第二讲：建筑室内热环境热环境基础知识.ppt

1、第一章：建筑热环境基础知识,Zhang-xiuxin,2,建筑室内热湿环境 1.1、室内热环境构成要素及其对人的舒适影响 1.2、室内热环境综合评价方法 1.3、湿空气及描述湿空气的五个物理量,3,室内热环境： 指室内空气温度、湿度、风速以及围护结构内表面之间的辐射热等因素组成的一种室内环境。 建筑的主要功能是提供舒适的室内环境,4,1.1室内热环境构成要素及其对人的舒适影响,1.1.1影响人体热舒适的因素 室内热环境大致可分为： 舒适的 可以忍受的 不能忍受的,通常能接受的热舒适标准应是低能耗率、不出汗、不冷颤。 热舒适可以与一定范围的环境因素联系起来，在这个范围内借助调节衣着或者身体的活动

2、程度或者两者同时调节来达到良好的热舒适。,5,影响室内人体热舒适的因素有六个： 一、两个主观因素：a）人体所处的活动状态，如运动或静坐；b）人体的衣着状态。 二、四个客观因素：以人的热舒服程度为评价标准。 a）室内的平均辐射温度（环境辐射温度） b）空气温度 c）空气湿度 d）室内风速（气流速度）,6,a）室内热辐射： 对一般民用建筑来说，室内热辐射主要是指房间周围墙壁、顶棚、地面、窗玻璃对人体的热辐射作用，如果室内有火墙、壁炉、辐射采暖板之类的采暖装置，还须考虑该部分的热辐射。 室内热辐射的强弱通常用“平均辐射温度”（Tmrt）代表，即室内对人体辐射热交换有影响的各表面温度的平均值。,各表面

3、温度，K,各表面面积。,房间的平均辐射温度，K,7,室内热辐射,平均辐射温度也可以用黑球温度换算出来 黑球温度是将温度计放在直径为150mm黑色空心球中心测的反映热辐射影响的温度。 平均辐射温度与黑球温度间可用贝尔丁公式换算。,平均辐射温度,室内黑球温度,室内空气温度,室内风速,8,室内热辐射,平均辐射温度对室内热环境有很大影响。 在炎热地区，夏季室内过热的原因除了夏季气温高外，主要是外围护结构内表面的热辐射，特别是由通过窗口进入的日辐射所造成。 在寒冷地区，如外围护结构内表面的温度过低，将对人产生“冷辐射”，也严重影响室内热环境。,9,b）室内空气温度,室内气温：是表征室内热环境的主要参数。

4、对于一般民用建筑，按房间的使用要求而对房间的温度有相应的规定：冬季室内气温一般应在1622，夏季空调房间的气温多规定为2428 ，并以此作为室内计算温度。 室内实际温度则有房间内得热和失热、围护结构内表面的温度及通风等因素构成的热平衡所决定，设计者的任务就在于使实际温度达到室内计算温度。,10,c）室内空气湿度,室内空气湿度直接影响人体的蒸发散热。 一般认为最适宜的相对湿度应为5060%。在大多数情况下，即气温在1625时、相对湿度在3070 %范围内变化，对人体得热感觉影响不大。 如湿度过低（低于30 %），则人会感到干燥、呼吸器官不适；湿度过高则影响正常排汗，尤其在夏季高温时，如湿度过高（

5、高于70 %）则汗液不易蒸发，最令人不舒适。,11,d）室内风速,室内气流状态影响人的对流换热和蒸发换热，也影响室内空气的更新。 人头顶上的自然对流速度是0.2m/s，是人体对风速可以觉察的阈值，往往用来确定室内风速的设计标准。 在一般情况下，对人体舒适的气流速度应小于0.3m/s；但在夏季利用自然通风的房间，由于室温较高，舒适的气流速度也应较大。 当空气流速0.5m/s，实验研究表明，只要把空气温度调整的合适（提高空气温度），就可以使空气的流动几乎觉察不到。,12,1.1.2 室内热环境舒适性的设计 环境温度在-20 +40 ，人体感到舒适的温度在22-28 范围之间，人体最舒适的温度范围是

6、2426之间。 环境设计应该把握三方面： 一、合理布局、间距适当的小区设计，再加上绿化和 水域分布 二、建筑物的合理设计，包括结构上的隔热、保温，朝向及主导风向的选择，遮阳和门窗、热桥的保温等 三、采用空气调节或采暖等设备手段满足人体热舒适的要求。（前提是利用建筑手段不能使室内达到舒适温度的要求）,13,1.1.3 人的热舒服要求,人的热舒服感主要建立在人和周围环境正常的热交换上，即人由新陈代谢的产热率和人向周围环境的散热率之间的平衡关系 人体得热和失热过程用下式表示：,人体产热量，w,人体蒸发散热量，w,人体辐射换热量，w,人体对流换热量，w,人体得失的热量,w,体温恒定不变,体温上升,体温

