环境建筑学课件

建筑光环境

*光环境控制的意义

减少视觉疲劳，保证视觉健康和身心健康提高劳动生产率降低能耗人工照明能耗空调能耗*90年代末上海市公共建筑的一次能源消耗比例*光的性质和度量

光的特征电磁波的一部分，光子的波动运动可见光和良好视觉的共同作用

在带有多种光谱成分的光源中，如果某一部分占比例较大，就呈现出那个波长对应的颜色。较短的波长为主较长波长为主*光通量

物理意义：说明光源发光能力的基本量，能量单位。

定义：辐射体单位时间内以电磁辐射的形式向外辐射的能量称辐射功率或辐射通量(W)。光源的辐射通量中被人眼感觉为光的能量(波长380－780nm)称为光通量。单位:流明(lumen，lm)。人眼在观看同样功率的辐射时,在不同波长时感觉到的亮度是不同的，人眼的这种特性用相对光谱光效率V(

)来表示。*不同波长的相对光谱光效率

明视觉：V(

)max对应波长555nm(黄绿光)，光效是680lm/W。暗视觉：V(

)max507nm(蓝绿光)*发光强度I

发光强度：表示光源光通量的空间密度定义：光源在某一方向的发光强度定义为光源在这方向上单位立体角内发出的光通量(和距离无关)。单位：坎德拉(candela,cd)ds*光通量相同，发光强度却不同*

定义：落在单位面积被照面上的光通量的数值。表示被照面被照射的程度。表达式：单位：勒克斯(lux,lx)，相当于1lm的光通量均匀分布在1m2的被照面上性质：可叠加性。几个光源同时照射被照面时，实际照度为单个光源分别存在时形成照度的代数和。照度E*光源的发光强度与被照面的照度关系

已知点光源发光强度以及与被照面的距离，即可求得垂直于二者连线的被照面的照度：En＝I/r2

再通过三角转换即可求得实际被照面的照度：E=Ensin

=(I/r2)

sin

线光源是点光源的积分叠加，面光源是线光源的积分叠加。原理相同。

IEr*照度*国际照明委员会CIE对不同作业和活动推荐的照度作业或活动类型照度范围(lx)室外入口区域20~30~50短暂停留交通区50~75~100衣帽间、门厅100~150~200讲堂、粗加工200~300~500办公室、控制室300~500~750缝纫、绘图、检验室 500~750~1000辨色、精密加工和装配750~1000~1500手工雕刻、精细检验 1000~1500~2000手术室、微电子装配 >2000*亮度L

定义：正在发光(或反光)表面的明亮程度。亮度是与眼睛感觉有关的量，取决于进入眼睛的光通量在视网膜物象上的密度。物理亮度：发光体在视线方向上单位面积发出的发光强度，尼特(nit,nt)、熙提(stilb,sb)1nt=1cd/m2，1sb=1cd/cm2=104nt

主观亮度：考虑背景亮度的作用视网膜只可承受16sb以下的亮度！*亮度和照度有何区别？照了不一定亮！照度相同吸光材料，亮度低反光材料，亮度高*亮度表达式当量面积dScos

dI

*光源的亮度与被照面的照度关系

E＝Lsin

＝Acos/r2

LE

r光源面积A

*光的传播特性

光遇到介质会发生反射、透射和吸收。反射、透射光使人眼可以看见。

c

=

+

+

c*

定向反射与透射材料：入射角＝反射角，透射方向与入射方向一致镜面玻璃平板玻璃均匀扩散反射、透射材料粉刷涂料乳白玻璃反光和透光材料*

定向扩散反射与透射材料：与入射角相同的反射角方向上、与入射方向一致透射方向上有最大亮度，其它方向也有一定亮度光滑的纸油漆表面磨砂玻璃反光和透光材料*光问题与热问题的比较

共同点

热问题：相同条件下，投入能量越多，温度就越高光问题：相同条件下，可见光区投入能量越多，亮度就越高不同点热量守恒：热源停止供热，已有的热量也不会消失；热被材料吸收了仍然存在。亮度不守恒：光源停止发光，光就没了；光被材料吸收了就不存在了，变成了热。*视觉与光环境

良好的光环境是保证视觉功能舒适有效的基础什么是良好光环境？人们可以不必通过意识的作用强行将注意力集中到所要看的地方，就能不费力气而清楚地看到所有搜索的信息获得的信息与实际情况相符合背景中也没有视觉“噪声”干扰注意力*眼睛的生理特点

视网膜的两种感光细胞

亮度高于3nt(cd/m2)时主要由锥状细胞发挥作用在亮度低于0.01nt时主要由杆状细胞发挥作用，但不能分辨颜色绝对光阈：背景亮度为0时可识别的临界亮度

目标越小要求越高呈现时间越短要求越高*视野和视场水平方向单眼视野180

双眼视野180

斜线区为单眼视野范围，白色区为双眼视野范围。单眼向上60

，向下70

。*视觉特征描述

亮度对比度亮度对比度对人眼看物体的清晰程度的影响*视觉特征描述

视角视觉敏锐度：刚刚能分辨的视角的倒数*视觉特征描述

视觉适应*颜色彩度RYGBP明度YGRPBRPYRGYBGPB

度量：孟赛尔表色系相邻色调间逐步过渡相同黄色Y也有偏红黄YR和偏绿黄GY之分每种色调分为10个等级，主色调和中间色调的等级均为5。10Y表示黄与黄绿的中间色，即淡黄绿色。*孟赛尔表色系(镜像)*颜色产生的心理效果

情绪感觉积极色：暖色调＋高亮度消极色：冷色调＋低照度温度感觉：红热蓝冷，主观温差效果可达3~4℃

大小轻重感觉：明度影响。高明度者大而轻，低明度小而重*颜色产生的错觉333037*视觉功效

人借助于视觉器官完成视觉作业的效能称视觉功效。一般用完成作业的速度和精度来定量评价视觉功效。主要与视角、照度、亮度对比系数和识别时间有关。研究方法：实验研究识别几率：正确识别的次数与识别总次数的比率*视觉功效曲线

条件：识别几率95％*舒适光环境评价

适当的照度或亮度水平

合理的照度分布舒适的亮度分布：适合的亮度对比很重要宜人的光色：影响对物体颜色的判别和人的心理感觉无眩光干扰光的方向性：使被视物体有立体感*适当的照度或亮度水平亮度到一定程度后，反而会超过眼睛的适应范围。当物体亮度超过一定值时人眼会感到刺眼，不能工作。对于人眼视力而言，存在着最佳亮度。*合理的照度分布照度分布应该满足一定的均匀性。视场中各点照度相差悬殊时，瞳孔就经常改变大小以适应环境，引起视觉疲劳。

