第1章11建筑与气候1

建筑热工学、建筑光学与建筑节能密切相关——建筑节能的基础知识第1篇建筑热环境设计第1章建筑热环境基本知识——建筑与气候——建筑中传热方式——建筑围护结构的稳定传热——建筑围护结构不稳定传热基本知识、保温设计、防潮设计、隔热设计、日照设计第1章建筑热环境基本知识矿物燃料室内气候条件室外气候人•建筑•气候——基于人的考虑围护结构工程设备人室内热环境平衡系统室外能源环境系统调节系统1.1建筑与气候人与室内热环境人体热舒适影响人体热舒适的因素室内热环境的综合评价建筑与气候影响室内热环境的气候条件结合气候设计的建筑策略室内热环境P25一、人体热舒适Δ生存——人对环境有适应性生理反应（局限性）。Δ热舒适——将人从热难受中解脱出来，建筑需要为人提供舒适。“生存”与“热舒适”人与室内热环境一、人体热舒适1、人体热平衡为保持恒温状态，人体须不断与外界环境进行热交换。热平衡)(/////22222”代表失热”代表得热，““）人体蒸发散热率（—）率（人体与环境的辐射换热—）换热率（人体与周围环境的对流—）人体新陈代谢产热率（—）差（人体产热率与散热率之—mWqmWqmWqmWqmWqqqqqqwrcmwrcm一、人体热舒适（1）人体新陈代谢产热量（qm）——正值主要取决于人体的活动量或生产劳动的强度。成年人平均产热量wrcmqqqqq一、人体热舒适（2）对流换热量（qc）——与人体皮肤温度tsk、环境空气温度ti及气流速度v有关。当：tskti时，人体散热；tskti时，人体得热。气流速度v越大，换热率越高。wrcmqqqqqitit一、人体热舒适（3）辐射换热量（qr）——取决于人体表面平均温度tsk和室内各表面平均辐射温度tr。当：tsktr时，人体散热；tsktr时，人体得热。wrcmqqqqq一、人体热舒适（4）蒸发散热量（qw）——负值主要取决于气流速度v和空气湿度φ。若v增加，则蒸发换热量增加，反之则减少；若φ增加，则蒸发换热量减少，反之则增加。wrcmqqqqq一、人体热舒适当∆q=0时，人体达到热平衡，即：思考：当∆q=0，即人体达到热平衡时，就一定会感到热舒适吗？0wrcmqqqqqwrcmqqqqq一、人体热舒适回答：不对。公式中各项可在较大范围内变动，可能有许多不同组合，都可使∆q=0，但并不是所有热平衡都舒适。如大汗淋漓下的热平衡，蒸发换热量太大，超出人体生理调节机能。——负荷热平衡只有那种使人体按正常比例散热的热平衡才是舒适的。——正常热平衡一、人体热舒适热舒适2、人体热舒适条件（1）∆q=0时，即人体处于热平衡状态。（2）人体按正常比例散热：对流换热占总散热量的25%~30%；辐射换热占总散热量的45%~50%；蒸发散热量占25%~30%。二、影响人体热舒适的环境因素（一）环境因素：室内热环境（室内气候）的四个参数：室内空气温度室内空气湿度室内风速室内壁面平均辐射温度环境物理因素二、影响人体热舒适的环境因素环境物理因素1、室内空气温度——直接影响人体对流换热。室内最适宜温度：20℃~24℃。规定：冬季一般在16~22℃，夏季为24~28℃。建筑设计者的任务——通过改善围护结构的传热特性，使室内实际温度达到室内计算温度。二、影响人体热舒适的环境因素环境物理因素2、室内空气湿度——直接影响人体的蒸发散热。最适宜的相对湿度应为50~60%。当湿度过低（低于20%）时，则人会感到干燥、呼吸器官不适；当湿度过高（高于70%）时，则汗液不易蒸发，形成闷热感，令人不舒适。二、影响人体热舒适的环境因素环境物理因素3、室内风速——影响对流换热和蒸发换热，也影响室内空气更新。一般舒适的气流速度为0.1~0.3m/s。但在夏季利用自然通风降温的房间，风速在0.3~1m/s之间令人感到愉快。当气流速度大于1.5m/s时，多数人认为风速太大，不舒适。二、影响人体热舒适的环境因素环境物理因素4、室内表面平均辐射温度——影响人的辐射换热量。