在夏初有“梅雨”

降雪集中在北緯35°以北第三節室外氣候

城市氣候社區風場城市熱島建築佈局與日照此處易聚集垃圾社區風場

形成機理建築物對來流風的阻礙和聚集作用社區內太陽輻射導致各表面存在溫差而形成的自然對流不當風場的危害冬季造成熱負荷增加高風速影響人員行動夏季自然通風不良社區風場

建築的佈局對社區風環境有重要的影響。北京，在北風來流7.6m/s時，局部1.5m高處出現10m/s的高風速北風場的3-D圖：1.5m高處北社區風場

改變建築佈局，社區風環境有明顯改善北社區風場

建築佈局風場模擬北北城市熱島

熱島強度：熱島中心氣溫減去同時間同高度（距地1.5m高處）附件遠郊的氣溫的差值。單位：℃城市熱島的成因

自然條件市內風速、對天空長波輻射：建築佈局影響對天空角係數和風場雲量：市區內雲量大於郊區太陽輻射：市內大氣透明度低下墊面的吸收和反射特性、蓄熱特性：地面材料、植被、水體的設置人為影響：“人為熱”交通、家用電器、炊事產熱空調採暖產熱城市熱島的成因：下墊面的影響不同下墊面的反射和吸收比不同下墊面的地表面溫度下墊面對氣溫的影響磚石地面草地裸露的土地城市熱島與逆溫層

由於自然對流的作用，在地面以上一定高度內形成了一個溫度隨高度上升的穩定的“逆溫層”，使污染物處於低溫區域，妨礙了污染物向上部的擴散，加劇了城市的污染程度。“逆溫層”的影響範圍與熱島強度有關，在大城市可達500m高，小城市約為50m。倫敦的城市熱島

倫敦地區冬季月均熱島強度達到6.7℃（12F）北京的城市熱島

北京80年代初城市熱島強度為夏季1.5℃，冬季5℃。家用空調的普及和車輛的劇增必然導致近年夏季熱島強度增加。1983年1月26～27日1982年7月北京某新建社區的熱島模擬S2區臨馬路，S3區綠化好，老區建築佈局不通風北京某新建社區的熱島模擬建築佈局與日照

日照的作用冬季採暖：充分利用太陽能自然採光需要：適當的散射輻射心理需要：冬日室內光斑對人的心理有積極作用影響因素緯度：決定太陽高度角和日射強度建築佈局：決定遮擋情況目標冬天儘量多：但太陽高度角低易被遮擋夏天儘量少：但太陽高度角高不易被遮擋日照的作用

日照過少導致人體產生的褪黑色素增加，引起精神憂鬱紫外線殺菌，促進合成維生素D導致皮膚癌可見光獲得照明紅外線帶來輻射熱能建築佈局與日照

我國民用住宅設計規範要求每戶至少有一間房間冬至日滿窗日照時間不低於1小時。日影終日日影：一天中都沒有日照永久日影：終年沒有日照建築佈局與日照建築的互遮擋：不同建築物相互遮擋建築的自遮擋：建築物一部分被另一部分遮擋建築的互遮擋情況永久日影

紅線區內為永久日影區第四節我國氣候分區特點

兩個分區標準“民用建築設計規範”（GB50176－93）的五個建築熱工設計分區建築熱工區劃標準（GB50176－93）的七個建築氣候區劃分區建築熱工設計分區嚴寒地區寒冷地區夏熱冬冷區夏熱冬暖區溫和地區寒冷地區嚴寒地區寒冷地區嚴寒地區建築氣候區劃標準的分區法I區II區III區IV區V區VII區VI區柯本(W.P.Koppen)的全球氣候分區濕熱寒冷高原乾冷半乾冷寒冷寒冷冬冷夏熱冬幹夏濕熱習題

請推出式(2-3)，以強化對幾個太陽角的理解為什麼我國北方住宅嚴格遵守座北朝南的原則，而南方（尤其是華南地區）住宅並不嚴格遵守此原則？是空氣溫度改變導致地面溫度改變，還是地面溫度改變導致空氣溫度改變？晴朗的夏夜，氣溫25℃，有效天空溫度能達到多少？如果沒有大氣層，有效天空溫度應該是多少？習題

為什麼晴朗天氣的淩晨樹葉表面容易結露或結霜？為保證日照時間滿足規範要求，南方地區和北方地區要求的最小住宅樓間距是否相同？為什麼？

採用高反射率的地面對社區微氣候是改善了還是惡化了？為什麼？水體和植被對熱島現象起什麼作用？機理是什麼？78第三章

建築空氣環境79為什麼要研究建築的空氣環境?人們約有80％以上的時間是在室內度過的。很少有人對不清潔的空氣所導致的深遠影響有所認識，而對這一問題缺乏應有的重視卻對人類的壽命產生如此嚴重的影響。

Hood1944年80SBS－SickBuildingSyndrome

病態建築綜合症：現代都市病症狀頭痛、噁心疲乏，萎靡不振粘膜有刺激感（眼紅、流淚、咽幹等）易感冒患哮喘或其他呼吸道疾病BRI：建築關聯病81SBS－SickBuildingSyndrome

病態建築綜合症：現代都市病室內空氣環境是人們接觸最頻繁的環境

室內污染物增多：燃料消耗量、化工產品品種、建築材料品種增多

為了減少空調採暖能耗，建築物密閉程度增加82(1)NIOSH的調查 (2)WHC的調查問題種類 數量(%)數量(%)新風量不足2525271052內部污染物771616512外部污染物48101259建築材料204272微生物污染26560.4無IAQ問題611232924(1)NIOSH(美國國立勞動安全衛生研究所)1987年發表的對484所辦公建築物的調查結果(2)WHC(加拿大衛生和福利機構)1990年發表的對1362所辦公建 築物的調查結果83空氣污染的評價指標

閾值純客觀指標閾值的種類時間的加權平均閾值：8h工作日或35h工作周加權平均濃度，在該濃度下日復一日停留的人員幾乎均無有害影響。使用最廣泛的閾值。短期暴露極限閾值：15分鐘暴露無害。最高極限閾值：瞬間暴露無害。時間的加權平均閾值確定的困難污染物對人體的長期影響難以確定。多種有害物的共同作用難以確定。84空氣污染的評價指標

