[工学]建筑环境学.ppt

第二篇 建筑环境学,指在建筑空间内，在满足使用功能的前提下，如何让人们在使用过程中感到舒适和健康的一门科学 根据使用功能不同，从使用者的角度出发，研究室内温湿度、气流组织的分布，IAQ(indoor air quality),采光性能、照明噪声等及其相互组合后产生的效果，作出科学的评价室内环境∈建筑环境∈城市环境∈自然环境,建筑环境学的主要研究内容,,建筑内环境 建筑热湿环境 建筑空气环境 建筑光环境 建筑声环境,建筑外环境 太阳辐射 气温 湿度 风 降水,基本思路,建筑环境,了解人类生活和生产过程需要什么样的室内、外环境； 了解各种内外部因素是如何影响人工微环境的； 掌握改变或控制人工微环境的基本方法和手段 具有建筑环境构建、分析、评价及优化设计能力,第一章 建筑外环境,为什么要考虑建筑外环境？,1 .1 太阳辐射,太阳辐射能是地球上热量的基本来源， 是决定气候的主要因素 也是建筑外部最主要的气候条件之一 太阳是一个直径相当于地球110倍的高温气团 其表面温度约为6000K左右，内部温度则高达2X107K 太阳表面不断以电磁辐射形式向宇宙空间发射出巨大的能量 在地球大气层外，太阳与地球的平均距离处，与太阳光垂直的表面上的太阳辐射照度为1350W/m2，被称为太阳常数，到达地面时减少为I =1025 W/m2,太阳辐射通过大气层时： 其中一部分辐射能被云层反射到宇宙空间 一部分短波辐射受到天空中各种气体分子、尘埃、微小水珠等的散射，使得天空呈现蓝色 还有一部分被大气层吸收范围：0.2-2.3μm（10-6 微米),0.38—0.7６μm,---0.38 μm,0.7６–,温室效应 玻璃对不同波长的辐射有选择性 太阳短波辐射进如玻璃，室内吸收后温度升高发出长波辐射透不过玻璃,太阳辐射对建筑环境的影响,1 .2 气温,距地面1.5m高、背阴处的空气温度 影响地面附近气温的主要因素： 1）入射到地面上的太阳辐射热量，它起着决定性作用；例如气温有四季的变化、日变化以及随着地理纬度的变化，都是由于太阳辐射热量的变化而引起的 2）地面的覆盖面，例如草原、森林、沙漠和河流等以及地形对气温的影响；不同的地形及地表覆盖面对太阳辐射和吸收的反射性质均不同，所以地面的增温也不同 3）大气的对流作用以最强的方式影响气温，无论是水平方向或垂直方向的空气流动，都会使两地的空气进行混合，减少两地的气温差异。

大气中的气体分子在吸收和放射辐射能时具有选择性它对太阳辐射几乎是透明体,霜洞效应： 当空气流入山谷、洼地、沟底时，只要没有风力扰动，空气就会如池水一样积聚在一起最可能出现这种现象的条件是寒冷、清朗的夜晚，此时天空的低温加速地表的冷却过程，靠近地表的空气被冷却 这种凹地里的建筑或住宅，冬季温度比其周围平地面上的温度低的多，特别是在夜里更为明显如何描述气温条件？,采暖期天数： 累积日平均温度低于等于5 ℃的天数 采暖期度日数： Ddi ℃.d 在采暖期内，室内温度18 ℃与采暖期室外平均温度之间的差值，乘以采暖期天数Z ,即,1 .3 湿度 空气中水蒸气的含量，水蒸气是看不见的,1）含湿量：每kg干空气所含水蒸气量 kg/kg干空气 2）绝对湿度：d 每m3湿空气中所含的水蒸气量kg， kg/ m3湿空气 3) 相对湿度： 空气中水蒸气分压力和同温度下饱和水蒸气分压力之比,例题：已知20 ℃下空气的饱和水蒸气压力为2340Pa，求相对湿度为40% 时，水蒸气分压力热空气可以容纳更多的水蒸气,加热空气，相对湿度降低 冷却空气，相对湿度增加,露点：空气中的水蒸气变为露珠时候的温度叫露点温度。

