建筑室内热环境

第二章建筑室内热环境§2.1室内热环境与人体的热平衡§2.2室内热环境的舒适性§2.3室内热环境的评价指标§2.1室内热环境与人体的热平衡一、室内热环境指室内空气温度、空气湿度、室内空气流速及围护结构内表面之间的辐射热等因素综合组成的一种室内环境二、影响室内热环境的因素通过屋顶、墙、地面、窗的导热通过建筑物开敞的门、窗与室外进行的对流换热太阳光透过玻璃窗辐射到室内，被室内的墙面和地面吸收室内各表面之间由于温差产生的长波辐射交换热量室内产生的余热（人体、电器散热等）三、人体与环境的热交换人体的基本生理要求食物分解氧化热量人体的基本生理要求：维持体温基本恒定！代谢率(MetabolicRate)：人体新陈代谢反应过程中能量释放的速率1.人体的热平衡人体体温范围肝脏：最高，38℃皮肤：与外界环境有关各部分温差不会太大日夜有1℃以内的波动我国正常成年人的体温(℃)平均量变动范围腋温36.836.0~37.4口温37.236.7~37.7肛温37.536.9~37.9人体的正常温度HotCold38oC32oC人的正常体温：36.5℃人的皮肤表面温度为：33.3℃三、人体与环境的热交换人体与外界的热交换人体与外界的热交换显热交换对流散热辐射散热潜热交换皮肤散湿出汗蒸发皮肤湿扩散呼吸散湿人体的热平衡热平衡方程MWCRES=0皮肤表面积AD＝0.202mb0.425H0.725身高1.78m体重65kgAD为1.8m2SCERWM人体蓄热率人体能量代谢率人体产热率与室内相对湿度有关与活动强度有关衣着主要影响因素:环境(t,,v,tr)衣着活动量与表面温度tr有关人体所作机械功人体与环境辐射换热率人体与环境对流换热率人体蒸发散热率与室温ｔ、气流风速ｖ有关热平衡方程蓄热量不同时的生理现象S0：体温升高，40℃时人出汗停止；43.5℃时人死亡。S0:体温降低，人体颤抖；34℃时，肌肉适应，停止颤抖；28℃时，呼吸停止，人死亡。SCERWMSCERWM人体感到舒适的必要条件：S=0人体感到舒适的充分条件：人体按正常比例散热对流散热/总散热辐射散热/总散热呼吸、无感觉蒸发散热/总散热25～30%45～50%25～30%当S=0时：将前述各散热量计算式代入方程式，可以得到公式（5-32），即人体蓄热量S取决于6个因素的定量描述：0),,,,,(clraaItvtMf),,,,,(clraaItvtMfSP.O.Fanger热舒适方程人体正常的散热范围：热舒适方程影响人体热感觉的6个因素空气温度：对流散热量环境表面温度：辐射散热量水蒸汽分压力（空气湿度）：蒸发散热量闷热vs湿冷风速：对流散热量和蒸发散热量凉风席席vs热风服装热阻：影响所有散热量新陈代谢率：影响产热量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年龄：少年高于老人神经紧张程度：紧张则代谢率高进食后时间的长短等：进食后代谢率增加，蛋白质代谢率高，糖和脂肪类代谢率低。代谢率单位met：1met=58.2W/m2，即成年男子静坐时的代谢率。6~10%基础代谢率：参照基础基础代谢率(BMR，BasalMetabolicRate)未进早餐前，保持清醒静卧半小时，室温条件维持在18~25℃之间测定的代谢率：46W/m2BMR变化范围：10~15%。超过20％为病态。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一般室内运动代谢率多在5met以下活动类型W/m2活动类型W/m2睡眠40站着，偶尔走动123躺着46步行，1.2m/s150在办公室静坐阅读55修理灯具，家务154.6静坐58.2驾驶载重车185在办公室打字65步行，1.8m/s220站着休息70下楼233站着整理文档80跳交谊舞140-255用缝纫机缝衣105体操/训练174-235炊事94-115打网球210-270步行，0.9m/s115跑步，2.37m/s366提重物，打包120上楼7071met0.83km/h2.03.08.05km/h10km/h1.4单位1clo为静坐、ta=21℃、v0.05m/s、50%时舒适所需衣服热阻。