一般认为空间内的照度最大值、最小值与平均值的相差不超过1/6是可以接受的。

照度均匀度＝工作面最低照度/工作面最高照度人工照明，照度均匀度需大于1/3；自然采光，照度均匀度需大于1/10。*有突出亮的面*有突出暗的面*亮度分布适宜*眩光当视野内出现高亮度的光时,使眼睛不能完全发挥机能，这种现象成为眩光。在眩光下，瞳孔会缩小，以提高视野的适应亮度，也就降低了眼睛的视觉敏感度。视力降低眩光：如白天眼睛正视太阳，太阳光直射工作面、夜间眼睛正视迎面而来的汽车灯光。不舒适眩光：一个很大的高亮度光源在接近视线的高度上，虽不会降低视力，但会引起视觉上的不舒适。如看阳光下的积雪等。*眩光产生的原因

不恰当的自然采光口，不合理的光亮度，不恰当的强光方向，都会在室内造成眩光现象。可能产生眩光的地方玻璃办公桌面局部照明的展板不恰当的工作面照明黄种人眼睛的黑色素较白种人的多，对眩光的忍受力比白种人强。白种人比黄种人的耐暗程度强。**光污染

玻璃幕墙的反射眩光不仅会影响司机视力，而且还会干扰附件建筑的室内光环境。*人工照明

特点不受光气候影响不受建筑设计影响控制方便需要消耗大量电能增加夏天空调负荷*人工光源

种类热辐射光源：白炽灯、卤钨灯气体放电光源：荧光灯、节能灯、高压汞灯、金属卤化物灯、高/低压钠灯光谱特点非连续多峰值*白炽灯

光效低色偏红灯丝高温(2300K以上)，高亮度，有眩光寿命短无频闪现象调光性好耐频繁开关*白炽灯的光谱特性*卤钨灯

光效和寿命均高于白炽灯，灯丝温度很高*荧光灯

光效较高，寿命长，显色性好，表面温度低所谓节能灯就是紧凑型荧光灯，33~58lm/W*荧光高压汞灯

光效高寿命长显色性差*气体放电光源光谱

低压钠灯的主要波长为589nm的黄光，最接近555nm，故发光效率最高。*不同光源的光效表面温度小空间适用*照明方式一般照明分区一般照明局部照明混合照明*局部照明(混合照明)*分区照明(分区一般照明)*人工照明设计中的灯具利用系数Cu

影响因素灯具类型灯具间隔各内壁面反射率房间的长宽灯具到工作面的距离实用形式：查手册中的表格*天然采光

天然采光特点

节能：104lm/W

视觉效果好，不易导致视觉疲劳健康，连续的单峰值光谱满足人的心理和生理需要难度大，受光气候条件和建筑设计制约采光与遮阳有矛盾*有无采光窗的心理影响*人工照明效果*天然采光效果*天然采光原理

天然光＝直射光＋散射光。全云天只有扩散光。直射光随太阳高度角增加而增加扩散光：散射光在太阳高度角较小时变化快，到太阳高度角较大时变化小。

最不利天气：全云天晴天室外照度变化*天然采光标准

采光系数C定义：室内某一点的天然照度

Ei

与同一时间的室外照度Eo

的比值。

C=(Ei/Eo)×100%在采光标准中，室外照度是指全云天时的天空扩散光。采光系数标准值：不同情况的视看对象要求不同的照度。一般将视觉工作分为1~5级，各级的天然照度最低值分别为250、150、100、50和25lx。*天然采光标准

下面的采光系数乘以各光气候分区的光气候系数K，即可得各分区的采光系数。采光系数标准值53210.575321350250150100502501501005025d0.150.15<d0.30.3<d1.01.0<d5.0d>5.0*中国光气候分区与光气候系数IIIK=0.85K=1.0室外总照度年平均值31.46lxK=0.9室外总照度年平均值21.18lxK=1.2K=1.1VVIIIIIIIIIIIIIVIV*侧窗采光*侧窗采光用于有外墙的房间*

窗台高度变高时,室内深处的照度变化不大，近窗处的照度变化很大，而且出现拐点。*窗台高度不变,窗的上沿高度降低时的室内照度的变化，近窗处照度变小，离窗远处照度的下降明显。*不同类型玻璃的采光效果通过采用乳白色玻璃，玻璃砖等扩散透光材料，可以在一定程度上提高房间深处的照度*不同侧窗位置对室内照度的影响平面图剖面图*天窗采光用于内区、中庭、顶层*天然采光控制：节能舒适

仅靠门窗天然采光的局限天然采光受建筑设计制约过强的光照导致不舒适控制天然采光的方法百页控制光电玻璃控制反射镜控制天然采光与人工照明联合控制*百页控制*光电玻璃：根据室内照度改变玻璃透光率被动反电极主动电光层电解质层锂离子*利用反射镜：香港汇丰银行*利用反射镜：香港汇丰银行*利用反射镜照射内区*利用反射镜照射内区*

利用反光镜和吊顶反射英国议会大厦*DaylightusageLightingOptimumbrightness(750lx)自控可调百页可调灯光照度控制百页照明联合控制：

东京电力会社*

能耗比例时间百页、照明联合控制常规照明控制优化照度管理自然、人工联合照明控制午间照度控制

屋面的日射测试装置（辐射量、高度角）*为什么要研究建筑的空气环境?人们约有80％以上的时间是在室内度过的。很少有人对不清洁的空气所导致的深远影响有所认识，而对这一问题缺乏应有的重视却对人类的寿命产生如此严重的影响。

Hood1944年*SBS－SickBuildingSyndrome

病态建筑综合症：现代都市病症状

头痛、恶心疲乏，萎靡不振粘膜有刺激感（眼红、流泪、咽干等）易感冒患哮喘或其它呼吸道疾病BRI：建筑关联病*SBS－SickBuildingSyndrome

病态建筑综合症：现代都市病室内空气环境是人们接触最频繁的环境室内污染物增多：燃料消耗量、化工产品品种、建筑材料品种增多为了减少空调采暖能耗，建筑物密闭程度增加*(1)NIOSH的调查 (2)WHC的调查问题种类 数量(%)数量(%)新风量不足2525271052内部污染物771616512外部污染物48101259建筑材料204272微生物污染26560.4无IAQ问题611232924(1)NIOSH(美国国立劳动安全卫生研究所)1987年发表的对484所办公建筑物的调查结果(2)WHC(加拿大卫生和福利机构)1990年发表的对1362所办公建 筑物的调查结果*空气污染的评价指标

阈值

纯客观指标阈值的种类时间的加权平均阈值：8h工作日或35h工作周加权平均浓度，在该浓度下日复一日停留的人员几乎均无有害影响。使用最广泛的阈值。短期暴露极限阈值：15分钟暴露无害。最高极限阈值：瞬间暴露无害。时间的加权平均阈值确定的困难污染物对人体的长期影响难以确定。多种有害物的共同作用难以确定。*空气污染的评价指标

室内空气品质（IAQIndoorAirQuality)

丹麦工业大学P.O.Fanger的定义(1989)：品质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。

从纯主观感受出发。

ASHRAE62-1989的良好IAQ定义：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

主观感受与客观评价结合。*空气污染的评价指标ASHRAEStandard62-1989R的定义

AcceptableIndoorAirQuality：空调空间中绝大多数人没有对室内空气表示不满意，并且空气中没有已知的污染物达到了可能对人体产生严重健康威胁的浓度。反映了主观和客观的结合，ASHRAEStandard62-1999给予了继承。