如何确定露点？,如何测量湿度？,湿度计 毛发、纸张湿度计：利用动物毛发或纸张的尺寸随含湿量变化的特性 可直接读出相对湿度值 需要经常用另一种仪器校正 露点湿度计 测出露点温度和室温，通过查表或图得到 相对湿度值 干、湿球温度计 测量干球温度和湿球温度，查表得到相对 湿度值,日期：2005-6-10 8:48:27 来源: 每到冬天，住在天天家园的崔女士就会为卧室墙角滴水的事犯愁昨天，天天家园开发商代表汪先生已答应尽快帮崔女士解决卧室墙角结露的问题 结露现象已有三年记者在崔女士家的卧室内看到，屋顶墙角上布满了黄豆大小的水滴，侧面墙壁上也出现了淡黄色的水痕，有的地方甚至发霉了崔女士说，她搬到这儿已经三年了，每年11月初到次年的2月都会出现这种情况我家现在不但不敢装修，就连柜子里的棉被都发霉了崔女士告诉记者，自从前年冬天发现卧室墙角有结露现象后，她一直用毛巾进行擦拭，“最严重的时候，柜子后边的墙壁都是湿的，跟澡堂子似的崔女士怀疑是室内空气遇冷后在墙角凝结成水滴，“周围的邻居都没有出现过这种情况实例：墙角结露卧室像澡堂 设计方施工方各有说法,,设计方—— 冷空气沿冷桥渗透前几天，天天家园的开放商、施工方和设计方的代表都到了崔女士家，一起给崔女士家卧室墙角结露的现象“会诊”。

房屋设计方代表冯先生说，由于该房屋采取的是“外墙内保温”的设计方式，房屋内外结构间会形成一条“冷桥”，冷空气会沿着冷桥“渗透”到卧室内的墙壁上，室内空气比较潮湿，遇到冷空气后就会出现结露现象我们的设计是按照国家的标准，没有什么缺陷，只是这种保暖方式本身存在着一定问题冯先生还告诉记者，崔女士家住在这座11层楼房的顶层，而且又处在这栋楼的北侧，所以才会出现这种情况施工技术员—— 尽快解决这一问题天天家园施工方代表张先生说，他们是按照施工设计图纸施工的，不会存在什么问题，但他建议崔女士在柜子后边的墙壁上贴上一层绒布，这样会减少墙壁的结露现象记者昨天了解到，天天家园的开发商代表汪先生答应尽快帮崔女士解决卧室墙角结露的问题，但具体的解决方案还需要进一步协商房子“冒汗“-“冷桥“现象的处理与维护,热桥以往又称冷桥，现统一定名为热桥热桥是指处在外墙和屋面等围护结构中的钢筋混凝土或金属梁、柱、肋等部位因这些部位传热能力强，热流较密集，内表面温度较低，故称为热桥 由于热桥部位内表面温度较低，寒冬期间，该处温度低于露点温度时，水蒸气就会凝结在其表面上，形成结露此后，空气中的灰尘容易沾上，逐渐变黑，从而长菌发霉。

热桥严重的部位，在寒冬时甚至会淌水，对生活和健康影响很大 通风 加热 保温 赔偿,1 .4 风,风是指由于大气压差所引起的大气水平方向的运动 地表增温不同是引起大气压力差的主要原因,冬季大陆被强烈冷却，气压增高，季风从大陆吹向海洋； 夏季大陆强烈增温，气压降低，季风由海洋吹响大陆 季风的变化是以年为周期的,为了直观地反映一个地方的方向和风速，风玫瑰图,该一年中以东南风为主，风速也较大；西北风发生的频率虽较小，但高风速的次数有一定的比例,该地区全年以北风为主，出现的频率为23%；7月份以西南风为最盛，频率为19%风如何影响室内热湿环境？,1 .5 降水,降水——室外空气温度、湿度——室内温湿度,1.6 结合建筑所在地，创造好的建筑外环境,降低冬天的供热费用 减少夏天的空调费用 延长建筑材料的寿命 提供休闲的室外活动场所 利于植被的生长 提高用户的满意度,建筑外环境 太阳辐射——温室效应 气温——霜洞效应 湿度——冷桥现象 风 降水,第二章 建筑热湿环境,2.1 室内热湿环境的形成：内扰+外扰,2.1.1 外扰 1 室外温度及太阳辐射对建筑物的热作用 2 室外风速、风向变化对建筑物的热作用 3 邻室的空气温度对建筑物的热作用 4 各种外扰对建筑物湿环境的作用,1 室外温度及太阳辐射对建筑物的热作用 围护结构外表面的热平衡,,,以夏季为例： 室外空气与室内空气有温差，就有热量通过围护结构进入室内,太阳辐射中的直射部分、散射部分、反射部分都会使围护结构外表面得热，这部分得热再通过导热传入室内,大气、环境表面、地面与建筑外围护结构外表面之间存在长波辐射，这部分辐射换热量白天可以忽略，晚上不能忽略,夜间辐射,由于太阳辐射的强度远远大于长波辐射，所以忽略长波辐射的作用是可以接受的，,夜间没有太阳辐射的作用，而天空的背景温度远远低于空气温度，因此建筑物向天空的辐射放热量是不可以忽略的，特别是在冬季忽略掉天空辐射作用可能导致对热负荷估计偏低,室外温度及太阳辐射对半透明薄层玻璃 的作用 1 由于室内外温差存在，必然会通过透光外围护结构以导热方式与室内空气进行热交换 2 反射+吸收+透过,2 室外风速、风向变化对建筑物的热作用 建筑存在各种门、窗和其他类型的开口 从而导致室外空气通过门窗缝隙和外围护结构上的其他小孔或洞口进入室内的现象，也就是无组织通风。

