《建筑外环境》-第三章

第一节建筑热工环境概述一、建筑热工环境基本物理量（一）室内空气温度温度是分子动能的宏观度量。为了度量温度的高低，用“温标”来作为公认的标尺。目前国际上常用的温标是摄氏温标，符号为t，单位是摄氏度（℃）。另一种温标是表示热力学温度的热力学温标，也叫开尔文温标，符号为T，单位是开尔文（Ｋ）。它是以气体分子热运动平均动能趋于零时的温度为起点，定为0Ｋ，以水的三相点温度为定点，定为273.15Ｋ。摄氏温标1℃和开尔文温标1Ｋ的分度是相等的。这两个温标间的关系是：t＝T－273.15式中，273.15是冰点的热力学温度。根据我国国情，在实践中推荐室内空气温度为：夏季，26℃～28℃；冬季，18℃～22℃

。下一页返回第一节建筑热工环境概述上一页下一页返回（二）室内空气相对湿度空气湿度是指空气中水蒸气的含量。在一定温度下，空气中所含水蒸气的量有一个最大的限度。

相对湿度，是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。相对湿度一般用百分数表达，并用φ表示。即：相对湿度也可用空气中的水蒸气分压力P与同温度下的饱和水蒸气分压力Ps

之比的百分数来表示，即：相对湿度的日变化受地面性质、水陆分布、季节寒暑、天气阴晴等因素影响，一般是大陆大于海面，夏季大于冬季，晴天大于阴天。且相对湿度日变化趋势与气温变化相反，如图3-1所示。第一节建筑热工环境概述（三）空气平均流速周围空气的流动速度是影响人体对流散热和水分蒸发散热的主要因素之一。气流速度大时，人体的对流蒸发散热增强，亦即加剧了空气对人体的冷却作用。

我国对室内空气平均流速的计算值：夏季0.2～0.5ｍ／ｓ；冬季0.15～0.3ｍ／ｓ。二、影响室内热环境的因素（１）室外的热湿作用；（２）围护结构材料的热物理性质及构造方法；（３）房屋的朝向与间距；（４）单体建筑的平剖面形式，以及周围绿化等。室外的热湿作用对室内热环境的影响是非常显著的，特别是在寒冷或炎热地区。上一页下一页返回第一节建筑热工环境概述三、建筑热工设计分区建筑热工设计应与地区气候相适应。建筑热工设计分区及设计要求应符合表3-2的规定。上一页返回第二节建筑物耗热量指标和供暖

耗煤量指标一、建筑物耗热量指标（一）建筑物耗热量指标的定义建筑物耗热量指标系指在供暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内消耗的、需由室内供暖设备供给的热量，其单位是W/m2。它是用来评价建筑物能耗水平的一个重要指标。（二）建筑物耗热量指标的计算（１）建筑物耗热量指标应按下式计算：上一页返回第二节建筑物耗热量指标和供暖

耗煤量指标（2）单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量应按下式计算：（３）单位建筑面积的空气渗透耗热量应按下式计算：上一页下一页返回第二节建筑物耗热量指标和供暖

耗煤量指标（三）建筑物耗热量指标与供暖设计热负荷指标的关系建筑物耗热量指标是用来评价建筑物能耗水平的一个重要指标。供暖设计热负荷指标（在供暖设计中常常简称为供暖设计热指标）系指在供暖室外计算温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内需由锅炉房或其他供热设施供给的热量，其单位是W/m2。它是用来确定供暖设备容量的一个重要指标。由于供暖期室外平均温度比供暖室外计算温度要高，因此，建筑物耗热量指标在数值上比供暖设计热负荷指标要小。（四）影响建筑物耗热量指标的几个主要因素（１）体形系数。在建筑物各部分围护结构传热系数和窗墙面积比不变条件下，热量指标随体形系数成直线上升（图3-3）。低层和少单元住宅对节能不利。上一页下一页返回第二节建筑物耗热量指标和供暖