1clo=0.155m2K/W(衬衣+普通外套)人体衣着多少直接影响人体热平衡或者人体蓄热的多少。1clo00.10.30.50.81.53.0在与图中情况不同时(如活动量等)，应对其参数进行修正。2.服装热阻Icl服装热阻类类型型IIccll((cclloo))短短袖袖衬衬衣衣，，短短裤裤00..3366长长裤裤，，短短袖袖衬衬衫衫00..5577长长裤裤，，长长袖袖衬衬衫衫00..6611长长裤裤，，长长袖袖衬衬衫衫加加短短外外衣衣00..9966厚厚大大衣衣，，长长袖袖衬衬衫衫，，保保暖暖内内衣衣，，长长内内裤裤11..3344厚厚三三件件套套西西衣衣服服,,长长内内衣衣裤裤11..55厚厚毛毛衣衣00..3377厚厚长长大大衣衣00..6633厚厚裤裤子子00..3322工工作作服服00..22夹夹克克00..44人运动时由于人体与空气之间存在相对流速，会降低服装的热阻。Icl=0.504Icl+0.00281Vwalk–0.24椅子给人增加0.15clo以下热阻Icl=0.748Ach–0.1服装被汗湿润后热阻会下降，显热换热加强，又增加了潜热换热，故总传热系数增加，总热阻下降步速3.7km/h1clo0.48clo服装的透湿性3.辐射散热量人体皮肤对常温物体辐射的吸收率0.95辐射源温度电炉1100K钨丝2200K太阳6000K中间色服装0.90.80.7裸体（高加索人）0.950.650.4裸体（黑人）0.950.90.8浅色服装vs深色服装室内装修：冷色调vs暖色调0.80.40.70.80.40.70.80.40.70.80.40.7niiniiiFF11/)(一个假想的等温围合面的表面温度，它与人体间的辐射热交换量等于人体周围实际的非等温围合面与人体间的辐射热交换量。平均辐射温度mrtmrtMeanRadiationTemperature4.风速5.水蒸气分压力6.空气温度冷：皮肤温度降低血管收缩寒战加衣服增加活动量体内温度降低体内温度升高减少活动量减衣服出汗血管扩张热：皮肤温度升高很热热暖微暖热中性（不冷不热）微凉凉冷很冷感觉生理反应健康空气温度★室内热环境的评价指标预测平均反应（PMV）标准有效温度（SET）湿黑球温度（WBGT）六个影响因素热感觉热感觉研究方法：心理学定义：人对周围环境“冷”“热”的主观描述。特点：尽管人描述环境的冷热，实际上只能感觉到自己皮肤下神经末梢的温度。所以“冷”“热”与感受者的身体状态有关，不是完全客观的。“中性”的定义：不冷不热，人用于体温调节消耗的能量最小。度量：感觉不能用任何直接的方法测量。热感觉的影响因素冷热刺激的存在刺激的延续时间人体原有的状态感觉热感觉冷5℃变热热感觉的测量：问卷调查Bedford和ASHRAE的七点标度贝氏标度ASHRAE热感觉标度7过分暖和7热6太暖和6暖5令人舒适的暖和5稍暖4舒适（不冷不热）4正常3令人舒适的凉快3稍凉2太凉快2凉1过分凉快1冷什么是热舒适?观点1：舒适＝中性?当人获得一个快感的刺激时是舒服的，但此时可能热感觉可能是中性的甚至是非中性的什么是热舒适?观点2：舒适＝中性×舒适产生于不适的消除过程中。“舒适”比“中性”更主观。Cool&Comfort!热舒适当人获得一个快感的刺激时是舒服的，但此时可能热感觉可能是中性的甚至是非中心的同样的手温有时感到舒适有时感到不舒适，说明了什么？