室內空氣品質（IAQIndoorAirQuality)

丹麥工業大學P.O.Fanger的定義(1989)：品質反映了人們要求的程度，如果人們對空氣滿意，就是高品質；反之，就是低品質。從純主觀感受出發

ASHRAE62-1989的良好IAQ定義：空氣中沒有已知的污染物達到公認的權威機構所確定的有害濃度指標，並且處於這種空氣中的絕大多數人（≥80％）對此沒有表示不滿意

主觀感受與客觀評價結合。85空氣污染的評價指標ASHRAEStandard62-1989R的定義

AcceptableIndoorAirQuality：空調空間中絕大多數人沒有對室內空氣表示不滿意，並且空氣中沒有已知的污染物達到了可能對人體產生嚴重健康威脅的濃度。反映了主觀和客觀的結合，ASHRAEStandard62-1999給予了繼承。

AcceptablePerceivedIndoorAirQuality:感覺上可以接收的IAQ，應該是必要條件而不是充分條件，62-1999中未出現。86空氣污染的評價指標

室內空氣品質的評價方法方法1：測量室內污染物濃度客觀評價方法2：居住者問卷調查主觀評價問題：

用什麼作為代表性的污染物？(測什麼？)

主觀評價結果往往與客觀評價結果矛盾：客觀測量值遠遠低於控制標準，但主觀感覺不好客觀測量值可能有些問題，但主觀感覺並不差人們感覺不舒服的原因很多，不知道哪些是IAQ的問題（熱環境、顏色、照度、工作壓力等也有影響）。87空氣污染的評價指標

室內環境品質(IEQIndoorEnvironmentQuality)

大量研究證明，引起病態建築綜合症的並非某一種室內污染物的單獨作用，也並非完全由室內空氣中的污染物所致，而是多種因素的綜合作用。室內空氣品質、舒適度、雜訊、照明、社會心理壓力、工作壓力、工作區背景等因素對室內人員生理和心理上的單獨和綜合的作用。88空氣污染的評價指標IAQ的標準：規定了室內污染物濃度的上限值。

我國：有商用建築的空氣品質衛生標準（公共場所衛生標準），民用建築的空氣品質標準正在審批中。芬蘭：公寓建築的室內氣候標準。特點：除污染物濃度外，均考慮了溫濕度、風速、雜訊、照明等影響，相當於反映了部分IEQ水準。89民用建築工程室內環境污染控制規範(送審稿)

民用建築工程室內環境指標Ⅰ類民用建築工程：住宅、宿舍、醫院病房、老年建築、幼稚園、學校教室等建築工程；２類民用建築工程：旅店、辦公樓、文化娛樂場所、書店、圖書館、展覽館、體育館、商場(店)、公共交通工具等候室、醫院候診室、飯館、理髮店等公共建築工程。90空氣污染的評價指標

氣味人們往往根據氣味評判空氣品質鼻子的特徵比任何測量儀錶都靈敏嗅覺有時間適應性：難以定量個體有差異，難以作為客觀標準鼻子的靈敏度隨空氣的溫濕度改變

P.O.Fanger的研究結論為：IAQ隨空氣焓值的降低而提高。91鼻子感覺的生理基礎嗅覺溫覺化學感覺92溫濕度和IAQ滿意度的關係93C.P.Yaglon制定的臭氣強度指標一般控制在2級一下94根據國家環保局的統一規定，中國空氣品質劃分為5級 評價客觀 級別

綜合指數I 說明

I 0~0.49清潔，適宜人類生活

II 0.5~0.99未污染，污染物不超標，人類生活正常

III 1.0~1.49

輕污染，至少有1個指標超標，敏感者 受害。

IV 1.50~1.99

中污染，2－3個指標超標，人群健康 明顯受害，敏感者受害嚴重。

V

2.00重污染。3－4個指標超標，人群健康 明顯受害，敏感者可能死亡。951998年全國主要城市空氣污染算術疊加指數（年均值）96污染物衡量標準

氣體污染物濃度：體積濃度(ppm)、品質濃度(mg/m3)、放射性氣體濃度(Bq/m3)

放射性比活度specificactivity：某種材料單位品質的某種放射性核素的活度，Bq/kg。懸浮顆粒物品質濃度：mg／m3

計數濃度：粒／cm3

微生物撞擊法：菌落形成單位（CFU）/m3

沉降法：個（菌落）/皿97

用大氣品質指數法進行IAQ客觀評價（《中國生態住宅技術評估手冊》建議，2001）污染物分指數算術疊加指數綜合指數污染物衡量標準實測濃度標準上限98正常大氣組分

常量組分符號含量(ppm)氮氣N2780840.00氧氣O2209460.00氬氣Ar9340.00氖氣Ne18.18氦氣He5.14氪氣Kr1.14氫氣H20.5099室內空氣污染物的來源之一：室外來源

大氣的易變數組分 符號 含量(ppm)

水蒸氣 H2O130000

二氧化碳 CO2350

甲烷 CH41.67

一氧化碳 CO0.19

臭氧 O30.04

氨氣 NH30.004

二氧化氮 NO20.001

二氧化硫 SO20.001

一氧化氮 NO0.0005100室內空氣污染物的來源之一：室外來源

燃料的燃燒、交通工具、工業企業、城市垃圾等造成的：Nox、Sox、H2S、懸浮顆粒物、煙霧等地層放射性污染被污染的水101室內空氣污染物的來源之二：室內來源

生產工藝工程：有機溶劑的蒸汽、燃燒產生的有毒氣體、刺激性氣體、生產性粉塵等

家電的電磁輻射

設計或管理不良的HVAC系統

以及………102生活中的燃燒過程：炊事、吸煙等103裝修材料、日化產品104微生物105室內污染物的來源106

CO2：新陳代謝

氣味：汗液蒸發、呼吸、有機物排泄、微生物分解、氨氣等衣服上的灰塵、細菌

煙草的煙氣：VOC和CO室內空氣污染物的來源之三：人體生物污染107室內空氣污染物的來源之三：人體生物污染新鮮空氣與人體呼氣的成分(體積%)成分N2,O2,CO2其他廢氣