耗煤量指标（２）围护结构的传热系数。在建筑物轮廓尺寸和窗墙面积比不变条件下，耗热量指标随围护结构的传热系数的降低而降低。（３）窗墙面积比。在寒冷地区采用单层窗、严寒地区采用双层窗或双玻窗条件下，加大窗墙面积比，对节能不利。（４）楼梯间开敞与否。多层住宅采用开敞式楼梯间比有门窗的楼梯间的耗热量指标约上升10％～20％。（５）换气次数。提高门窗的气密性，换气次数由0.8降至0.5，耗热量指标降低10％左右。（６）朝向。多层住宅东西向的比南北向的耗热量指标约增加5.5％。（７）高层住宅。层数在10层以上时，耗热量指标趋于稳定。（８）建筑物入口处设置门斗或采取其他避风措施，有利于节能。上一页下一页返回第二节建筑物耗热量指标和供暖

耗煤量指标二、供暖耗煤量指标（一）供暖能耗１．供暖能耗的概念供暖能耗系指在供暖期内用于建筑物供暖所消耗的能量，其中包括锅炉及其附属设备运行过程中消耗的热量和电能、室外管网输送热媒过程中消耗的热量，以及为保持室内计算温度需由室内供暖设备供给的热量；后者即称为建筑物耗热量。建筑物耗热量只是供暖能耗中的一部分。２．降低供暖能耗的根本措施为了降低供暖能耗，必须从提高锅炉运行效率、室外管网输送效率以及降低建筑物耗热量等几个方面着手。

降低建筑物耗热量是降低供暖能耗一条根本的措施。上一页下一页返回第二节建筑物耗热量指标和供暖

耗煤量指标（二）供暖耗煤量指标的定义供暖耗煤量指标系指在供暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在一个供暖期内消耗的标准煤量，其单位是kg/m2。供暖耗煤量指标随建筑物耗热量指标和供暖期时间的增长而增长，随锅炉运行效率和室外管网输送效率的提高而降低。（三）供暖耗煤量指标的计算供暖耗煤量指标应按下式计算：上一页返回第三节室内热工环境基本计量一、热阻计算（１）单一材料层的热阻应按下式计算：（２）多层围护结构的热阻应按下式计算：上一页返回第三节室内热工环境基本计量（３）由两种以上材料组成的、两向非均质围护结构（包括各种形式的空心砌块、填充保温材料的墙体等，但不包括多孔黏土空心砖），其平均热阻应按下式计算：

平均热阻；

与热流方向垂直的总传热面积(图3-4)

；

按平行于热流方向划分的各个传热面积；各个传热面部位的传热阻；

内表面换热阻；外表面换热阻；修正系数，应按表3-3采用。上一页下一页返回第三节室内热工环境基本计量（４）空气间层热阻的确定：１）不带铝箔、单面铝箔、双面铝箔封闭空气间层的热阻，应采用表3-4所列值。２）通风良好的空气间层，其热阻可不予考虑。这种空气间层的间层温度可取进气温度，表面换热系数可取12.0W/(m2·k)上一页下一页返回第三节室内热工环境基本计量二、围护结构热惰性指标计算（１）单一材料围护结构或单一材料层的热惰性指标犇值应按下式计算：（２）多层围护结构的热惰性指标D值应按下式计算：上一页下一页返回第三节室内热工环境基本计量（３）如某层由两种以上材料组成，则应先按下式计算该层的平均导热系数：然后按下式计算该层的平均热阻：该层的平均蓄热系数按下式计算：该层的热惰性指标D值应按下式计算：上一页返回第四节围护结构保温、隔热设计一、围护结构最小传热阻（１）设置集中供暖的建筑物，其围护结构的传热阻应根据技术经济比较确定，且应符合国家有关节能标准的要求，其最小传热阻应按下式计算确定：

