建筑物理课件

建筑物理课件第一页，共一百七十八页，2022年，8月28日建筑物理学建筑热环境建筑声环境建筑光环境第二页，共一百七十八页，2022年，8月28日建筑物理学对建筑设计师的作用建筑物理学是培养高级建筑设计人才不可缺少的专业基础课程。建筑设计人员必须掌握一定的建筑物理知识，否则就不可能完满的解决有关热、光、声环境的设计问题，也就不可能保证现代建筑应有的设计质量。第三页，共一百七十八页，2022年，8月28日序言一、什么是建筑热环境为人们创造良好的室内环境是建筑设计的任务之一，其中热环境则是评价室内环境优劣的一个重要方面。建筑热环境第四页，共一百七十八页，2022年，8月28日室内热环境主要包括室内温度、湿度、空气流动速度和热辐射强度。创造良好的室内热环境可以用建筑（即建筑规划和设计）的手段和设备（即采暖、空调）的手段来实现。第五页，共一百七十八页，2022年，8月28日根据国内外学者对已有建筑的热环境分析研究表明：在针对不同的室外气候条件创造良好的室内热环境方面，建筑设计起着主导作用，设备的配合对创造适宜环境虽不可忽视，但毕竟是第二位的；特别是当建筑设计考虑不周、只靠设备来解决时，不仅消耗更多能源，而且也达不到最佳效果。同时过去一些优秀的建筑实例使我们看到，如果建筑处理得好，即使在很不利的室外气候条件下，仍然能够创造出较为舒适的室内热环境。第六页，共一百七十八页，2022年，8月28日二、建筑环境在建筑设计中的应用必须认识到，从建筑规划、设计到局部的构造设计，甚至施工管理，自始自终都涉及建筑环境的有关知识和技能。如：第七页，共一百七十八页，2022年，8月28日1、在建筑规划设计中，如不考虑噪声的危害，而将有强烈噪声的工厂布置在居住区内，必将严重影响居民的生活和休息。房间的朝向间距不合理，则在炎热地区必将加重室内过热现象；而在寒冷地区，又会因得不到应有的日照而影响室内卫生。第八页，共一百七十八页，2022年，8月28日2、在单体设计中，由于大多数建筑物都有对热、光、声的具体要求，且在许多情况下，这些要求对房屋的使用质量具有重大甚至是决定性意义，当然就更离不开建筑物理技术。第九页，共一百七十八页，2022年，8月28日三、课程要求理论课部分：1、重点掌握基本概念和设计原则2、重视材料的有关性能和构造设计技能3、了解计算公式的物理意义并能进行计算实验部分：1、课前预习，课后写出实验报告2、遵守实验规则第十页，共一百七十八页，2022年，8月28日本篇主要内容建筑热工学基础知识建筑围护结构的传热原理及计算建筑保温设计外围护结构的湿状况建筑防热建筑日照第十一页，共一百七十八页，2022年，8月28日第一章建筑热工学基础知识建筑中的传热现象围护结构传热基础知识湿空气的物理性质室内热环境室外热环境第十二页，共一百七十八页，2022年，8月28日第一节建筑中的传热现象热量的传递称传热。在自然界中，只要存在着温差，就会有传热现象，而且热能是由温度较高的部位传至温度较低的部位，其方式有辐射、对流和导热三种。第十三页，共一百七十八页，2022年，8月28日

辐射传热，是指热量以电磁波的形式把热量由一个物体传向另一个物体的现象。

对流传热，是指流体与流体之间、流体与固体之间发生相对位移时所产生的热量交换现象。导热是指同一物体内部或相接触的两物体之间由于分子热运动，热量由高温处向低温处转换的现象。

第十四页，共一百七十八页，2022年，8月28日建筑物的传热并非以某一种传热方式单独进行，而大多是辐射、对流、导热三种方式综合作用的结果。图1—1为当屋顶上被太阳照射时的受热情况。图1—2为室内供暖设备与室内空气的热交换情况。第十五页，共一百七十八页，2022年，8月28日第十六页，共一百七十八页，2022年，8月28日第十七页，共一百七十八页，2022年，8月28日正常情况下的人体温度约为36.5℃，为了保持体温，人体不间断地向周围环境散发热量。人体与室内环境的换热也是同时以三种方式进行，室内空气温度、风速和围护结构内表面温度共同决定着人体的散热量。这正是在相同室内空气温度下，夏季与冬季人体热感觉完全不同的原因。第十八页，共一百七十八页，2022年，8月28日第二节围护结构传热基础知识热量传递有三种基本方式，即导热、对流和辐射。自然界中的传热过程无论多么复杂和多种多样，都是这三种方式的不同组合。因此为了有的放矢地解决建筑中的热工问题，必须首先分别研究这三种方式各自的传热机理和规律，再考虑它们的一些典型组合过程。第十九页，共一百七十八页，2022年，8月28日一、导热

导热是指物体中有温差时由于直接接触的物质质点作热运动而引起的热能传递过程。在固体、液体和气体中都存在导热现象，但在不同的物质中导热的机理是有区别的。

在热工计算中，可以认为在固体建筑材料中的热传递仅仅是导热过程。第二十页，共一百七十八页，2022年，8月28日1．温度场、温度梯度和热流密度在物体中，热量传递与物体内温度的分布情况密切相关。物体中任何一点都有一个温度值，一般情况下，温度t是空间坐标x，y，z和时间τ的函数，

t=f(x，y，z，τ)这种物体内各点的温度分布，称为温度场。第二十一页，共一百七十八页，2022年，8月28日若温度场随时间而变，则称为不稳定温度场。如果温度场不随时间而变化，就称为稳定温度场即

t=f(x，y，z，)

若温度只沿一个方向变化（如x轴），则此温度场称为一维稳定温度场即

t=f(x)。

第二十二页，共一百七十八页，2022年，8月28日温度场中同一时刻由相同温度各点相连成的面叫做“等温面”。等温面图就是温度场的形象表示。因为同一点上不可能同时具有多于一个的温度值，所以不同温度的等温面绝不会相交，参见图1—3。沿与等温面相交的任何方向上温度都有变化，但只有在等温面的法线方向上变化最显著。温度差Δt与沿法线方向两等温面之间距离Δn的比值的极限，叫做温度梯度，表示为：第二十三页，共一百七十八页，2022年，8月28日显然，导热不能沿等温面进行，而必须穿过等温面。在单位时间内，通过等温面上单位面积的热量称为热流密度或热流强度。设单位时间内通过等温面上微元面积dF[m2]的热量为dQ[W]则热流密度可表示为:第二十四页，共一百七十八页，2022年，8月28日

