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第2章建筑室外环境一、基本概念太阳高度角、太阳方位角、室外综合温度、真太阳时、温室效应、逆温层、霜洞太阳高度角：指太阳直射光线与地平线间的夹角。太阳方位角：指太阳直射光线在地平面上的投影线与地平面正南向所夹的角。室外综合温度：室外综合温度是在室外气温度基础上增加了一个太阳辐射的等效温度值aI/hout，并减去建筑物表面与坏境进行的长波辐射的等效温度值Qlw/hout。显然综合温度是为了计算方便推出的一个当量的室外温度，并非实际的空气温度。真太阳时：太阳真时是以当地太阳位于正南向的瞬时为正午12时，地球自转15°为1h,地球自转一周又回到正南时为一天。计算公式为T=Tm±L−Lm15+e60温室效应：温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应。逆温层：是指在接近地面的大气层中，有时在某个高度范围内，空气的温度随高度的增加而增加，热空气在上，冷空气在下，极大地抑制了自然对流作用，使得这时空气层处于相对稳定状态而不扩散。霜洞：空气流入洼地在没有空气扰动时冷空气聚集造成气温低于地面上的空气温度，这种温度局部倒置现象的极端形式称为“霜洞”。二、思考题1.试解释我国北方住宅为何要严格遵守坐北朝南的原则，而南方（尤其是华南地区）住宅并不严格遵守此原则？答：我国分为严寒、寒冷、夏热冬冷和暖和地区，居住建筑一般总是希望夏季避免日晒，而冬季又能获得较多光照，我国北方多是严寒和寒冷地区，建筑设计时，必须充分满足冬季保暖要求，部分地区兼顾夏季防热，北部地区坐北朝南能够达到充分利用阳光日照采暖，能够减少建筑的采暖负荷，减少建筑采暖能耗，所以，我国北方住宅严格遵守坐北朝南的原则，而南方地区必须满足夏季防晒要求适当兼顾冬季保暖，所以南方住宅可以不遵守原则。2.晴朗天气的凌晨树叶表面容易结露或结霜的原因是什么？答：晴朗天空的凌晨，温度较低，云层较薄，尘埃，微小水珠，气体分子较大，太阳辐射较小，树叶主要向天空辐射长波辐射，树叶温度低于露点温度，树叶表面容易结露或结霜。3.说明太阳辐射到达地面的过程。答：太阳辐射通过大气层时，其中一部分辐射能被云层反射到宇宙空间；一部分辐射能与天空的各种气体分子、尘埃、微小水珠等质点发生瑞丽散射，X射线和其他一些超短波射线在通过电离层时，会被氧、氮及其他成分强烈吸收，大部分紫外线被大气中臭氧吸收，大部分的长波红外线则被大气层中二氧化碳和水蒸气等温室气体所吸收，所以到达地面的太阳辐射能主要是可见光和近红外线部分。到达地面的太阳能辐射主要由两部分组成，一部分是太阳直接照射到地面的部分，称为直射辐射，另一部分是经过大气散射后到达地面的，称为散射辐射。4．什么是温室效应，逆温层与城市热岛效应、它们之间有什么相互关系？答：温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，就是太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应。逆温层是指在接近地面的大气层中，有时在某个高度范围内，空气的温度随高度的增加而增加，热空气在上，冷空气在下，极大地抑制了自然对流作用，使得这时空气层处于相对稳定状态而不扩散。城市热岛效应是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一样。又因为城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。联系：温室效应导致大气变暖，从而使气候发生变化，而气候条件是造成城市热岛的外部因素，因此温室效应在一定程度上会加剧热岛效应，而热岛效应又会加剧环境的污染从而也会加剧温室效应，热岛效应对逆温层的出现有很大的促进作用，而逆温层的出现极不利于地面附近空气层中污染物的扩散，对城市的大气污染有加剧作用，从而也加剧温室效应，也就是说它们之间是互相影响着对方。