围护结构最小传热阻；冬季室内计算温度，一般居住建筑，取18℃；高级居住建筑，医疗、托幼建筑，取20℃；围护结构冬季室外计算温度；温差修正系数，按表3-5采用；围护结构内表面换热阻；室内空气与围护结构内表面之间允许温差,按表3-6采用。下一页返回第四节围护结构保温、隔热设计（２）当居住建筑、医院、幼儿园、办公楼、学校和门诊部等建筑物的外墙为轻质材料或内侧复合轻质材料时，外墙的最小传热阻应在按上式计算结果的基础上进行附加，其附加值应按表3-7的规定采用。（３）处在寒冷和夏热冬冷地区，且设置集中供暖的居住建筑和医院、幼儿园、办公楼、学校、门诊部等公共建筑，当采用Ⅲ型和Ⅳ型围护结构时，应对其屋顶和东、西外墙进行夏季隔热验算。如按夏季隔热要求的传热阻大于按冬季保温要求的最小传热阻，应按夏季隔热要求采用。上一页下一页返回第四节围护结构保温、隔热设计二、围护结构保温措施（一）提高围护结构热阻值（１）采用轻质高效保温材料与砖、混凝土或钢筋混凝土等材料组成的复合结构。（２）采用密度为500～800kg/m3的轻混凝土和密度为800～1200kg/m3的轻骨料混凝土作为单一材料墙体。（３）采用多孔黏土空心砖或多排孔轻骨料混凝土空心砌块墙体。（４）采用封闭空气间层或带有铝箔的空气间层。（二）提高围护结构热稳定性（１）采用复合结构时，内外侧宜采用砖、混凝土或钢筋混凝土等重质材料、中间复合轻质保温材料。（２）采用加气混凝土、泡沫混凝土等轻混凝土单一材料墙体时，内外侧宜作水泥砂浆抹面层或其他重质材料饰面层。上一页下一页返回第四节围护结构保温、隔热设计三、围护结构隔热设计（一）围护结构隔热要求在房间自然通风情况下，建筑物的屋顶和东、西外墙的内表面最高温度，应满足下式要求：上一页下一页返回第四节围护结构保温、隔热设计（二）围护结构隔热措施（１）外表面做浅色饰面，如浅色粉刷、涂层和面砖等。（２）设置通风间层，如通风屋顶、通风墙等。通风屋顶的风道长度不宜大于10m。间层高度以20cm左右为宜。基层上面应有6cm左右的隔热层。夏季多风地区，檐口处宜采用兜风构造。（３）采用双排或三排孔混凝土或轻骨料混凝土空心砌块墙体。（４）复合墙体的内侧宜采用厚度为10cm左右的砖或混凝土等重质材料。（５）设置带铝箔的封闭空气间层。当为单面铝箔空气间层时，铝箔宜设在温度较高的一侧。（６）蓄水屋顶。水面宜有水浮莲等浮生植物或白色漂浮物。水深宜为15～20cm。（７）采用有土和无土植被屋顶，以及墙面垂直绿化等。上一页返回第五节建筑供暖系统供暖系统主要由热源、供热管道、散热设备三部分组成。除此之外，还有为保证系统正常工作而设置的辅助设备，如水泵、除污器等。供暖系统根据热源分布可分为局部供暖、集中供暖和区域供热。局部供暖是指热源和散热设备都在同一房间，它包括传统的火炉、火墙等，以及目前所使用的电热取暖、家用燃气壁挂锅炉、空调机组供暖等。集中供暖是热源和散热设备分别设置，由热源通过供热管道向各个建筑物供给热量的供暖方式，如图3-5所示。在集中供暖系统中，把热量从热源输送到散热器的物质叫做“热媒”，这些物质有热水、蒸汽和热风等。区域供热（暖）是对数群建筑物的集中供暖，这种供暖作用范围大、节能、对环境污染小。下一页返回第五节建筑供暖系统一、热水供暖系统热水供暖系统是以热水为热媒，将热量从热源经管道送至供暖房间的散热设备，放出部分热量后又经管道送回热源加热。热水供暖系统按照水循环动力可分为两种，一种是自然循环系统，另一种是机械循环系统。自然循环供暖系统内热水是靠水的密度差进行循环的，只适用于低层小型建筑；机械循环供暖系统内热水是靠机械（泵）的动力进行循环的，适用于作业半径大的热水供暖系统。（一）自然循环系统自然循环热水供暖系统一般分为双管系统和单管系统。自然循环热水供暖系统工作原理，如图3-6所示。上一页下一页返回第五节建筑供暖系统（二）机械循环系统在机械循环热水供暖系统中，采用水泵为系统提供循环动力。热水供暖系统按散热器连接的供回水立管布置可分为单管系统和双管系统。凡热介质顺序流过各组散热器并在它们里面冷却的布置称为单管系统，如图3-7所示；凡热介质平等地分配到全部散热器，并从每组散热器冷却后直接流回供暖系统的回水（或凝结水）立管中，这样的布置称为双管系统，如图3-8所示。此外，按管道敷设方式的不同，热水供暖系统又可分为上供下回式、下供下回式、下供上回式、水平串联式等系统上一页下一页返回第五节建筑供暖系统１．上供下回式热水供暖系统

