建筑环境学课后习题答案1

《建筑环境学》课后习题答案

第一章：绪论

1.所谓建筑环境学就是指在建筑空间内，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。

根据使用功能的不同，从使用者的角度出发，研究室内的温度、

湿度、气流组织的分布、空气品质、采光性能、照明、噪声和音

响效果等及其相互间组合后产生的效果，并对此作出科学评价，

为营造一个舒、健康的室内环境提供理论依据。有等解决问题是：

①如何解决满足室内环境舒适性与能源消耗和环境保护之间的

矛盾；②如何解决“建筑病综合症”(SickBuildingSyndrome-

“SBS”)的问题。

2.研究的主要内容包括：建筑外环境、室内空气品质、室

内热湿环境与气流环境，建筑声环境和光环境(即包含了建筑、

传热、声、光、材料及生理学、心理学和生物学等多门学科的内

容O基于建筑环境学内容的多样性，相对独立性和应用的广泛性，

人们是从各个不同学科的角度对其内容进行研究，研究室内各种

微气候环境所形成的机理及其与人的生活环境、工作环境等相互

间的关系。

第二章：建筑外环境

1.与太阳的光辐射，气温、湿度，风和降水等因素有关。

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2.以太阳通过某地区的子午线时为正午12点来计算一天

的时间为平均太阳时；以本初子午线处的平均太阳时作为世界标

准时（世界时）；以东经120℃的平均太阳时为中国标准（称为

北京时间）。

3.相对位置可用纬度，太阳赤纬d,时角h,太阳高度角

和方位角A表示，其中前三个参数、d、h是直接影响和A的

因素，因为是表明观察点所在位置，d表明季节（日期）的变

化；h是表明时间的变化。当太阳离地球最远时，太阳光是垂直

于直射地面的，具有很高的辐射强度，所以最热而形成了夏至,

当太阳距地球最近时，太阳光是斜射地球表面的，其辐射强度很

弱，因此最寒冷导致了冬至。

4.一部分为太阳直接照射到地面（即直射辐射）；另一部

分是经过大气层散射后到达地面成为散射辐射，直射辐射与散射

辐射之和称为太阳对地面的总辐射。辐射能量的强弱取决于太阳

辐射通过大气层时天空中各种气体分子、尘埃、微粒水粒对阳光

的反射、散射和吸收共同影响。

5.民用住宅要求冬至日满窗日照时间不低于lh,日照时

间与建筑物的配置，外型、高度和朝向均有关，对建筑物，正方

形长方形结构简单，最大优点是都没有永久阴影和自身阴影，而

且各朝向上冬季的阴影区范围都不大，能保证周围场地有良好的

日照。L形建筑会出现终日阴影和自身阴影遮蔽情况。而凹形建

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筑虽然南北方向和东西场地没有永久阴影区，但在各朝向上转角

部分的连接方向不同，都有不同程度的自身阴影遮蔽情况……

6.日照中的紫外线具有强大的杀菌作用，尤其是波长在

0.25〜0.295范围内杀菌作用更为明显，波长在0.29〜0.32的紫外

线还能帮助人体合成维生素D,且维生素D能帮助人们的骨骼

生长。另一方面，过度的紫外线照射，也会危及人类的健康在

0.32以上的高密度紫处线，对地球的生态环境和大气环流有重

要影响，因这种波长紫外线能吸收大量的臭氧，导致臭氧层浓度

降低造成紫外线辐射增强，对大气环境与人体健康都有不同程度

危害。

7.地面与空气的热量交换是气温升降的直接原因，它主要

靠吸收地面长波辐射（波长在3〜120）而升温，而直接接太阳

辐射的增温是非常微弱的。影响的主要因素有：①入射到地面上

的太阳辐射热量，它取决定性作用；②地面覆盖的影响（如草地、

森林、沙漠和河流及地形的变化）；③大气对流的强弱快慢的影

响。

8.一日内气温的最高值和最低值之差称为气温的“日较差”;