AcceptablePerceivedIndoorAirQuality:感觉上可以接收的IAQ，应该是必要条件而不是充分条件，62-1999中未出现。*空气污染的评价指标

室内空气品质的评价方法方法1：测量室内污染物浓度

客观评价方法2：居住者问卷调查

主观评价问题：

用什么作为代表性的污染物？(测什么？)

主观评价结果往往与客观评价结果矛盾：客观测量值远远低于控制标准，但主观感觉不好客观测量值可能有些问题，但主观感觉并不差人们感觉不舒服的原因很多，不知道哪些是IAQ的问题（热环境、颜色、照度、工作压力等也有影响）。*空气污染的评价指标

室内环境品质(IEQIndoorEnvironmentQuality)

大量研究证明，引起病态建筑综合症的并非某一种室内污染物的单独作用，也并非完全由室内空气中的污染物所致，而是多种因素的综合作用。室内空气品质、舒适度、噪声、照明、社会心理压力、工作压力、工作区背景等因素对室内人员生理和心理上的单独和综合的作用。*空气污染的评价指标IAQ的标准：规定了室内污染物浓度的上限值。

我国：有商用建筑的空气品质卫生标准（公共场所卫生标准），和2002年新颁布的民用建筑的空气品质标准。芬兰：公寓建筑的室内气候标准。特点：除污染物浓度外，均考虑了温湿度、风速、噪声、照明等影响，相当于反映了部分IEQ水平。*民用建筑工程室内环境污染控制规范

民用建筑工程室内环境指标Ⅰ类民用建筑工程：住宅、宿舍、医院病房、老年建筑、幼儿园、学校教室等建筑工程；

II类民用建筑工程：旅店、办公楼、文化娱乐场所、书店、图书馆、展览馆、体育馆、商场(店)、公共交通工具等候室、医院候诊室、饭馆、理发店等公共建筑工程。*空气污染的评价指标

气味人们往往根据气味评判空气质量鼻子的特征比任何测量仪表都灵敏嗅觉有时间适应性：难以定量个体有差异，难以作为客观标准鼻子的灵敏度随空气的温湿度改变

P.O.Fanger的研究结论为：IAQ随空气焓值的降低而提高。*鼻子感觉的生理基础嗅觉温觉化学感觉*温湿度和IAQ满意度的关系*C.P.Yaglon制定的臭气强度指标一般控制在2级一下*根据国家环保局的统一规定，中国空气质量划分为5级 评价客观 级别 综合指数I 说明

I 0~0.49清洁，适宜人类生活

II 0.5~0.99未污染，污染物不超标，人类生活正常

III 1.0~1.49轻污染，至少有1个指标超标，敏感者 受害。

IV 1.50~1.99中污染，2－3个指标超标，人群健康 明显受害，敏感者受害严重。

V

2.00重污染。3－4个指标超标，人群健康 明显受害，敏感者可能死亡。*1998年全国主要城市空气污染算术叠加指数（年均值）SO2，氢氧化物，悬浮颗粒物*

用大气质量指数法进行IAQ客观评价（《中国生态住宅技术评估手册》建议，2001）污染物分指数算术叠加指数综合指数污染物衡量标准实测浓度标准上限*污染物衡量标准

气体污染物浓度：体积浓度(ppm)、质量浓度(mg/m3)、放射性气体浓度(Bq/m3)

放射性比活度specificactivity：某种材料单位质量的某种放射性核素的活度，Bq/kg。悬浮颗粒物质量浓度：mg／m3

计数浓度：粒／cm3

微生物撞击法：菌落形成单位（CFU）/m3

沉降法：个（菌落）/皿*正常大气组分

常量组分符号含量(ppm)氮气N2780840.00氧气O2209460.00氩气Ar9340.00氖气Ne18.18氦气He5.14氪气Kr1.14氢气H20.50*室内空气污染物的来源之一：室外来源

大气的易变量组分 符号 含量(ppm)

水蒸气 H2O130000

二氧化碳 CO2350

甲烷 CH41.67

一氧化碳 CO0.19

臭氧 O30.04

氨气 NH30.004

二氧化氮 NO20.001

二氧化硫 SO20.001

一氧化氮 NO0.0005*室内空气污染物的来源之一：室外来源燃料的燃烧、交通工具、工业企业、城市垃圾等造成的：NOx、SOx、H2S、悬浮颗粒物、烟雾等

地层放射性污染被污染的水*室内空气污染物的来源之二：室内来源生产工艺工程：有机溶剂的蒸汽、燃烧产生的有毒气体、刺激性气体、生产性粉尘等家电的电磁辐射设计或管理不良的HVAC系统以及………*生活中的燃烧过程：炊事、吸烟等*装修材料、日化产品*微生物*室内污染物的来源*

CO2：新陈代谢气味：汗液蒸发、呼吸、有机物排泄、微生物分解、氨气等衣服上的灰尘、细菌烟草的烟气：VOC和CO室内空气污染物的来源之三：人体生物污染*室内空气污染物的来源之三：人体生物污染新鲜空气与人体呼气的成分(体积%)成分N2,O2,CO2其它废气

新鲜空气78.0320.990.03人体呼气79.1-80.014.5-18.53.5-5.0若干*空气污染物的种类及其所造成的污染

气体污染物

CO2

氡

氨挥发性有机化合物VOC

气味

分子污染

悬浮颗粒物

微生物（病毒、细菌、尘螨）

其它（油烟、烟草烟雾、臭氧等）*CO2

常用指标

室内来源主要为人体代谢过程：人体呼出的空气中约占4％，与人体代谢率有关；儿童为成年人的50%。排出CO2越多，同时排出其它代谢废气也越多。有机物燃烧过程：炊事、抽烟在室外空气中的浓度

CO2为300－400ppm，O2为209460ppm

目前居住建筑的控制标准高级客房：700ppm

普通居住空间：1000ppm

过渡空间：2000ppm*CO2

常用指标

作用一般浓度下，无毒，无臭。超过700ppm，敏感者能觉察到人体的其它代谢污染；超过1000ppm，较多人感到不舒服；超过10000ppm，呼吸深度显著增加。为什么测CO2作指标？易测反映了其它人体代谢污染物产生的水平

不能反映其它过程产生污染物的水平*CO2作为空气污染的指标浓度及其意义(日本)浓度ppm 意义

7l0 连续在室的可容许值

1000 一般场合的可容许值

1500 通风换气计算用的上限值

2000-5000不良状态

5000以上非常不良状

40000—50000

呼吸中枢神经受刺激,呼吸急促加深(4-5%) 连续呼吸10分钟,则发生强烈的呼吸 困难，头疼18%以上 致命的*氨

特性：无色，有强烈刺激性气味。碱性物质，可感觉最低浓度为5.3ppm。来源：冬季施工过程中在混凝土中添加氨水作为防冻剂，释放期较长，危害大。装饰材料中的添加剂和增白剂，释放期较短，危害较小。*氨

