建筑环境学复习资料2011

1、1,建筑的功能：在自然环境不能保证令人满意的条件下，创造一个微环境来满足居住者的安全与健康、 生活生产过程的需要。 建筑物必须满足的要求:安全性、功能性、舒适性、美观性,建筑与环境关系的发展中存在的问题 建筑环境的舒适性要求与节能环保之间的矛盾 建筑环境与人体健康的问题,2,1、学习建筑环境学的任务 任务一：了解人和生产过程需要什么样的建筑室内环境 任务二：了解各种内外部因素是如何影响建筑环境的 任务三：掌握改变或控制建筑环境的基本方法和手段,四、“建筑环境学”的任务,3,2、,赤纬 ：地球中心和太阳中心的连线与地球赤道平面之间的夹角 全年的赤纬角+23.5-23.5之间变化,第一节 地球绕日

2、运动的规律 一、地球绕日运动,时角h-表明时间的变化 当时太阳入射的日地中心连线在赤道平面的投影与当地真太阳时12点时，日、地中心连线在赤道平面投影之间的夹角,4,、概念： 真太阳时：太阳在当地正南时为12点。 当地平均太阳时(钟表时间) 。 时差：真太阳时与当地平均太阳时之差。 世界时：本初子午线。 时区标准时 ：中央子午线。,3、昼夜,第一节 地球绕日运动的规律 一、地球绕日运动,、换算公式 时区标准时Tm地方平均太阳时 T0 （钟表时间） 真太阳时T,5,二、太阳在空间的位置,1、太阳高度角：太 阳光线与水平面的夹角 2、太阳方位角：太 阳至地面上某给定点 的连线在地面上投影 与当地子午

3、线（南向） 的夹角 影响太阳高度角和方位角的因素：赤纬、时角、地理纬度,第一节 地球绕日运动的规律,6,2、落到地球上的太阳辐射能量由三部分组成 直射辐射：太阳直接照射到地面的部分。 散射辐射：被大气中的水蒸汽和云层散射 大气长波辐射：大气（水蒸汽和CO2）吸收后再向地面辐射，为长波辐射。在日间比例很小，可以忽略。 所谓太阳总辐射照度一般仅包括前两部分,第二节 太阳辐射 二、大气层对太阳辐射的吸收,1、太阳常数 大气层外，年平均距离处，与太阳光线垂直的表面上的辐射照度 1353W/m2,7,3、影响大气对太阳辐射的削弱强度的因素,地球上的法向表面太阳直射辐射照度 IN = I0P m m =

4、1/sin 大气透明度P 大气层质量m 大气对太阳辐射的 削弱强度取决于： 大气透明度及大 气层质量,8,二、风,1、定义：大气压差引起的大气水平方向的运动 2、风的主要成因 地表增温不同大气压力差风 3、风的分类 大气环流:大气环流原因： 赤道得到太阳辐射大于长波辐射散热，极地正相反。地表温度不同是大气环流的动因，风的流动促进了地球各地能量的平衡。 地方风:由于地表水陆分布、地势起伏、表面覆盖等地方性条件不同引起的,第三节 室外气候,9,a、海陆风的成因 在白天，陆上的空气温度比同一纬度海上的空气温度高，热气上升，海上的冷气流就吹向内陆。 在夜间，此过程相反。 b、山谷风的成因 白天靠近山坡

5、表面的空气较同等高度的自由大气所受的热量多，热气上升，空气流向在白天为沿山坡向上 在夜间此过程相反，风向则沿山坡向下。,地方风,10,三、室外气温,1、定义：指距地面1.5m高，背阴处的空气温度。 2、影响地面附近空气温度的因素 入射到地面上的太阳辐射热：起着决定作用。 空气对短波辐射几乎是透明体，不能直接吸收太阳辐 射热。 地表面以导热、对流和长波辐射形式进行热 交换而被加热或冷却以对流为主。 地面的覆盖物：不同地形及地表覆盖面对太阳辐射的吸收和反射特性均不同，所以地面的增温不同 大气对流，包括水平方向和垂直方向的空气流动,11,逆温层定义：空气温度随高度增加而增加的气体层 逆温原因：a.