2．傅立叶定律在各向同性的物体中，任何地点的热流都是向着温度较低的方向传递的。法国数学家傅立叶Fourier)在研究固体导热现象时提出：一个物体在单位时间、单位面积上传递的热量与在其法线方向的温度变化率成正比。用公式表示为：式中：λ-----表示材料导热能力的系数，称导热系数，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；负号是因为热流有方向性，是以从高温向低温方向流动为正值；温度也是一个向量，以从低到高为正，二者相反，如图1－3。第二十五页，共一百七十八页，2022年，8月28日t＋Δttnt－Δtq图1－3温度梯度与热流方向第二十六页，共一百七十八页，2022年，8月28日3．导热系数导热系数（λ）的物理意义是，在稳定传热状态下当材料层厚度为1m、两表面的温差为1℃时，在1小时内通过1m2截面积的导热量。它是反映材料导热能力的主要指标。第二十七页，共一百七十八页，2022年，8月28日气体导热系数最小，例如空气在常温、常压下的导热系数为0.029Ｗ／(ｍ·Ｋ)，静止不流动的空气具有很好的保温能力；液体的导热系数则一般大于气体，如水在常温常压下，其导热系数为0.58Ｗ／(ｍ·Ｋ)，为空气的２０倍；金属的导热系数最大，如建筑钢材的导热系数为58.2Ｗ／(ｍ·Ｋ)；非金属固体材料，如大部分建筑用材料，其导热系数一般均低于金属材料。工程上常将λ<0.25的材料称为隔热保温材料，如矿棉、泡沫塑料、膨胀珍珠岩等等。第二十八页，共一百七十八页，2022年，8月28日各种建筑材料的“λ”值相差很大，就是同一材料的“λ”值，还要受温度、湿度和密度等因素的影响，现分述如下：

（１）温度的影响经验证明，对于大多数建筑材料在一定温度范围内，导热系数与温度间呈线性关系。即：λ＝λ0(1＋bt)第二十九页，共一百七十八页，2022年，8月28日式中：λ0——0℃时的导热系数；

t——材料所处的温度，℃；ｂ——由实验确定的常数。在一般工程中，导热系数常取材料实际所处的温度范围内的算术平均值，并把它当作常数。图1－4材料导热系数表达图示第三十页，共一百七十八页，2022年，8月28日（２）湿度的影响各种材料与潮湿的空气接触后，材料表面总会吸收一些水分，在一定的大气压力和湿度条件下，材料的吸湿量为一常数。称为自然环境下的平衡含湿率。材料的含湿率可以用重量湿度或体积湿度表示。平衡含湿率的大小则取决于材料的物质特性和孔隙比。各种材料的平衡含湿率可以有很大不同。如重混凝土长期在相对湿度为90％的空气中，则其平衡含湿率以重量湿度表示约为2％，而红砖在同样情况下重量湿度只是在0.3％～0.7％之间。图1－5及1－6为几种材料以重量湿度表示的平衡含湿率。第三十一页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－5矿棉、红砖在不同湿度环境中平衡含湿率曲线1、红砖2、矿棉第三十二页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－6泡沫混凝土（ρ＝800kg/m3）中的平衡含湿率曲线第三十三页，共一百七十八页，2022年，8月28日重量湿度ωw是指材料中所含水分的重量与绝干状态下材料重量的百分比，即：式中：Ｇ1——湿材料的重量，kg；Ｇ2——绝干状态时材料的重量，kg。体积湿度ωv是以材料中水分所占的体积与整个材料体积的百分比，即：第三十四页，共一百七十八页，2022年，8月28日式中：V1一－材料中水分所占体积，ｍ3；V2－－整个材料的体积，ｍ3。重量湿度可以直接测定得出，体积湿度则需由重量湿度换算得出，换算公式为：式中：ρ一－材料的干密度，kg／ｍ3；1000－－水的密度，kg／ｍ3。第三十五页，共一百七十八页，2022年，8月28日材料受潮后，其导热系数将显著增大，这是由于孔隙中有了水分以后，不但增加了水蒸汽扩散的传热量，还增加了毛细孔中液态水分所传导的热量，一般情况下水的导热系数约为0.58Ｗ／(ｍ·

Ｋ)，冰的导热系数约为2.33Ｗ／(ｍ·

Ｋ)，都远大于空气的导热系数（约为0.03Ｗ／(ｍ·Ｋ)，因此水或冰取代孔隙中的空气必然使其导热系数加大。图1－7和1－8分别表示砖砌体和加气混凝土的导热系数与湿度的关系。第三十六页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－7砖砌体重量湿度与导热系数关系第三十七页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－8加气混凝土(ρ＝800kg/m3)重量湿度与导热系数关系第三十八页，共一百七十八页，2022年，8月28日另外，通常干燥材料的导热系数是随温度降低而减小。但当材料湿度较大时，当温度在0℃以下，材料中的水分会随着温度下降而变成冰，这时材料的导热系数也会加大。总之，对于建筑围护结构所用材料,尤其是保温材料，应特别注意其内部湿度状况，控制材料内的含湿量。第三十九页，共一百七十八页，2022年，8月28日（3）密度的影响密度即单位体积的材料重量，密度小的材料内部孔隙多，由于空气导热系数很小，故密度小的材料一般导热系数也小，良好的保温材料多数都是孔隙多、密度小的轻质材料。但轻质材料，尤其是纤维材料，存在着一个最低导热系数的密度界限。第四十页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－9纤维材料导热系数与密度关系1、沥青矿棉；2、树脂玻璃棉板；3、沥青玻璃棉毡第四十一页，共一百七十八页，2022年，8月28日二、对流和表面对流换热自然对流和受迫对流表面对流换热第四十二页，共一百七十八页，2022年，8月28日1、自然对流和受迫对流对流换热是指流体各微团分子作相对位移而传递热量的方式。按促成流体产生对流的原因，可分为“自然对流”和“受迫对流”。自然对流是由于流体冷热部分的密度不同而引起的流动。空气的自然对流即由于空气温度愈高其密度愈小，如0℃时的干空气密度为1.342kg／ｍ3，20℃时的干空气密度为1.205kg／ｍ3。当环境中存在空气温度差时，低温、密度大的空气与高温、密度小的空气之间形成压力差，称为“热压”，使空气产生自然流动。第四十三页，共一百七十八页，2022年，8月28日例如当室内气温高于室外时，室外密度大的冷空气将从房间下部开口处流入室内，室内密度较小的热空气则从上部开口处排出，形成空气的自然对流。热压愈大，空气流动的速度愈快。受迫对流是由于外力作用（如风吹、泵压等）而迫使流体产生对流。对流速度取决于外力的大小。外力愈大，对流愈强。空气的对流换热对建筑热环境有很大影响，将在后面“建筑的自然通风”中专门叙述。第四十四页，共一百七十八页，2022年，8月28日表面对流换热是指在空气温度与物体表面的温度不等时，由于空气沿壁面流动而使表面与空气之间所产生的热交换。其换热量的多少除与温度差成正比外，还与热流方向（从上到下或从下到上，或水平方向）、气流速度及物体表面状况（形状，粗糙程度）等因素有关。对平壁表面，当空气与表面温度一定时，表面对流换热量主要取决于其“边界层”的空气状况。2、表面对流换热第四十五页，共一百七十八页，2022年，8月28日边界层指的是处于由壁面到气温恒定区之间的区域，如图（1－10）所示。在一般情况下，边界层是由层流区（又称层流底层）、过渡区和湍流区３个部分组成。在紧贴壁体表面的一薄层内空气流动速度很慢，并且保持层流状态，如图中Ａ－Ｂ部分，称层流区；接近气温恒定区的部分如图中的Ｃ一Ｄ部分为湍流区；介于层流和湍流二区之间的B一Ｃ部分是过渡区。第四十六页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－10壁面附近气流状况示意A－B层流区；B－C过渡区；C－D湍流区第四十七页，共一百七十八页，2022年，8月28日在层流区内主要是以空气导热来传递热量。层内的温度按空气导热的导热的规律，呈斜线分布。在其余两层，温度分布可近似地看作是抛物线（图1－11中的t线）。在远离壁面处的各点气温，可近似地认为是均匀一致的，所以温度分布为一直线。第四十八页，共一百七十八页，2022年，8月28日表面对流换热所交换的热量一般用下式表示，即：qc=αc(θ－t)式中：qc------单位面积、单位时间内表面对流换热量，W/m2；αc------对流换热系数，W/(m2·K4)，即当表面与空气温差为1K(1℃)时，在单位面积、单位时间内通过对流所交换的热量；θ------壁面温度，℃；t------气温恒定区的空气温度，℃。第四十九页，共一百七十八页，2022年，8月28日曲线变化(t>θf)t边界层直线变化边界层直线变化曲线变化θft(t<θf)θf图1－11边界层温度分布第五十页，共一百七十八页，2022年，8月28日αc不是一个固定不变的常数，而是一个取决于许多因素的物理量。对于建筑围护结构的表面则需考虑的因素有：气流状况（自然对流还是受迫对流），壁面所处位置（是垂直的，水平的，或是倾斜的），表面状况（是否有利于空气流动），热的传递方向（由下而上还是由上而下）等。第五十一页，共一百七十八页，2022年，8月28日由于对此的影响因素很多，目前αc值多是由模型实验结果用数理统计方法得出的计算式。建议采用表1－1的公式。

