第1.1章 室内外热环境

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建筑物理
建筑热工学
1
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。
围护结构的传热计算
围护结构的蒸汽渗透计算
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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。
0.36 0.57 0.61 0.96 1.34 1.5 0.37 0.63 0.32 0.2 0.4
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4、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 10 mm 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。
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A. 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 q 0 ,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
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)

(Heat Strees Index)


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
q
w.req=q m±
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2、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/s
④ 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。
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 = 58.2 W/m2
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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5 met
q c±q
r
预计热感觉指数(Predicted Mean Vote,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
——
——
人体与环境的辐射换热率;
人体蒸发散热率。
qw
当△q>0 时,体温将升高;当△q<0 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:
以下。
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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。
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●材料与人的热舒适感
» Í ² ¬ µ Ø ° å ² Ä Á Ï µ Ä Ê æ Ê Î Â ¶ È Ø ° µ å Ã æ ² ã ² Ä Á Ï Ä ¾ ì Ä » ý Í Á « Ö Ã ¯ µ Ø Ì º 5 mm È í ¾ Ä ð Ä Ï ¾ µ Ø ° å 2 mm ¾ Û Â È Ò Ï © ó À ´ í Ê ¯ ú Ò Â â ¶ È >85£ ¥ µ Ä µ Ø Ã æ Î Â ¶ È (¡ æ ) 23~28 26~28.5 21~28 23~28 24.5~28 26.5~28.5 28~29.5
热舒适状态与感觉 皮肤组织迅速损伤 被烫伤的疼痛感 疼感域 热的感觉
37~35 ℃
34~33 ℃ 33~32 ℃ 32~30 ℃ 31~29 ℃ 20 ℃(手) 15 ℃(手)
开始有热的感觉
休息时处于热中性状态,热舒适 2-4met 的(中等)运动量时感觉舒适 3-6met 的(较大)运动量时感觉舒适 坐着时有不愉快的冷感 非常不快的冷感觉 极端不快的冷感觉
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(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
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(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
(4)衣着情况等。
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2、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。
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3、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
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§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
(热平衡方程)
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(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 q 0 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。
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● 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。

• 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(Heat Stress Index)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。
5 ℃(手)
伴随疼感的冷感觉
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(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。
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(3)人体的能量代谢率 A 影响因素: 肌肉活动强度(主要因素);
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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
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:
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服装的热阻
单位: m 2 k / w或clo,
1clo 0.155m 2 k / w
类型
短袖衬衣,短裤 长裤,短袖衬衫 长裤,长袖衬衫 长裤,长袖衬衫加短外衣 厚大衣,长袖衬衫,保暖内 衣,长内裤 厚三件套西衣服, 长内衣裤 厚毛衣 厚 长大 衣 厚裤子 工作服 夹克
Icl (clo)
A 有效温度法
B热应力指标法 C预计热指标法
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• 室内热湿环境
有效温度(Effective
Temperature ET)
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
《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。
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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
(⊿q≠0 --- 热不平衡)
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(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:
Ò ¹ Î ú Õ ý ³ £ ³ É Ä ê È Ë µ Ä Ì å Î Â (æ ¡ ) ½ ¾ Æ ù Á ¿ ¸ Î Ò Â Ú Î ¿ Â Ø Î ¸ Â 36.8 37.2 37.5 ä ¶ ± ¯ · ¶ Î § 36.0~37.4 36.7~37.7 36.9~37.9
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皮肤温度 45 ℃ 以上 43~41 ℃ 41~39 ℃ 39~37 ℃
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5、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:
25Biblioteka Baidu
q —— 人体热负荷,即人体得失热量;
qm qc
qr
—— ——
人体新陈代谢产热率; 人体与周围环境的对流换热率;
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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)
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3、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。
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§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;
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