危害对皮肤组织、上呼吸道有腐蚀作用，造成流泪、咳嗽、呼吸困难，严重可发生呼吸窘迫综合症；通过三叉神经末梢反射作用引起心脏停搏和呼吸停止；通过肺泡进入血液，破坏运氧功能。防止污染措施禁止使用氨作防冻剂*氡(Rn)：Radon

氡是一种无色、无味、自然界唯一的天然放射性惰性气体，由镭蜕变产生。在放射疗法中可用作辐射源，在科研中可用于制造中子。它最稳定的同位素是Rn222。半衰期为3.82天。原子序数86；熔点-71℃；沸点-61.8℃；比重（固态）4。来源地基土壤中有镭。花岗岩、水泥、石膏、部分天然石材中含有镭。天然气中含有氡。*氡(Rn)：Radon

危害易扩散，溶于水和脂肪。极易进入人体呼吸系统造成放射性损伤。肺癌的第二大诱因，潜伏期15年以上。防护建材局与卫生部1993年的天然石材的放射性控制标准：A类可居室内使用，C类只能在外表面使用表面涂层可阻挡氡的逸出；加大通风换气次数，降低室内氡气浓度。*VOC

(VolatileOrganicCompounds)

常见种类数10种到上百种，主要由脂肪族碳水化合物，芳香族碳水化合物组成。例如酒精类、甲醛、甲苯、四氯化碳等，主要对人体的呼吸器官和神经器官有影响

。

根据沸点不同可分50---100℃VVOC(VeryVOC)100---260℃VOC260---400℃SVOC(Semi-VOC)400℃以上POM(Particulateorganicmatter)*VOC

(VolatileOrganicCompounds)

特点单独浓度不高，但多种微量VOC的共同作用不可忽视。长期低剂量释放，对人体危害大。引起头痛、恶心等症状。来源：各种漆、涂料、胶粘剂、阻燃剂、防水剂、防腐剂、防虫剂室内建材家具*VOC

(VolatileOrganicCompounds)影响室内IAQ的主要是50---100℃的VVOC和100---260℃的VOC

由于VOC种类很多，难以检测和分类，世界卫生组织WHO在1987年给出了一个室内总VOC(TVOC)的含量不能超过300

g/m3的上限值；我国民用建筑工程室内环境指标TVOC指标为500

g/m3

。疑问：IAQ差

超标，浓度指标合适吗？*甲醛(HCOH)

特点无色，有强烈刺激性气味。水溶液为福尔马林大气中平均浓度0.005-0.01mg/m3，低于0.03mg/m3，新装修宾馆可达0.85mg/m3，控制标准为0.12mg/m3

来源工业废气、汽车尾气、光化学烟雾建筑材料：地毯、人造板、泡沫树脂保温板***

装修材料：胶粘剂、涂料***

日化产品：清洁剂、消毒剂、液化石油气*甲醛

危害浓度0.1mg/m3有异味影响

0.5mg/m3以上刺激粘膜(眼、呼吸道等)，产生变态反应(眼红、流泪、咽干等)、恶心、胸闷等。

6.5mg/m3以上引起肺炎、肺水肿，甚至导致死亡。有致畸、致癌作用。对神经系统、免疫系统、肝脏都有危害。释放特性释放期长，3－15年。高温、高湿条件下甲醛散发力度加大。*气味

分子污染

影响空气的新鲜度和IAQ的可接受性。低浓度污染，不会超过权威机构的上限值。分子的重量为1

m微粒的1/1010倍，扩散速度极快，难以控制。因此源控制最重要。来源厨房、卫生间人体生物污染烟草烟雾低浓度VOC和其它有气味的污染物*包括烟气、大气尘埃、纤维性粒子及花粉，其中直径小于10

m的微粒称为可吸入颗粒物。按质量计，大气尘中10

m以下占72%；工业过程产尘，10

m以下占30%，可吸入并停留在呼吸道中，造成矽肺和肺癌。来源

室外来源和生产过程人员活动：行走、抽烟石棉建材一、二次扬尘和室内湿度过低是其产生的主要原因。避免扬尘、增强过滤、控制湿度等方式以及控制产生源等手段来避免污染悬浮颗粒物*微生物

病毒和细菌附于悬浮颗粒物上传播，是传染病的来源霉菌：滋生于潮湿阴暗的土壤、水体、空调设备中军团病(legionnaires'disease)：一种大叶性肺炎1976年在美国费城的宾西法尼亚美军军团会议的参加者中发生的军团病是典型的例子。死亡率高达15-20%。军团肺原菌是一种普遍存在的嗜水性需氧细菌：Legionella，可通过风道、给水系统进入室内空气。*微生物

尘螨

适宜环境20－30℃，75－85％，空气不流通场所可引起哮喘、过敏性鼻炎、过敏性皮炎孳生地：纯毛地毯、床垫控制方法：通风换气，保持清洁*烟草烟雾：最常见的室内空气污染危害：刺激和臭味香烟烟气的典型组成成分(mg/支)：成分主流烟气二次烟气燃过的烟草350400全部颗粒2045尼古丁11.7一氧化碳2080二氧化碳6080氧化氮0.010.08丙稀醛0.08-----产生烟气时间20s550s*臭氧

臭氧(O3)：一种刺激性气体，主要来自室外的光化学烟雾。室内的电视机、复印机、激光印刷机、负离子发生器等在使用过程中也都能产生臭氧。性质：可氧化空化合物而还原，可杀菌；可被橡胶、塑料等吸附。臭氧对眼睛、粘膜和肺组织都具有刺激作用，能破坏肺的表面活性物质，并能引起肺水肿、哮喘等。*污染物的控制方法“堵源”─建筑设计与施工特别是围护结构表层材料的选用中，采用VOC等有害气体释放量少的材料；“节流”─切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，使可能的污染源产污量降低到最小程度；“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。这也是改善室内空气品质的基本方法。“清除”─采用各种物理或化学方法如过滤、吸附、吸收、氧化还原等将空气中的有害物清除或分解掉。*通风换气或空气调节

稀释方法

通风自然通风：依靠自然风压、热压作用进行通风机械通风：利用风机等机械设备进行通风空气调节传统方式：调节温湿度、流速、洁净度新方式：空气成分、气味污染严重：直流式系统（即机械通风系统）污染不很严重：部分回风系统*MG，C0CVC全面通风的基本微分方程式（稀释方程）GC0d

+Md

-GCd

=VdC

在通风量一定、室内初始浓度为C1的时候，求C2与通风时间的关系：稳定状态的关系式：*新风通风换气量

决定因素室内污染物允许浓度室外污染物浓度室内污染物发生量：发生量已知否？？？室内污染物产生对换气量的要求人体代谢生物污染：以CO2浓度或臭气强度指数为指标确定换气量消除烟臭的要求根据吸烟量确定污染物发生量：VOC等微量产生的污染难以监测，通风量的确定仍然是需要研究的问题。ASHRAEST62－1989R虽合理但目前无法操作。*新风通风换气量常用民用建筑新风量范围以坐为主、少吸烟、久逗留场所*通风量与IAQ美国(欧洲)对学校，办公室的最新研究表明新风量与SBS之间有着一定的关系，当新风量小于36m3/h人时，SBS问题变得显著。关于人体代谢污染的问题，第一印象(FirstImpression)使80%的人能够满意的最小新风量是27m3/h人，对于已适应了室内环境的90%的人能够满足的最小新风量只需9m3/h人。**自然通风