第五十二页，共一百七十八页，2022年，8月28日注：v表示风速，m/s；常数项表示自然对流换热的作用。表1－1对流换热系数的计算公式第五十三页，共一百七十八页，2022年，8月28日三、辐射换热基本知识两表面之间的长波辐射换热第五十四页，共一百七十八页，2022年，8月28日1、基本知识凡温度高于绝对零度的物体，都可以发射同时也接受热辐射。从理论上说，物体热辐射的电磁波波长可以包括电磁波的整个波谱范围，然而在一般所遇到的物体的温度范围内，有实际意义的热辐射波长在波谱的0.38～1000μｍ之间，而且大部分能量位于红外线区段的0.76～20μｍ范围内。红外线又有近红外和远红外之分，大体上以4μｍ为界限。波长4μｍ以下的红外线称为近红外；4μｍ以上的红外线称为远红外。但因两者的物理作用没有本质的差异，这种区分的界限并无统一的规定。第五十五页，共一百七十八页，2022年，8月28日Ib

100％γn

入射ρnτn图1－12辐射热的反射吸收与透射一个物体对外来的入射辐射可以有反射、吸收、和透过３种情况，它们与入射辐射的比值分别叫作物体对辐射的反射系数（又称反射率）γ、吸收系数（又称吸收率）ρ和透过系数（又称透过率）τ，见图1－12。以入射辐射为１，则有如下关系式：γ＋ρ＋τ＝1第五十六页，共一百七十八页，2022年，8月28日由于多数不透明的物体的透过系数τ＝0，则对不透明物体上式可写成：

γ＋ρ＝1

为了便于研究，在理论上将

ρ=1称为黑体；

γ=1称为白体；

τ=1称透明体。但在自然界中没有理论上所定义的绝对的黑体、白体或透明体，自然界中的不透明物体多数介于黑体与白体之间，近似称为灰体。第五十七页，共一百七十八页，2022年，8月28日（1）黑体辐射黑体不但能将一切波长的外来辐射完全吸收，也能向外发射一切波长的辐射。对黑体辐射基本规律的阐述主要有以下方面：

（A）斯蒂芬一波尔兹曼定律(Stafan－Boltzmanm’slaw)黑体单位表面积、单位时间以波长λ＝0～∞的全波段向半球空间辐射的全部能量，称为黑体的全辐射力(Eb)，其单位为W/m2。根据斯蒂芬一波尔兹曼定律，黑体的全辐射力同它的绝对温度4次方成正比。工程上可用公式表示为：第五十八页，共一百七十八页，2022年，8月28日式中：Eb------黑体全辐射力，W/m2；Cb------黑体的辐射系数，常数。其值为5.68W/(m2·K4)；Tb------黑体表面的绝对温度，K。第五十九页，共一百七十八页，2022年，8月28日

