第1.1章-室内外热环境

1建筑物理建筑热工学2建筑热工学主要论述如何通过规划与建筑设计的相应措施，有效防护或利用室内外热湿作用，合理解决房屋的保温、防热、防潮、节能等问题，以创造良好的室内热环境并提高围护结构的耐久性。需要说明的是：在大多数情况下，单靠建筑措施是不能完全满足人对室内热环境的要求,往往需要配备适当的设备措施进行人工调节。如在寒冷地区设置采暖设备，在炎热地区采用空调设备等。但是，只有首先充分发挥各种建筑措施的作用，再配备一些必不可少的设备，才是技术和经济都合理的设计。3教学内容和教学目标本篇主要介绍一般工业和民用建筑的热工设计原理与方法，包括建筑保温防潮设计、防热设计和建筑节能设计等。通过本篇的学习，能够熟练掌握建筑热工学的基本理论和设计方法，并能在建筑设计中灵活运用相关的国家标准和规范，如:《民用建筑热工设计规范》(GB50176-93)《建筑气候区划标准》(GB50178-93)《民用建筑节能设计标准》(GBJ24-95)《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》等。4教学进度及学时安排章节及其主要内容第一章室内、外热环境§1室内热环境§2人对室内热环境的反映与评价§3室外热环境§4建筑热工设计分区第二章传热基本知识§1传热的基本方式§2平壁的稳定导热计算§3对流换热计算5§4辐射换热及其计算§5平壁的稳定传热过程及其计算§6围护结构内部温度的确定§7封闭空气间层传热第三章建筑保温§1建筑保温设计的综合处理措施§2保温设计的有关标准§3围护结构主体保温设计§4围护结构保温构造§5围护结构传热异常部位保温设计要点§6围护结构的冷凝检验与防止第四章建筑防热§1建筑防热的综合处理措施§2自然通风的组织§3围护结构隔热设计第五章建筑日照与遮阳§1日照的基本原理§2棒影日照图的原理和应用§3建筑遮阳7本篇重点与难点重点：围护结构传热、传湿过程及计算建筑保温标准及构造建筑防热的的途径及屋顶防热方法难点：围护结构的传热计算围护结构的蒸汽渗透计算8第一章室内外热气候§1室内热气候室内热气候:由室内空气温度、湿度、气流状况和壁面热辐射等诸因素共同构成的一种环境状态。1、研究意义舒适的室内热气候人们工作、学习和生活的生理和心理要求；室内热气候是建筑（环境）质量的本质内容；营建良好的室内热环境是建筑热工学的基本任务；室内热环境是建筑环境学的重要组成部分和研究对象。9●建筑热环境与工作效能大量现场调查和实验证实：高温会降低劳动效率；寒冷影响肢体的灵活性；温度偏离最佳值会增加事故发生率；中度激发时效率最高；低激发导致人不清醒；高激发导致不能全神贯注；手的皮肤温度低于15℃时，关节僵硬、灵巧性明显下降；手的皮肤温度低于6℃时，出现麻木感觉；冷风有涣散精神作用，分散工作注意力等。102、室内热气候的构成要素(四要素)①室内空气温度适宜值：冬季16～22℃；夏季24～28℃②室内空气湿度适宜值：30～70%③室内空气气流状况（速度、密度、洁净度）速度适宜值：冬季＜0.2m/s；夏季0.2～1m/s④壁面辐射温度室内空气温度与壁面温度总是存在温差，二者接近为佳。113、影响室内热气候的因素①室外气候；②热环境设备的影响；③其他设备的影响；④人体活动的影响。12§2人对室内热环境的反映与评价人对室内热环境的反映有主观、客观、生理、心理等诸多方面，最主要体现在人对室内热环境的冷热感觉，即冷热感。•冷热感：人对周围环境“冷、热”感觉的主观描述。•研究方法：生理学+心理学+建筑学+工程学+物理学1、冷热感的取决因素（1）环境条件；（2）自身条件（性别、年龄、种族、体型、健康状况等）（3）运动状态和行为模式；（4）衣着情况等。132、人体的温度感受系统20世纪初人体试验发现：人的皮肤上存在对冷敏感的区域“冷点”和对热敏感的区域“热点”。人体各部位的冷点数目明显多于热点数目。（为什么人对冷更敏感？）