基本原理：只要建筑开口两侧存在压力差

P，就会有空气流过开口。流过的风速为：热压：温差引起的空气密度差导致建筑开口内外的压差。风压：室外气流绕流引起建筑周围压力分布的不同形成开口处的压差。*热压通风h

w

nba*热压通风的基本概念余压*多层建筑的热压引起的自然通风余压*热压作用模拟的建筑模型

每层有上下两个开口*室内空气速度分布*室内空气温度分布*风压作用下的自然通风*风压作用下的自然通风Pf

往往采用CFD或风洞模型实验的方法求取K值。风压系数*风洞模型实验*风洞模型实验*风压和热压的联合作用*风压和热压的联合作用*气流分布与IAQ向室内引入的新风是否都进入了呼吸区？室内空气更新的快慢如何？室内污染物被转移出去的迅速程度又如何？*置换通风数值求解方法的空间模型1-壁橱，2-桌子，3-计算机，4-人，5-灯，6-送风口，7-回风口气流分布的研究方法

数值求解法半经验公式法示踪气体实验法*置换通风的速度场*置换通风的温度场*置换通风的污染物浓度场置换通风送风形式，污染物浓度高的部位在上方。*置换通风的空气年龄场置换通风送风形式，空气年龄长的部位在上方。年龄单位：秒*气流分布性能评价：空气年龄Airage污染物的浓度衰减曲线*空气年龄

平均空气年龄：换气时间：

r=2

活塞流：

＝

出口/2

r＝

出口充分混合流：

＝

出口，

r＝2

出口

非完全混合流：入口空气年龄最年轻，出口空气年龄最老。排出空气浓度*换气效率不涉及污染源的位置

理论上最短的换气时间是多少？活塞流所用时间：

n＝V

/G

换气效率定义：*通风效率：涉及污染源的位置

充分混合流E＝1

活塞流均匀污染源E＝2

如果污染源在出口呢？污染源在入口呢？*其它指标

能量利用系数：类似通风效率，但用得热代替污染物，温度代替污染物浓度。不均匀系数：反映气流温度场和速度场的不均匀程度。t均方根偏差*换气效率

和能量利用系数

*其它清除空气污染的方法

空气过滤去除悬浮颗粒物活性炭吸附气体污染物光催化纳米材料

TiO2

空气离子化紫外线杀菌与臭氧消毒*截留效应惯性效应扩散效应重力作用静电效应空气过滤：去除悬浮颗粒物

不同捕集机理的捕集效率对不同粒径的尘粒是不同的。*空气过滤：去除悬浮颗粒物(a)截留效应：粒径小的粒子惯性小，粒子不脱离流线。在沿流线运动时，可能接触到纤维表面而被截留。

(b)惯性效应：粒子在惯性作用下，脱离流线而碰到纤维表面。

(c)扩散效应：随主气流掠过纤维表面的小粒子，可能在类似布朗运动的位移时与纤维表面接触。

(d)重力作用：尘粒在重力作用下，产生脱离流线的位移而沉降到纤维表面上。

(e)静电效应：由于气体摩擦和其它原因，可能使纤维带电。**活性炭吸附气体污染物

材料：硬质的植物和果核原理：经过活化加工后，碳的内部形成了极小的空隙，表面积很大，1g的活性炭的有效表面积可以达到1000m2，具有极强的吸附性。性能：吸附量一般是其自身重量的1/6—1/5，到了饱和状态就会失效，需要更换。*活性炭的吸附性能物质名称饱和吸附量(%) SO2 10 Cl215 CS215 C6H6(苯) 24

O3

能还原为O2烹调臭味 30厕所臭味 30*光催化纳米材料

TiO2TiO2

是一种N型半导体，有很强的氧化性和还原性。在光化学反应中，以TiO2

作催化剂，在太阳光尤其是紫外线的照射下，使得TiO2固体表面生成空穴(h＋)和电子(e－)，空穴使H2O氧化，电子使空气中的O2还原，在此过程中，生成OH基团。OH基团的氧化能力很强，可使有机物（VOC）被氧化、分解，最终分解为CO2和H2O。*光催化纳米材料

TiO2甲醛光降解反应中的主要氧化还原反应：氧化反应：

还原反应：原理总结：

HCHO+H2O+4h++O2+4e-

HCOOH+2H++2h++O2+4e-

CO2+4H++O2+4e-

2H2O+CO2

*不同污染消除方法的效果0.07次/h*空气离子化

表示空气离子化程度的指标是离子浓度，即单位体积内正离子或负离子的个数。洁净的山区离子浓度为2000个/cm3，农村为1000-1500个/cm3，而城市则为200-400个/cm3，一般正离子数多于负离子数。一些研究结果认为，负离子对人体有良好的的生理作用，包括降低血压、抑制哮喘、对神经系统有镇静作用和有利消除疲劳。但室内负离子发生器产生大量臭氧，过多的臭氧反而对人体有害。限定臭氧浓度的上限：0.16mg/h。*杀菌消毒

紫外线可杀灭各种微生物，破坏蛋白质结构对照射量和照射时间有要求：数分钟臭氧

氧化剂，把微生物还原成氧和水，在环境中不留残留物

对反应时间有要求：数分钟*本章习题

请说明换气效率和通风效率的关系。与常规空调送风方式相比，个体空调有什么优缺点？

在SARS肆虐期间，为安全起见，一些人在空调系统中放置紫外灯杀毒灭菌，你对此有何评价？在空调系统里面释放臭氧杀菌的方法是否可行？*建筑热湿环境是如何形成的?

