03-建筑环境学

第三讲建筑环境学建筑环境学的内容建筑外环境（室外气候）室内空气品质（IAQ）室内热湿环境与空气环境建筑声环境建筑光环境建筑室内环境的控制第一节建筑环境的形成一、太阳辐射热(能量来源)1、地球对太阳的相对位置30°0°+23.5°-23.5°赤纬d北回归线南回归线南北回归线2、太阳的辐射强度5太阳高度角（）：太阳方向与水平线的夹角；太阳方位角（）：太阳方向的水平投影偏离南向的角度；太阳常数:I0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6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（46%）0.38～0.76m；0.76～3.0m近红外线。3、地球对太阳辐射的吸收由三部分组成直射辐射散射辐射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。所谓太阳总辐射一般仅包括前两部分。7大气对太阳辐射的影响（了解）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，及大气质量。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。大气透明度（0.65~0.75）对太阳辐射的影响。太阳辐射强度与朝向9北纬40°的总辐射强度3、太阳辐射与建筑围护结构太阳辐射与建筑围护结构材料4、日照与建筑的外形配置最低日照标准：冬至日底层住宅内满窗日照时间≮1h；冬天尽量多：但太阳高度角低易被遮挡夏天尽量少：但太阳高度角高不易被遮挡不同纬度下南北相邻楼间距与日照的关系二、室外气候1、室外温度指距地面1.5m高，背阴处的空气干球温度。气温的影响因素及日变化121820222426283032024681012141618202224时间(小时)温度(℃)二、室外气候室外气温季节变化最热月在7-8月，最冷月在1、2月份。气温的年较差年较差与纬度的关系微气候：指离地面30-120cm的高度范围内，在建筑物周围地面上或在其他特定地点，所形成的风、阳光、辐射、气温、与湿度等气候条件。14受地面反射率、夜间辐射、气流、遮阳等影响，离建筑物越远，温度越低北京的城市热岛北京80年代初城市热岛强度为夏季1.5℃，冬季5℃。家用空调的普及和车辆的剧增必然导致近年夏季热岛强度增加。1983年1月26～27日1982年7月城市热岛热岛强度：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5m高处）附近郊区的气温的差值。单位：℃城市热岛的成因自然条件市内风速、对天空长波辐射;建筑布局影响对天空角系数和风场云量：市区内低云量大于郊区太阳辐射：市内大气透明度低，太阳总辐射比郊区低下垫面的吸收和反射特性、蓄热特性：地面材料、植被、水体的设置人为影响：“人为热”交通、家用电器、炊事产热空调采暖产热城市逆温层雾霭雾往哪里去？2、室外空气湿度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。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植物蒸发室外湿度变化湿度的年变化3、室外的风4、降水第二节建筑的热湿环境一、热湿环境基本内容及概念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组成的一种室内气候。