5.城市热岛是如何产生的？有什么危害？答：是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一样。又因为城市犹如一个温暖的岛屿，从而形成城市热岛效应。其主要原因是城市下垫面特殊的热物理性质、城市内的低风速、城市内较大的人为热等，其中城市中的大气污染也是重要原因，而且城市的区域气候条件和城市的布局形状对热岛强度也有影响。危害：（1）城市热岛会使城市上空的云雾增加，是有害气体，烟尘在市区上空积累，形成严重的大气污染，进而城市的坏境质量及市民健康产生相当程度的影响，同时也给城市生活带来严重的经济负担。（2）热岛效应对逆温层产生有促进作用，抑制了热量的散失造成局部温室效应加剧；使污染物无法扩散加剧了大气污染，影响城市空气湿度、云量、降雨。6.采用水体植被对热岛现象起什么作用？答：水体和植被具有调节城市局部气候的作用，如净化空气、减少噪声，对城市“热岛现象”有一定的缓解作用。水体的比热大，温度较高时，气体潜热带走辐射热量，有效地降低温度，植被蒸腾作用较强，能有效带走部分热量，此外，植被的光合作用能吸收CO2，放出O2，杀菌并能吸收粉尘，有效地抑制了温室效应进而降低温度，也就有效地抑制了热岛效应。7.室外气温指在什么条件下测得的温度？答：室外气温是地面气象观测规定高度（即1.23-2.m，国内为1.5m）上的空气温度。室外气温可以由安装在百叶箱中的温度表或温度计测定。我过气温纪录一般采用摄氏度C(℃)为单位，，它与华氏度(F)的换算关系是C=（F-32）×5/98.地下温度3米深处的温度有什么特点？温度波在向地层深处传递时，有衰减和延迟；1.5m后日变化被滤掉；一定深度后便成为恒温层，温度比全年气温平均温度高1～2℃。9.我国建筑热工设计中分为几个区？各有什么特点？答：分为5个区。严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区、特点：严寒地区：冬季漫长严寒，夏季短促凉爽，气温年较差较大；寒冷地区：冬季寒冷干燥，夏季部分地区炎热湿润；夏热冬冷地区：夏季闷热，冬季湿冷，气温日较差小，年降水量大，日照偏少；夏热冬暖区：夏季炎热，冬季温暖，湿度大，气温年较差和日较差均小，降雨量大，太阳辐射强，日照丰富，沿海地区还有台风暴雨袭击；温和地区：立体气候特征明显，大部分地区冬湿夏凉，干湿季节分明气温年较差小，日较差偏大，日照较强。第3章建筑热湿环境一、基本概念材料的蓄热系数S、材料层的热惰性指标D、遮阳系数Cn、遮挡系数Cs、冷负荷、热负荷材料的蓄热系数S：材料表面的热流波动振幅与表面温度波动振幅的比值。材料层的热惰性指标D：厚度为x材料层的热惰性指标D是一个无因次物理量，它表示为D=RS，R是厚度为x的材料层的热阻。多层围护结构的热惰性指标为D=∑Di=∑RiSi遮阳系数Cn:遮阳系数Cn就是设置了遮阳设施后的透光外围护结构太阳辐射得热量与未设置遮阳设施的太阳辐射得热量之比。遮挡系数Cs、其定义是太阳辐射通过某种玻璃或透光材料的实际太阳得热量与通过厚度为3mm厚标准玻璃的太阳得热量SSG的比值，同样也包含了通过玻璃或透光材料直接透射进入室内和被玻璃或透光材料吸收后又散到室内的两部分热量的总和。冷负荷：冷负荷是指维持室内一定的热湿环境所需要在单位时间内从室内除去的热量。热负荷：热负荷是指维持室内空气热湿环境，所需要在单位时间内向室内补充的热量。得热：某时刻在内外扰作用下，进入房间的热量（显热，潜热）。二、思考题1.围护结构的传热量由那几部分组成，得热量与围护结构有何关系。答：包括对流传热，导热，辐射三个部分。得热量与围护结构的表面换热系数、围护结构外表面对太阳辐射的吸收率、围护结构壁面的温度、导热系数、辐射系数、蓄热系数、衰减度等有关。导热系数较大、吸收率较大、蓄热系数较大、表面换热系数较大、辐射系数较大的围护结构得热量就比较大。2.何为谐波反映法，冷负荷系数法，简略说明其原理。