6、夜间长波辐射；b. 附近有较低温的海风吹来；c.过渡逆温层,日较差：一日内气温的最高值和最低值之差。 年较差：一年内最冷月和最热月的月平均气温差。,有效天空温度影响因素： 云量。云量多，Tsky高 水蒸汽量。水蒸汽量多高，Tsky高 海拔。海拔高 ，Tsky低 空气温度、地表温度等,12,五：地温,2、地温变化规律：地表温度的变化取决于太阳辐射和对天空的长波辐射，可看作周期性的温度波动；温度波在向地层深处传递时，有衰减和延迟。 3、分布规律： 1.5m之前，需要考虑地温日变化； 恒温层（深层，一般大于15m ），温度的日变化和年变化可忽略，但受地热影响 1.5m到恒温层(浅层)，日变化和地热影

7、响可忽略,13,六：湿度,相对湿度与气温变化相反,14,第四节 城市微气候,1 、微气候（建筑所处室外气候） 定义：指在建筑物周围地面上及屋面、墙面、窗台等特定地点的气温、湿度、压力、风速、阳光、辐射等 2 、城市微气候的特点： 风场与远郊不同，风向改变，风速较低 温度较高，热岛现象 云量多，大气透明度低，太阳辐射照度小,15,不当小区风场的危害,冬季造成热负荷增加 夏季自然通风不良 污染物和室外热量不易散发 出现旋风，导致垃圾积聚 室外高风速影响人员行动、热舒适,研究风场的方法 风洞实验 CFD数值模拟,16,二、城市热岛,热岛现象：由于城市地面覆盖物多，发热体多，加上密集的城市人口的生活和

8、生产中产生大量的人为热，造成市中心的温度高于郊区温度，且市内各区的温度分布也不一样。绘制出的等温曲线与岛屿的等高线极为相似，这种气温分布的现象称为城市热岛现象。 热岛强度定义：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5 m高处）附近郊区的气温的差值。单位：,17,2. 城市热岛的成因,自然条件 下垫面的的影响：对短波反射率和长波发射率小、蓄热大、储水能力低、蒸发量小。 风速：城市风速小，不利于散热 云量：市区云量大，大气透明度低，夜间地面长波辐射散热小，夜间市郊温差比白天大 人为影响：交通、家电、炊事、空调采暖产热,18,日照间距和日照间距系数 日照间距对于行列式或组团式的建筑，为了得到充分的日

9、照，南北方向相邻建筑的楼间距不得低于一定限值 日照间距系数建筑间距与前面遮挡的楼高的比值,三、日照与建筑物的配置,影响因素 纬度：决定太阳高度角和日射强度 建筑布局：决定遮挡情况,19,5个建筑热工设计分区,7个建筑气候区划分区,主要指标,累年最冷月(1月)最热月(7月)平均温度,累年最冷月(1月)最热月(7月)平均温度、7月平均相对湿度,辅助指标,累年日平均温度5和25的天数,年降水量、累年日平均温度5和25的天数、,七个1级区,若干2级区,两个分区划分区别,五个区：严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖、温和 表2-5,20,low- e玻璃与普通玻璃的对比,low- e玻璃：将具有低红外发射率（

10、吸收率）、高红外反射率的金属（铝、铜等），使用真空沉积技术，在玻璃表面沉积一层极薄的金属涂层，这样就制成了 Low-e 玻璃。,21,室外空气综合温度,推导： 定义：考虑了太阳辐射的作用对表面换热量的增强，相当于在室外气温上增加了一个太阳辐射的等效温度值。是为了计算方便推出的一个当量的室外温度。 简化：如果忽略围护结构外表面与天空和周围物体之间的长波辐射：,22,得热定义和组成,定义：某时刻在内外扰作用下进入房间的总热量叫做该时刻的得热。房间的范围：围护结构内表面包络的范围，包括室内空气、室内家具以及围护结构内表面。或者说得热就是在外部气象参数作用下，由室外传到外围护结构内表面以内的热量，或者