新鮮空氣78.0320.990.03人體呼氣79.1-80.014.5-18.53.5-5.0若干108空氣污染物的種類及其所造成的污染

氣體污染物

CO2

氡

氨揮發性有機化合物VOC

氣味

分子污染

懸浮顆粒物

微生物（病毒、細菌、塵蟎）

其他（油煙、煙草煙霧、臭氧等）109CO2

常用指標

室內來源主要為人體代謝過程：人體呼出的空氣中約占4％，與人體代謝率有關；兒童為成年人的50%。排出CO2越多，同時排出其他代謝廢氣也越多。有機物燃燒過程：炊事、抽煙在室外空氣中的濃度

CO2為300－400ppm，O2為209460ppm

目前居住建築的控制標準高級客房：700ppm

普通居住空間：1000ppm

過渡空間：2000ppm110CO2

常用指標

作用一般濃度下，無毒，無臭。超過700ppm，敏感者能覺察到人體的其他代謝污染；超過1000ppm，較多人感到不舒服；超過10000ppm，呼吸深度顯著增加。為什麼測CO2作指標？易測反映了其他人體代謝污染物產生的水準不能反映其他過程產生污染物的水準111CO2作為空氣污染的指標濃度及其意義(日本)濃度ppm 意義

7l0 連續在室的可容許值

1000 一般場合的可容許值

1500 通風換氣計算用的上限值

2000-5000不良狀態

5000以上非常不良狀

40000—50000

呼吸中樞神經受刺激,呼吸急促加深(4-5%) 連續呼吸10分鐘,則發生強烈的呼吸 困難，頭疼18%以上 致命的112氨

特性：無色，有強烈刺激性氣味。鹼性物質，可感覺最低濃度為5.3ppm。來源：冬季施工過程中在混凝土中添加氨水作為防凍劑，釋放期較長，危害大。裝飾材料中的添加劑和增白劑，釋放期較短，危害較小。113氨

危害對皮膚組織、上呼吸道有腐蝕作用，造成流淚、咳嗽、呼吸困難，嚴重可發生呼吸窘迫綜合症；通過三叉神經末梢反射作用引起心臟停搏和呼吸停止；通過肺泡進入血液，破壞運氧功能。防止污染措施禁止使用氨作防凍劑114氡(Rn)：Radon

氡是一種無色、無味、自然界唯一的天然放射性惰性氣體，由鐳蛻變產生。在放射療法中可用作輻射源，在科研中可用於製造中子。它最穩定的同位素是Rn222。半衰期為3.82天。原子序數86；熔點-71℃；沸點-61.8℃；比重（固態）4。來源地基土壤中有鐳。花崗岩、水泥、石膏、部分天然石材中含有鐳。天然氣中含有氡。115氡(Rn)：Radon

危害易擴散，溶於水和脂肪。極易進入人體呼吸系統造成放射性損傷。肺癌的第二大誘因，潛伏期15年以上。防護建材局與衛生部1993年的天然石材的放射性控制標準：A類可居室內使用，C類只能在外表面使用表面塗層可阻擋氡的逸出；加大通風換氣次數，降低室內氡氣濃度。116VOC

(VolatileOrganicCompounds)

常見種類數10種到上百種，主要由脂肪族碳水化合物，芳香族碳水化合物組成。例如酒精類、甲醛、甲苯、四氯化碳等，主要對人體的呼吸器官和神經器官有影響。

根據沸點不同可分50---100℃VVOC(VeryVOC)100---260℃VOC260---400℃SVOC(Semi-VOC)400℃以上POM(Particulateorganicmatter)117VOC

(VolatileOrganicCompounds)

特點單獨濃度不高，但多種微量VOC的共同作用不可忽視。長期低劑量釋放，對人體危害大。引起頭痛、噁心等症狀。來源：

各種漆、塗料、膠粘劑、阻燃劑、防水劑、防腐劑、防蟲劑室內建材傢俱118VOC

(VolatileOrganicCompounds)影響室內IAQ的主要是50---100℃的VVOC和100---260℃的VOC

由於VOC種類很多，難以檢測和分類，世界衛生組織WHO在1987年給出了一個室內總VOC(TVOC)的含量不能超過300

g/m3的上限值；將出臺的我國民用建築工程室內環境指標TVOC指標為500

g/m3

。疑問：IAQ差＝超標，濃度指標合適嗎？119甲醛(HCOH)

特點無色，有強烈刺激性氣味。水溶液為福馬林大氣中平均濃度0.005-0.01mg/m3，低於0.03mg/m3，新裝修賓館可達0.85mg/m3，控制標準為0.12mg/m3

來源工業廢氣、汽車尾氣、光化學煙霧建築材料：地毯、人造板、泡沫樹脂保溫板***裝修材料：膠粘劑、塗料***日化產品：清潔劑、消毒劑、液化石油氣120甲醛

危害濃度0.1mg/m3有異味影響

0.5mg/m3以上刺激粘膜(眼、呼吸道等)，產生變態反應(眼紅、流淚、咽幹等)、噁心、胸悶等。

6.5mg/m3以上引起肺炎、肺水腫，甚至導致死亡。有致畸、致癌作用。對神經系統、免疫系統、肝臟都有危害。釋放特性釋放期長，3－15年。高溫、高濕條件下甲醛散發力度加大。121氣味分子污染

影響空氣的新鮮度和IAQ的可接受性。低濃度污染，不會超過權威機構的上限值。分子的重量為1

m微粒的1/1010倍，擴散速度極快，難以控制。因此源控制最重要。來源廚房、衛生間人體生物污染煙草煙霧低濃度VOC和其他有氣味的污染物122包括煙氣、大氣塵埃、纖維性粒子及花粉，其中直徑小於10

m的微粒稱為可吸入顆粒物。按品質計，大氣塵中10

m以下占72%；工業過程產塵，10

m以下占30%，可吸入並停留在呼吸道中，造成矽肺和肺癌。來源

室外來源和生產過程人員活動：行走、抽煙石棉建材一、二次揚塵和室內濕度過低是其產生的主要原因。避免揚塵、增強過濾、控制濕度等方式以及控制產生源等手段來避免污染懸浮顆粒物123微生物