（B）普朗克定律(Planck’slaw)它表明了黑体的单色辐射力与其绝对温度和波长之间的函数关系，可用公式表达为：第六十页，共一百七十八页，2022年，8月28日式中：Eb------黑体的单色辐射力，指在某波长λ下间隔dλ范围内所发射的能量，W/(m2·m)；C1,C2------普朗克常数；C1=3.743×10-16W·m2C2=1.4387×10-2m·Kλ------波长，m；T------黑体的绝对温度，K。第六十一页，共一百七十八页，2022年，8月28日根据普朗克定律可绘出不同温度下黑体辐射能按照波长的分布情况如图1－13。从图中可看出：当波长λ＝0时，Ebλ＝0，随着λ的增加Ebλ也相应增加；当λ增加到某一数值时，Ebλ为最大值；然后又随着λ值的增加而减少，至λ＝∞时又重新降至0。普朗克定律证明：黑体单色辐射力Ebλ的最大值随着黑体温度升高而向波长较短一边移动，对应于这一辐射力为最大值的波长与黑体绝对温度的关系可用公式表示为：（2－2）第六十二页，共一百七十八页，2022年，8月28日式中：λmax------单色辐射力为最大值的波长，μm；T------＝黑体绝对温度，K。黑体温度愈高，其最大辐射力的波长愈短。如太阳相当于温度为6000K的黑体辐射，其最大辐射力波长约为0.5μm；而16℃（289K）左右的常温物体发射的最大辐射力波长约在10μm左右。第六十三页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－13黑体的辐射光谱第六十四页，共一百七十八页，2022年，8月28日（2）灰体、黑度灰体的辐射特性与黑体近似，但在同温度下其全辐射力低于黑体。在工程上将多数建筑材料均近似认为是灰体以便于计算。灰体、黑体与实际物体在同温度时的辐射波谱比较举例如图1－14。灰体的全辐射力计算式为：（2－3）第六十五页，共一百七十八页，2022年，8月28日式中：E——灰体全辐射力，Ｗ／ｍ2；Ｃ——灰体的辐射系数，Ｗ／（ｍ2·Ｋ4）；Ｔ——灰体的绝对温度，Ｋ。辐射系数可以表征物体向外发射辐射的能力。各种物体（灰体）的辐射系数均低于黑体,其数值大小取决于物体表层的化学性质、光洁度、颜色等。各种物体的辐射系数是由实验确定的。几种物体在常温下的辐射系数Ｃ可参照表1－2。第六十六页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－14同温物体的辐射波谱1.实际物体2.灰体3.黑体第六十七页，共一百七十八页，2022年，8月28日表1－2材料的ε、C、及ρs值ρsεC＝εCb第六十八页，共一百七十八页，2022年，8月28日黑度，或称发射率，是物体辐射系数与黑体辐射系数之比。用算式表达为：式中的ε为物体的黑度。黑体的黑度为１，其他物体黑度均小于１。根据克希荷夫定律，在一定温度下，物体对辐射热的吸收系数（ρn）在数值上与其黑度ε相等。也就是说，物体辐射能力愈大，它对外来辐射的吸收能力也愈大；反之，若辐射能力愈小，则吸收能力也愈小。（2－4）第六十九页，共一百七十八页，2022年，8月28日应注意的是，物体对太阳辐射的吸收系数（ρｓ）并不等于其黑度，这是因为太阳表面温度很高，主要发射短波辐射，最大辐射力波长为接近0.5μm的可见光，一般物体是在常温下，发射最大辐射力的波长为4～20μｍ左右的红外线（长波）辐射，二者的波谱相差很大，而常温下物体表面的黑度是发射长波热辐射的物理参数。第七十页，共一百七十八页，2022年，8月28日为说明这种差别，在表1－2中列出了几种常用材料在常温下的辐射系数Ｃ，黑度ε（也是对常温物体的热辐射吸收系数），和对太阳辐射的吸收系数ρｓ。第七十一页，共一百七十八页，2022年，8月28日（3）反射系数如前所述，对于多数不透明的物体来说，对外来入射的辐射只有吸收和反射，即吸收系数与反射系数之和为１。吸收系数愈大，则反射系数愈小。另外，不同物体不仅对外来辐射的总吸收系数不同，而且对各种波长辐射的单色吸收系数的差异也很大。可以说，不同物体表面的反射系数随表面性质的不同而对人射的各种波长辐射呈现出各自的反射特性。第七十二页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－15给出几种典型表面（光亮的铝表面，白色表面，黑色表面）对各种波长辐射的反射系数。图1－15表面对辐射热的反射系数第七十三页，共一百七十八页，2022年，8月28日由图可见：擦光的铝表面对各种波长的辐射反射系数都很大；黑色表面对各种波长辐射的反射系数都很小；白色表面对波长为2μm以下的辐射反射系数很大，而对波长为６μm以上的辐射反射系数又很小，其值接近黑色表面。这种现象对建筑表面颜色和材料的选用有一定影响。第七十四页，共一百七十八页，2022年，8月28日（4）玻璃的透过特性常用的普通玻璃一般被认为是透明材料，但它只对波长为0.2～2.5μm的可见光和近红外线有很高的透过率，而对波长为４μm以上的远红外辐射的透过率却很低。图1－16为普通玻璃对不同波长辐射的透过率，并与太阳光谱和温度为35℃黑体的辐射光谱相对比。从中可以看出，玻璃对太阳辐射中大部分波长的光可以透过，而对一般常温物体所发射的辐射（多为远红外线）则透过率很低。第七十五页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－16玻璃的透过率（a）3厚的玻璃的辐射透过率（％）（b）太阳辐射波谱：在空中；……在地面（c）35℃黑体的辐射波谱第七十六页，共一百七十八页，2022年，8月28日这样，在建筑中可以通过玻璃获取大量的太阳辐射，使室内构件吸收辐射而温度升高，但室内构件发射的远红外辐射则基本不能通过玻璃再辐射出去，从而可以提高室内温度。这种现象称为玻璃的温室效应。在利用太阳能的建筑设计中，常应用这一效应为节能服务。第七十七页，共一百七十八页，2022年，8月28日2、两表面之间的长波辐射换热（只作为了解）两表面间在单位时间里的辐射换热量主要取决于表面稳定、发射和吸收辐射热的能力和两表面的面积及其相互位置关系。（1）角系数设有面积分别为F1和F2的两表面之间有辐射热作用（图1－17），F1在单位时间内向外发射的全部辐射热量为Q1(w)，F2向外发射的全部辐射热为Q2(w)，则有：第七十八页，共一百七十八页，2022年，8月28日F2F1图1－17二表面之间辐射换热第七十九页，共一百七十八页，2022年，8月28日其中：C1，C2分别为表面F1，F2的辐射系数，W/(m2·K4)；T1，T2分别为表面F1，F2的绝对温度，K。在Q1中只有一部分投到F2上，设为Q12；Q2中也只有一部分投到F1上，设为Q21。以：(2－5a)(2－5b)第八十页，共一百七十八页，2022年，8月28日则：Ψ12称为F1对F2的平均角系数，无量纲；Ψ21称为F2对F1的平均角系数，无量纲。Ψ12表示在单位时间内F1投到F2的辐射热量与向外辐射的总辐射热量的比值。Ψ12越大，说明F1发射出去的总辐射中投射到F2上的越多；反之则越少。角系数反映了两表面之间的位置关系，只由两表面的面积和相互位置间的几何关系确定，和辐射量的大小无关。角系数值在０与１之间。建筑中常见的处于典型位置两表面间的角系数可在有关传热学的书及手册中查出。第八十一页，共一百七十八页，2022年，8月28日（2）黑体表面辐射换热计算（2－7）（2－6）运用角系数可得到单位时间里表面F1给表面F2的辐射热Q12的计算式：而单位时间里表面F2给表面F1的辐射热为：第八十二页，共一百七十八页，2022年，8月28日根据辐射换热中的“互易定理”，相互进行辐射热交换的两表面之间存在如下关系为：Ψ12F1=Ψ21F2（2－8）当参与辐射的两表面均为黑体时，由于C1=C2=Cb，且没有反射作用，因此黑体两表面的单位时间净辐射换热量Qb1-2可按下式计算：第八十三页，共一百七十八页，2022年，8月28日（w）（2－9）第八十四页，共一百七十八页，2022年，8月28日（3）灰体表面间辐射换热计算当参与辐射的两表面为灰体时，因为灰体对辐射热的吸收系数均小于１，应考虑相互反射作用，其辐射换热过程远比黑体为复杂。尤其是对反射系数大的表面，需考虑多次反射，否则将产生较大误差。除个别情况外，考虑多次反射的计算是很困难的。但经研究，对于辐射系数大于4.7（即ε≥0.83）的表面，取一次近似而忽略二次以上的反射，其误差在３％以内，一般是完全允许的。这样，对任意相对位置且黑度均大于0.83的灰体表面F1及F2之间在单位时间的净辐射换热量Q1-2可表示为：第八十五页，共一百七十八页，2022年，8月28日（2－10）（2－11）式中：C12为二灰体间的相当辐射系数；C1，C2分别为二灰体的辐射系数；F1，F2分别为二表面面积，m2。第八十六页，共一百七十八页，2022年，8月28日（4）两无限大平行表面的辐射换热当参与辐射换热的两表面F1、F2为无限大平行平面时，可以认为一个表面发射的辐射热全部投到另一表面上，所以它们之间的平均角系数都相等且都等于１，即Ψ12＝Ψ21＝1。这是一种特殊情况。在这种情况下，即使考虑灰体间的多次反射和吸收作用，计算也并不困难，并且由于其单位面积上的辐射换热量均相等，可以计算出单位面积上单位时间的净辐射换热量q1－2。其计算式为：第八十七页，共一百七十八页，2022年，8月28日W/m2（2－12）式中：W/(m2·K4)（2－13）在建筑中常在围护结构内设置的空气间层，其两表面面积比两表面间的距离大得多，因此一般均可按两无限大平行表面计算其间的净辐射换热。第八十八页，共一百七十八页，2022年，8月28日132q1-3q3-2T1C1T3C3T2C2图1－18具有遮热板的空气间层（5）有遮热板的空气间层辐射换热在围护结构内设置的空气间层中。用铝箔或其他热辐射系数小的板加以分隔，能有效地提高空气间层的绝热能力。用于这种构造的薄板称为遮热板（图1－18）。如在空气间层两表面１、２之间加设遮热板３，由于遮热板很薄，其两表面的温度可近似地认为是同一个温度T3，两表面的辐射系数设为Ｃ3，当平面１的温度T1高于平面２的温度T2并在１与２之间的传热达到稳定状态后，热量将从平面１传到遮热板平面３再传到平面２，其中在单位时间单位面积上由平面１传给平面３的净辐射热为：第八十九页，共一百七十八页，2022年，8月28日(2－14)在单位时间内单位面积上由平面3传给平面2的净辐射热为：(2－15)由于是在稳定状态，围护结构各层间与单位时间单位面积上传递的热量应相等。即：q1-3=q3-2=q’1-2从式（2－14）和（2－15）相等，可得：第九十页，共一百七十八页，2022年，8月28日移项后得出：代入（2－14）或（2－15）式，得出：在两表面1、2间设遮热板后在单位时间单位面积上的净辐射换热为：（2－16）第九十一页，共一百七十八页，2022年，8月28日其中：如前所述，当无遮热板时，表面1传给表面2的净辐射热量本来是q1-2,即：由于增加了一个遮热板，传热量变为q’1-2。将两个传热量的公式相比，从中可以看出遮热板的绝热效果：第九十二页，共一百七十八页，2022年，8月28日如C1=C2=C3,即当遮热板的辐射系数与空气间层两壁面的辐射系数相同时，则C12=C13=C32，以其代入上式可得：亦即：当有一个材料热辐射性质与空气间层壁面１、２相同的遮热板时，表面１传给表面２的净辐射换热量将减少一半；当有ｎ个与表面１、２相同辐射性质的遮热板时，则净辐射换热量将减少到原来的1/(n+1)。第九十三页，共一百七十八页，2022年，8月28日（6）表面辐射换热系数在建筑中有时需要了解某一围护结构的表面（Ｆ）与所处环境中的其他表面（别的结构表面、家具的表面等）之间的辐射换热，这些“其他表面”中往往包括了多种不同的不固定的物体表面，很难具体详细计算。在工程中一般用以下公式粗略计算。第九十四页，共一百七十八页，2022年，8月28日