11、是室内热源散发在室内的全部热量,第二节建筑围护结构的热湿传递与得热,23,通过非透光围护结构的热过程特点,热过程特点：由于热惯性存在，通过围护结构的传热量和温度的波动幅度与外扰波动幅度之间存在衰减和延迟的关系。,衰减和滞后的程度取决于围护结构的蓄热能力,24,通过玻璃板壁的传热得热，忽略了玻璃的热惯性,透过玻璃的日射得热,通过玻璃窗的得热,透光玻璃板壁的传热量,公式,总传热系数，玻璃和窗框的综合值，包含了长波辐射的折算值,25,通过标准玻璃的太阳辐射得热SSG,标准太阳得热量SSG定义:以某种类型和厚度的玻璃作为标准透光材料,取其无遮挡条件下的太阳辐射得热量 其它玻璃种类或有遮阳设施时, 遮挡

12、系数和遮阳系数SSG 进行修正. 遮挡系数Cs :太阳辐射通过某种玻璃或透光材料的实际太阳得热量与SSG的比值.反映玻璃本身对太阳辐射的遮挡作用 遮阳系数Cn :设置了遮阳设施后通过透光外围护结构太阳辐射得热量与未设置遮阳设施时的太阳辐射得热量的比值。反映遮阳设施对太阳辐射得热的影响 。,26,通过透光围护结构的太阳辐射得热量,通过透光围护结构的总得热公式： 透光围护结构得热传热得热日射得热量,27,室内产热产湿量 室内热湿源组成：照明、电器设备、人员 空气渗透带来的得热HGinfil 影响空气渗透量的因素:室内外压力差(主要由风压和热压所致) 夏季：室内外温差小，风压是主要动力 冬季：室内外

13、温差大，热压作用往往强于风压，造成底层房间热负荷偏大。因此冬季冷风渗透往往不可忽略。 风压作用产生的空气渗透的工程计算方法：缝隙法、换气次数法,第三节 以其它形式进入室内的热量和湿量,28,负荷定义,冷负荷： 定义：维持室内空气热湿参数在一定要求的范围时，在单位时间内从室内除去的热量。 组成：包括显热负荷和潜热负荷两部分。如果把潜热负荷表示为单位时间内排除的水分，则又可称作湿负荷。 热负荷： 定义：维持室内空气热湿参数在一定要求的范围时，在单位时间内向室内加入的热量。,第四节冷负荷与热负荷,29,负荷与得热的关系,负荷与得热的关系 潜热得热、渗透空气得热： 立刻成为瞬时冷负荷 通过围护结构导热

14、、通过玻璃窗日射得热、室内显热源散热 对流得热部分立刻成为瞬时冷负荷 辐射得热部分先传到各内表面，再以对流形式进入空气成为瞬时冷负荷，因此负荷与得热在时间上存在延迟。 冷负荷与得热有关，但不一定相等,第四节冷负荷与热负荷,30,负荷的大小与热量去除或补充方式的关系,常规的送风方式空调需要去除的是进入到空气中的得热量。,冷辐射板空调需要去除的热量除了进入到空气中的得热量外，还包括部分贮存在热表面上的得热量,第四节冷负荷与热负荷 一、负荷定义,31,讨论：相同的情况下，采用辐射板空调的负荷比送风空调负荷大还是小？ 分析：以夏季为例 外围护结构的内表面温度降低 导致室外向室内传热增加 室内表面（家具

15、、墙面）温度降低 空调系统需要带走的热量增加 结论：在维持相同的室内温度的情况下，一般 辐射板空调的负荷偏大,第四节冷负荷与热负荷 一、负荷定义,32,决定得热与冷负荷的关系的因素 空调形式 送风：负荷对流部分 辐射：负荷对流部分辐射部分 围护结构热工性能： 如果热容为0(无蓄热能力)呢？ 如果内表面完全绝热呢？ 房间的构造（角系数） 热源特性：对流与辐射的比例是多少？ 注意：辐射的存在是延迟和衰减的根源！,第四节冷负荷与热负荷 二、负荷与得热的关系,33,辐射式空调系统的显热负荷表达式,公式后面与送风空调系统的显热冷负荷公式相同 结论：因此无论送风空调还是辐射空调,在室内空气温度维持恒定的条