一年内最热月与最冷月的平均气温差称为气温的“年较差由于

我国海陆分布与地形的起伏的影响，各地气温的“日较差”一般是

从东南向西北递增；而“年较差”是自南到北，自沿海到内陆逐渐

增大。

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9.在不同下垫石上，温度变化是温度的局地倒置现象，其

温差达到最大极限值称为“霜洞”。当阳光透过大气层到达地面途

中，其中一部分（大约10%）被大气中的水蒸气和CO2所吸收，

同时它们还吸收来自地面的反辐射，使其具有一定温度，此时的

大气温度称“有效天空空温度”Tsky,其数值取决于地表温度Td,

距地面1.5〜2.0M高处的气体温度To；水蒸汽分压力Ed与日照百

分比率。

10.其影响因素取决于地面性质、水陆分布、季节寒暑、天

气阴晴等；其变化规律是一般为大陆低于海面，夏季低于冬季,

晴天低天阴天，在黎明前后由于空气的水蒸气含量较少，但气温

最低所相对湿度最大，午后，空气中的水蒸气含量虽然较大，但

此时气温达最大值，当水蒸气分压力Pq一定时，最高气温所对

应的饱和水蒸气压力Pq.b最大，所相对温度最低值。而在一年

中，最热月的相绝湿度最大，最冷月的绝对湿度最小，这主要是

因为蒸发量随温度变化而变化的缘故。

11.风可分大气环流和地方风两大类，前者是因太阳辐射造

成赤道和两极间的温度差而引起的风称大气环流；后者由于地表

水陆分布，地热起伏，表面覆盖不同等引起的风为地方风。气象

部门一般在距地面10m高处测量的风向、风速作为当地的风向

和风速。风玫瑰图直观的描述了某一地区一年或一个月中风向和

风速的变化规律。

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12.①因为人工建筑物高度集中，以水泥、沥青、砖石、陶

瓦和金属板等这些坚硬密实，干燥不透水的建筑材料，替代了原

有的疏松物和覆盖的土壤；②错纵复杂的交通及其交通工具剧增;

③产业的快速发展等是导致城市气温上升且高于郊区农村气温

的主要原因；由于城市覆盖物多，发热体多，人口的相对密集，

生活与生产的发热量大，在市内各区域的温度分布极不均匀的地

方就易产生热岛现象。

13.为了使民用建筑与地区气候相适应，保证室内基本热环

境要求，符合国家节能方针，一般采用累年最热月（七月）和最

冷月（一月）平均温度作为分区的主要指标，并以累年日平均温

度二5℃和N25°C的天数作为辅助指标，把全国划分成5个区：即

严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖和温和地区。

第三章建筑环境中的空气环境

1.室内空气环境包括：室内热环境、湿环境和空气品质等

三大部分，受到重视的原因是：①室内环境是人们活动最平凡的

场所，几乎80%以上时间是在室内度过的，室内环境的优劣直接

关系到每个人的健康；②室内的污染物、污染源日趋增多，对人

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造成的危害越来越大；③建筑物内出现建筑病综合症(SBS),

给人们带来了多种疾病危害。

2.所谓“阈值”就是空气中传播的物质的最大浓度，且在该

浓度下长期工作生活的人们均无有害影响。人在空气环境中正常

的8h工作日或35h工作周的时间加权平均浓度值，且长期处于

该浓度下的所有工作人员儿乎均无有害影响，此时的值为“时间

加权平均阈值”；人在空气环境中暴露时间为15min以内允许的

最大浓度为“短期暴露极限阈值”，人在空气环境中即使是瞬间也

不应超过的浓度称为最高限度“阈值”。

3.早在1989年P.O.Fanger提出：“IAQ反映了人们要求

的程度，如果人们对空气满意，就是高品质，反之就是低品质”。

这种定义主要是从人对空气品质的种主观感受，具有狭义性;

