一级建筑师《物理与设备》知识点：热环境

　　第二节 热环境

　　一、室外热环境(室外气候)

　　室外热环境是指作用在外围护结构上的一切热物理量的总称，是由太阳辐射、大气温度、空气湿度、风、降水等因素综合组成的一种热环境。建筑物所在地的室外热环境通过外围护结构将直接影响室内环境，为使所设计的建筑能创造良好的室内热环境，必须了解当地室外热环境的变化规律及特征，以此作为建筑热工设计的依据。与室外热环境密切有关的主要因素如下：

　　(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.太阳辐射的组成

　　到达地球表面的太阳辐射分为两个部分，一部分是太阳直接射达地面的部分，称为直射辐射;另一部分是经过大气层散射后到达地面的部分，称为散射辐射。

　　3.太阳常数

　　在太阳与地球的平均距离处，垂直于人射光线的大气界面单位面积上的辐射热流密度。

　　天文太阳常数(理论计算值)：I0=1395.6W/㎡

　　气象太阳常数(实测分析值)：I0=1256W/㎡

　　4.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。

　　5.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，所以太阳辐射属于短波辐射。

　　(二)室外气温

　　1.室外气温：指距地面1.5m处百叶箱内的空气温度。

　　2.变化规律

　　室外气温由于受到太阳辐射的影响，它的年变化、日变化规律都是周期性的。

　　(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。

　　(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

　　一般来说，某一地区在一定时间内，空气的绝对湿度变化不大，但由于空气温度的变化，使得空气中饱和水蒸气压随之变化，从而导致相对湿度变化强烈。

　　(1)年变化规律：最热月相对湿度最小，最冷月相对湿度最大，季风区例外。

　　(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.(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)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、林原风等。

　　3.风的特性

　　(1)风向：风吹来的地平方向为风向。可使用四方位东(E)、南(S)、西(W)、北(N)表示，细分则使用八方位，即在上述四方位中增加东南(SE)、东北(NE)、西南(SW)、西北(NW)，甚至使用十六方位表示。

　　风向频率图(风向玫瑰图)是一定时间内在各方位刮风次数的统计图，可由此了解当地的风向，尤其是不同季节的主导风向。

　　(2)风速：单位时间内风前进的距离，单位为m/s.气象学上根据风速将风分为十二级。

　　(五)降水

　　1.降水：从大地蒸发出来的水蒸气进人大气层，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：降落到地面的雨以及雪、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：mm.

　　(2)降水强度：单位时间(24小时)内的降水量，单位：mm/d.

　　二、中国建筑热工设计分区

　　我国幅员辽阔。地形复杂，各地由寸：纬度、地势和地理条件的不同，气候差异悬殊。不同的气候条件对房屋建筑提出的要求不同，为使建筑能够充分地利用和适应本地的气候条件，我国各地气候作如下划分(表14-1)，在进行设计时，应满足不同的热工设计要求。

　　热工设计分区的地理划分可从《民用建筑热工设汁规范》(GB 50176—93)和《建筑设计资料集2》的“全国建筑热工设计分区图”中得到更加明确的了解。

　　三、室内热环境(室内气候)

　　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热物理环境。

　　(一)决定室内热环境的物理客观因素

　　决定室内热环境的物理客观因素有室内的空气温度、空气湿度、室内风速及壁面的平 均辐射温度。

　　此外，室内热环境的好坏通常受到室外热环境、室内热环境设备(如空调器、加热器 等)、室内其他设备(如灯具、家用电器)的影响。

　　(二)对室内热环境的要求

　　房间的使用性质不同，对其内部的热环境要求也不相同。以满足人体生理卫生需要为 主的房间(如居住建筑、公共建筑和一般生产房间)，其室内热环境是要保证人的正常生活和工作，以维护人体的健康。

　　1.人体的热感觉

　　室内热环境对人体的影响主要表现在人的冷热感。人体的冷热感取决于人体新陈代谢 产生的热量和人体向周围环境散热量之间的平衡关系，人体热平衡方程表示如下：

　　2.热舒适

　　热舒适是指人对环境的冷热程度感觉满意，不因冷或热感到不舒适。

　　(1)必要条件：Δq=0;

　　(2)充分条件：皮肤温度处于舒适的温度范围内，汗液蒸发率处于舒适的蒸发范围内。

　　室内热环境可分为舒适、可以忍受和不能忍受三种情况，只有采用充分空调设备的房间才能实现舒适的要求，对大多数建筑而言，应以保证人体健康不受损害为准，确定对室内热环境的要求，在可能的条件下，尽可能改善室内热环境。

　　(三)室内热环境的评价方法

　　1.单一指标

　　(使用室内空气温度作为热环境评价指标)目前，我国很多设计规范和标准均以其为控制指标。(例如，对冬季采暖设计温度，规范规定居住建筑为18~C，托幼建筑为20~0C这种方法简单、方便，但不很完善。

　　目前，综合多个因素评价室内热环境的方法有：

　　2.有效温度

　　有效温度EP(EffectiveTemperature)是依据半裸的人与穿夏季薄衫的人在一定条件的环境中所反应的瞬时热感觉作为决定各项因素综合作用的评价标准，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。由于该指标使用简单，在对不同的环境和空调方案进行比较时得到了广泛的应用。它的缺陷是没有考虑热辐射变化的影响，在评价环境时有时难免出现一定的偏差，因此后来又出现了新有效温度等指标。

　　3.PMV指标

　　PMV(PredictedMeanVote)指标是能全面反映室内各气候要素对人体热感觉影响的综合评价方法。

　　PMV指标是在丹麦工业大学微气候实验室和美国堪萨斯州立大学环境实验室做了大量试验工作后，由丹麦学者房格尔教授(P.0.Fanger)提出的，是迄今为止考虑人体热舒适感诸多有关因素最全面的评价指标，于20世纪印年代初得到国际标准化组织ISO的承认。PMV指标与评价方法包括PMV指标与预测不满意百分率PPD两方面的内容。它是以房格尔教授的热舒适方程为基础，导出PMV指标与影响人体热舒适的6个要素之间的定量关系。