16、件下，房间的显热冷负荷均等于热源、渗透风、透光围护结构三项显热得热加上通过非透光围护结构传入室内的显热量.,房间的显热冷负荷,房间的三项得热,通过非透光结构传入 室内的热量,第四节冷负荷与热负荷 三、负荷的计算,34,稳态算法 不考虑建筑蓄热，负荷预测值偏大 动态算法，积分变换求解微分方程 两种基于积分变换的负荷计算法：边界条件的处理方法不同 对边界条件进行傅立叶级数分解：谐波反应法 对边界条件进行时间序列离散：反应系数法 计算机模拟软件,常用的负荷求解法,第五节 典型负荷计算方法原理 一、负荷计算方法的研究背景,35,稳态计算法,定义：不考虑建筑物以前时刻传热的影响，只采用室内外瞬时温差或平

17、均温差，与围护结构的传热系数、传热面积的积，求负荷值。 QKF（Ta,out Ta,in） 特点 简单，可手工计算 采用瞬时室外温度时，未考虑围护结构的蓄热性能，计算结果偏大 应用条件 蓄热小的轻型简易围护结构 室内外温差平均值远远大于室内外温度的波动值,36,1、人体的基本生理要求：维持体温基本恒定！,2、热平衡方程 M W C R E S = 0,第一节 人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础,3、人体与外界的热交换组成： 显热交换：对流散热、辐射散热 潜热交换 皮肤散湿：出汗蒸发、皮肤湿扩散 呼吸散湿,37,平均辐射温度定义: 一个假想的等温围合面的表面温度，它与人体间的辐射热交换量等于

18、人体周围实际的非等温围合面与人体间的辐射热交换量。,=,相关参数的定义和计算方法,38,服装的热阻Icl,定义：一般指服装本身的显热热阻 单位：clo （代谢率的单位 met：1 met = 58.2 W/m2，即成年男子静坐时的代谢率。） 服装热阻的影响因素 运动时：人运动时由于人体与空气之间存在相对流速，会降低服装的热阻。 坐姿热阻：椅子给人增加0.15 clo以下热阻 湿润服装热阻：,39,环境温度和活动强度对人体散热、散湿量的影响,全热（代谢率、发热量）：主要决定于肌肉活动强度，受其它因素影响在应用上可以忽略。肌肉活动强度对代谢率起决定性的影响 显热：受环境温度影响，随温度上升而减少。

19、 潜热(散湿)：受环境温度影响，随温度上升而增加。,皮肤湿润度（皮肤实际蒸发散热量与在同一环境中皮肤完全湿润而可能产生的最大蒸发散热量之比，相当于湿皮肤表面积占人体皮肤表面积的比例）,40,冷、热感受器的位置,为什么人对冷更敏感？,深,41,散热调节方式 血管扩张，增加血流，提高表皮温度 出汗 御寒调节方式 血管收缩，减少血流，降低表皮温度 通过冷颤增加代谢率,体温调节方式,体温调节中枢：下丘脑，前部主要促进散热来降温，后部促进产热抵御寒冷。,42,热感觉,定义：人对周围环境“冷”“热”的主观描述。 “中性”的定义：不冷不热，人用于体温调节消耗的能量最小。 热感觉的影响因素 冷热刺激的存在 刺

20、激的延续时间 人体原有的状态,43,热舒适定义：主观感觉满意的热环境为热舒适环境,热舒适与热感觉的关系,舒适中性,影响热舒适的物理参数因素 空气湿度:皮肤湿润度增高皮肤黏着性增加不适 垂直温差 吹风感：气流的速度、温度和人自身的热状态都会影响吹风的感觉 辐射不均匀性,44,预测不满意百分比：PPD是通过概率分析确定某热环境条件下人群不满意的百分数,PMV指标适用范围 只适用于接近热舒适的状态，因为采用的tsk和Ersw是接近热中性条件下的皮肤温度和出汗量。 在偏离热中性的条件下PMV的预测值与人体的真实感受偏差比较大。 由于PMV取决于人体热负荷 PMV只适用于稳态热环境的热舒适评价。,热舒适

21、方程前提条件 人体处于热平衡 皮肤平均温度具有与舒适相适应的水平 人体具有最适当的排汗率,45,其它稳态热环境评价指标,有效温度ET 定义：干球温度、湿度、空气流速对人体温暖感或冷感的影响综合数值。它在数值上等于产生相同感觉的静止饱和空气的温度。 新有效温度ET *定义：通过对身着0.6 clo服装、静坐在流速0.15m/s空气中的人进行热舒适实验，并采用相对湿度50的空气温度作为与其冷热感相同环境的等效温度而得出的。即同样服装和活动的人，在某环境中的冷热感与在相对湿度为50空气环境中的冷热感相同，则此环境的 ET*就是后者的空气干球温度。 标准有效温度SET*定义：身着标准热阻服装的人，相对