是建筑环境中最重要的内容主要成因是外扰和内扰的影响和建筑本身的热工性能外扰：室外气候参数，邻室的空气温湿度内扰：室内设备、照明、人员等室内 热湿源 *基本概念

围护结构的热作用过程：无论是通过围护结构的传热传湿还是室内产热产湿，其作用形式包括对流换热（对流质交换）、导热（水蒸汽渗透）和辐射三种形式。对流换热(对流质交换)围护结构传热传湿室内产热产湿辐射导热(水蒸汽渗透)*基本概念

得热(HeatGain

HG)：某时刻在内外扰作用下进入房间的总热量叫做该时刻的得热。如果得热<0，意味着房间失去热量。围护结构热过程特点：由于围护结构热惯性的存在，通过围护结构的得热量与外扰之间存在着衰减和延迟的关系。得热潜热显热辐射得热对流得热*非透明围护结构外表面所吸收的太阳辐射热不同的表面对辐射的波长有选择性，黑色表面对各种波长的辐射几乎都是全部吸收，而白色表面可以反射几乎90％的可见光。围护结构的表面越粗糙、颜色越深，吸收率就越高，反射率越低。反射吸收*太阳辐射在玻璃中传递过程

玻璃对辐射的选择性0.8可见光近红外线长波红外线普通玻璃的光谱透过率*太阳辐射在玻璃中传递过程

将具有低发射率、高红外反射率的金属（铝、铜、银、锡等），使用真空沉积技术，在玻璃表面沉积一层极薄的金属涂层，这样就制成了Low-e(Low-emissivity)玻璃。对太阳辐射有高透和低透不同性能。低透low-e玻璃*太阳辐射在玻璃中传递过程玻璃的吸收百分比a0:*太阳辐射在玻璃中传递过程

阳光照射到单层半透明薄层时，半透明薄层对于太阳辐射的总反射率、吸收率和透过率是阳光在半透明薄层内进行反射、吸收和透过的无穷次反复之后的无穷多项之和。*太阳辐射在玻璃中传递过程

阳光照射到双层半透明薄层时，还要考虑两层半透明薄层之间的无穷次反射，以及再对反射辐射的透过。假定两层材料的吸收百分比和反射百分比完全相同，两层的吸收率相同吗？*室外空气综合温度

太阳直射辐射大气长波辐射太空散射辐射对流换热地面反射辐射环境长波辐射地面长波辐射壁体得热*60℃！35℃！室外空气综合温度Solar-airTemperature考虑了太阳辐射的作用对表面换热量的增强，相当于在室外气温上增加了一个太阳辐射的等效温度值。是为了计算方便推出的一个当量的室外温度。如果考虑围护结构外表面与天空和周围物体之间的长波辐射： 如果忽略围护结构外表面与天空和周围物体之间的长波辐射： *室外空气综合温度

Solar-airTemperature

人们常说的太阳下的“体感温度”是什么？室外空气综合温度与什么因素有关？高反射率镜面外墙和红砖外墙的室外空气综合温度是否相同？请试算一下盛夏太阳下的室外空气综合温度比空气温度高多少？*

围护结构外表面与环境的长波辐射换热QL包括大气长波辐射以及来自地面和周围建筑和其他物体外表面的长波辐射。如果仅考虑对天空的大气长波辐射和对地面的长波辐射，则有：白天有天空辐射吗？试算一个夜间的室外空气综合温度是多少？天空辐射（夜间辐射，有效辐射）*通过围护结构的显热得热通过围护结构的显热得热通过非透明围护结构的热传导通过玻璃窗的得热外表面对流换热外表面日射通过墙体导热两种方式机理不同*通过非透明围护结构的热传导由于热惯性存在，通过围护结构的传热量和温度的波动幅度与外扰波动幅度之间存在衰减和延迟的关系。衰减和滞后的程度取决于围护结构的蓄热能力。*通过非透明围护结构的热传导

非均质板壁的一维不稳定导热过程：边界条件：

t(x,0)=f(x)

其中内表面长波辐射：

*x=0x=

Qenv通过非透明围护结构的热传导

利用室外空气综合温度简化外边界条件：实际由内表面传入室内的热量为： 这部分热量将以对流换 热和长波辐射的形式向 室内传播。只有对流换 热部分直接进入了空气。*通过非透明围护结构的热传导

板壁各层温度随室外温度的变化*通过非透明围护结构的得热

板壁内表面温度同时受室内气温、室内辐射热源和其它表面的温度影响气象和室内气温对板壁传热量的影响比较确定，容易求得内表面辐射对传热量的影响较复杂，涉及角系数和各表面温度*内表面辐射如何影响板壁的传热？Qin’=Qconv+Ql尽管Qin增加了，但Qout和Qcond却是减少的。Tout,airQoutQcondQin=QconvTin,air*通过非透明围护结构的得热

内表面辐射导致的传热量差值

将内边界条件线性化，则可利用线性叠加压力将气象与室内气温的影响与其它部分分离出来，称作：“通过围护结构的得热”，HGt=t1+t2Qin’(即前面的Qenv)和Qin(即HG)的差值为：气象与室温决定部分辐射造成的增量*通过玻璃板壁的传热透过玻璃的日射得热通过玻璃窗的得热通过玻璃窗的得热

得热与玻璃窗的种类及其热工性能有重要的关系。*玻璃窗的种类与热工性能

窗框型材有木框、铝合金框、铝合金断热框、塑钢框、断热塑钢框等；玻璃层间可充空气、氮、氩、氪等或有真空夹层；玻璃层数有单玻、双玻、三玻等，玻璃类别有普通透明玻璃、有色玻璃、低辐射(Low-e)玻璃等；玻璃表面可以有各种辐射阻隔性能的镀膜，如反射膜、low-e膜、有色遮光膜等，或在两层玻璃之间的空间中架一层对近红外线高反射率的热镜膜。*玻璃窗的种类与热工性能

我国

民用建筑最常见的是铝合金框或塑钢框配单层或双层普通透明玻璃，双层玻璃间为空气夹层，北方地区很多建筑装有两层单玻窗。

商用建筑有采用有色玻璃或反射镀膜玻璃。发达国家

寒冷地区的住宅则多装有充惰性气体的双玻窗

商用建筑多采用高绝热性能的low-e玻璃窗。*玻璃窗的种类与热工性能

不同结构的窗有着不同的热工性能

U即传热系数Kglass

气体夹层和玻璃本身均有热容，但较墙体小。*

透过单位面积玻璃的太阳辐射得热：玻璃吸收太阳辐射造成的房间得热：注意：玻璃吸热后会向内、外两侧散热总得热：HGsolar＝HGglass,

+HGglass,a通过玻璃窗的得热*通过玻璃窗的得热

可利用对标准玻璃的得热SSGDi和SSGdif进行修正来获得简化计算结果：实际照射面积比玻璃的遮挡系数遮阳设施的遮阳系数窗的有效面积系数*玻璃窗的种类与热工性能

无色玻璃表面覆盖无色low-e涂层，可使这种窗的遮档系数Cs

低于0.3*通过玻璃窗的长波辐射???夜间除了通过玻璃窗的传热以外，还有由于天空夜间辐射导致的散热量采用low-e玻璃可减少夜间辐射散热

通过玻璃窗的温差传热量和天空长波辐射的传热量可通过各层玻璃的热平衡求得长波辐射导热和自然对流换热长波辐射室内表面对玻璃的长波辐射对流换热*遮阳方式

现有遮阳方式内遮阳：普通窗帘、百页窗帘外遮阳：挑檐、可调控百页、遮阳蓬窗玻璃间遮阳：夹在双层玻璃间的百页窗帘，百页可调控我国目前常见遮阳方式内遮阳：窗帘外遮阳：屋檐、遮雨檐、遮阳蓬*外遮阳和内遮阳有何区别?外遮阳：只有透过和吸收中的一部分成为得热内遮阳：遮阳设施吸收和透过部分全部为得热对流透过反射反射对流透过*通风双层玻璃窗，内置百页*内百页无通风有通风*通过围护结构的湿传递