病毒和細菌附於懸浮顆粒物上傳播，是傳染病的來源黴菌：滋生於潮濕陰暗的土壤、水體、空調設備中軍團病(legionnaires'disease)：一種大葉性肺炎1976年在美國費城的賓西法尼亞美軍軍團會議的參加者中發生的軍團病是典型的例子。死亡率高達15-20%。軍團肺原菌是一種普遍存在的嗜水性需氧細菌：Legionella，可通過風道、給水系統進入室內空氣。124微生物

塵蟎

適宜環境20－30℃，75－85％，空氣不流通場所可引起哮喘、過敏性鼻炎、過敏性皮炎孳生地：純毛地毯、床墊控制方法：通風換氣，保持清潔125煙草煙霧：最常見的室內空氣污染危害：刺激和臭味香煙煙氣的典型組成成分(mg/支)：成分主流煙氣二次煙氣燃過的煙草350400全部顆粒2045尼古丁11.7一氧化碳2080二氧化碳6080氧化氮0.010.08丙稀醛0.08-----產生煙氣時間20s550s126臭氧

臭氧(O3)：一種刺激性氣體，主要來自室外的光化學煙霧。室內的電視機、影印機、鐳射印刷機、負離子發生器等在使用過程中也都能產生臭氧。性質：可氧化空化合物而還原，可殺菌；可被橡膠、塑膠等吸附。臭氧對眼睛、粘膜和肺組織都具有刺激作用，能破壞肺的表面活性物質，並能引起肺水腫、哮喘等。127污染物的控制方法“堵源”─建築設計與施工特別是圍護結構表層材料的選用中，採用VOC等有害氣體釋放量少的材料；“節流”─切實保證空調或通風系統的正確設計、嚴格的運行管理和維護，使可能的污染源產汙量降低到最小程度；“稀釋”─保證足夠的新風量或通風換氣量，稀釋和排除室內氣態污染物。這也是改善室內空氣品質的基本方法。“清除”─採用各種物理或化學方法如過濾、吸附、吸收、氧化還原等將空氣中的有害物清除或分解掉。128通風換氣或空氣調節稀釋方法

通風自然通風：依靠自然風壓、熱壓作用進行通風機械通風：利用風機等機械設備進行通風空氣調節傳統方式：調節溫濕度、流速、潔淨度新方式：空氣成分、氣味污染嚴重：直流式系統（即機械通風系統）污染不很嚴重：部分回風系統129MG，C0CVC全面通風的基本微分方程式（稀釋方程）GC0d

+Md

-GCd

=VdC

在通風量一定、室內初始濃度為C1的時候，求C2與通風時間的關係：穩定狀態的關係式：130新風通風換氣量

決定因素室內污染物允許濃度室外污染物濃度室內污染物發生量：發生量已知否？？？室內污染物產生對換氣量的要求人體代謝生物污染：以CO2濃度或臭氣強度指數為指標確定換氣量消除煙臭的要求根據吸煙量確定污染物發生量：VOC等微量產生的污染難以監測，通風量的確定仍然是需要研究的問題。ASHRAEST62－1989R雖合理但目前無法操作。131新風通風換氣量常用民用建築新風量範圍以坐為主、少吸煙、久逗留場所132通風量與IAQ美國(歐洲)對學校，辦公室的最新研究表明新風量與SBS之間有著一定的關係，當新風量小於36m3/h人時，SBS問題變得顯著。關於人體代謝污染的問題，第一印象(FirstImpres

sion)使80%的人能夠滿意的最小新風量是27m3/h人，對於已適應了室內環境的90%的人能夠滿足的最小新風量只需9m3/h人。133134自然通風

基本原理：只要建築開口兩側存在壓力差

P，就會有空氣流過開口。流過的風速為：熱壓：溫差引起的空氣密度差導致建築開口內外的壓差。風壓：室外氣流繞流引起建築周圍壓力分佈的不同形成開口處的壓差。135熱壓通風h

w

nba136熱壓通風的基本概念餘壓137多層建築的熱壓引起的自然通風餘壓138熱壓作用模擬的建築模型

每層有上下兩個開口139室內空氣速度分佈140室內空氣溫度分佈141風壓作用下的自然通風142風壓作用下的自然通風Pf

往往採用CFD或風洞模型實驗的方法求取K值。風壓係數143風洞模型實驗144風洞模型實驗145風壓和熱壓的聯合作用146風壓和熱壓的聯合作用147氣流分佈與IAQ向室內引入的新風是否都進入了呼吸區？室內空氣更新的快慢如何？室內污染物被轉移出去的迅速程度又如何？148置換通風數值求解方法的空間模型1-壁櫥，2-桌子，3-電腦，4-人，5-燈，6-送風口，7-回風口氣流分佈的研究方法

數值求解法半經驗公式法示蹤氣體實驗法149置換通風的速度場150置換通風的溫度場151置換通風的污染物濃度場置換通風送風形式，污染物濃度高的部位在上方。152置換通風的空氣年齡場置換通風送風形式，空氣年齡長的部位在上方。年齡單位：秒153氣流分佈性能評價：空氣年齡Airage污染物的濃度衰減曲線154空氣年齡

