05章-建筑环境学

1绪论建筑环境的形成建筑环境中的热湿环境建筑环境中的空气环境建筑声环境建筑光环境2建筑环境学:在建筑空间内,在满足使用功能的前提下,如何让人们在使用过程中感到舒适和健康的一门科学.－3.1绪论3主要由：建筑外环境、室内空气品质、室内热湿环境、气流环境、建筑光环境、声环境3.1绪论从使用者的角度出发，研究室内的温度、湿度、气流组织的分布、空气品质、采光性能、照明、噪声和音响效果及其相互组合后产生的效果4为什么要考虑建筑外环境?建筑物所在地的气候条件，太阳辐射热会通过围护结构，直接影响室内的环境，为得到良好的室内气候条件以满足人们生活和生产的需要，必须了解当地各主要气候要素的变化规律及其特征。一个地区的气候是在许多因素综合作用下形成的。对建筑密切有关的气候要素有：太阳辐射、气温、湿度、风、降水等等。－3.2建筑环境的形成50°0°+23.5°-23.5°3.2建筑环境的形成（一）地球对太阳的相对位置赤纬：太阳光线与地球赤道平面之间的夹角赤纬d北回归线南回归线＋23.5°～－23.5°南北回归线7太阳位置：地球上某一点看到的太阳方向太阳高度角（）：太阳方向与水平面的夹角；太阳方位角（）：太阳方向的水平投影偏离南向的角度；8dIx=－kIxdx将上式分离变量并积分,dIxIxI0∫=－k∫dxIx0x积分后,得Ix/I0=e－kxIx=I0exp(－kx)k－比例常数，消光系数；x－太阳光线透过大气层的距离（二）、太阳辐射强度阳光经过大气层时,其直射辐射强度按指数规律衰减;离开大气层上界x处的太阳直射辐射强度Ix的梯度与其本身的强度成正比1、太阳直射辐射强度91、太阳直射辐射强度1.当太阳位于天顶时(日射垂直地面）Il=I0exp(－kl)令Il/I0=P，称大气透明度2.当太阳不在天顶时路程长度为l’=l/sin；令m=l’/l=1/sin，称为大气质量IN=I0exp(－kl’)=I0exp(－k·ml)=I0Pm第二节建筑环境的形成10大气透明度定义：Il/I0=P=exp(-kL)，P＝1最透明变化范围：0.65~0.75，在一个月份的晴天中可近似认为是常数我国将大气透明度作了6个等级的分区，1级最透明0.60.650.70.750.80.85024681012月份大气透明度P东京晴天的大气透明度逐月值112.建筑物各表面所受到的太阳辐射强度（二）太阳辐射强度（1）直射辐射水平面上的直射强度sin,NZSII垂直面上的直射强度coscos,NZCIIθ－太阳辐射线在水平面上的投影与墙面法线的夹角12（二）太阳辐射强度2.建筑物各表面所受到的太阳辐射强度（2）散射辐射水平面上的散射辐射强度垂直平面上的散射辐射强度（3）太阳总辐射强度13第二节建筑环境的形成1.太阳常数：指太阳与地球之间为年平均距离时，地球大气层上边界处，垂直于阳光射线的表面上，单位面积单位时间内来自太阳的辐射能量。I0=1353W/㎡。2.太阳光谱：（三）、围护结构外表面所吸收的太阳辐射热紫外区：0.2-0.4um可见光区：0.4~0.76um14可见光紫外线近红外线长波红外线在各种波长的辐射中，能转化为热能的主要是可见光部分可见光辐射强度最大，比例最高0.4～.76m；0.76～3.0m近红外线。15非透明围护结构外表面所吸收的太阳辐射热不同的表面对辐射的波长有选择性，黑色表面对各种波长的辐射几乎都是全部吸收，而白色表面可以反射几乎90％的可见光。围护结构的表面越粗糙、颜色越深，吸收率就越高，反射率越低。反射吸收16太阳辐射能量比例进入大气层后被反射和吸收，光谱成分有所改变，辐射强度有所改变。太阳高度角是重要影响因素。可见光45.6%紫外线7.0%近红外线45.2%长波红外线2.2%17太阳辐射能的去向18落到地球上的太阳辐射能量大气层对太阳辐射的吸收由三部分组成–直射辐射：–散射辐射：云层中的尘埃、冰晶等反射或折射–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。