第一章 室内热环境

下午9时45分福建工程学院建筑与规划系1建筑热工学篇主要内容核心内容与学习目的通过规划和建筑设计手段，有效防护或利用室内外气候因素合理解决房屋的日照、保温、防热、防潮、通风、能耗等问题创造良好的室内气候环境并提高建筑围护结构的耐久性被动方式与主动方式的关系室内、外热环境传热的基础知识建筑保温、防潮；建筑防热；建筑日照；建筑节能下午9时45分福建工程学院建筑与规划系2第一章室内外热环境学习重点室内热环境的组成要素、影响因素、室内热环境的评价室外热环境（气候）要素我国气候的特点及建筑热工气候分区改善室内热舒适的建筑途径下午9时45分福建工程学院建筑与规划系3第一章室内外热环境1室内热环境1.1组成要素室内气温ti、室内相对湿度i、气流速度vi、壁面的热辐射I{室内热环境是指由室内空气温度、空气湿度、室内风速及环境平均辐射温度（室内各壁面温度的当量温度）等因素综合组成的一种室内热环境。}不同的要素组成不同的室内热环境1.2室内热环境的影响因素(a)室外的热湿作用(b)建筑设计及规划手段(c)材料及构造的热物理性能(d)室内热工设备下午9时45分福建工程学院建筑与规划系4第一章室内外热环境1室内热环境1.3人体的舒适感wrcmqqqqq人体热平衡方程：人体热舒适的必要条件：0q人体得失热量q的影响因素：室内气候四要素、人体活动量（新陈代谢率m）、皮肤平均温度、汗液蒸发率、衣服的热阻人体热舒适的充分条件：皮肤温度及汗液蒸发率处于舒适的范围，或称按正常比例散热：对流25%~30%，辐射45%~50%，呼吸和无感蒸发25%~30%。下午9时45分福建工程学院建筑与规划系5第一章室内外热环境1室内热环境1.4室内热环境的评价方法和标准室内热环境标准是建筑热工设计的基本依据之一最简单的标准是室内空气温度，如住宅冬季18℃，夏季26℃。缺点：不全面主要评价方法：•有效温度(EffectiveTemperature,ET*)•热应力指标(HeatStressIndex,HSI)•预测热感觉指数（PMV-PPD指标）下午9时45分福建工程学院建筑与规划系6第一章室内外热环境1室内热环境有效温度(EffectiveTemperatureET)由Houghton,Yaglou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的评价标准下午9时45分福建工程学院建筑与规划系7第一章室内外热环境1室内热环境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。下午9时45分福建工程学院建筑与规划系8第一章室内外热环境1室内热环境热应力指数(HSI)热应力指数HIS（HeatStreesIndex)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。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。下午9时45分福建工程学院建筑与规划系9第一章室内外热环境1室内热环境热应力指数(HSI)（HeatStreesIndex)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qw.req=qm±qc±qr下午9时45分福建工程学院建筑与规划系10第一章室内外热环境1室内热环境预测热感觉指数(PMV-PPD)•由丹麦学者P.O.Fanger在1960年代提出；•基于下列方程：舒适的充要条件(,,,,,)0iiiicloqftvmR热平衡方程实际环境的舒适度(,,,,,)iiiicloPMVftvmRPMV-3-2-10123热感觉很冷冷稍冷舒适稍热热很热下午9时45分福建工程学院建筑与规划系11第一章室内外热环境1室内热环境预测热感觉指数(PMV-PPD)下午9时45分福建工程学院建筑与规划系12第一章室内外热环境人体在环境中感到热舒适的充分条件，必须使人体的皮肤温度tsk处于舒适的温度范围，而且肌体的蒸发率也应处于舒适范围内。该方程比较全面合理地表达了人体热感与上述6个参数的定量关系，从而建立起PMV指标系统，把PMV值按人的热感觉分成7个等级。下午9时45分福建工程学院建筑与规划系13第一章室内外热环境1室内热环境预测热感觉指数(PMV-PPD)•最为全面的评价方式，广为采用•尽管PMV=0，仍有5%的人感觉不舒适•ISO推荐-0.5~0.5为热舒适环境下午9时45分福建工程学院建筑与规划系14第一章室内外热环境2室内热环境的影响因素2.1室外气候因素室外热环境是指由太阳辐射，大气温度，空气湿度，风、降水等因素综合组成的一种热环境。（一）太阳辐射1.太阳辐射能是地球上热量的基本来源,是决定室外热环境的主要因素。2.太阳辐射的分类。到达地球表面太阳辐射分为两个部分，一部分是直射辐射，另一部分是散射辐射。3.影响太阳辐射照度的因素。大气中射程的长短、太阳高度角、海拔高度、大气质量。下午9时45分福建工程学院建筑与规划系15第一章室内外热环境4.太阳光谱。太阳辐射能量主要分布在紫外线、可见光和红外线区域，其中97.8%是短波辐射。(波长0.2μm~3μm)5.日照百分率实际日照时数日照百分率=——————×100%可照时数（二）大气温度1.