平均空氣年齡：換氣時間：活塞流：＝

出口/2

r＝

出口充分混合流：＝

出口，

r＝2

出口

非完全混合流：入口空氣年齡最年輕，出口空氣年齡最老。排出空氣濃度155換氣效率不涉及污染源的位置

理論上最短的換氣時間是多少？活塞流所用時間：

n＝V

/G

換氣效率定義：156通風效率：涉及污染源的位置

充分混合流E＝1

活塞流均勻污染源E＝2

如果污染源在出口呢？污染源在入口呢？157其他指標

能量利用係數：類似通風效率，但用得熱代替污染物，溫度代替污染物濃度。不均勻係數：反映氣流溫度場和速度場的不均勻程度。t均方根偏差158換氣效率

和能量利用係數

159其他清除空氣污染的方法

空氣過濾去除懸浮顆粒物活性炭吸附氣體污染物光催化納米材料

TiO2

空氣離子化160空氣過濾：去除懸浮顆粒物(a)截留效應：粒徑小的粒子慣性小，粒子不脫離流線。在沿流線運動時，可能接觸到纖維表面而被截留。

(b)慣性效應：粒子在慣性作用下，脫離流線而碰到纖維表面。

(c)擴散效應：隨主氣流掠過纖維表面的小粒子，可能在類似布朗運動的位移時與纖維表面接觸。

(d)重力作用：塵粒在重力作用下，產生脫離流線的位移而沉降到纖維表面上。

(e)靜電效應：由於氣體摩擦和其他原因，可能使纖維帶電。161截留效應慣性效應擴散效應重力作用靜電效應空氣過濾：去除懸浮顆粒物

不同捕集機理的捕集效率對不同粒徑的塵粒是不同的。162163活性炭吸附氣體污染物

材料：硬質的植物和果核原理：經過活化加工後，碳的內部形成了極小的空隙，表面積很大，1g的活性炭的有效表面積可以達到1000m2，具有極強的吸附性。性能：吸附量一般是其自身重量的1/6—1/5，到了飽和狀態就會失效，需要更換。164活性炭的吸附性能物質名稱飽和吸附量(%) SO2 10 Cl215 CS215 C6H6(苯) 24 O3

能還原為O2烹調臭味 30廁所臭味 30165光催化納米材料

TiO2TiO2

是一種N型半導體，有很強的氧化性和還原性。在光化學反應中，以TiO2

作催化劑，在太陽光尤其是紫外線的照射下，使得TiO2固體表面生成空穴(h＋)和電子(e－)，空穴使H2O氧化，電子使空氣中的O2還原，在此過程中，生成OH基團。OH基團的氧化能力很強，可使有機物（VOC）被氧化、分解，最終分解為CO2和H2O。166不同污染消除方法的效果(換氣次數0.07/h)167空氣離子化

表示空氣離子化程度的指標是離子濃度，即單位體積內正離子或負離子的個數。潔淨的山區離子濃度為2000個/cm3，農村為1000-1500個/cm3，而城市則為200-400個/cm3，一般正離子數多於負離子數。一些研究結果認為，負離子對人體有良好的的生理作用，包括降低血壓、抑制哮喘、對神經系統有鎮靜作用和有利消除疲勞。但室內負離子發生器產生大量臭氧，過多的臭氧反而對人體有害。168本章習題

請推導出平均空氣年齡和換氣時間的運算式(3-28)和(3-29)。請說明換氣效率和通風效率的關係。169本章參考講座資料10月29日丹麥工業大學P.O.Fanger在本研究所的報告：“IndoorEnvironmentandHealth,ComfortandProductivity”10月11日同濟大學龍惟定教授在本研究所的報告：“上海：空調與環境”170第四章

建築熱濕環境171建築熱濕環境是如何形成的?

是建築環境中最重要的內容主要成因是外擾和內擾的影響和建築本身的熱工性能外擾：室外氣候參數，鄰室的空氣溫濕度內擾：室內設備、照明、人員等室內 熱濕源 172基本概念

圍護結構的熱作用過程：無論是通過圍護結構的傳熱傳濕還是室內產熱產濕，其作用形式包括對流換熱（對流質交換）、導熱（水蒸汽滲透）和輻射三種形式。對流換熱(對流質交換)圍護結構傳熱傳濕室內產熱產濕輻射導熱(水蒸汽滲透)173基本概念

得熱(HeatGain

HG)：某時刻在內外擾作用下進入房間的總熱量叫做該時刻的得熱。如果得熱<0，意味著房間失去熱量。圍護結構熱過程特點：由於圍護結構熱慣性的存在，通過圍護結構的得熱量與外擾之間存在著衰減和延遲的關係。得熱潛熱顯熱輻射得熱對流得熱174非透明圍護結構外表面所吸收的太陽輻射熱不同的表面對輻射的波長有選擇性，黑色表面對各種波長的輻射幾乎都是全部吸收，而白色表面可以反射幾乎90％的可見光。圍護結構的表面越粗糙、顏色越深，吸收率就越高，反射率越低。反射吸收175太陽輻射在玻璃中傳遞過程

玻璃對輻射的選擇性0.8可見光近紅外線長波紅外線普通玻璃的光譜透過率176太陽輻射在玻璃中傳遞過程

將具有低發射率、高紅外反射率的金屬（鋁、銅、銀、錫等），使用真空沉積技術，在玻璃表面沉積一層極薄的金屬塗層，這樣就製成了具有良好透光性能的Low-e(Low-emissivity)玻璃。對太陽輻射有高透和低透不同性能。低透low-e玻璃177太陽輻射在玻璃中傳遞過程

陽光照射到單層半透明薄層時，半透明薄層對於太陽輻射的總反射率、吸收率和透過率是陽光在半透明薄層內進行反射、吸收和透過的無窮次反復之後的無窮多項之和。178太陽輻射在玻璃中傳遞過程玻璃的吸收百分比a0:179太陽輻射在玻璃中傳遞過程

陽光照射到雙層半透明薄層時，還要考慮兩層半透明薄層之間的無窮次反射，以及再對反射輻射的透過。假定兩層材料的吸收百分比和反射百分比完全相同，兩層的吸收率相同嗎？180室外空氣綜合溫度

太陽直射輻射大氣長波輻射太空散射輻射對流換熱地面反射輻射環境長波輻射地面長波輻射壁體得熱18160℃！35℃！室外空氣綜合溫度Solar-airTemperature考慮了太陽輻射的作用對表面換熱量的增強，相當於在室外氣溫上增加了一個太陽輻射的等效溫度值。是為了計算方便推出的一個當量的室外溫度。如果考慮圍護結構外表面與天空和周圍物體之間的長波輻射： 如果忽略圍護結構外表面與天空和周圍物體之間的長波輻射： 182室外空氣綜合溫度