qr=αr(θ1－θ2）（2－17）式中：qr——单位面积的表面与周围各表面在单位时间内通过辐射的换热量，Ｗ／ｍ2；

αr——表面辐射换热系数，即当表面1与周围其他表面的温度差为1Ｋ（1℃）时，单位面积的表面与周围各表面在单位时间内通过辐射的换热量，Ｗ／（ｍ2·

Ｋ）；

θ1——表面F1的温度，℃；

θ2——与F1进行辐射换热的其他各表面平均温度，℃。第九十五页，共一百七十八页，2022年，8月28日上式中αr综合了影响辐射换热的各因素，其计算式为：（2－18）在实际计算中，当考虑一围护结构的内表面与整个房间其他结构和家具等表面间的辐射换热时，则取Ψ12＝1，并粗略地以室内气温（ti）代表所有对应表面的平均温度θ2（辐射采暖房间例外）。当考虑外表面与室外环境辐射换热时，可将室外空间假想为一平行于围护结构外表面的无限大平面，则Ψ12仍等于1，并近似以室外气温（te）作为假想表面的温度θ2。第九十六页，共一百七十八页，2022年，8月28日第三节湿空气的物理性质一、水蒸汽分压力、露点温度

在一定的气压和温度条件下，空气中所能容纳的水蒸汽量有一饱和值；超过这个值，水蒸汽就开始凝结，变为液态水。与饱和含湿量对应的蒸汽分压力称为饱和水蒸汽分压力。饱和水蒸汽分压力值随空气温度的不同而改变。第九十七页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－19饱和水蒸气压力与温度的关系图1－19表示在常压下空气温度与饱和水蒸汽分压力的关系。在常压下，不同温度时的饱和蒸汽分压力数值还可由附录查出。第九十八页，共一百七十八页，2022年，8月28日如前所述，空气的相对湿度（φ），是空气中实际的水蒸汽分压力与该温度下饱和水蒸汽分压力（Ps）之比，即φ＝P／Ps×100％。而从图4－l中可看出，饱和水蒸汽分压力值随空气温度的增减而加大或减小；因此，当空气中实际含湿量不变，即实际水蒸汽分压力e值不变，而空气温度降低时，相对湿度将逐渐增高；当相对湿度达到100％后，如温度继续下降，则空气中的水蒸汽将凝结析出。相对湿度达到100％，即空气达到炮和状态时所对应的温度，称为“露点温度”，通常以符号td表示。第九十九页，共一百七十八页，2022年，8月28日二、空气湿度空气湿度是指空气中水蒸汽的含量。水蒸汽主要来自水面和其他潮湿的表面以及植物的蒸发，经风的携带遍布于空气中。在一定温度和气压下，空气中所能容纳的水蒸汽量有一定限度。在气压相同时，空气温度愈高它所能容纳的水蒸汽量也愈多。水蒸汽量达到最高限度的空气称饱和空气，这时的水蒸汽分压力称饱和水蒸汽分压力。第一百页，共一百七十八页，2022年，8月28日空气湿度的大小一般可用其绝对值，也可用相对值来表示。用绝对值的表示方法又可分为：绝对湿度、空气含湿量、空气的实际水蒸汽分压力３种；用相对值的表示方法称相对湿度。现分述如下：（1）绝对湿度（f），即每立方米湿空气中所含水蒸气量，其单位为g/m3（克/米3）。（2）空气含湿量（d），即单位重量的干空气重量所包含的水蒸气量，其单位为kg/kg干空气。第一百零一页，共一百七十八页，2022年，8月28日（3）空气的实际水蒸气分压力（P），即在整个大气压力中由水蒸气所造成的部分压力，单位为Pa（帕斯卡），过去工程上也用mmHg（毫米水银柱）为单位。以上三种表示方法在数值上的换算关系为：式中：d------空气含湿量（干空气）；P------实际水蒸气分压力，Pa；Pd------大气压，Pa。一般标准大气压为101300Pa。第一百零二页，共一百七十八页，2022年，8月28日P=0.461T·fPa式中：T------空气绝对温度，K；f------空气的绝对湿度，g/m3。（4）相对湿度（φ），即在一定的温度和气压下空气中实际水蒸气含量与饱和水蒸气含量之比。在建筑工程中常用实际水蒸气分压力（P）与饱和水蒸气分压力（Ps）比值的百分数来表示相对湿度。饱和空气的相对湿度为100％。相对湿度的表达式为：φ=P/Ps×100％第一百零三页，共一百七十八页，2022年，8月28日相对湿度是随空气温度和空气中水蒸汽含量而变的一个值。在空气中，当水蒸汽量不变，即实际水蒸汽分压力（P）不变的情况下，如空气温度愈高，则其饱和水蒸汽分压力（Ps）愈大，相对湿度(φ)也就愈小。通常在一天之内中午气温最高时相对湿度是最低，而气温降低时相对湿度增高（图1－20）。第一百零四页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－20相对湿度的日变化在建筑物密集的城区，由于雨水可迅速排除，地面经常比较干燥，水的蒸发量少，而且气温比郊区高，因此市区的相对湿度比郊区低，其降低幅度可达３％～９％。在建筑物中，相对湿度的大小对建筑材料的受潮、外围护结构内表面的结露，以及人感觉的潮湿程度都有直接影响。第一百零五页，共一百七十八页，2022年，8月28日