湿传递的动力是水蒸气分压力的差。墙体中水蒸气的传递过程与墙体中的热传递过程相类似：w=Kv(Pout-Pin)kg/s

m2水蒸汽渗透系数，kg/(N

s)或s/m：*实际水蒸汽分压力饱和水蒸汽分压力温度通过围护结构的湿传递

当墙体内实际水蒸汽分压力高于饱和水蒸汽分压力时，就可能出现凝结或冻结，影响墙体保温能力和强度。*

室内显热热源包括照明、电器设备、人员显热热源散热的形式

辐射：进入墙体内表面、空调辐射板、透过玻璃窗到室外、其它室内物体表面（家具、人体等）；对流：直接进入空气。显热热源辐射散热的波长特征

可见光和近红外线：灯具、高温热源（电炉等）长波辐射：人体、常温设备

室内产热与产湿*室内产热与产湿

室内湿源包括人员、水面、产湿设备散湿形式：直接进入空气得热往往考虑围护结构和家具的蓄热，“得湿”一般不考虑“蓄湿”湿源与空气进行质交换同时一般伴随显热交换有热源湿表面：水分被加热蒸发，向空气加入了显热和潜热，显热交换量取决于水表面积无热源湿表面：等焓过程，室内空气的显热转化为潜热蒸汽源：可仅考虑潜热交换*人体散热散湿

见第五章！*空气渗透带来的得热

夏季：室内外温差小，风压是主要动力冬季：室内外温差大，热压作用往往强于风压，造成底层房间热负荷偏大。因此冬季冷风渗透往往不可忽略。理论求解方法：网络平衡法，数值求解《流体网络原理》课程将介绍参考文献：朱颖心，

水力网络流动不稳定过程的算法，《清华大学学报》,1989年,第5期工程应用：缝隙法、换气次数法*网络平衡法原理

节点平衡：AG＝0

回路压力平衡：B

P＝0

各支路和节点均编号。网络关联矩阵A元素aij：由i点到j点为1，反之为-1，无关为0。基本回路矩阵B元素bij：由j支路与i回路同向为1，反之为-1，无关为0。*冷负荷与热负荷

冷负荷：维持一定室内热湿环境所需要的在单位时间内从室内除去的热量，包括显热负荷和潜热负荷两部分。如果把潜热负荷表示为单位时间内排除的水分，则又可称作湿负荷。热负荷：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，包括显热负荷和潜热负荷两部分。如果只控制室内温度，则热负荷就只包括显热负荷。*负荷的大小与去除或补充热量的方式有关

常规的送风方式空调需要去除的是进入到空气中的得热量。

冷辐射板空调需要去除的热量除了进入到空气中的热量外，还包括贮存在热表面上的热量。*各种得热进入空气的途径

潜热得热、渗透空气得热得热立刻成为瞬时冷负荷通过围护结构导热、通过玻璃窗日射得热、室内显热源散热对流得热部分立刻成为瞬时冷负荷辐射得热部分先传到各内表面，再以对流形式进入空气成为瞬时冷负荷，因此负荷与得热在时间上存在延迟。*得热与冷负荷的关系*得热与冷负荷的关系

冷负荷与得热有关，但不一定相等决定因素空调形式

送风：负荷＝对流部分辐射：负荷＝对流部分＋辐射部分热源特性：对流与辐射的比例是多少？围护结构热工性能：蓄热能力如何？如果内表面完全绝热呢？房间的构造（角系数）注意：辐射的存在是延迟和衰减的根源！**房间空气的热平衡关系

排除的对流热＋空气的显热增值＝

室内热源对流得热＋

壁面对流得热＋渗透得热*室内热源对流得热室内热源得热＝室内热源对流得热＋热源向空调辐射板的辐射＋热源向壁面的辐射*壁面对流得热通过围护结构的导热得热＋本壁面获得的通过玻璃窗的日射得热＝壁面对流得热＋本壁面向空调辐射设备的辐射＋本壁面向其他壁面的长波辐射＋本壁面向热源的辐射Qcond*房间的总冷负荷房间的各种得热空气的显热增值内表面辐射导致的传热量差值得热和冷负荷的差值房间空气热平衡的数学表达式

对辐射项进行了线性化而导出*第三类边界条件：太难求解了！典型负荷计算方法原理介绍非均匀板壁的不稳定传热:其中内表面长波辐射：*1946.USA1950s.USSR1967.Canada典型负荷计算方法原理介绍

目的：使负荷计算能够在工程应用中实施发展：由不区分得热和冷负荷发展到考虑二者的区别*

稳态算法不考虑建筑蓄热，负荷预测值偏大动态算法，积分变换求解微分方程冷负荷系数法、谐波反应法：夏季设计日动态模拟。计算机模拟软件

DOE2(美国)、HASP(日本)、ESP(英国)DeST(清华)常用的负荷求解法*稳态算法

方法采用室内外瞬时温差或平均温差，负荷与以往时刻的传热状况无关：Q＝KF

T

特点简单，可手工计算未考虑围护结构的蓄热性能，计算误差偏大应用条件蓄热小的轻型简易围护结构室内外温差平均值远远大于室内外温度的波动值*稳态算法举例：北京室外气温和室内控制温度比较*积分变换法原理

对于常系数的线性偏微分方程，采用积分变换如傅立叶变换

或拉普拉斯变换。积分变换的概念是把函数从一个域中移到另一个域中，在这个新的域中，函数呈现较简单的形式，因此可以求出解析解。然后再对求得的变换后的方程解进行逆变换，获得最终的解。B域：问题容易求解对函数进行积分变换求解A域：问题难以求解对函数解进行积分逆变换获得解*为何板壁不稳定传热适用拉普拉斯变换？

拉普拉斯变换的应用条件时间变化范围为半无穷区间（0，+

）必须是线性定常系统拉普拉斯变换的特点复杂函数变为简单函数偏微分方程变换为常微分方程常微分方程变换为代数方程拉普拉斯变换的解传递矩阵或s-传递函数的解的形式*传递函数与输入量、输出量的关系积分变换法原理

传递函数G(s)仅由系统本身的特性决定，而与输入量、输出量无关，因此建筑的材料和形式一旦确定，就可求得其围护结构的传递函数。这样就可以通过输入量和传递函数求得输出量。

如果输入原函数是指数函数，则不需变换直接输入，即可求得解的原函数。*应用条件

对于普通材料的围护结构的传热过程，在其一般温度变化的范围内，材料的物性参数变化不大，可近似看作是常数，可采用拉普拉斯变换法来求解。对于采用材料的物性参数随温度或时间有显著变化的围护结构的传热过程，就不能采用拉普拉斯变换法来求解。*线性定常系统的特性

可应用叠加原理对输入的扰量和输出的响应进行分解和叠加。当输入扰量作用的时间改变时，输出响应的时间在产生同向、同量的变化，但输出响应的函数不会改变。可把输入量进行分解或离散为简单函数，再利用变换法进行求解。求出分解或离散了的单元输入的响应，这些响应也应该呈简单函数形式。再把这些单元输入的响应进行叠加，就可以得出实际输入量连续作用下的系统的响应输出量。*输入边界条件的处理方法