Solar-airTemperature

人們常說的太陽下的“體感溫度”是什麼？室外空氣綜合溫度與什麼因素有關？高反射率鏡面外牆和紅磚外牆的室外空氣綜合溫度是否相同？請試算一下盛夏太陽下的室外空氣綜合溫度比空氣溫度高多少？183

圍護結構外表面與環境的長波輻射換熱QL包括大氣長波輻射以及來自地面和周圍建築和其他物體外表面的長波輻射。如果僅考慮對天空的大氣長波輻射和對地面的長波輻射，則有：白天有天空輻射嗎？試算一個夜間的室外空氣綜合溫度是多少？天空輻射（夜間輻射，有效輻射）184通過圍護結構的顯熱得熱通過圍護結構的顯熱得熱通過非透明圍護結構的熱傳導通過玻璃窗的得熱外表面對流換熱外表面日射通過牆體導熱兩種方式機理不同185通過非透明圍護結構的熱傳導由於熱慣性存在，通過圍護結構的傳熱量和溫度的波動幅度與外擾波動幅度之間存在衰減和延遲的關係。衰減和滯後的程度取決於圍護結構的蓄熱能力。186通過非透明圍護結構的熱傳導

非均質板壁的一維不穩定導熱過程：邊界條件：

t(x,0)=f(x)

其中內表面長波輻射：

187x=0x=

Qenv通過非透明圍護結構的熱傳導

利用室外空氣綜合溫度簡化外邊界條件：實際由內表面傳入室內的熱量為： 這部分熱量將以對流換 熱和長波輻射的形式向 室內傳播。只有對流換 熱部分直接進入了空氣。188通過非透明圍護結構的熱傳導

板壁各層溫度隨室外溫度的變化189通過非透明圍護結構的得熱

板壁內表面溫度同時受室內氣溫、室內輻射熱源和其他表面的溫度影響氣象和室內氣溫對板壁傳熱量的影響比較容易求得內表面輻射對傳熱量的影響較複雜，涉及角係數和各表面溫度190內表面輻射如何影響板壁的傳熱？Qin’=Qconv+Ql儘管Qin增加了，但Qout和Qcond卻是減少的。Tout,airQoutQcondQin=QconvTin,air191通過非透明圍護結構的得熱

內表面輻射導致的傳熱量差值

將內邊界條件線性化，則可利用線性疊加壓力將氣象與室內氣溫的影響與其它部分分離出來，稱作：“通過圍護結構的得熱”，HGt=t1+t2Qin’(即前面的Qenv)和Qin(即HG)的差值為：氣象與室溫決定部分輻射造成的增量192通過玻璃板壁的傳熱透過玻璃的日射得熱通過玻璃窗的得熱通過玻璃窗的得熱

得熱與玻璃窗的種類及其熱工性能有重要的關係。193玻璃窗的種類與熱工性能

窗框型材有木框、鋁合金框、鋁合金斷熱框、塑鋼框、斷熱塑鋼框等；玻璃層間可充空氣、氮、氬、氪等或有真空夾層；玻璃層數有單玻、雙玻、三玻等，玻璃類別有普通透明玻璃、有色玻璃、低輻射(Low-e)玻璃等；玻璃表面可以有各種輻射阻隔性能的鍍膜，如反射膜、low-e膜、有色遮光膜等，或在兩層玻璃之間的空間中架一層對近紅外線高反射率的熱鏡膜。194玻璃窗的種類與熱工性能

我國

民用建築最常見的是鋁合金框或塑鋼框配單層或雙層普通透明玻璃，雙層玻璃間為空氣夾層，北方地區很多建築裝有兩層單玻窗。

商用建築有採用有色玻璃或反射鍍膜玻璃。發達國家

寒冷地區的住宅則多裝有充惰性氣體的雙玻窗

商用建築多採用高絕熱性能的low-e玻璃窗。195玻璃窗的種類與熱工性能

不同結構的窗有著不同的熱工性能

U即傳熱係數Kglass

氣體夾層和玻璃本身均有熱容，但較牆體小。196

透過單位面積玻璃的太陽輻射得熱：玻璃吸收太陽輻射造成的房間得熱：注意：玻璃吸熱後會向內、外兩側散熱總得熱：HGsolar＝HGglass,

+HGglass,a通過玻璃窗的得熱197通過玻璃窗的得熱

可利用對標準玻璃的得熱SSGDi和SSGdif進行修正來獲得簡化計算結果：實際照射面積比玻璃的遮擋係數遮陽設施的遮陽係數窗的有效面積係數198玻璃窗的種類與熱工性能

無色玻璃表面覆蓋無色low-e塗層，可使這種窗的遮檔係數Cs

低於0.3199通過玻璃窗的長波輻射

???夜間除了通過玻璃窗的傳熱以外，還有由於天空夜間輻射導致的散熱量採用low-e玻璃可減少夜間輻射散熱

通過玻璃窗的溫差傳熱量和天空長波輻射的傳熱量可通過各層玻璃的熱平衡求得長波輻射導熱和自然對流換熱長波輻射室內表面對玻璃的長波輻射對流換熱200遮陽方式

現有遮陽方式內遮陽：普通窗簾、百頁窗簾外遮陽：挑簷、可調控百頁、遮陽蓬窗玻璃間遮陽：夾在雙層玻璃間的百頁窗簾，百頁可調控我國目前常見遮陽方式內遮陽：窗簾外遮陽：屋簷、遮雨簷、遮陽蓬201外遮陽和內遮陽有何區別?外遮陽：只有透過和吸收中的一部分成為得熱內遮陽：遮陽設施吸收和透過部分全部為得熱對流透過反射反射對流透過202通風雙層玻璃窗，內置百頁203內百頁無通風有通風204通過圍護結構的濕傳遞