而ASHRAE62-1989作出的定义为：良好的室内空气品质应该是

“空气中没有已知的污染物达到公认的权威机构所确定的有害浓

度指标，并且处于这种空气中的绝大多数人(>80%)对此没有

表示不满意。”该定义把客观评价和主观评价相结合，相对比较

科学和全面，是一种广义性定意。

4.参考阈内外的相关标准。

5.“IEQ”所包含的内容有：“IAQ”，室内的热湿环境、光环

境、声环境以及社会环境和工作环境等。它比较完整解释了“病

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态建筑综合症”含意，在评价和分析一栋建筑物时，应用“IEQ”

这一新概念。

6.按进入室内的不同渠道可分为：室外污染源，室内污染

源和在室人员所造成的污染；室外污染源是指大气中所含S02,

NOx,烟雾，H2S以及空气中携带的多种病菌等，主要来源于工

业企业，交通运输及建筑周围的各种小锅炉垃圾堆等；室内污染

源:主要是指生活排放的废气、废热、家中使用的多种化工产品、

建筑材料、室内温湿度条件下所自生的各种微生物、以及通风不

良所形成的污染；在室人员的污染主要是人体新成代谢率所产生

的各种气态物质和气味，还有烟草燃烧产生的污染。按污染的种

类分：主要有“固体颗粒”“微生物”和各种有害气体等。在空气中

的颗粒污染主要是一、二次悬浮于空中飘尘，根据粒径大小在空

中停留和沉降时间不一，给人上呼吸道的健康造成影响，微生物

大多附着在固体或液体的颗粒物上而悬浮于空气中，随人体呼吸

感染疾病；气态污染物主要是指，甲醛、氮、CO2、CO、NH3、

等各种挥发性有机物，这些气状物质在不同程度上危害人体

H2S

健康，虽然尽管其浓度较低，但由于人长时间处在这种低浓度环

境中，使人不知不觉地感染上各种疾病（详细分析参见教科书中

说明）。

7.一般可采取的措施是：一是“堵源”——有选择性使用建

筑施工材料，从源头上控制有害物的释放量；二是“节流”——切

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实保证空调或通风系统的正确设计、严格的运行管理和维护，使