输入边界条件的处理步骤边界条件的离散或分解；求对单元扰量的响应；把对单元扰量的响应进行叠加和叠加积分求和。两种基于积分变换的负荷计算法：函数均采用拉普拉斯变换，边界条件的处理方法不同对边界条件进行傅立叶级数分解：谐波反应法对边界条件进行时间序列离散：反应系数法*武汉市室外干球温度的全年变化*＝＋＋输入边界条件的处理方法：傅立叶级数分解*输入边界条件的处理方法：

时间序列离散

*两种积分变换法

反应系数法(冷负荷系数法)：任何连续曲线均可离散为脉冲波之和。将外扰分解为脉冲，分别求得脉冲外扰的室内响应，再进行叠加

室内负荷。对应离散系统，拉普拉斯变换转化为Z变换谐波反应法：任何一连续可导曲线均可分解为正(余)弦波之和。把外扰分解为余弦波，分别求出每个正(余)弦波外扰的室内响应，并进行叠加。*

设备使用1小时的室内负荷响应得热：Q(t)－－输入干扰负荷：CLQ(t)－－响应 反应系数法原理图示(1)*设备使用2小时的室内负荷反应系数法原理图示(2)*设备使用10小时的室内负荷响应反应系数法原理图示(3)*反应系数法

反应系数的大小即反应了某一项因素对某时刻负荷大小的影响程度。反应系数为0~1，相当于影响为0~100%。内外扰的处理围护结构传热采用冷负荷温度日射冷负荷采用冷负荷系数内扰采用冷负荷系数*(a)围护结构传热冷负荷基本计算式

Qcl(

)=KF[tcl(

)–tin]

tcl(

)为冷负荷温度逐时值，与围护结构类型、气象条件、朝向有关。

tcl(

)反映了室外空气温度、阳光辐射、建筑物蓄热等因素的综合影响。tinKFtcl(t)Qcl(t)冷负荷温度：一个当量温度室内温度*(b)日射冷负荷

Qcl(

)=FCsCnDt·maxCcl(

)F为窗面积，Dt·max是日射得热因素最大值

Ccl(

)是冷负荷系数，与纬度、朝向有关。

Cs为玻璃遮挡系数，Cn为遮阳系数。Qcl(t)D

·maxFCsCnCcl(

)反应系数法*

内扰冷负荷

Qcl(

)=HG(

0)

Ccl(-0)

HG(

0)为内热源散热量

Ccl(-0)是冷负荷系数

Ccl(-0)与开始使用时间和 连续使用时间有关，与建 筑热特性有关。QQcl(

)Ccl(t-0)反应系数法*谐波反应法

对外扰的分解：室外空气综合温度

tz(

)=tzp+

tz(

)=tzp+

tznsin(

n

+

n) =A0+

Ansin(2n

/T+

n)

对外扰的响应形式：围护结构对不同频率外扰有一定的衰减

n=An/Bn与延迟

n，响应也是傅立叶级数形式：

tin,n(

)=An/

nsin(2n

/T+

n-

n)]

通过围护结构形成的负荷：叠加tin,n(

)可得出tin(

)，通过tin(

)和室内热平衡就可求出负荷。*谐波反应法

玻璃窗冷负荷传热温差用外气温而不是室外综合温度：

Qcl(

)=KF

t(

)=KF[twp–tin+

twnsin(

n

+

n)]

内扰冷负荷对内扰响应的分解方法类似对外扰响应的分解。*谐波反应法的简化算法

算法繁琐，故需要简化传导部分(墙、窗)：Qcl(

)=KF

t-

t

为负荷温差，表中值为室温26℃时温差，可修正。算法同冷负荷系数法。日射部分：Qcl(

)=xgxdCnCsFJ(

)xg窗有效面积系数，xd地点修正系数，J(

)为负荷强度。xdJ

相当于冷负荷系数法的D

·maxQcl(

)，xgF相当于冷负荷系数法的F。内扰部分：Qcl(

)=HG(

0)JX

-oJX

-o为设备负荷强度系数(

-

0时刻)，同冷负荷系数法的Ccl(

)。*两种积分变换法总结

谐波反应法的简化算法与冷负荷系数法形式一致。为了便于手工计算，均把内外扰通过一个板壁形成的冷负荷分离出来，作为一个孤立的过程处理，不考虑与其它墙面和热源之间的相互影响。不能分析变物性的材料如相变材料制成的围护结构热过程。*两种积分变换法总结

只是在一定程度上反应了得热和冷负荷之间的区别，对辐射的影响作了很多简化：

对墙体内表面之间的长波辐射作了简化处理，给定比例忽略了透过玻璃窗日射落在墙内表面上的光斑的影响热源对流和辐射比例给定，与墙表面角系数给定把室内空气温度看作是常数如果房间与简化假定相差较远，则结果的误差较大，如内表面温度差别大、房间形状不规则、室内空气控制温度随时间变化等。*模拟分析软件GATE，60年代末，美国，稳态计算现在美国：DOE-2、BLAST、EnergyPlus、NBSLD

英国：ESP

日本：HASP

中国：DeST*模拟分析软件：美国，反应系数法DOE-2

由美国能源部主持，美国LBNL开发，于1979年首次发布的建筑全年逐时能耗模拟软件，是目前国际上应用最普遍的建筑热模拟商用软件，用户数估计达到1000~2500家，遍及40多个国家。其中冷热负荷模拟部分采用的是反应系数法，假定室内温度恒定，不考虑不同房间之间的相互影响。

EnergyPlus

美国LBNL90年代开发的商用、教学研究用的建筑热模拟软件。采用的是传递函数法（反应系数法）。*模拟分析软件：欧洲，有限差分法ESPESP(ESP-r)是由英国Strathclyde大学的能量系统研究组1977－1984年间开发的建筑与设备系统能耗动态模拟软件。负荷算法采用的是有限差分法求解一维传热过程，而不需要对基本传热方程进行线性化，因此可模拟具有非线性部件的建筑的热过程，如有特隆布墙(Trombewall)或相变材料等变物性材料的建筑。采用的时间步长通常以分钟为单位。该软件对计算机的速度和内存有较高要求。*模拟分析软件：中国，状态空间法DeST90年代清华大学开发的建筑与HVAC系统分析和辅助设计软件。负荷模拟部分采用状态空间法，即采用现代控制论中的“状态空间”的概念，把建筑物的热过程模型表示成：状态空间法的求解是在空间上进行离散，在时间上保持连续。对于多个房间的建筑，可对各围护结构和空间列出方程联立求解，因此可处理多房间问题。其解的稳定性及误差与时间步长无关，因此求解过程所取时间步长可大至1小时，小至数秒钟，而有限差分法只能取较小的时间步长以保证解的精度和稳定性。但状态空间法与反应系数法和谐波反应法相同之处是均要求系统线性化，不能处理相变墙体材料、变表面换热系数、变物性等非线性问题。*习题

室外空气综合