冷、热感受器分布于皮肤、粘膜、内脏、脊髓、延髓、脑部网状结构等部位。143、人体的散热方式及与外界的热交换形式（1）人体的散热方式15（2）人体与外界的热交换形式•对流换热•辐射换热•出汗蒸发•呼吸散热16（3）影响人体与外界热交换的因素①环境空气温度：对流换热②环境表面温度：辐射换热③水蒸汽分压力（空气湿度）：对流质交换高温环境，增加热感；低温环境，增加冷感。④风速：对流热交换和对流质交换⑤服装热阻：影响所有换热形式17服装的热阻单位:类类型型IIccll((cclloo))短短袖袖衬衬衣衣，，短短裤裤00..3366长长裤裤，，短短袖袖衬衬衫衫00..5577长长裤裤，，长长袖袖衬衬衫衫00..6611长长裤裤，，长长袖袖衬衬衫衫加加短短外外衣衣00..9966厚厚大大衣衣，，长长袖袖衬衬衫衫，，保保暖暖内内衣衣，，长长内内裤裤11..3344厚厚三三件件套套西西衣衣服服,,长长内内衣衣裤裤11..55厚厚毛毛衣衣00..3377厚厚长长大大衣衣00..6633厚厚裤裤子子00..3322工工作作服服00..22夹夹克克00..44w/km.cloclow/km2215501，或184、人体温度与热舒适感（1）核心温度与表层温度核心温度通常包括脑、脊椎、心脏、肝脏、消化器官等内脏部分，肝脏温度最高（38℃）。外层温度指皮肤表面到10mm以内的部分，通常包括皮肤，皮下脂肪和表层的肌肉。皮肤温度与外界环境有关，日夜有1℃以内的波动。我国正常成年人的体温(℃)平均量变动范围腋温36.836.0~37.4口温37.236.7~37.7肛温37.536.9~37.919皮肤温度热舒适状态与感觉45℃以上皮肤组织迅速损伤43～41℃被烫伤的疼痛感41～39℃疼感域39～37℃热的感觉37～35℃开始有热的感觉34～33℃休息时处于热中性状态,热舒适33～32℃2-4met的(中等)运动量时感觉舒适32～30℃3-6met的(较大)运动量时感觉舒适31～29℃坐着时有不愉快的冷感20℃(手)非常不快的冷感觉15℃(手)极端不快的冷感觉5℃(手)伴随疼感的冷感觉20（2）人体的体温调节系统下丘脑具有调节、代谢体温和内分泌功能，前部主要促进散热来降温，后部促进产热抵御寒冷。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。21（3）人体的能量代谢率A影响因素：肌肉活动强度（主要因素）;环境温度（偏高、偏低都增加代谢率）性别（男性高于女性）年龄（少年高于老人）神经紧张程度（紧张时代谢率高）进食后时间的长短等（进食后代谢率增加，蛋白质代谢率高）B单位:met,1met=58.2W/m222肌肉活动与代谢率肌肉活动强度对代谢率起决定性的影响。一般的室内运动代谢率多在5met以下。23垂直温差对人热舒适的影响当受试者处于热中性状态时，头足温差仍然使人感到不舒适。24●材料与人的热舒适感不同地板材料的舒适温度地板面层材料满意度85％的地面温度(℃)木23~28混凝土26~28.5毛织地毯21~285mm软木23~28橡木地板24.5~282mm聚氯乙烯26.5~28.5大理石28~29.5255、人体的热平衡人的肌体在正常条件下，可算是一个恒温体，为了维持这种状态，人体新陈代谢所产生的热量向环境散发，不断地与所处的环境进行热交换。因此，肌体与环境之间的热交换必然满足以下公式所表达的条件，即：26——人体热负荷，即人体得失热量；——人体新陈代谢产热率；——人体与周围环境的对流换热率；——人体与环境的辐射换热率；——人体蒸发散热率。q当△q0时，体温将升高；当△q0时，体温将降低。如果这种体温变化的差值不大、时间也不长，可以通过环境因素的改善和肌体本身的调节，不致对人体产生有害影响；若变化幅度大，时间长，人体将出现不舒适感，严重者将出现病态征兆，甚至死亡。因此，要维持人体体温的恒定不变，必须△q=0，使人体处于热平衡状态，即：mqcqrqwq（热平衡方程）27（1）对热平衡方程的讨论热平衡状态是指人体新陈代谢产热量正好等于人体与所处环境的热交换量。