气温。指距地面1.5m处百叶箱内的空气温度。2.变化规律（1）年变化规律。由地球围绕太阳公转引起，形成一年四季气温变化，北半球最高气温出现在7月（大陆）或8月（沿海、岛屿），最低气温出现在1月或2月。（2）日变化规律。由地球自转引起。日最低气温出现在6：00~7：00左右。日最高气温出现在14：00左右。下午9时45分福建工程学院建筑与规划系16第一章室内外热环境（三）空气湿度1.湿度：空气中水蒸气的含量。可用绝对湿度或相对湿度表示，通常使用相对湿度表示空气的湿度。2.变化规律（1）年变化规律:最热月绝对湿度最大，最冷月绝对湿度最小。（2）日变化规律:晴天时，日相对湿度最大值出现在4：00~5：00，日相对湿度最小值出现在13：00~15：00。下午9时45分福建工程学院建筑与规划系17第一章室内外热环境（四）风1.风——指由大气压力差所引起的大气水平方向的运动。2.风的类型（1）季候风（大气环流）——由于太阳辐射热在地球上照射不均匀，使得赤道和两极之间出现温差，从而引起大气在赤道和两极之间产生活动，即为大气环流。（2）地方风——局部地区受热不均引起的小范围内的大气流动，如海陆风、山谷风、庭院风等。3.风的特性（1）风向—风吹来的地平方向为风向，通常用风向风玫瑰图表示。（2）风速—单位时间内风前进的距离，单位为m/s，也可用风玫瑰图表示。下午9时45分福建工程学院建筑与规划系18第一章室内外热环境（五）降水1.降水—从大地蒸发出来的水蒸汽进入大气层,经过凝结后又降到地面上的液态或固态的水分。如雨、雪、雹都属降水现象。2.降水的性质（1）降水量—降落到地面的雨、雪、雹等融化后，未经蒸发或渗透流失而累积在水平面上的水层厚度。单位为mm。（2）降水强度—单位时间（24小时）内的降水量，单位：mm/d根据降水强度，可将降水划分如下：小雨10中雨10~25大雨25~50暴雨50~100下午9时45分福建工程学院建筑与规划系19第一章室内外热环境2.2室内的影响因素（1）热环境设备的影响（2）其他设备的影响（3）人体活动的影响下午9时45分福建工程学院建筑与规划系20第一章室内外热环境福建省气候分区下午9时45分福建工程学院建筑与规划系21第一章室内外热环境4改善室内热环境的建筑途径4.1太阳辐射热的利用与调节（1）窗口设计夏热冬冷地区:居住建筑的外墙面积不应过大，各朝向的窗墙面积比，北向不应大于0.45；东、西向不应大于0.30；南向不应大于0.50。（2）透射体设计（3）被动式太阳能建筑下午9时45分福建工程学院建筑与规划系22第一章室内外热环境4改善室内热环境的建筑途径4.1太阳辐射热的利用与调节（3）被动式太阳能建筑（Passivesolarhouse)以墙、地板、屋盖等为主体，组成吸热、储存、控制与分配太阳能的系统。不用机械力量而靠对流、传导、辐射等传热机制吸收、蓄存、释放太阳能的建筑。下午9时45分福建工程学院建筑与规划系23第一章室内外热环境4改善室内热环境的建筑途径4.1太阳辐射热的利用与调节（4）太阳房（solarhouse)太阳房是直接利用太阳辐射能的重要方面。把房屋看作一个集热器，通过建筑设计把高效隔热材料、透光材料、储能材料等有机地集成在一起，使房屋尽可能多地吸收并保存太阳能，达到房屋采暖目的。下午9时45分福建工程学院建筑与规划系24第一章室内外热环境4改善室内热环境的建筑途径4.1太阳辐射热的利用与调节（4）太阳房（solarhouse)太阳房可以节约75—90％的能耗，并具有良好的环境效益和经济效益，成为各国太阳能利用技术的重要方面。在太阳房技术和应用方面欧洲处于领先地位，特别是在玻璃涂层、窗技术、透明隔热材料等方面居世界领先地位。下午9时45分福建工程学院建筑与规划系25第一章室内外热环境4.2优化围护结构性能1)保温性能在采暖建筑中，围护结构应有足够的保温性能。这不仅是保证室内热环境的要求，同时对建筑节能亦具有重要意义。2)隔热性能在夏季需要防热的地区，围护结构应具有足够的隔热性能，对于屋顶、西墙和东墙，更应特别重视。3)防潮性能无论是从室内环境的要求，还是从围护结构的性能和耐久性考虑，围护结构防潮都是重要的。由于引起围护结构受潮湿有多方面的原因，因此，防潮措施必须有的放矢。本课程涉及到的仅是热物理性能的潮湿问题。下午9时45分福建工程学院建筑与规划系26第一章室内外热环境4改善室内热环境的建筑途径4.3自然通风为了保持室内空气的清新，排除室内产生的不洁气体、物质、烟尘、湿汽与热空气，通风换气是必不可少的。就炎热地区防热而言，不仅应有一定的通风量，还应使空气具有适当的流速。但通风的前提条件是室外空气的品质(包括温、湿度等)，都应优于室内空气才有意义，才能有助于改善室内环境。下午9时45分福建工程学院建筑与规划系27第一章室内外热环境4改善室内热环境的建筑途径4.4绿化植物对人体的影响，除心理因素和美化环境外，还具有增加氧气、清洁空气、调节水分和湿度、降低噪声干扰等多种作用。特别是植物通过光合作用吸收太阳辐射热，茂密的簇叶能有效地遮挡直射阳光，在炎热的夏季起到隔热降温的作用。总之，绿化是在多方面可以改善环境的有效措施。由于影响人体热舒适的因素较多，改善热环境必须采取综合措施，而且应当在规划设计与单体设计中，从方案构思到建筑施工图逐一落实，以便创造优雅、舒适的建筑环境。