濕傳遞的動力是水蒸氣分壓力的差。牆體中水蒸氣的傳遞過程與牆體中的熱傳遞過程相類似：w=Kv(Pout-Pin)kg/s

m2水蒸汽滲透係數，kg/(N

s)或s/m：205實際水蒸汽分壓力飽和水蒸汽分壓力溫度通過圍護結構的濕傳遞

當牆體內實際水蒸汽分壓力高於飽和水蒸汽分壓力時，就可能出現凝結或凍結，影響牆體保溫能力和強度。206

室內顯熱熱源包括照明、電器設備、人員顯熱熱源散熱的形式

輻射：進入牆體內表面、空調輻射板、透過玻璃窗到室外、其他室內物體表面（傢俱、人體等）；對流：直接進入空氣。顯熱熱源輻射散熱的波長特徵

可見光和近紅外線：燈具、高溫熱源（電爐等）長波輻射：人體、常溫設備

室內產熱與產濕207室內產熱與產濕

室內濕源包括人員、水面、產濕設備散濕形式：直接進入空氣得熱往往考慮圍護結構和傢俱的蓄熱，“得濕”一般不考慮“蓄濕”濕源與空氣進行質交換同時一般伴隨顯熱交換有熱源濕表面：水分被加熱蒸發，向空氣加入了顯熱和潛熱，顯熱交換量取決於水錶面積無熱源濕表面：等焓過程，室內空氣的顯熱轉化為潛熱蒸汽源：可僅考慮潛熱交換208人體散熱散濕

見第五章！209空氣滲透帶來的得熱

夏季：室內外溫差小，風壓是主要動力冬季：室內外溫差大，熱壓作用往往強於風壓，造成底層房間熱負荷偏大。因此冬季冷風滲透往往不可忽略。理論求解方法：網路平衡法，數值求解《流體網路原理》課程將介紹參考文獻：朱穎心，

水力網路流動不穩定過程的演算法，《清華大學學報》,1989年,第5期工程應用：縫隙法、換氣次數法210網路平衡法原理

節點平衡：AG＝0

回路壓力平衡：B

P＝0

各支路和節點均編號。網路關聯矩陣A元素aij：由i點到j點為1，反之為-1，無關為0。基本回路矩陣B元素bij：由j支路與i回路同向為1，反之為-1，無關為0。211冷負荷與熱負荷

冷負荷：維持一定室內熱濕環境所需要的在單位時間內從室內除去的熱量，包括顯熱負荷和潛熱負荷兩部分。如果把潛熱負荷表示為單位時間內排除的水分，則又可稱作濕負荷。熱負荷：維持一定室內熱濕環境所需要的在單位時間內向室內加入的熱量，包括顯熱負荷和潛熱負荷兩部分。如果只控制室內溫度，則熱負荷就只包括顯熱負荷。212負荷的大小與去除或補充熱量的方式有關

常規的送風方式空調需要去除的是進入到空氣中的得熱量。

冷輻射板空調需要去除的熱量除了進入到空氣中的熱量外，還包括貯存在熱表面上的熱量。213各種得熱進入空氣的途徑

潛熱得熱、滲透空氣得熱得熱立刻成為暫態冷負荷通過圍護結構導熱、通過玻璃窗日射得熱、室內顯熱源散熱對流得熱部分立刻成為暫態冷負荷輻射得熱部分先傳到各內表面，再以對流形式進入空氣成為暫態冷負荷，因此負荷與得熱在時間上存在延遲。214得熱與冷負荷的關係215得熱與冷負荷的關係

冷負荷與得熱有關，但不一定相等決定因素空調形式

送風：負荷＝對流部分輻射：負荷＝對流部分＋輻射部分熱源特性：對流與輻射的比例是多少？圍護結構熱工性能：蓄熱能力如何？如果內表面完全絕熱呢？房間的構造（角係數）注意：輻射的存在是延遲和衰減的根源！216217房間空氣的熱平衡關係

排除的對流熱＋空氣的顯熱增值＝

室內熱源對流得熱＋

壁面對流得熱＋滲透得熱218室內熱源對流得熱室內熱源得熱＝室內熱源對流得熱＋熱源向空調輻射板的輻射＋熱源向壁面的輻射219壁面對流得熱通過圍護結構的導熱得熱＋本壁面獲得的通過玻璃窗的日射得熱＝壁面對流得熱＋本壁面向空調輻射設備的輻射＋本壁面向其他壁面的長波輻射＋本壁面向熱源的輻射Qcond220房間的總冷負荷房間的各種得熱空氣的顯熱增值內表面輻射導致的傳熱量差值得熱和冷負荷的差值房間空氣熱平衡的數學運算式

對輻射項進行了線性化而導出221第三類邊界條件：太難求解了！典型負荷計算方法原理介紹非均勻板壁的不穩定傳熱:其中內表面長波輻射：2221946.USA1950s.USSR1967.Canada典型負荷計算方法原理介紹

目的：使負荷計算能夠在工程應用中實施發展：由不區分得熱和冷負荷發展到考慮二者的區別223

穩態演算法不考慮建築蓄熱，負荷預測值偏大動態演算法，積分變換求解微分方程冷負荷係數法、諧波反應法：夏季設計日動態模擬。電腦模擬軟體

DOE2(美國)、HASP(日本)、ESP(英國)DeST(清華)常用的負荷求解法224穩態演算法

方法採用室內外暫態溫差或平均溫差，負荷與以往時刻的傳熱狀況無關：Q＝KF

T

特點簡單，可手工計算未考慮圍護結構的蓄熱性能，計算誤差偏大應用條件蓄熱小的輕型簡易圍護結構室內外溫差平均值遠遠大於室內外溫度的波動值225穩態演算法舉例：北京室外氣溫和室內控制溫度比較226積分變換法原理

對於常係數的線性偏微分方程，採用積分變換如傅立葉變換

或拉普拉斯變換。積分變換的概念是把函數從一個域中移到另一個域中，在這個新的域中，函數呈現較簡單的形式，因此可以求出解析解。然後再對求得的變換後的方程解進行逆變換，獲得最終的解。B域：問題容易求解對函數進行積分變換求解A域：問題難以求解對函數解進行積分逆變換獲得解227為何板壁不穩定傳熱適用拉普拉斯變換？