冷感觉一般情况取决于平均皮肤温度；热感觉最初取决于皮肤温度，而后取决于深部体温；热舒适感——可以获得快感的刺激；可以消除热不舒适感热舒适热感觉投票和热舒适投票ThermalComfortVote&ThermalSensationVote热舒适投票TCV与热感觉投票TSV热舒适投票TCV热感觉投票TSV4不可忍受+3热3很不舒适+2暖2不舒适+1稍暖1稍不舒适0正常0舒适-1稍凉-2凉-3冷预测平均反应（PMV）综合考虑六个因素ISO国际标准引用热舒适测定仪适用于适度热环境丹麦－范格尔－热舒适PMV指标的7级分度分度方法和TSV基本一致PMV指标只代表了同一环境下绝大多数人的感觉，不能代表所有个人的感觉。热感觉热暖微暖适中微凉凉冷PMV值+3+2+10-1-2-3),,,,,(]0275.0)036.0exp(303.0[clmrtaaIMvtfSMPMVPMVPPD通过满意度描述由大量试验获得)()]0217903353.0(exp[9510024PMVfPMVPMVPPDPMV指标只代表了同一环境下绝大多数人的感觉，不能代表所有个人的感觉。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即便达到PMV＝0，仍然有5％的人不满意。PMVPPDPMV-PPD指标及其影响因素PMV-PPD指标及其影响因素),,,,,(clmrtaaIMvtfPMV环境参数活动量衣着可以有ta、Pa()、va、mrt、M、Icl多种组合达到同样的感觉PMVPMV-PPD指标及其影响因素类别热舒适度等级温度（℃）相对湿度(％)风速(m/s)供热工况I级22～24≥30≤0.2II级18～22-≤0.2供冷工况I级24～2640～60≤0.25II级26～28≤70≤0.3taavata：决定了能耗a：决定了排汗气流形式干冷湿冷闷热皮肤润湿度=体表实际蒸发散热量最大潜热散热量体表全部被汗湿润《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012：在曼谷、新加坡、Athens、布里斯班做的3200组非空调环境的测试结果：PMV与实际TSV的偏差。26272829303132ObservedmeanthermalsensationPMVOperativetemperature(oC)HotWarmSl.warmNeutralSl.cool空调房间引起局部热不舒适的主要因素ANSI/ASHRAE《室内人居热环境标准》55-2004：不适诱因垂直温差地板温度吹风感非对称热辐射不满意率＜5＜10＜20＜5可接受的局部热不舒适感所对应的不满意率•人的舒适感不仅取决于所处的宏观环境参数，还取决于微观环境参数•室内环境处于舒适区范围，但空调房间由于热源布置、气流布置等局部不均匀也会引起不适。1.垂直温差VerticalAirTemperatureDifferences3℃PD5%尽管受试者处于热中性状态，头足温差仍然使人感到不舒适。2.地板温度51015202530354045混凝土地板/赤脚软木地板/赤脚一般地面/穿轻便鞋ASHRAE(2004)PPD10%FloorTemperature：19～29℃舒适感——脚底传热取决于所颈部暴露在波动吹风情况下受试者不舒适反应——由于空气流动引起的人体所不希望的局部降温。0.30.5频率(Hz)试验平均风速：0.3m/s受试者：16位•冷-中性环境中，0.3～0.5Hz动态风易使人产生吹风感；•热-中型环境中，0.3～0.5Hz动态风使人感到最凉爽。3.吹风感/draft•但在“中性－热”环境下吹风往往是愉快的吹风引起的不适与风的频率有关与人体原有温暖感密切相关。感到热的人欢迎一定程度的空气流动，感到凉爽的人则并不喜欢。强烈吹风→局部降温↑→当超过皮肤适应温度变化时→冷颤→血管收缩、体内较大温度梯度、平滑肌收缩、关节僵硬麻木等人体感觉器官对变化的刺激比稳定的刺激敏感中性热环境中：摇摆风扇优于固定风扇（动态风在较暖环境中可使人体散热量增加）基本结论向量辐射温度：室内两部分的平均壁面温度差4.非对称热辐射由于冷热表面或者日射照射等原因，人体因处于