【例1－1】求室内温度18.5℃、相对湿度70％时的空气露点温度td。【解】查附录2得18.5℃时的饱和水蒸汽分压力为2129.2Pa，现相对湿度为70％，按公式φ＝P／Ps×100％，得实际水蒸汽分压力为：P=2129.2×0.7=1490.44Pa再查附录2得出当1490.44Pa成为饱和水蒸汽分压力时所对应的温度为12.9℃。即该环境下的空气露点温度为12.9℃。第一百零六页，共一百七十八页，2022年，8月28日三、湿球温度、空气温湿图室内空气的相对湿度，可用干湿球温度计来测量。湿球温度计的下端用浸水的纱布包裹，见图1－21。由于纱布很潮湿，其周围的水蒸汽分压力大于空气的水蒸汽分压力，纱布中的水分向四周蒸发扩散，同时要吸收相应的汽化热。从而使纱布温度降低，低于周围空气温度，这时周围空气将传给纱布一定热量，当纱布蒸发所消耗的汽化热与空气传给纱布的热量平衡时，湿球温度计的温度将不再降低，这时读出的温度称湿球温度（tw）。第一百零七页，共一百七十八页，2022年，8月28日由于纱布上水分的蒸发速率和周围空气的干燥程度直接相关，在测得空气的干、湿球温度后即可从空气温湿图中（图1－22）粗略地得出空气的相对湿度和水蒸汽分压力。准确的计算时可用附录2查表得出。显然，干、湿球温度差愈大，空气的相对湿度愈小。图1－21湿球温度第一百零八页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－22空气温湿图第一百零九页，共一百七十八页，2022年，8月28日空气温湿图是按照湿空气的物理性质绘制的工具图，它表示出在标准大气压下，空气温度（干球温度）、湿球温度、蒸汽分压力、相对湿度之间的相互关系。使用方法举例如下：【例1－2】设一居室测得干球温度为20℃，湿球温度15℃，求室内相对湿度、露点温度、实际水蒸汽分压力。【解】应用温湿图查得干球温度为2O℃与湿球温度为15℃的交点在相对湿度曲线为50％和60％之间，估计为59％，再由此点平行向左找到其与相对湿度100％曲线的交点，大约在湿球温度为11℃与12℃之间，即其露点温度约为11.8℃；再从交点向右找到其蒸汽分压力在1300～1400Pa之间，估计为1360Pa，即实际水蒸汽分压力约为1360Pa。第一百一十页，共一百七十八页，2022年，8月28日第四节室内热环境及评价方法室内热环境人的热舒适要求室内热环境综合评价方法室内热环境由室内热辐射、室内气温、空气湿度和室内风速综合形成，以人的热舒适程度作为评价标准。第一百一十一页，共一百七十八页，2022年，8月28日一、室内热环境

1、室内热辐射温度对一般民用建筑来说，室内热辐射主要指房间内各表面对人体的热辐射作用（对工业建筑和有辐射采暖设备的房间还应计入设备的热辐射）。室内热辐射的强弱通常用“平均辐射温度”（Ｔmrt）代表。平均辐射温度即室内对人体辐射热交换有影响的各表面温度的平均值。但由于人在房间里的位置常不固定，房间里各表面的温度也不相同，精确计算室内平均辐射温度就很复杂，目前工程中一般常用粗略计算。其计算式为：(1－5)第一百一十二页，共一百七十八页，2022年，8月28日式中：T1，T2，…－－为各表面温度，K；A1，A2，…－－为各表面面积，m2；Tmrt－－房间的评价辐射温度，K。平均辐射温度也可用黑球温度换算得出。黑球温度（tg）是将温计放在直径为150mm黑色空心球中心测得的反映热辐射影响的温度。黑球温度计的外形示意如图1－12。第一百一十三页，共一百七十八页，2022年，8月28日平均辐射温度与黑球温度间的换算关系可用贝尔丁经验公式：tmrt=tg+2.4V0.5(tg-ta)式中：tmrt－－平均辐射温度，℃；tg－－室内黑球温度，℃；ta－－室内空气温度，℃；V－－室内风速，m/s。温度计直径150mm黑色铜皮图1－23黑球温度第一百一十四页，共一百七十八页，2022年，8月28日平均辐射温度对室内热环境有很大的影响。在炎热地区，夏季室内过热的原因除了夏季气温高外，主要是外围护结构内表面的热辐射，特别是由通过窗口进入的日辐射所造成。而在寒冷地区，如外围护结构内表面的温度过低，将对人产生“冷辐射”，也严重影响室内热环境。第一百一十五页，共一百七十八页，2022年，8月28日2、室内空气温度室内气温是表征室内热环境的主要参数。对一般民用建筑，按房间的使用要求而对房间温度有相应规定：冬季室内气温一般应在16～22℃；夏季空调房间的气温多规定为24～28℃，并以此作为室内计算温度。而室内实际温度则由房间内得热和失热、围护结构内表面的温度及通风等因素构成的热平衡所决定，设计者的任务就在于使实际温度达到室内计算温度。另外，对一些有特殊要求的生产和实验房间，不但需要满足室温要求，还需使温度波动值控制在一定范围之内。第一百一十六页，共一百七十八页，2022年，8月28日３.室内空气湿度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，对人体的热感觉影响不大。但如湿度过低（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。第一百一十七页，共一百七十八页，2022年，8月28日4.室内风速室内气流状态影响人体的对流换热和蒸发换热，也影响室内空气的更新。在一般情况下，对人体舒适的气流速度应小于0.3ｍ/ｓ；但在夏季利用自然通风的房间，由于室温较高，舒适的气流速度也应较大。如广州、上海等市对一般居室在夏季使用情况的调查测试结果为：室内风速在0.3～1m/s以内，多数人感到愉快；当室内风速大于1.5m/s时，多数人认为风速太大不舒适。第一百一十八页，共一百七十八页，2022年，8月28日二、人的热舒适要求人的热舒适感主要建立在人和周围环境正常的热交换上，即人由新陈代谢的产热率和人向周围环境的散热率之间的平衡关系（图1－24），可以用公式表示如下；Δq＝H-qw±qr±qc(1-6)对流辐射蒸发图1－24人体与周围环境的热交换第一百一十九页，共一百七十八页，2022年，8月28日式中：H——人体新陈代谢产热率W／ｍ2；ｑw——人体蒸发散热率，Ｗ／ｍ2；ｑr——人体与周围环境辐射换热率，Ｗ／ｍ2；ｑc——人体与周围环境对流换热率，Ｗ／ｍ2；