有害物质减少到最低限度；三是“稀释”——保证足够的新风量或

通风换气量，稀释和排除室内气态污染物。稳态和非稳态下的通

风换气方程分别为：

非稳态通风稀释方程是描述在时间内，室内污染浓度与换气量

之间的关系，稳态通风稀释方程是假定室内初始浓度C1=0,且

稀释时间时室内污染浓度C2与通风量G的关系。

8.理论换气量应分别计算稀释各种污染物所需的风量，然

后取其最大值；工程设计根据通风房间的具体特点，选取其中一

种有成表性的污染物允许浓度标准确定（如常用室内CO2允许浓

度确定新风量）；ASHRAE标准中规定的最小通风量：

式中：Gp—是每人所需新风量，P—在室人数，Gb一单位

建筑面积所需新风量，A—所需通风面积。

9.气流组织的分布特性常用以下几个参量给予评价：

①不均匀系数一表示室内气流分布均匀性好坏的参量；

②空气年龄一是描述室内旧空气被新鲜空气替代的快慢

程度，年龄越短，旧空气被置换越快空气越新鲜；

③换气效率一表示理论上最短的换气时间In与实际换气

时间之比；

④通风效率一表示排风口处的污染浓度与室内平均浓度

之比，其物理意义是指从室内移出污染物的迅速程度；

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⑤能量利用系数一指投入能量的利用程度，反映出其经济

指标。

10.由室内外温度差而引起的空气密度差或由高度差引起

的自生风力称为热压；把室内某•点的压力与室外同标高未受扰

动的空气压力的差值称为该点的余压；当气流与障碍物相遇时,

迎风面气流受阻，动压降低，静压增高，侧面和其背风面由于产

生局部涡流静压降低，和远处未受干扰的气流相比，这种静压的

升高或降低统称为“风压”。“热压”、“余压”和“风压”之间的关系

可用下式表示：

它表示某一建筑物受到风压热压同时作用时，外围护结构

上各窗孔的内外压差就等于各窗孔的余压和室外风压之差。

11.由于“热压”只与温差或高度差有关，由此引进的自生风

力较大且便于计算，所以在设计中应给予考虑（尤其对多层建筑

的影响是十分明显的）。而“风压”则与室外风速和风向有关，是

一个难确定因素，所以计算时只定量考虑“热压”作用，“风压”只

作一般定性考虑。

第四章建筑环境中的热湿环境

1.通过围护结构的传热方式分对流换热（对流质交换），

导热和辐射三种形式，传递热量包括“显热”和“潜热”两部分；得

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热量的多少与围护结构使用的材料，表面精糙度，表面颜色的深

浅以及结构等有关。

2.室外综合温度是相当于室外气温度由原来的室外温度增

加了个太阳辐射的等效温度值，其关系式：

tz是考虑到太阳的入射角不同，围护结构外表面对直射辐

射和散射辐射有着不同的吸收率，为了计算方便，式中吸收率用

一个综合当量值表示。在白天由于太阳辐射的强度＞＞长波辐射,

所以在计算白天的室外综合温度可以不考虑其影响，在夜间由于

没有太阳辐射作用，天空的背景温度＜＜空气温度，因此建筑物向

天空的辐射放热量是不可忽略的，尤其是在建筑物与天空之间的

角系数比较大的情况，而冬季若忽略其影响会导致估算负荷偏

低。

3.房间得热量：是指某时刻进入房间的总热量，冷负荷:

是为了维持一定的室内热湿环境所需要的在单位时间内从室内

除去的热量（包括显热量和潜热量）。热负荷是为了维持一定室

内热湿环境所需要的在单位时间内向室内加入的热量。湿负荷:

是指维持一定的室内湿环境需要的在单位时间内排除的水分。得

热量与冷负荷之间的关系：得热量的对流部分进入室内立刻成为

瞬时冷负荷，而得热量的辐射部分首先会传到室内各表面，提高

这些表面的温度，当这些表面的温度高于空气温度时，再以对流

方式传给室内空气，成为空气冷负荷，因此在多数情况下，冷负

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荷并不等于得热量，只有在室内各表面温差很小，热源只有对流

散热时，冷负荷=得热量。冷负荷与得热量之间存在着相位差和

幅度差，其差值取决于房间结构，围护结构的热工特性和热源特

性。它们之间的对应关系可用公式（4-58第四章58式）来表示。

4.用谐波反应法计算传递的热量，是建立在不稳定传热基

础上，即室外扰量（综合温度tz）大体上呈周期性变化作用于围

护结构，使围护结构从外层表面逐层的跟着波动，且这种波动是

由外向内逐渐衰减和延迟，这种简谐运动的周期函数可用正弦

（或余弦）函数项的级数表达，将其变换为付立叶展开式，即将

随时时变化的扰量函数分解为简单的多阶正弦函数的组合，再将

其n阶谐波作用下的响应直接叠加，即可求得已知室温和外扰随

时间变化条件下的传热量。

冷负荷系数法（反应系数法）求解问题的基本思路是：将

时间连续变化的扰量曲线离散为按时间序列分布的单元扰量，再

求解出板壁围护结构热力系统对单位单元扰量的反应（即反应系

数），最后，利用求得反应系数通过叠加积分计算出围护结构的

逐时传热得热量。

这两种方法从工程简化算法上都是把扰量通过围护结构形

成的瞬间冷负荷表述成瞬时冷负荷温差或瞬时冷负荷温度的函

数，而不考虑与其他围护结构和热源之间的相互影响。但在应用

条件上，谐波法是在室温条件一定时，外扰随时间变化条件下计

算其传热量，当室外气象条件在整个时间过程中具有随机性，特

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别是当室内温湿度环境也呈随机性变化时，不便采用谐波法，而

