05章-建筑环境学

= I0 exp(－k·ml)= I0 Pm
9
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
东京晴 天的大 气透明 度逐月 值
大气透明度 P
0.85
预测不满意百分比PPD (Predicted Percent Dissatisfied，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[–(0.03353 PMV 4 + 0.2179 PMV2)]
即便到达 PMV＝0， 仍然有5％的 人不满意。
43
2) 气流速度的影响：
3) 气流速度大 对流散热大 快。
汗液蒸发快 人体凉
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（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
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（三）室内热湿环境评价
预测平均评价PMV (Predicted Mean Vote) （预测平均热感觉指标）
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温度(℃)
（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。
40
30
20
10
0
-10
0 730 1460 2190 2920 3650 4380 5110 5840 6570 7300 8030 8760
26
时间(小时)
（三）室外空气湿度的变0.65
0.6
0
2
4
6
8
10 12
月份
10
（二）太阳辐射强度
2. 建筑物各外表所受到的太阳辐射强度 （1）直射辐射 水平面上的直射强度
IS,Z INsin
垂直面上的直射强度
IC,Z INcoscos
θ－太阳辐射线在水平面上的投影与墙面法线的夹角
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（二）太阳辐射强度 2. 建筑物各外表所受到的太阳辐射强度 （2）散射辐射
➢ 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
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二、热湿环境的评价 （一）人与室内环境
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
热平衡方程 M W C R E = S
（
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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
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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
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结论:在太阳辐射范围内，围护结构的外表越粗糙、颜色 越深，吸收率越高，反射率越低。
二、室外气候
（一）室外空气温度的日变化规律
1、定义、主要指距地面1.5m高，背阴处的空气温度。 空气与地外表以导热、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？
近红外线 45.2%
长波红外 线
2.2%
紫外线 7.0%
可见光 45.6%
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太 阳 辐 射 能 的 去 向
17
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局部组成 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局部。－
19
围护结构外外表所吸收的太阳辐射热
反射
吸收
二者比例取决于 围护结构外表的吸 收率(或反射率）
20
一、围护结构外外表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：外表颜色、光洁度 等）
4
3.2 建筑环境的形成
（一）地球对太 阳的相对位置
北回归线
赤纬 ：太阳光 线与地球赤道 平面之间的夹 角 ＋23.5°～－23.5 °
南回归线
赤纬d
0°
+23.5°
-23.5°
0°
5
南北回归线
➢ 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
夏季：22℃～28℃ 冬季： 18℃～24℃
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（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。
d 100%
db
表示了空气接近饱和的程度
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%
热 感 觉 热 暖 微 暖 适 中 微 凉 凉 冷 P M V 值+ 3 + 2 + 1 0 -1 -2 -3 PMV表示热感觉与六个物理量之间的定量函数关系
PMV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≤0.5
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（三）室内热湿环境评价
取决于：周围空气温度；相对湿度；气流速度； 1) 周围空气的温度、湿度的影响；
2) 温度一定时;
3) 空气相对湿度大 肤外表蒸发量小
b. 高温时；
空气中水蒸气分压力大 人体皮 可带走的热量少；
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 加了对外界的导热、辐射
衣服传热系数大 增 人的冷感增加
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。
Hood 1944年
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第四节 建筑环境中的空气环境
SBS－Sick Building Syndrome
病态建筑综合症：现代都市病 表现
偏离南向的角度；
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（二）、太阳辐射强度
1、太阳直射辐射强度
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
d Ix =－k Ix dx 将上式别离变量并积分,
∫
Ix I0
dIxI=x
－k∫dx
x 0
积分后,得 Ix/I0 =e －kx
Ix =I0 exp(－kx)
k－比例常数，消光系数；x－太阳光线透过大气层的距离
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
1
3.1 绪论
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.－
2
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
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（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/s
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（一）与室内热湿环境有关的物理量
5. 围护结构内外表及其他外表的温度
周围物体外表温度的上下，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
阳光经过大气层时,其直射辐射强度按指数规 律衰减;
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第二节 建筑环境的形成
➢ 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 =I0 exp(－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 =I0 exp(－kl’)
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
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第二节 建筑环境的形成 （三）、围护结构外外表所吸收的太阳辐射热
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 阳光射线的外表上，单位面积单位时间 内来自太阳的辐射能量。I0=1353 W/㎡。
2. 太阳光谱：
影响了换热量； 周围的空气流速 对流换热系数； 若t<36.5℃,v高，对流散热量大，人感觉冷； 若t>36.5℃,v高，人体通过对流换热，人凉快；
2、辐射热交换R：
取决于衣体外表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； 39
3、人体汗液蒸发散热：
热
❖ 不同的外表对辐射的波长有选择性，黑色外表 对各种波长的辐射几乎都是全部吸收，而白色 外表可以反射几乎90％的可见光。
❖ 围护结构的外表越粗糙、颜色越深，吸收率就 越高，反射率越低。
反射
吸收
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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。
《民用建筑热工设计标准》： 冬季：保证内外表最低温度不低于室内空气
的露点温度 夏季：保证内外表最高温度不高于室外空气
计算最高温度
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（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
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
3.2 建筑环境的形成
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。－
紫外区：0.2-0.4um 可见光区：0.4~0.76um
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➢在各种波长的辐射 中，能转化为热能的 主要是可见光局部
➢ 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。
紫外线 可见光
近红外线
长波
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红外线
非透 明围 护结 构外 外表 所吸 收的 太阳 辐射
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
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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； 环境空气的温度 人体外表与环境的对流换热温差
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一、热湿环境的根本概念
（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 环境的枯燥和潮湿程度产生重要影响，使湿 的物理性质随之改变。
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（一）与室内热湿环境有关的物理量
2、室内空气温度
温度对室内环境起着很重要的作用
《采暖通风与空气调节设计标准》规定：
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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
温度 (℃ )
32
30
28
26
24
22
20
18
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
时间 (小时 )
24
2.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。
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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 清晨和黄昏太阳高度角低，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。－
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湿度 年变化: 内陆和沿海地区差异较大 29
第三节 建筑环境中的热湿环境
一、热湿环境的根本概念
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： 温度； 相对湿度； 室内平均流速； 围护结构其他内外表的温度；