Δq——人体产效率与散热率之差，即人体热负荷，Ｗ／ｍ2。

Δq＝０时，体温恒定不变；

Δq＞０时，体温上升；

Δq＜０时，体温下降。第一百二十页，共一百七十八页，2022年，8月28日人体产热率（Ｈ）主要取决于机体的活动状况。在常温下，处于一般状态的成年人的每小时平均产热率约为90～120Ｗ，而从事重体力劳动时短时间里的小时产热率可达580～700Ｗ。根据国际标准（ISO7730）对几种活动强度时人体皮肤表面每平方米表面积（ＡDu）的新陈代谢产热率取值见表1－3。第一百二十一页，共一百七十八页，2022年，8月28日表1－3人体单位皮肤表面积上新陈代谢产热率2Du第一百二十二页，共一百七十八页，2022年，8月28日蒸发散热率（ｑw）：是在正常情况下，人通过呼吸和无感觉排汗，向外界环境放出一定的热量。在劳动强度变大、环境变热及室内相对湿度低时，ｑw随着有感觉汗液蒸发而显著增加。辐射换热率（ｑr）：是在人体表面与周围环境之间进行的辐射热交换。当体表温度高于周围表面的平均辐射温度时，人体失热，ｑr为负值。反之则人体得热，ｑr为正值。对流换热（ｑc）：是当人体表面与周围空气之间存在温度差时，通过空气对流交换的热量。当体表温度高于气温时，人体失热，ｑc为负值；反之，则人体得热，ｑc为正值。第一百二十三页，共一百七十八页，2022年，8月28日当面Δｑ=０时，人体处于热平衡状态，体温可维持正常，这是人生存的基本条件。但是，Δｑ=０并不一定表示人体处于舒适状态，因为各种热量之间可能有许多不同的组合，都可使Δq=０；也就是说，人们会遇到各种不同的热平衡，然而只有那种使人体按正常比例散热的热平衡才是舒适的。而正常的比例散热因人的活动状况和环境状况的不同，而有不同的数值。通常情况下，大体上是对流换热约占总散热量的25％～30％，辐射散热约为45％～50％，呼吸和无感觉蒸发散热约占25％～30％，处于热舒适状态的热平衡才称为正常热平衡。第一百二十四页，共一百七十八页，2022年，8月28日由于人体有一定的热调节机能，当环境过冷时，皮肤毛细血管收缩，血流减少，皮肤温度下降以减少散热量；当环境过热时，皮肤血管扩张，血流增多，皮肤温度升高以增加散热量，甚至大量排汗使蒸发散热qw加大，以达到热平衡，这时的热平衡称为负荷热平衡。在负荷热平衡状态下,虽然Δq仍然等于０，但人体已不处于舒适状态，不过只要分泌的汗液量和皮肤表面的平均温度仍在生理允许的范围之内，则负荷热平衡仍是可以忍受的。第一百二十五页，共一百七十八页，2022年，8月28日人体的代谢调节能力具有一定限度，不可能无限制地通过减少输往体表血量的方式来抵抗过冷环境，也不能无限制地靠蒸发汗液来适应过热环境，因此，当室内热环境恶化到一定程度之后，终将出现Δq≠0的情况，于是体温开始发生升降现象，从生理卫生方面来说，这是不能允许的。综合上述，可见室内气候大致可分为：舒适的、可以忍受的和不能忍受的３种情况。目前，对于多数房间均要求保证人体不受损害，即至少处于可以忍受的负荷热平衡状态来规定室内热环境，并以此作为评价热环境的标准。第一百二十六页，共一百七十八页，2022年，8月28日三、室内热环境综合评价方法按人体热舒适要求确定室内热环境各因素的需要值，是评价室内热环境的基础。如前所述，热环境各个因素是互不相同的物理量，但对人们的热感觉来说，它们相互之间又有着密切的关系；改变其中一个因素往往可以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，和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。另外，人感觉的热舒适与否除了受热环境４个因素的影响外，还与人的活动强度及着农情况有密切关系。国内外对热环境指标都进行了研究，先后提出了各种评价标准，这里只简单介绍作用温度、有效温度、热应力指标、预测平均热感觉指标等几种。第一百二十七页，共一百七十八页，2022年，8月28日

1.作用温度（operativetemperature）：它综合了室内气温和平均辐射温度对人体的影响，作用温度可用公式表示为：(1-7)式中：to——作用温度，℃；ti——室内空气温度，℃；第一百二十八页，共一百七十八页，2022年，8月28日tmrt——室内平均辐射温度，℃；αc——人体与室内环境的对流换热系数；αr——人体与室内环境的辐射换热系数。当室内空气温度（ｔi）与平均辐射温度相等时，作用温度与室内空气温度相等。第一百二十九页，共一百七十八页，2022年，8月28日为室内气温、空气湿度和室内风速在一定组合下的综合指标，最早是由美国采暖通风协会于1923年推出。研究者认为，在同一有效温度作用下，虽然温度、湿度、风速各项因素的组合不同，但人体会产生同样的热舒适感觉。它以试验为依据，受试者在热环境参数组合不同的两个房间走动，其中一个房间的平均风速为“静止”状态（Ｖ≈0.12m/s）、相对湿度达到“饱和”（φ≈100％），另一房间的各项参数（温度、湿度、风速）均可调节，如多数受试者在两个房间均能产生同样的热感觉，则可得出同样的有效温度。２．有效温度（effectivetemperature）ET：第一百三十页，共一百七十八页，2022年，8月28日有效温度图表如图1－25。为了综合热辐射的影响也可以用黑球温度（ｔg）代替空气温度（ti），相应得出“修正有效温度”CET。有效温度曾广泛用于空调房间设计中，它的不足之处是由于实验方法造成对湿度的影响可能估计过高。另外，这个指标主要针对休息和轻体力劳动状态，并且是衣着轻薄时的热感觉，不能概括各种不同情况。第一百三十一页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－25有效温度(ET)和修正有效温度(CET)指标第一百三十二页，共一百七十八页，2022年，8月28日３．热应力指标（heatstressindex）：它是根据人体热平衡的条件，先求出在一定热环境中人体所需的蒸发散热量，然后再计算在该环境中最大可能的蒸发散热量，以这二者的百分比作为热应力指标，它提供了一种按照人体活动产热、衣着及周围热环境对人的生理机能综合影响的分析方法。人的生理反应以排汗率来显示。热应力指标全面考虑了热环境4个参数的影响，但根据实验范围，它只适用于空气温度偏高即在20～50℃，并且在着较单薄的情况。第一百三十三页，共一百七十八页，2022年，8月28日４．预测平均热感觉指标（predictedmeanvote）PMV：这是在80年代初得到国际标准化组织（ISO）承认的一种比较全面的热舒适指标。丹麦范格尔（）综合了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，认为人的热感觉是热负荷（产热率与散热率之差）的函数，而且人在舒适状态下应有的皮肤温度和排汗散热率分别与产热率之间存在相对应关系，－－即在一定的活动状态下，只有一种皮肤温度和排汗散热率是使人感到最舒适的。它们之间的数值关系为：第一百三十四页，共一百七十八页，2022年，8月28日式中：ｔs－－人体皮肤各部分平均温度，℃；Ｅsw－－排汗散热率，即从总的蒸发散热率中减去由呼吸和正常的水分渗透造成的蒸发散热，W；H/ADu－－人体新陈代谢产热率（W/m2），见表１－４。第一百三十五页，共一百七十八页，2022年，8月28日按上式计算，可得出对静坐状态（H/ADu＝５８）的人体排汗率应为０，平均皮肤温度为３４℃左右为舒适。由范格尔推导出的热舒适方程可以计算出人在多种衣着和活动状态下对热环境的舒适感觉，并将这种感觉分为７级，即“预测平均热感觉指标”，以ＰＭＶ表示。指标与热感觉的对应关系如下：第一百三十六页，共一百七十八页，2022年，8月28日预测平均热感觉指标与人对热环境感觉的满意程度又可用预测不满意百分率表示，如图1－26。目前在国内一般认为PMV值在一１至ｌ范围内均可视为热舒适环境。图1－26预测热感觉指标（PMV）与不满意百分率第一百三十七页，共一百七十八页，2022年，8月28日按照预测热感觉指标的评价方法，研究者已制订出一系列查找舒适温度的应用图表供工程技术人员使用。如图１－27为室内空气温度与表面平均辐射温度相等、环境相对湿度为50％时应用的图表。其中图１－27（ａ）为衣着0.5clo，图1-27（ｂ）为衣着1clo时的应用图。图1-28为室内空气温度与平均辐射温度不等、但相对湿度仍为50％时应用的图表。图1-29为相对湿度可以选择,而室内空气温度等于平均辐射温度时应用的图表，其中衣着的clo值为衣着热阻单位，见表1－4。第一百三十八页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－27热舒适图表（当相当湿度为50％，室内空气温度ta和平均辐射温度tmrt相等时）第一百三十九页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－28热舒适图表（相对湿度50％，人体产热1met，衣着（a）0.5clo（b）1clo）第一百四十页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－29热舒适图表（人体产热1met，ta=tmrt，衣着（a）0.5clo（b）1clo）第一百四十一页，共一百七十八页，2022年，8月28日表1－4各种典型衣着的热阻（ISO-7730）2第一百四十二页，共一百七十八页，2022年，8月28日应用举例：