多采用反应系数法，因此后一种方法能适用于建筑物的全年逐时

(8760h)负荷计算和能耗分析，而谐波法适用于一般负荷计算。

5.应设在靠室内侧，因为外侧气候变化大，易使空气间层

受潮或凝结水粒，且由于水的导热系数比空气的导热系数大得多,

所以设在外侧将会带走更多的室内热量。

6.因空气的热阻很小(0.03w/m-k)而水的导热阻相对很大

(0.58w/m-k)因此一旦内墙面结露就会大大增加墙体向外的传

热。

7.水自然蒸发前后过程的热负荷相等，因为室内水分是通

过吸收空气中的显热蒸发的，没有其他的加热热源，也就是说蒸

发过程是一个绝热过程，室内空气的含湿量增加(或称为等焙过

程)此时，只不过是把部分显热负荷转化为潜热负荷。

8.因外遮阳可反射部分阳光，吸收部分阳光和透过部分阳

光，其中只有透过部分阳光会达到窗玻璃外表面，并部分可能变

成了冷负荷，而内遮阳除了反射部分阳光外，吸收和透过部分的

阳光均形成了室内冷负荷，只是其得热量的峰值有所延迟和衰减。

第五章人体对热湿环境的反应

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1.人的热舒适主要与室内空气的温度，相对湿度，气流

速度以及围护结构内表面及其它物体表面的温度有关，同时还与

人体的活动量、衣着以及年龄等有直接关系。

2.不对。当人体处于热平衡状态，即，此时体温可维持

正常，这只是人生存的基本条件，但是，也就是说，人们会遇

到各种不同的热平衡，然而只有那种使人按正常比例散热的热平

衡才是舒适的。

3.人体的散热量在一定环境温度范围内可视为常数。但随

着环境空气温度的不同，人体向环境散热量中显热和潜热的比例

是随环境温度变化的。环境空气温度越高，人体的显热散热量就

少，潜热散热量越多，当环境空气温度达到或超过人体体温时,

人体向外界的散热形式就全部变成了蒸发潜热散热。

4.体温调节的主要功能是将人体的核心温度维持在一个适

合于生存的较窄的范围内，主要靠神经调节和体液调节来实现,

调节体温的中枢主要是下丘脑，下丘脑前部的作用是调动人体的

散热功能，下丘脑的后部执行着抵御寒冷的功能，其调节方法包

括调节皮肤表层的血流量，调节排汗量和提产热量。

5.“热感觉”是人对周围环境是“冷”还是“热”的主观描述，

尽管人们常评价房间的“冷”和“暖”，但实际上人是不能直接感觉

到环境的温度的，只能感觉到位于他自己皮肤表面下的神经末梢

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的温度。热舒适：在ASHRAEStandard55-1992中定义为对环境

表示满意的意识状态。Fanger等人认为“热舒适”是指人体处于不

冷不热的“中性”状态，即认为“中性”的热感觉就是热舒适。

6.热感觉并不仅仅是由冷热刺激的存在造成的，而与刺激

的延续时间以及人体原有的热状态都有关，人体的冷、热感受器

对环境有显著的适应性。这主要取决于皮肤温度利人体的核心温

度；影响热舒适的因素除了上面给出波肤温度和核心温度外还有

一些其他物理因素影响热舒适，即空气温度、垂直温差，吹风感

以及人的年龄、性别、季节、人种等。其评价指标分别为热舒适

(TCV)分：舒适、稍不舒适、不舒适、很不舒适、不可忍受5

个指标；热感觉(TSV)分：热、暖、稍暖、正常、稍凉、凉、

冷7个指标。

7.乂-\¥=匕A(1七)+3.96乂10-8机&]+273)4-(+273)4]+3.05[5.73

3-0.007(M-W)-Pa]+0.42(M-W-5.82)+1.73xl0-2M(5.876-Pa)+0.0014

M(34-ta)