用谐波反应法计算传递的热量，是建立在不稳定传热基础上，即室外扰量（综合温度tz）大体上呈周期性变化作用于围护结构。使围护结构从外层表面逐层的跟着波动，且这种波动是由外向内逐渐衰减和延迟，这种简谐运动的周期函数可用正弦（或余弦）函数项的级数表达，将其变换为傅里叶展开式，即将随时时变化的扰量函数分解为简单的多阶正弦函数的组合，再将其n阶谐波作用下的响应直接叠加，即可求得已知室温和外扰随时间变化条件下的传热量。冷负荷系数法（反应系数法）求解问题的基本思路是：将时间连续变化的扰量曲线离散为按时间序列分布的单元扰量，再求解出板壁围护结构热力系统对单位单元扰量的反应（即反应系数），最后，利用求得反应系数通过叠加积分计算出围护结构的逐时传热得热量。3.通常在围护结构中设置一空气间层以减少冬季从室内向室外的传热，试问空气层应设在靠室外一侧还是靠室内一侧对保温效果更好，为什么？应设在靠室内侧，因为外侧气候变化大，易使空气间层受潮或凝结水粒，且由于水的导热系数比空气的导热系数大得多，所以设在外侧将会带走更多的室内热量。4.窗户的材料对传热是否有影响，目前常用的几种类型窗户有那些，那种窗户的传热量少？答：有，玻璃窗的传热量，是通过玻璃及其窗框组成的玻璃窗进行的，窗框导热性能对整个玻璃窗的传热系数有显著的影响。常见的窗户类型有单层玻窗、双玻铝塑窗、三玻铝塑窗、四玻铝塑窗、四玻不可开启窗等，其中四玻类的窗户传热量比较少。5.室内水面自然蒸发是否导致室内热负荷变化？试阐述有是如何变化的？为什么？水自然蒸发前后过程的热负荷相等。因为室内水分是通过吸收空气中的显热量蒸发的，而没有其他的加热热源，也就是说蒸发过程是一个绝热过程，室内空气的含湿量增加（或称为等焓过程），此时，只不过是把部分显热负荷转化为潜热负荷。6.在相同的条件下，为什么外遮阳比内遮阳更有利。答：因为设置在室内的内遮阳设施，尽管同样可以反射掉部分太阳辐射，但向室外方向反射的一部分会被玻璃在反射回室内，使反射出室外的太阳辐射减少。另一方面，内遮阳设施吸收的辐射热会慢慢在室内释放，全部转化成得热。所以，内遮阳设施只反射少量太阳辐射，而其余部分全部成为室内得热，只是得热的峰值被延迟和衰退，因此对太阳辐射得热的削减效果比外遮阳设施要差得多。第4章热舒适环境一、基本概念平均辐射温度、预测平均投票值PMV、预测不满足率、热舒适、冷热感、风冷指数、热应力指数1、平均辐射温度：平均辐射温度是指物体周围所有壁面的平均温度。2、预测平均投票值PMV：在热舒适方程的基础上建立起来的一种热环境指标，是以热感觉7分级法确定的人群对环境的平均投票值。3、预测不满足率：预测不满意百分比（简写为PPD）表示人群对热环境的不满意百分比。4、热舒适：热舒适是表示对热环境具有一种满足的心里状态，简写为TCV。5、冷热感：人体的皮肤内存在有温度感受器，根据温度感受器对外界刺激从而做出反应。6、风冷指数：风冷指数WCI最初是在南极洲考察时，为了研究工作环境的安全性时提出的一种实验指标。7、热应力指数：热应力指标主要用来判断在炎热环境下劳动者的疲劳状况以及进行适当休二、思考题1.人的热舒适感受那些主要因素影响。答：人的热舒适主要与室内空气的温度，相对湿度，气流速度以及围护结构内表面及其它物体表面的温度有关，同时还与人体的活动量、衣着以及年龄等有直接关系。2.人体产热量与散热量达到平衡时，就是“热舒适”的，这种说法对吗？答：不对。当人体处于热平衡状态，即产热=散热，此时体温可维持正常，这只是人生存的基本条件，但是如果人们在一个很冷的环境中通过补充能量也可以达到平衡，也就是说，人们会遇到各种不同的热平衡，然而只有那种使人按正常比例散热的热平衡才是舒适的。3.阐述人体平衡方程并解释各项参数的含义。答：人体热平衡方程式S=M-（C+R+E）-（Cres+Eres）式中：M——人体新陈代谢量，W/㎡；C—对流换热，W/㎡；R——通过人体外表面的辐射换热，W/㎡；E——人体蒸发散热量，W/㎡；Cres、Eres———分别表示人体