室内外压力差是决定空气渗透量的因素，一般为风压和热压所致，即,,,如果冬季室内有采暖，室内外温差较大，热压形成的烟囱效应会强化空气渗透烟囱效应（Stack effect ）是指高层建筑内部一般设置数量不等的楼梯间、排风道、送风道、排烟道、电梯井及管道井等竖向井道，当室内温度高于室外温度时，室内热空气因密度小，便沿着这些垂直通道自然上升，透过门窗缝隙及各种孔洞从高层部分渗出，室外冷空气因密度大，由低层渗入补充，这就形成烟囱效应烟囱效应是室内外温差形成的热压及室外风压共同作用的结果，通常以前者为主，而热压值与室内外温差产生的空气密度差及进排风口的高度差成正比这说明，室内温度越是高于室外温度，建筑物越高，烟囱效应也越明显，同时也说明，民用建筑的烟囱效应一般只是发生在冬季 就一栋建筑物而言，理论上视建筑物的一半高度位置为中和面，认为中和面以下房问从室外渗入空气，中和面以上房间从室内渗出空气在烟囱效应的作用下，室内有组织的自然通风、排烟排气得以实现，但其负面影响也是多方面的：首先，风沙通过低层部分各种孔洞、缝隙吹入室内，消耗热量并 污染室内；其次，风通过电梯井由底层厅门人口被抽到顶层的过程中，导致 梯门不能正常关闭；第三，当发生火灾时，随着室内空气温度的急剧升高，体积迅速 增大，烟囱效应更加明显，此时，各种竖井成为拔火拔烟的垂直 通道，是火灾垂直蔓延的主要途径，从而助长火势扩大灾情。

有资料显示，烟气在竖向管井内的垂直扩散速度为3-4m／s，意 味着高度为100m的高层建筑，烟火由底层直接窜至顶层只需30s 左右如果燃烧条件具备，整个大楼顷刻问便可能形成一片火海芦洲火灾图文回放 烟囱效应巷道狭窄酿惨剧,3 邻室的空气温度对建筑物的热作用 邻室的空气温度对建筑物的热作用主要是以传热的方式通过相邻的围护结构把热量传入或传出 4 各种外扰对建筑物湿环境的作用 与传热相似，当围护结构两侧存在水蒸气分压力差时，就会有湿传递，水蒸气将从分压力高的一侧向分压力低的一侧渗透扩散或迁移，这种传湿现象叫蒸气渗透 一般情况下，透过围护结构的水蒸气可以忽略不计，但对于需要控制湿度的恒温恒湿或低温环境等，当室内温度相当低时，需要考虑通过围护结构渗透的水蒸气 如果结构设计不当，蒸汽通过围护结构时，会在材料孔隙中凝结成水或冻结成冰，使结构内部冷凝受潮围护结构内水蒸汽分压力大于饱和水蒸汽分压力，就会出现凝结,2.1.2 内扰,主要包括室内设备、照明、人员等，也可通过对流、辐 射等方式进入到室内，对室内热湿环境产生影响 1 设备与照明的散热 2 人体的散热和散湿 3 室内湿源的散湿,得热量、失热量与热平衡决定了建筑内的热湿环境,2.2 人类生活和生产过程需要什么样的热湿环境,请回想一下梅雨季节：要抓紧晴朗的间隙晾干衣服，要在粘糊糊的皮肤上抹粉，到处都是发霉的味道。

一、民用建筑 温度：冬季 16~24℃夏季 22~28 ℃ 湿度：40~70% 室内空气湿度直接影响人体的蒸发散热一般认为最适宜的相对湿度应为50~60%在大多数情况下，即气温在16~25℃时、相对湿度在30~70%范围内变化，对人体得热感觉影响不大如湿度过低（低于30%），则人会感到干燥、呼吸器官不适；湿度过高则影响正常排汗，尤其在夏季高温时，如湿度过高（高于70%）则汗液不易蒸发，最令人不舒适。