1、湿空气的组成干空气和水蒸汽2、室内空气温度（干球温度）冬季：16～24℃夏季：22～28℃热湿环境的参数3、室内空气的相对湿度湿空气的压力B湿空气中的水蒸气分压Pq干空气压力Pg饱和水蒸气压力Pqb湿空气含湿量d相对湿度舒适空调的室内湿度参数冬季：30%～60%；夏季：40%～65%%100qbqPP热湿环境的参数4、室内空气平均流速夏季：≤0.3m/s冬季：≤0.2m/s5、围护结构内表面温度《民用建筑热工设计规范》规定：冬季要保证内表面最低温度不低于室内空气的露点温度；夏季要保证内表面最高温度不高于室外空气计算最高温度。热湿环境的参数6、影响室内热湿环境的因素建筑室内热湿环境的最主要原因是各种外扰和内扰的影响。外扰：室外气候参数通过两种形式影响房间的热湿状态:一是通过热交换(包括对流换热、导热、辐射);二是通过空气交换;内扰：设备、人体、照明等作用形式：对流换热、导热、辐射二、热湿环境的评价1、人与环境的热平衡2、人体热平衡方程式M－W－C－R－E＝S式中：M——人体能量代谢率，W/㎡；W——人体所做的机械功，W/㎡；C——人体外表面向周围环境通过对流形式散发的热量，W/㎡；R——人体外表面向周围环境通过辐射形式散发的热量，W/㎡；E——汗液蒸发和呼出的水蒸气所带走的热量，W/㎡；S——人体蓄热率，W/㎡（式中各项均以人体单位表面积的产热和散热表示）3、人体生理温度反应人体最大的生理性变动范围为35～40℃；S=0，表明人体正常；舒适S0，表明体温上升，人体不舒适；当体温≥45℃，人致死S0,表明在冷环境中，人体散热量增多。当体温36℃，称体温过低；当体温28℃，有生命危险；当体温20℃，一般不能复苏4、热舒适的影响因素室内环境因素人的活动量、衣着量及人的性别、年龄、健康、体形等5、室内热湿环境评价PMV预测热平均感觉（七个等级）PMV=[0.303exp(－0.036M)+0.0275]TLTL=M－W－C－R－E（人体热负荷）TL为正，人体产生热感觉；TL为负，则产生冷感觉。5、室内热湿环境评价PMV的七级分度引入：预期不满意百分率（PredictedPercentDissatisfied）PPDPPD=100－95exp[－(0.03353PMV4＋0.2179PMV2)]室内空气环境包括：热环境、湿环境、空气品质；（1）室内环境是人们接触最频繁、最密切的环境之一。人们约有80％以上的时间是在室内度过的。（2）室内污染物增多：燃料消耗量、化工产品品种、建筑材料品种增多。（3）为了减少空调采暖能耗,建筑物密闭程度的增加，使得室内污染物不易扩散，增加了室内人群与污染物的接触机会。一、为什么要研究建筑环境中的空气环境?第三节建筑环境中的空气环境对于发展中国家，除去营养不良和水质问题，室内空气质量是第三大危害人类生命的凶手，每年由于室内空气质量问题导致的呼吸传染病、肺癌、肺结核、哮喘等疾病，死亡人超过200万人。对于发达国家，由于室内空气质量导致的过敏、空气传染、肺癌、SBS等造成了巨大的经济损失。据美国环境保护署(EPA)统计,美国每年因室内空气质量低劣造成的经济损失高达400亿美元。中国疾病预防控制中心统计表明，我国每年由于室内空气污染引起的超额死亡数可达11.1万人，超额门诊数22万人次，超额急诊数430万人。世界银行的一份研究报告表明，仅1995年，我国因室内空气污染危害健康所导致的经济损失按支付意愿价值估计就高达106亿美元。在对近10年的1200多名老年白血病患者的调查发现，有54.6%的家庭在半年内装修过。北京儿童医院数据，接诊的白血病儿童中，患者家庭在半年内曾装修的十之有九。健美明星马华因健身房装修污染而死于白血病。（资料来源：杭州市环保局〈生态建设：构筑人与自然的和谐〉环境科学出版社，2005）SBS－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室内空气品质（IAQIndoorAirQuality)丹麦工业大学P.O.Fanger的定义(1989)：品质反映了人们要求的程度，如果人们对空气满意，就是高品质；反之，就是低品质。