显然，人体的热平衡是达到人体热舒适的必要条件。由于式中各项可以在较大的范围内变动，许多种不同的组合都可能满足上述热平衡方程，因此并不充分。从人体热舒适考虑，单纯达到热平衡是不够的，还应当使人体与环境的各种方式换热量限制在一定的范围内。据研究，在人体达到热平衡状态时，当对流换热约占总散热量的25％-30％、辐射散热量占45％-50％、呼吸和有感觉蒸发散热量占25％-30％时（称为正常比例散热），人体才能达到热舒适状态，这一条件则是人体热舒适的充分条件。0q28A.负荷热平衡：人体以非正常比例散热的热平衡。人体在负荷热平衡时，虽然，但人体已不在热舒适状态，是可以忍受的。B.室内热气候的类型：舒适的室内热气候（⊿q=0,且按正常比例散热---正常热平衡）可以忍受的室内热气候（⊿q=0,非正常比例散热---负荷热平衡）不可以忍受的室内热气候（⊿q≠0---热不平衡）0q29（2）室内热气候的评价方法自本学科建立以来，室内热气候的评价问题就是一个热门课题，长期以来，国内外许多学者都在积极探究此问题,并付出了很多劳动和努力。由于建筑热环境的影响因素较多，且具有综合性和相互补偿性，因此，很难以单一因素指标评价热环境的优劣。到目前为止，国外一些学者从不同的途径提出了多种不同的评价指标或评价方法，主要有以下几种方法：A有效温度法B热应力指标法C预计热指标法•室内热湿环境有效温度(EffectiveTemperatureET)由Houghton,Yaglon等人于1923年提出表征室内气温、湿度及气流速度三者对人体综合作用的一种主观评价指标未考虑辐射的影响，改进后称为ET*,1972成为ASHRAE的评价标准•室内热湿环境有效温度(ET)是室内气温，相对湿度和空气速度在一定组合下的综合指标。在数值上等于具有相同热感觉、静止、饱和（Φ=100%）空气的温度。热应力指数(HSI)热应力指数HSI（HeatStressIndex)是在已知室内气温，相对湿度，空气速度，平均辐射温度和人体新陈代谢产热率的前提下，根据人体热平衡条件，先计算在给定环境中人体所需要的蒸发散热量，然后再计算出在该环境中的最大允许蒸发散热量，以二者的百分比作为热应力指数。热应力指数全面考虑了热环境四个因素的影响，比有效温度更为科学。热应力指数愈高，维护热平衡时，要求蒸发散热量愈大，热环境条件愈差。热应力指数(HSI)（HeatStreesIndex)给定热环境中作用于人体的热应力等于人体所需的蒸发散热量；数值上等于需要的蒸发散热量与人体最大蒸发散热量之比乘以100；主要用于夏季室内热环境评价qw.req=qm±qc±qr34预计热感觉指数(PredictedMeanVote，简写为PMV)该方法是丹麦学者范格尔(P.O.Fanger)在人体热平衡方程的基础上进行研究与推导，得出△q是空气温度、空气湿度、气流速度和平均辐射温度四个环境参数及人体新陈代谢产热率、皮肤平均温度、肌体蒸发率和着衣热阻的函数。人体热舒适的必要条件为:人体在环境中感到热舒适的充分条件必须使人体的皮肤温度处于舒适的温度范围，而且肌体的蒸发率也应处于舒适范围内。该方程比较全面合理地表达了人体热感与上述6个参数的定量关系，从而建立起PMV指标系统，把PMV值按人的热感觉分成7个等级。0)Rqtqvt(fqclswskmiiii、、、、、、、35PMV指标的7级分度热感觉热暖微暖适中微凉凉冷PMV值+3+2+10-1-2-3PMV值是客观值，PMV指标只代表同一环境下绝大多数人的感觉，不能代表所有个人的感觉。热舒适的评价有主观因素，主、客观对照有上述相应关系。ISO规定：PMV=-0.5～+0.5为热舒适标准。这一标准对一些发达国家可以满足；对我国来讲，差距较大。有专家建议我国的PMV值可取：-1.5～+1.536预测不满意百分比PPD(PredictedPercentDi