热舒适方程中具有8变量:M.W.ta,Pa.£i.td.hc其中协和tcl

均可由Icl决定,儿是风速的函数，此时，对外做功w=o。因此热

舒适方程反映了人体处于热平衡状态时，六个影响人体热舒适变

量M.ta,Pa”kl.Va之间的定量关系。

8.ET的定义：是一个将干球温度、湿度、空气流速对人体

温暖感和冷感的影响综合成一个单一数值的任意指标。它在数值

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上等于产生相同感觉的静止饱和空气的温度。它意味着在实际环

境和饱和空气环境中衣着和活动强度相同，且平均辐射温度等于

空气温度。

ET*：在考虑人体皮肤湿润度的影响，一个适用于穿标准服

装和生着工作的人舒适指标：

SET*它是以人体生理反应摸型为基础，综合考虑了不同的

活动水平和衣服热阻而形成的最通用指标。

ASHRAE舒适区是表示人穿着衣服热阻为0.8-1.Oclo且坐着

工作时所感受到的一种热舒适环境。

9.人体对环境突变的生理调节十分迅速，并不会对人体产

生不良后果，且人体在环境温度突变的生理调节周期中，皮肤温

度并不能独立地作为热感觉的评价尺度，因此时人体正处在与周

围热环境之间发生激烈的热交换。

10.人处在过渡过程环境中，其代谢率和服装热阻均与时间

呈线性关系，认为人的活动会导致出汗湿润服装，同时人的活动

扰动周围气流，导致服装热阻有所改变，一般经过6min才能使

服装热阻％和代谢率M达到新稳定状态。即新热平衡状态，同

时也说明人在过渡环境中的热感觉具有“滞后”和“超前”的现象。

11.热应力指数HIS是描述热环境对人体的作用应力，反应

多个环境变量综合成单一指数对人体的作用效果；其热应力指数

用7个指标评价。风冷指数WCI是表示人体皮肤温度在33c时-，

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在冷空气的温度和气流速度作用下，皮肤表面被冷却的速率，其

风冷指数也是用7个指标评价。

第六章建筑光环境

1.略（参见教课书）

2.光的三个要素是指光的反射率、吸收率和透射率。根

据能量守恒：

入射光能量反射光通量吸收光通量

3.①具有适当的照度或亮度水平；②合理的照度分布；③

舒适的亮度分布；④具有宜人的光色；⑤应写有眩光干扰；⑥光

的方向性：即在光的照射下，室内空间结构特征、人和物都能清

晰而自然地显示出来。

4.长期以来天然光是唯一的光源，人眼已习惯于在天然光

下视看物体，且具有更高的灵敏度，尤其在低照度下或视看小物

体时这种视觉区别更加显著，在照度100-50001X范围内天然光比

人工光大约高4%-10%左右。同时太阳光光谱辐射是人们在生理

上和心理上长期感到满意的关键因素，而人工光的光谱其发光机

理各不相同，光谱分布也不相同的缘故。在采光设计中全国不能

采用同一标准，而是在采光设计标准中，将全国划分为五个光气

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候区，分别取相应的采光设计标准，原因是我国地域辽阔，同一

时刻南北方的太阳高度角相关很大，日照率由北、西北往东南方

向逐渐减少；南北方室外平均照度差异较大等因素。

5.按发光原理可分为热辐射光源和气体放电光源，前者是

靠通电加热鸨丝使其发光的，后者靠放电产生气体离子发光，其

中热辐射光源的灯俱有：普通白炽灯，卤鸨灯等，气体放电光源

的灯俱有：荧光灯，荧光高压汞灯、金属卤化物灯、高低压钠灯

等。

6.设计中应将照明、声学和空调设施综合在一起考虑，可

得到较好的节