从纯主观感受出发。ASHRAE62-1989的良好IAQ定义：空气中没有已知的污染物达到公认的权威机构所确定的有害浓度指标，并且处于这种空气中的绝大多数人（≥80％）对此没有表示不满意主观感受与客观评价结合。二、室内空气品质定义一、室内污染源及其特性（一）室内空气污染的分类§3-3-2、室内空气品质的污染源和污染途径化学污染物理污染生物污染（二）常见化学污染及特性1.CO2在室外空气中的浓度CO2为300－400ppm(mL/m3)（0.03%-0.04%）一般浓度下，无毒，无臭。超过700ppm，（0.07%）敏感者能觉察到人体的其它代谢污染；高级客房超过1000ppm（0.1%），较多人感到不舒服；普通居住空间过渡空间：2000ppm超过10000ppm，（1%-2%）呼吸深度显著增加。2、一氧化碳性质：无色、无味的气体，有毒。危害：窒息、死亡。来源：燃料的不完全燃烧；城市汽车尾气排放；吸烟者吸入的烟气或香烟燃烧所发出的烟气等；CO阈值见下表香烟烟气的典型组成成分(mg/支)：成分主流烟气二次烟气燃过的烟草350400全部颗粒2045尼古丁11.7一氧化碳2080二氧化碳6080氧化氮0.010.08丙稀醛0.08-----产生烟气时间20s550s3、烟草的烟气4.挥发性有机物VOC(VolatileOrganicCompounds)TVOC-TotalVolatileOrganicCompounds)表示其总量1）定义美国环境署(EPA)：除CO2、碳酸、金属碳化物、碳酸盐及碳酸铵等一些参与大气中光化学反应之外的含碳化合物。如甲烷、乙烷、丙酮等室内空气品质研究人员：所有室内有机气态物质各种被测量的VOC被总称为TVOC2）特点单独浓度不高，但多种微量VOC的共同作用不可忽视。长期低剂量释放，对人体危害大。主要是刺激眼睛和呼吸道，皮肤过敏、引起头痛、恶心等症状。3）来源：各种漆、涂料、胶粘剂、阻燃剂、防水剂、防腐剂、防虫剂室内建材家具5.甲醛(HCOH)无色，有强烈刺激性气味，易溶入水。30-40%水溶液为福尔马林大气中平均浓度0.005-0.01mg/m3，一般低于0.03mg/m3，新装修宾馆可达0.85mg/m3，控制标准为0.12mg/m3来源工业废气、汽车尾气、光化学烟雾建筑材料：地毯、人造板、泡沫树脂保温板装修材料：胶粘剂、涂料日化产品：清洁剂、消毒剂、液化石油气危害浓度0.1mg/m3有异味影响0.5mg/m3以上刺激粘膜(眼、呼吸道等)，产生变态反应(眼红、流泪、咽干等)、恶心、胸闷等。6.5mg/m3以上引起肺炎、肺水肿，甚至导致死亡。有致畸、致癌作用。对神经系统、免疫系统、肝脏都有危害。释放特性释放期长，3－15年。高温、高湿条件下甲醛散发力度加大。6.氨无色有强烈刺激性气味的碱性气体，易溶于水。对人的危害较大当浓度超过0.5-1.0mg/m3时，对人的口鼻粘膜及上呼吸道有很强的刺激作用。来源：主要来源于冬季施工的混凝土防冻剂臭氧(O3)：一种刺激性气体，主要来自室外的光化学烟雾。室内的电视机、复印机、激光印刷机、负离子发生器等在使用过程中也都能产生臭氧。危害：臭氧对眼睛、粘膜和肺组织都具有刺激作用，能破坏肺的表面活性物质，并能引起肺水肿、哮喘等。7、臭氧（三）常见的物理污染及特性1、悬浮颗粒物包括烟气、大气尘埃、纤维性粒子及花粉，其中直径小于10m的微粒称为可吸入颗粒物。按质量计，大气尘中10m以下占72%；工业过程产尘，10m以下占30%，可吸入并停留在呼吸道中，造成肺癌。来源室外来源和生产过程人员活动：行走、抽烟石棉建材2、纤维材料常来源于隔声或保温材料。常见的有石棉、玻璃质纤维和纸浆石棉纤维会引起两种疾病：石棉沉疴病和间皮瘤。早期研究表明在3700例间皮瘤病人中有43%的有在石棉中暴露的经历。3、氡气（Rn）无色无味非挥发的放射性