高温物体会对人体产生“热”辐射，低温物体则会对人产生“冷”辐射。——不舒适二、影响人体热舒适的因素（二）人体因素：主要有：人体新陈代谢产热率人体衣着状况——衣服热阻人体因素二、影响人体热舒适的因素讨论人体在室内感到寒冷，通常由哪几个原因造成？（1）周围空气温度低，人体表面对流散热量过多；（2）室内各表面温度低，对人体造成过多冷辐射；（3）周围空气湿度低，人体表面水份蒸发量大；对策对策对策•向室内供暖,提高室温。•提高围护结构保温性能。•提高围护结构保温性能，从而能够提高室内表面温度。•提高湿度，减少人体表面蒸发。二、影响人体热舒适的因素讨论人体在室内感到炎热，通常由哪几个原因造成？（1）周围空气温度高，人体表面对流得热量过多；（2）室内各表面温度高，对人体造成过多热辐射；（3）周围空气湿度高，人体表面水份蒸发量小；对策对策对策•向室内供冷，降低室温。•加强（夜间）自然通风。•加强围护结构隔热性能，可降低室内表面温度。•降低湿度。三、室内热环境综合评价四个物理环境因素是互不相同，密切相关，一种综合效果。改变其中的一个因素可补偿其他因素的不足。如室内空气温度低而平均辐射温度高，室内空气温度高而平均辐射温度低的房间就可以有同样的热感觉。任何单项因素都不足说明人体对热环境的反应。——希望用单一参数描述，以综合同时起作用的全部因素。为什么要对室内热环境进行综合评价？一般有五种综合评价方法：作用温度（OperativeTemperature）OT有效温度（EffectiveTemperature）ET热应力指标（HeatStressIndex）HSI预测平均热感觉指标（PredictedMeanVote）PMV热感觉投票（ThermalSensationVotes）TSV三、室内热环境综合评价评价方法三、室内热环境综合评价20世纪80年代初，国际标准化组（ISO）认可的相对全面的热舒适指标，丹麦范格尔综合近千人在不同热环境下的热感觉试验结果，并以人体热平衡方程为基础所得出的函数。衣服热阻—室内气流速度—人体新陈代谢产热率—室内空气湿度—平均辐射温度—室内空气温度—、、、、、0)(clomirclomriiRvqttiRqtvtfPMV等级指标系统按人的热感觉，建立起七级PMV指标系统，得出在每一特定值上感到不满意人数的百分比，即预测不满意百分比（PredictedpercentageDissatisfied，简写为PPD），并绘出了PMV-PPD曲线。三、室内热环境综合评价PMVISO组织规定：PMV值在-0.5~+0.5范围内为室内热舒适指标，即PPD≦10%。我国一般认为-1~+1间可视为热舒适环境。三、室内热环境综合评价第1章建筑热环境基本知识人与室内热环境人体热舒适影响人体热舒适的因素室内热环境的综合评价建筑与气候影响室内热环境的气候条件结合气候设计的建筑策略室外热环境P20建筑与气候综述“如果我们想把房子正确地设计好，就得从观察建造地点的特点和气候开始，一种是房子看起来适合埃及，另一种适合于西班牙……再另外一种适合罗马……很显然不同房子的设计应该适应各种不同的气候。”——维特鲁维建筑师，公元前1世纪一、影响建筑室内热环境的气候条件（一）外部气候条件与建筑关系密切的气候参数：太阳辐射、空气温度、空气湿度、风向和风速、凝结和降水。（一）外部气候条件太阳辐射来自太阳的电磁波辐射，决定地表空气的温度变化，并主导地球上所有的气候现象。太阳辐射既造成夏季室温过高，又是冬季提高室温的天然能源。太阳辐射与建筑的相互作用：透过和吸收。（一）外部气候条件太阳辐射太阳辐射的方向性建筑各朝向表面的日辐射照度随季节的变化规律各不相同。北纬40℃地区太阳辐射的方向性（一）外部气候条件空气温度形成——取决于地球表面温度，地表与空气的热交换是影响空气温度的基本途径。观测室外气温通常指距地面1.5m高、背阴处的空气温度。因此，测量空气温度须避免太阳辐射的因素。