所谓太阳总辐射强度一般仅包括前两部分。－19关于太阳高度角大气对太阳辐射的削弱程度取决于射线在大气中射程的长短，即大气质量。射程长短与太阳高度角和海拔高度有关。太阳高度角与太阳通过的路径长度密切相关，从而影响日射强度。太阳高度角低则日射强度小冬季太阳高度角低，夏季太阳高度角高清晨和傍晚太阳高度角低，中午太阳高度角高高纬度地区太阳高度角低，低纬度地区太阳高度角高。－20反射吸收二者比例取决于围护结构表面的吸收率(或反射率）围护结构外表面所吸收的太阳辐射热21一、围护结构外表面所吸收的太阳辐射热不透明物体的吸收率,取决于两方面的条件:（1）投入射线的波长可见光0.4-0.76um（约占46%）一般高温热源的辐射均为长波辐射，波长在5um以上。（2）：不透明物体自身的状况（如：表面颜色、光洁度等）结论:在太阳辐射范围内，围护结构的表面越粗糙、颜色越深，吸收率越高，反射率越低。23二、室外气候1、定义、主要指距地面1.5m高，背阴处的空气温度。空气与地表面以导热、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。空气温度是如何产生变化的？–白天地表温度升高与空气温度升高，谁是诱因？–夜间地表温度降低与空气温度降低，谁是诱因？（一）室外空气温度的日变化规律24空气温度的日变化武汉九月初一天的气象数据一天中最高气温一般出现在下午2~3时，最低气温一般出现在凌晨4~5时1820222426283032024681012141618202224时间(小时)温度(℃)252.影响气温的主要因素：（1）入射到地面的太阳辐射热量。（2）地面的覆盖面及地形对气温的影响。（3）大气的对流作用对气温的影响。26（二）气温的季节性变化规律武汉某年的气象数据一年中最热月一般在7、8月份，最冷月一般在1、2月份。-10010203040073014602190292036504380511058406570730080308760时间(小时)温度(℃)27空气湿度1.定义：指空气中水蒸汽的含量。•空气湿度一般以相对湿度来表示。对应一定的温度，空气中所含水蒸气的量有一个最大的限度。•相对湿度：表征湿空气中水蒸汽含量接近饱和含量的程度。来源水体蒸发植物蒸发（三）室外空气湿度的变化28湿度日变化相对湿度与气温变化相反影响因素地面性质水体分布季节阴晴29湿度年变化:内陆和沿海地区差别较大30第三节建筑环境中的热湿环境热湿环境：指由室内空气的温度、湿度、气流速度以及壁面的辐射温度等综合而成的一种室内气候。与室内热湿环境有关的物理量有：1.温度；2.相对湿度；3.室内平均流速；4.围护结构其他内表面的温度；一、热湿环境的基本概念31一、热湿环境的基本概念（一）与室内热湿环境有关的物理量1、湿空气的组成由空气和一定量的水蒸气混合而成的大气湿空气中水蒸气的含量虽少，但其变化却对空气环境的干燥和潮湿程度产生重要影响，使湿空气的物理性质随之改变。32（一）与室内热湿环境有关的物理量2、室内空气温度《采暖通风与空气调节设计规范》规定：夏季：22℃～28℃冬季：18℃～24℃温度对室内环境起着很重要的作用33（一）与室内热湿环境有关的物理量3、室内空气相对湿度对应一定的温度，空气中所含水蒸气的量有一个最大的限度。%100bdd我国民用建筑及公共建筑舒适性空调室内相对湿度的取值范围：夏季：40%~65%冬季：40%~60%表示了空气接近饱和的程度34（一）与室内热湿环境有关的物理量4.空气平均流速周围空气的流动速度影响人体的对流散热和水分蒸发散热夏季：≤0.3m/s冬季：≤0.2m/s35（一）与室内热湿环境有关的物理量5.