图3-9所示为机械循环上供下回式热水供暖系统。与自然循环相比，它不仅增加了循环水泵、排气装置，而且膨胀水箱的连接位置、供水干管的坡向也不相同。２．下供下回式热水供暖系统机械下供下回式系统一般适用于平屋顶建筑物的顶层难以布置干管的场合，以及有地下室的建筑，如图3-10所示。３．下供上回式热水供暖系统下供上回式热水供暖系统有单管和双管两种形式，一般用于高温热水供暖系统，如图3-11所示。４．水平串联式热水供暖系统一根立管水平串联起多组散热器的布置形式称为机械循环水平串联式热水供暖系统，图3-12所示为单管水平串联式热水供暖系统。上一页下一页返回第五节建筑供暖系统二、蒸汽供暖系统以水蒸气为热媒的供暖系统，称为蒸汽供暖系统。（一）低压蒸汽供暖系统低压蒸汽供暖系统的管路布置可分为：双管上分式、双管下分式、双管中分式垂直蒸汽供暖系统及单管垂直双管上分式和单管下分式垂直蒸汽供暖系统。如图3-13所示即为完整的双管上分式低压蒸汽供暖系统。（二）高压蒸汽供暖系统一般高压蒸汽供暖系统，均采用双管上供下回系统（图3-14）。由于蒸汽的压力及温度都较高，凝结水在经疏水器减压后，很容易产生二次汽化，使得凝结水回收困难。在相同热负荷下，高压蒸汽供暖系统的管径和散热器参数都小于低压蒸汽供暖系统。因此，高压蒸汽供暖系统有较好的经济性。上一页下一页返回第五节建筑供暖系统三、热风供暖系统对流供暖方式是利用对流换热或以对流换热为主的供暖方式。利用热空气做媒质的对流供暖方式，称作热风供暖。热风供暖系统所用热媒可以是室外的新鲜空气、室内再循环空气，也可以是室内外空气的混合物。若热媒是室外新鲜空气或是室内外空气的混合物，热风供暖兼具建筑通风的特点。热风供暖系统与蒸汽或热水供暖系统相比，有下列特点：热风供暖系统热惰性小，适用于大型体育馆、剧院等场所。热风供暖系统可同时兼有通风作用。热风供暖系统噪声较大。设置热风供暖系统的同时，还需设置少量散热器，以维持５℃的值班温度。所以常与热水或蒸汽系统同时使用。上一页下一页返回第五节建筑供暖系统四、供暖系统热媒的选择供暖系统热媒的选择，应根据热媒特性、卫生要求、经济条件、使用性质、地区供暖规划等确定，具体可参照表3-8选择。五、供暖系统设计热负荷计算（一）围护结构耗热量围护结构的传热耗热量是指通过房间各部分围护结构（从室内传向室外的热量。通过各部分围护结构的耗热量为：围护结构的表面传热系数；围护结构的面积；室内供暖计算温度；室外供暖计算温度；围护结构温差修正系数，见表3-9。上一页下一页返回第五节建筑供暖系统（二）冷风渗透耗热量在风力及其他因素作用下，形成室内外空气压差，室外的冷空气会从门、窗等缝隙渗入室内，被加热后又逸出室外。这部分热量损耗也是很可观的，其热量为：（三）供暖热负荷的估算方法在估算建筑物的供暖热负荷时，可用热指标法。热指标法又分为单位面积热指标法、单位体积热指标法和单位温差热指标法。上一页下一页返回第五节建筑供暖系统１．单位面积热指标法用单位面积热指标法估算建筑物热负荷时，供暖热负荷用下式计算：建筑物的供暖热负荷；单位面积供暖热指标，可查表3-10；总建筑面积。２．