22、湿度为50%，空气静止不动，空气温度等于平均辐射温度的等温环境下，若与他在实际环境和实际服装热阻条件下的平均皮肤温度和皮肤湿润度相同，则必将具有相同的热损失，则该温度就是上述实际环境的SET*。,46,过渡活动状态热舒适指标 相对热指标 RWI：针对较热环境 热损失率HDR：针对较冷环境,第三节 人体对动态热环境的反应,第四节 其他热湿环境的物理度量,在具有热失调危险的、远偏离热舒适区的状态下 典型指标 高温环境：热应力指数（适用于热环境），WBGT（适用于室外炎热环境，考虑了室外炎热条件下太阳辐射的影响，广泛用于评价户外作业热环境） 低温环境：风冷却指数 （适用于寒冷环境）,47,环境温度激

23、发的关系,昏昏欲睡的环境？,激发决定了工作效能,激发效能的关系,第五节 热环境与劳动效率,48,效能与温度关系曲线,T0为最小激发温度，接近、略高于热中性温度 当人们从事复杂困难的工作时，希望环境温度接近最小激发温度；当人们从事简单枯燥的工作时，环境温度适当偏离最小激发温度能够获得更高的劳动效率。,简单工作,复杂工作,49,室内空气质量产生的原因,强调节能导致的建筑密闭性增强和新风量减少 新型合成材料在现代建筑中大量应用 散发有害气体的电器产品的大量使用 传统集中空调系统的固有缺点以及系统设计和运行管理的不合理 厨房和卫生间气流组织不合理 室外空气污染,中国1.6亿m2/年的竣工面积使得室内空

24、气质量问题显得尤为重要！,第一节 室内空气品质简介,50,室内空气质量下降的危害,危害居住者健康 病态建筑综合症、建筑关联病、多种化学污染物 过敏症 降低劳动效率,第一节 室内空气品质简介,室内空气品质的定义：良好IAQ 是空气中没有已知的污染物达到公认的权威机构所确定的有害浓度指标，并且处于这种空气中的绝大多数人（80）对此没有表示不满意 主观感受与客观评价结合。,51,室内污染物的种类,化学污染 CO2；有害燃烧产物；挥发性有机化合物VOC；甲醛；氨；烟草烟雾；臭氧 物理污染 悬浮颗粒物可吸入颗粒物；氡 生物污染（病毒、细菌、尘螨）,室内空气污染途径,室外来源：燃料的燃烧、交通工具、工业企

25、业、城市垃圾等造成的：NOx、SOx、H2S，悬浮颗粒物、烟雾等 ，地层放射性污染，被污染的水 室内来源：生产工艺工程；人员活动；设计或管理不良的空调系统；化学品污染 人体生物污染,52,第三节 室内空气品质的评价方法,方法1：暴露水平评价客观评价 包括两方面：对人体暴露进行定性评价和对进入机体的有害物剂量进行定量评价 方法2：主观问卷调查主观评价 主要靠嗅觉,53,室内空气污染控制的三种方法 源头治理：消除室内污染源；减小室内污染物散发强度；污染源附近局部排风 通新风量稀释和合理组织气流：保证足够的新风量或通风换气量，稀释和排除室内气态污染物。这也是改善室内空气品质的基本方法 空气净化：空气过滤；吸附方法；紫外灯杀菌；臭氧消毒灭菌；光催化净化法；等离子放电催化；利用植物净化空气,54,新风量的确定方法: 以室内CO容许浓度为标准的必要通风量 以O为标准的必要通风量 以消除臭气为标准的必要通风量 以满足室内空气品质国家标准的必要换气量,55,一、定义,1、通风的定义:指把建筑物室内污浊的空气直接或净化后排至室外，再把新鲜的空气补充进来，从而保持室内的空气环境符合卫生标准。 2、气流组织的定义 广义：一定的送风口形式和送风参数所带来的室内气流分布 3、室内空气环境的基本要求 保证室内人员对新鲜空气的需要 保证室内人员的热舒适 保证室内污染物浓