围护结构内表面及其他表面的温度周围物体表面温度的高低，决定了人体辐射散热的强度在相同的室内空气参数下，人的冷热感不同《民用建筑热工设计规范》：冬季：保证内表面最低温度不低于室内空气的露点温度夏季：保证内表面最高温度不高于室外空气计算最高温度36（二）影响室内热湿环境的因素影响室内热湿环境的因素主要有：室外气候室外空气温湿度、太阳辐射、风速、风向一定量的室外热湿作用对室内环境的影响过程及程度，主要取决于围护结构材料的热物理性质与方法围护结构材料的热物理性质和构造方法抗热、抗湿作用好、蓄热保温性能好建筑规划环境因素房屋的朝向与间距、建筑周围的绿化情况室内产热产湿量37二、热湿环境的评价（一）人与室内环境热平衡方程MWCRE=S（人体感觉热舒适的前提是：产生的热量与向环境散发的热量相等38二、热湿环境的评价—（一）人与室内环境1、人体的能量代谢率影响因素多：–肌肉活动强度：绝对的影响–环境温度：偏高、偏低都增加代谢率–性别：男性高于女性（男性力气大）–年龄：少年高于老人39二、热湿环境的评价——人与室内环境1、对流热交换C：取决于周围环境空气的温度；和气流速度；1)环境空气的温度人体表面与环境的对流换热温差影响了换热量；2)周围的空气流速对流换热系数；若t36.5℃,v高，对流散热量大，人感觉冷；若t36.5℃,v高，人体通过对流换热，人凉快；2、辐射热交换R：取决于衣体表面与周围环境壁面的温度、相对位置、辐射面积等3、人体汗液蒸发散热E：取决于：周围空气温度；相对湿度；气流速度；401)周围空气的温度、湿度的影响；a.温度一定时;空气相对湿度大空气中水蒸气分压力大人体皮肤表面蒸发量小可带走的热量少；b.高温时；空气相对湿度大人的热感增加c.低温时；空气相对湿度大衣服变潮衣服传热系数大增加了对外界的导热、辐射人的冷感增加2)气流速度的影响：气流速度大对流散热大汗液蒸发快人体凉快。3、人体汗液蒸发散热：取决于：周围空气温度；相对湿度；气流速度；41（二）热舒适的影响因素室内环境因素室内空气温度、湿度、气流速度、壁面温度人体因素人的活动量、衣着量、人的健康、性别、年龄、体形（例如胖瘦）等因素42（三）室内热湿环境评价预测平均评价PMV(PredictedMeanVote)（预测平均热感觉指标）热感觉热暖微暖适中微凉凉冷PMV值+3+2+10-1-2-3PMV指标代表同一环境绝大多数人的冷热感觉，可用来预测热环境下的热反应国际标准化组织ISO规定：-0.5≤PMV≤0.5PMV表示热感觉与六个物理量之间的定量函数关系43（三）室内热湿环境评价预测不满意百分比PPD(PredictedPercentDissatisfied，PPD)PPD是通过概率分析确定某环境条件下人群不满意的百分数PPD＝100–95exp[–(0.03353PMV4+0.2179PMV2)]即便达到PMV＝0，仍然有5％的人不满意。44为什么要研究建筑的空气品质?人们约有80％以上的时间是在室内度过的。很少有人对不清洁的空气所导致的深远影响有所认识，而对这一问题缺乏应有的重视却对人类的寿命产生如此严重的影响。Hood1944年45SBS－SickBuildingSyndrome病态建筑综合症：现代都市病症状–头痛、恶心–疲乏，萎靡不振–粘膜有刺激感（眼红、流泪、咽干等）–易感冒–患哮喘或其它呼吸道疾病第四节建筑环境中的空气环境46一、室内空气污染的来源：室内空气污染物的来源之一：室外来源燃料的燃烧、交通工具、工业企业、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471、生产工艺工程：有机溶剂的蒸汽、燃烧产生的有毒气体、刺激性气体、生产性粉尘等2、从室内各种化工产品中释放而出。3、室内生物性的污染。4、家用电器的电磁辐射。5、管理不善的暖通空调设备及系统。一、室内空气污染的来源室内空气污染物的来源之二：室内来源48生活中的燃烧过程：炊事、吸烟等49室内污染物的来源50CO2：新陈代谢气味：汗液蒸发、呼吸、有机物排泄、微生物分解、氨气等衣服上的灰尘、细菌烟草的烟气：VOC和CO室内空