单位体积热指标法用单位体积热指标法估算建筑物的负荷时，供暖热负荷按下式计算：上一页下一页返回第五节建筑供暖系统３．单位温差热指标法用单位温差热指标法估算建筑物热负荷时，用下式计算：上一页返回第六节建筑空调系统空调系统一般由被调房间、能量输配系统、空气处理设备和冷热源四个部分组成，其基本构造如图3-15所示。一、空调系统的分类空调系统有几种不同的分类方法，按其空气处理设备设置情况的不同分为集中式、半集中式、分散式（局部）三种。（一）集中式空调系统集中式空调系统由冷热源、冷热媒管道、空气处理设备、送风管道和风口组成，属于典型的全空气系统。集中式空调系统工作原理如图3-16所示。按照利用回风的情况不同，集中式空调系统又可分为直流式、回风式、封闭式三类，如图3-17所示。下一页返回第六节建筑空调系统（二）分散式空调系统将处理空气用的冷源、热源、空气处理、风机和自动控制等所有设备装成一体，组成空调机组，把空调机组安装在需要空调的房间或邻室内，就地处理空气的空气调节系统称为分散式（局部）空调系统，如图3-18所示。（三）半集中式空调系统半集中式空调系统除有集中在空调机房的空气处理设备之外，还有可以对室内空气进行就地处理或对来自集中处理设备的空气再进行补充处理的末端设备，又称为混合式系统。半集中式空调系统有两种方式，一种是诱导器系统，另一种是风机盘管系统。上一页下一页返回第六节建筑空调系统二、空调系统的控制（一）空调系统的自动调节控制自动调节主要包括温度调节、湿度调节、气流速度调节和空气洁净度调节等四个方面的内容，自动控制各环节如图3-19所示。根据调节参数给定值变化的规律，调节系统可分为自动锁定系统、程序调节系统和随动调节系统。１．自动锁定系统在自动锁定系统中，调节过程中的调节参数给定值保持恒定不变，或者不超过给定的变动限度。一般的空调系统中大都采用这种系统（如恒温、恒湿等），通常又称为定值调节系统。２．程序调节系统当系统的给定值按事先已知的时间函数变化时，这种系统称为程序调节系统，又称程序控制系统。上一页下一页返回第六节建筑空调系统３．随动调节系统被调量的给定值跟随某一变量变化时的调节系统，称为随动调节系统。它与程序调节系统的不同点在于被调量的变化规律事先无法确定。（二）空调系统的计算机控制空调系统计算机控制的目的，是在空调区域保持要求的参数精度或在合适的舒适范围内使空调能量消耗最少，并使空调设备得以安全运行并且便于维护管理。计算机控制系统的工作基础首先是建立在正确设计和良好运行的自动化常规控制之上的。然后通过对工艺的深入分析，抓住控制对象的关键问题，根据内在机理找出系统的控制算式或数学模型，实现计算机监控或进一步实现计算机的最优控制。空调系统的计算机控制系统如图3-20所示。上一页下一页返回第六节建筑空调系统三、空调系统的选择与划分空调系统的选择与下列因素有关：（１）建筑物的类型及使用功能，如民用建筑或工业建筑等。（２）建筑物的使用特点，如使用时间段与人员活动规律等。（３）空调负荷特点，如建筑物周边与内部划分情况、玻璃窗面积与墙壁面积之比、建筑物的内部结构等。（４）对温、湿度调节性能的要求。（５）一次投资费用、运行费用、维护管理费用等。（６）对空调机房面