（一）外部气候条件空气湿度相对湿度年变化相对湿度日变化（一）外部气候条件风风向与风速风向与风速是描述风特征的两个要素。风玫瑰图是表示一定时间内各个方向刮风次数的统计图。某地的风向频率分布实线为全年，虚线为7月份某地一年的风速频率分布（二）城市气候城市规划时，不但要考虑大范围的地理和气候特点，而且还要考虑由于城市用地的自然条件改变而形成的城市气候。由于城市市区与郊区的气候存在差异，有必要将城市市区从一个大范围中分离出来，单独考虑其不同于周围地区的城市微气候特征。提出P138（二）城市气候定义：Δ城市气候：区域气候背景下，经过城市化后，人口高度密集，在城市特殊下垫面和城市气候活动的影响下，改变该地区原有的区域气候状况，形成一种与城市周围不同的局地气侯。Δ下垫面：直接与大气下表面接触的地表层。定义及形成原因（二）城市气候原因：Δ特殊下垫面：城市建筑物、沥青和水泥路面等代替以植被为主的自然下垫面，使城市下垫面性质发生变化。Δ人为热：大量能源输入城市以供生产生活消费，城市拥有大量人为热。Δ空气污染：城市工业与民用的大量烟尘、废气排入大气，改变城市大气成分。定义及形成原因（1）大气透明度小，削弱了太阳辐射；——大气污染（2）气温较高，形成“热岛效应”；建筑物与人口密集的大城市，由于地面覆盖物吸收的辐射热多，发热体也多，市区中心的温度高于郊区；（3）风速小，风向随地而异；（4）蒸发减弱，湿度变小；（5）雾多，能见度差。——由于城区大气污染程度高于郊区，空气中有丰富凝结核。特征●避免或减弱热岛现象的措施：▲在城市中增加水面设置、扩大绿化面积。——由于水热容量大，且可通过蒸发吸收热量。——绿化则除蒸发吸热外，对日辐射还有一定的反射作用，尤其在夏季日辐射照度很大时，可显著降低周围空气温度——改善建筑周围小气候▲避免方形、圆形城市面积的设计，多采用带形城市设计。措施（三）建筑气候区划全球各地气候状况差异很大，为科学地提出与建筑有关气候条件的设计依据，明确各气候区建筑设计要求和相应的技术措施。——气候区划建筑气候分区根据空气温度、湿度和太阳辐射将全球划分为湿热、干热、温和和寒冷四个气候区。国际最常用，但较粗略、感性和主观。建筑气候分区及气候策略气候类型气候特征及气候因素建筑气候策略湿热气候区温度高（15℃~35℃），年平均气温在18℃左右或更高年较差小年降水量≥750mm潮湿闷热、相对湿度≥80％太阳辐射强烈、眩光遮阳自然通风降温低热容的围护结构干热气候区太阳辐射强烈、眩光温度高（20℃~40℃）年较差、日较差大降水稀少、空气干燥、湿度低多风沙最大限度地遮阳厚重的蓄热墙体增强热稳定性利用水体调节微气候内向型院落式格局温和气候区有较明显的季节性温度变化（有较寒冷的冬季和较炎热的夏季）月平均气温的波动范围大，最冷月低至－15℃，最热月可高达25℃气温的年变化幅度可从－30℃到37℃夏季：遮阳、通风冬季：保温寒冷气候区大部分时间月平均温度低于15℃日夜温差变化较大风、严寒、雪荷载最大限度地保温（三）建筑气候区划（三）建筑气候区划为更好地适应当地气候条件，我国在《建筑气候区划标准》（GB50178-93）中提出建筑气候区划。建筑气候区划：以1月和7月的平均气温、7月平均相对湿度作为主要指标，以年降水量、年平均气温≤5℃和≥25℃的天数作为辅助指标，将我国气候划分为7个一级区，即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ区。一级区内又以1月、7月平均气温、冻土性质、最大风速、年降水量等指标，划分成20个二级区，提出相应的建筑要求和技术措施。国内（三）建筑气候区划中国建筑气候区划图（三）建筑气候区划中国建筑气候一级区区划指标分区名称分区指标主要指标辅助指标Ⅰ１月平均温度≤-10℃；7月平均温度≥25℃；7月平均相对湿度≥50%年降水量200～800mm；年日平均温度≤5℃的天数≥145天Ⅱ１月平均温度-10～0℃；7月平均温度18