拉普拉斯變換的應用條件時間變化範圍為半無窮區間（0，+

）必須是線性定常系統拉普拉斯變換的特點複雜函數變為簡單函數偏微分方程變換為常微分方程常微分方程變換為代數方程拉普拉斯變換的解傳遞矩陣或s-傳遞函數的解的形式228傳遞函數與輸入量、輸出量的關係積分變換法原理

傳遞函數G(s)僅由系統本身的特性決定，而與輸入量、輸出量無關，因此建築的材料和形式一旦確定，就可求得其圍護結構的傳遞函數。這樣就可以通過輸入量和傳遞函數求得輸出量。

如果輸入原函數是指數函數，則不需變換直接輸入，即可求得解的原函數。229應用條件

對於普通材料的圍護結構的傳熱過程，在其一般溫度變化的範圍內，材料的物性參數變化不大，可近似看作是常數，可採用拉普拉斯變換法來求解。對於採用材料的物性參數隨溫度或時間有顯著變化的圍護結構的傳熱過程，就不能採用拉普拉斯變換法來求解。230線性定常系統的特性

可應用疊加原理對輸入的擾量和輸出的回應進行分解和疊加。當輸入擾量作用的時間改變時，輸出回應的時間在產生同向、同量的變化，但輸出回應的函數不會改變。可把輸入量進行分解或離散為簡單函數，再利用變換法進行求解。求出分解或離散了的單元輸入的回應，這些回應也應該呈簡單函數形式。再把這些單元輸入的回應進行疊加，就可以得出實際輸入量連續作用下的系統的回應輸出量。231輸入邊界條件的處理方法

輸入邊界條件的處理步驟邊界條件的離散或分解；求對單元擾量的回應；把對單元擾量的回應進行疊加和疊加積分求和。兩種基於積分變換的負荷計算法：函數均採用拉普拉斯變換，邊界條件的處理方法不同對邊界條件進行傅立葉級數分解：諧波反應法對邊界條件進行時間序列離散：反應係數法232武漢市室外幹球溫度的全年變化233＝＋＋輸入邊界條件的處理方法：傅立葉級數分解234輸入邊界條件的處理方法：

時間序列離散

235兩種積分變換法

反應係數法(冷負荷係數法)：任何連續曲線均可離散為脈衝波之和。將外擾分解為脈衝，分別求得脈衝外擾的室內回應，再進行疊加

室內負荷。對應離散系統，拉普拉斯變換轉化為Z變換諧波反應法：任何一連續可導曲線均可分解為正(餘)弦波之和。把外擾分解為余弦波，分別求出每個正(餘)弦波外擾的室內回應，並進行疊加。236

設備使用1小時的室內負荷回應得熱：Q(t)－－輸入干擾負荷：CLQ(t)－－回應 反應係數法原理圖示(1)237設備使用2小時的室內負荷反應係數法原理圖示(2)238設備使用10小時的室內負荷回應反應係數法原理圖示(3)239反應係數法

反應係數的大小即反應了某一項因素對某時刻負荷大小的影響程度。反應係數為0~1，相當於影響為0~100%。內外擾的處理圍護結構傳熱採用冷負荷溫度日射冷負荷採用冷負荷係數內擾採用冷負荷係數240

(a)圍護結構傳熱冷負荷基本計算式

Qcl(

)=KF[tcl(

)–tin]

tcl(

)為冷負荷溫度逐時值，與圍護結構類型、氣象條件、朝向有關。

tcl(

)反映了室外空氣溫度、陽光輻射、建築物蓄熱等因素的綜合影響。tinKFtcl(t)Qcl(t)冷負荷溫度：一個當量溫度室內溫度241(b)日射冷負荷

Qcl(

)=FCsCnDt·maxCcl(

)F為窗面積，Dt·max是日射得熱因素最大值

Ccl(

)是冷負荷係數，與緯度、朝向有關。

Cs為玻璃遮擋係數，Cn為遮陽係數。Qcl(t)D

·maxFCsCnCcl(

)反應係數法242

內擾冷負荷

Qcl(

)=HG(

0)

Ccl(-0)

HG(

0)為內熱源散熱量

Ccl(-0)是冷負荷係數

Ccl(-0)與開始使用時間和 連續使用時間有關，與建 築熱特性有關。QQcl(

)Ccl(t-0)反應係數法243諧波反應法

對外擾的分解：室外空氣綜合溫度

tz(

)=tzp+

tz(

)=tzp+

tznsin(

n

+

n) =A0+

Ansin(2n

/T+

n)

對外擾的回應形式：圍護結構對不同頻率外擾有一定的衰減

n=An/Bn與延遲

n，回應也是傅立葉級數形式：

tin,n(

)=An/

nsin(2n

/T+

n-

n)]

通過圍護結構形成的負荷：疊加tin,n(

)可得出tin(

)，通過tin(

)和室內熱平衡就可求出負荷。244諧波反應法

玻璃窗冷負荷傳熱溫差用外氣溫而不是室外綜合溫度：

Qcl(

)=KF

t(

)=KF[twp–tin+

twnsin(

n

+

n)]

內擾冷負荷對內擾回應的分解方法類似對外擾回應的分解。245諧波反應法的簡化演算法

演算法繁瑣，故需要簡化傳導部分(牆、窗)：Qcl(

)=KF

t-

t

為負荷溫差，表中值為室溫26℃時溫差，可修正。演算法同冷負荷係數法。日射部分：Qcl(

)=xgxdCnCsFJ(

)xg窗有效面積係數，xd地點修正係數，J(

)為負荷強度。xdJ

相當於冷負荷係數法的D

·maxQcl(

)，xgF相當於冷負荷係數法的F。內擾部分：Qcl(

)=HG(

0)JX

-oJX

-o為設備負荷強度係數(

-

0時刻)，同冷負荷係數法的Ccl(

)。246兩種積分變換法總結

諧波反應法的簡化演算法與冷負荷係數法形式一致。為了便於手工計算，均把內外擾通過一個板壁形成的冷負荷分離出來，作為一個孤立的過程處理，不考慮與其它牆面和熱源之間的相互影響。不能分析變物性的材料如相