【例1一3】某实验室，室内风速０.５ｍ／ｓ，相对湿度５０％，工作人员衣着０.５clo，坐着工作（1.2ｍｅｔ，产热量７０Ｗ／ｍ2），求室内舒适温度。

【解】查图１－27（ａ），以插入法找出风速0．5m／ｓ与活动强度为1.2ｍｅｔ的线相交，从横坐标上找出其舒适的室内空气温度及平均辐射温度应为26.5℃（见图１－27（ａ）中虚线）。第一百四十三页，共一百七十八页，2022年，8月28日【例１－4】其他条件同上，但为了节能，在冬季将工作人员衣着加厚为ｌclo，舒适温度可降低到多少？【解】同上法，查图ｌ－27（ｂ）得室内舒适温度（ta=tmrt）应为23.3℃（见图１－27（ｂ）中虚线）。第一百四十四页，共一百七十八页，2022年，8月28日对热舒适标准的研究，使设计者对热环境的要求逐步建立在比较科学的基础上；但也应看到，每一种指标都是以人体对热舒适的主观感觉为基础的，而研究工作又只能以参与实验的受试者感觉为准，难免带有一些局限性。尤其是处于不同气候区和生活习惯各不相同的人，对环境的热舒适感觉可能存在着一定的差异。随着研究工作的深入，热舒适指标也在逐渐完善。第一百四十五页，共一百七十八页，2022年，8月28日第五节室外热环境参数及其

对建筑设计的影响热环境是由空气温度、空气湿度、热辐射和气流速度４个参数综合组成，它们共同构成影响人体热感觉的周围环境，也是对建筑围护结构产生热作用的基本参数。对建筑来说，热环境又可分为室外热环境和室内热环境。室外热环境是室外气候的组成部分，是建筑设计的依据；建筑外围护结构的主要功能即在于抵御或利用室外热环境的作用。室内热环境则是建筑物需要满足的使用要求，设计者应使建筑物能为人们提供良好的室内热环境。第一百四十六页，共一百七十八页，2022年，8月28日

1.日辐射日辐射是建筑物外部的主要热源。日辐射波谱见图1－30。在各种波长辐射中能转化为热能的主要是可见光和红外线。日辐射照度中约有52％来自波长为0.38μm至0.76μm的可见光；其次为波长在0.76μm以上至3μm的近红外线。在地球大气层外，太阳与地球的平均距离处，与太阳光线相垂直的表面上、单位面积、单位时间里所接收到的太阳辐射能称为太阳常数。太阳常数值由于观测手段与推算方法的差异，在几种文献中略有不同，最近资料认为其值约为1367W/m2；并随一年中太阳与地球之间距离的变化而有3.5％左右的变化率。一、室外热环境参数第一百四十七页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－30太阳的辐射波谱第一百四十八页，共一百七十八页，2022年，8月28日太阳辐射在透过大气到地面的过程中又受到大气层中臭氧、水蒸汽、二氧化碳等的吸收和反射而减弱。其中一部分穿过大气层直接辐射到地面的称直射辐射；被大气层吸收后。再辐射到地面的称散射辐射。直射与散射之和称总辐射。物体表面在单位面积、单位时间所接收到的辐射能，一般以辐射照度（Ｅ）表示。第一百四十九页，共一百七十八页，2022年，8月28日具体地区在地面上受到的太阳辐射照度随当地的地理纬度、大气透明度和季节及时间的不同而变化。气象部门一般可提供各地在不同日期和不同时间在水平面上的总辐射照度，或分别给出水平面上的直射和散射照度。在《民用建筑热工设计规范》(GB50176—93）中给出了我国主要城市夏季各主要朝向上的太阳总辐射照度，可供设计者参考。第一百五十页，共一百七十八页，2022年，8月28日在同一地区，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。图1－31为北纬40o地区不同月份各朝向总辐射照度的比较。出现月份（月）图1－31北纬40地区建筑各朝向总辐射照度第一百五十一页，共一百七十八页，2022年，8月28日从图中可以看到以下特点：（ｌ）水平面（如平屋顶）在夏季接受到的日辐射照度最大，其值远远超过垂直面的日辐射照度，即日辐射得热最多。（２）垂直面辐射得热，朝南的墙面与其他朝向墙面相比，冬季接受的日辐射最多而夏季的辐射得热又比东、西向为少。第一百五十二页，共一百七十八页，2022年，8月28日日辐射作用一方面是造成夏季室温过高的重要原因、另一方面又是冬季改善室内热环境和节省采暖能耗的天然能源，在建筑热工设计中应给予充分注意。辐射照度的计量单位为“瓦特／平方米”，表示符号为W／m2；也可采用“千焦耳／（平方米·时）”为计量单位，表示符号为kJ／(m2·ｈ）。第一百五十三页，共一百七十八页，2022年，8月28日２.室外空气温度和城市热岛现象室外气温通常是指距地面1.5m高、背阴处的空气温度，影响室外气温的主要因素有太阳辐射照度、气流状况、地面覆盖情况以及地形等等。其中太阳辐射照度的影响最大，随着辐射照度的不同，室外气温有明显的年变化和日变化。第一百五十四页，共一百七十八页，2022年，8月28日在建筑物及人群密集的大城市，由于地面覆盖物吸收的辐射热多、发热体也多，形成市中心的温度高于郊区，即“城市热岛”现象。以北京市为例：市中心区天安门附近的气温最高，随着市区的扩展，温度也依次向外递减，如图１－32为1982年7月份的平均气温。从中可以看出市区比郊区的平均温度高1.5℃。热岛现象也有着明显的日变化和年变化，一般情况是冬季强、夏季弱，夜晚强、白天弱。图１－33为1983年1月26日实测的北京市区和郊区温度的日变化情况，夜间城区与郊区的最大温差已达５℃。第一百五十五页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－32北京1982年7月市区、郊区月平均气温表示当地为一热岛第一百五十六页，共一百七十八页，2022年，8月28日图1－33城区和郊区空气温度的日变化示例（北京1983.1.26～27，晴天）第一百五十七页，共一百七十八页，2022年，8月28日城市热岛现象的存在，使城市里温度较高的空气由于质量较轻而向上升，郊区地面的较冷空气则从四面八方流向城市，风向都指向热