7、下降,14,人的热舒服要求,当q=0时，人体处于热平衡状态，q=0时并不一定表示人都处于舒服状态，因为各种热量之间可能有许多不同的组合使q=0，即人们会遇到各种不同的热平衡，只有那种能使人体按正常比例散热的热平衡，才是舒服的。 所谓按正常比例散热是指：对流换热占总热量的25 % 30%，辐射散热为45 % 50 %，呼吸和无感觉蒸发散热占25 % 30 %。,15,人的热舒服要求,不同的人对舒适的差异,瞬感现象 衣着状况 个体状况 适应性 种族差异 年龄差异 恒定与变化,16,人的热舒服要求-负荷热平衡,当劳动强度或室内热环境要素发生变化时，正常的热平衡可能被破坏。当环境过冷时，皮肤毛细血管收

8、缩，血流减少，皮肤温度下降以减少散热量；当环境过热时，皮肤血管扩张，血流增多，皮肤温度升高，以增加散热量，甚至大量出汗使蒸发散热量qe变大，以争取新的热平衡。这时的热平衡叫“负荷热平衡” 在负荷热平衡下，虽然q=0，但人体已不在舒服状态。,17,室内空气温度、空气湿度、气流速度（室内风速）、环境辐射温度（室内热辐射）作为室内热环境各因素，它们是互不相同的物理量，但对人们的热感觉来说，他们相互之间又有着密切的关系。 改变其中的一个因素往往可以补偿其他因素的不足，如室内空气温度低而平均辐射温度高，和室内空气温度高而平均辐射温度低的房间就可以有同样的热感觉。,任何一项单项因素都不足说明人体对热环境的

9、反应。 科学家们长期以来就一直希望用一个单一的参数来描述这种反应，这个参数叫做热舒适指数，它综合了同时起作用的全部因素的效果。,1.2、室内热环境综合评价方法,18,室内热环境综合评价方法,一般热工书中介绍有四种综合评价方法： 1）有效温度（effective temperature ）ET 2）预测平均热感觉指标（predicted mean vote ） PMV 3）作用温度（operative temperature） 4）热应力指标（heat stress index）,19,有效温度,有效温度最早由美国采暖通风协会1923年推出，为室内气温、空气湿度、室内风速在一定组合下的综合指标。

10、 在同一有效温度作用下，虽然温度、湿度、风速各项因素的组合不同，但人体会有相同的热舒服感觉。,20,预测平均热感觉指标PMV,PMV是80年代初得到国际标准化组织（ISO）承认的一种比较全面的热舒指标，丹麦房格尔（P .O. Fanger ）综合了近千人在不同热环境下的热感觉试验结果，并以人体热平衡方程为基础，认为人在舒服状态下应有的皮肤温度和排汗散热率分别与产热率之间存在相应关系，-即在一定的活动状态下，只有一种皮肤温度和排汗散热率是使人感到舒适的。他们之间的数值关系为：,21,预测平均热感觉指标,22,1.3湿空气及描述湿空气的五个物理量,湿空气：指的是干空气与水蒸气的混合物，室内外的空气

11、都是含有一定水分的湿空气。 空气湿度：指空气中水蒸气的含量。水蒸气主要来自于水面、植物的蒸发 和其它潮湿表面，经风的携带遍布于空气中。 a）饱和水蒸气分压力( ps)：在一定温度和气压下空气中所能容纳的水蒸气量有一定的限度，水蒸气量达到最高限度的空气称饱和空气，这时的水蒸气分压力称饱和水蒸气分压力。用 ps表示，未饱和的水蒸气分压力用p表示。 标准大气压下（气压相同时），空气温度愈高它所能容纳的水蒸气量也愈多。不同温度时的ps见书后附录2,23,描述湿空气的物理量,b）空气的实际水蒸气分压力：在整个大气压力中有水蒸气所造成的那部分压力，单位为pa(帕）.水蒸气压力主要随季节而变，通常夏季高于冬

12、季。 c）绝对湿度（f）：每立方米湿空气中所含水蒸气的量。单位为 g/m3 d）相对湿度 （）： 在一定的温度和气压下空气中实际水蒸气分压力量与饱和水蒸气分压力量之比。 =p/ps100 ,24,温度的日变化和年变化影响空气湿度 如下图 水蒸气压力在竖向高度上的递减量较气压的递减更快，因此，水蒸气的浓度随着海拔高度而降低。水蒸气压力最大的年变化发生在季风影响的区域内；这些季风从海洋上带来了热的湿空气，又从内陆带来了干燥的空气。,25,描述湿空气的物理量,e）露点温度（td）：在一定的气压和温度下，空气中所能容纳的水蒸气量有一饱和值；超过这个饱和值（饱和水蒸气分压力），水蒸气就开始凝结，变为液态水。饱和水蒸气分压力随空气温度的增减而加大或减小，当空气中实际含湿量不变，即实际水蒸气分压力p不变，而空气温度降低时，相对湿度将逐渐增高，当相对湿度达到100后，如温度继续下降，则空气中的水蒸气将凝结析出。 相对湿度达到100，即空气达到饱和状态时所对应的温度，成为露点温度。,26,露点温度,:查