建筑环境学课件

建筑环境学

BuiltEnvironment

北京城建请电脑判“风水”

软件评估奥运规划2003年01月08日03:39北京晨报历时三年，投资395万元的北京市重大科技项目《北京城市规划建设与气象条件及大气污染关系研究》于上月底通过专家组验收。城市“风水”问题将能够以新的方式科学解决—计算机应用软件

中科院院士陈述澎在他的《遥感大辞典》中给出

“风水”－－“局地小气候”北京市用新设计出来的一套计算机软件系统，科学评估城市建筑规划对“风水”的影响。

“看”计算机软件－－－风水？何谓“风水”？奥运规划引入评估软件2008年奥运场馆中的奥林匹克公园和五棵松文化体育中心以及金融街改造项目中，科研人员首次对不同规划方案的气象要素及污染物变化进行分析。只要将建设规划的数据输入这套软件，程序就会自然打分。决策部门可依据不同因素，决定选择何种规划。有了这套系统，决策部门除了考虑造价、美观和工程质量，还能把环境因素列入参考数据。我国首部室内空气质量标准于2003年3月1日起实施

您家的室内空气质量怎么样？这个看不见也摸不着的问题有“标”可依：我国第一部《室内空气质量标准》正式出台标准首次引入室内空气质量的概念它的实施为消费者解决污染难题提供有力保障

IAQ：室内空气品质（IndoorAirQuality）在建筑物中的人们常表现出一些病态反应德国的星期一综合症便是其中著名的一例－为什么？？？病态建筑（SickBuilding）、病态建筑综合症（SickBuildingSyndrome）室内空气品质（IAQ)为何“IAQ”日益受到人们的重视？原因人们约有90％的时间都在室内度过，室内空气品质不佳是引起病态建筑综合症的主要因素。

后果由于IAQ问题导致的病态建筑综合症，使人们的健康和工作效率大受影响。为了改善室内空气品质，需要增加建筑和空调系统的初投资及维护费用。影响在美国IAQ问题是有关全民健康的首要问题之一，受其影响的美国人口多达3000万，由此造成的经济损失超过了$400亿/年，这些数字令人触目惊心。

住房改革带来的购房、室内装修热潮，使得IAQ问题尤为突出案例1：北京某居民装修一年后发现室内甲醛超标20倍，他本人也因此得了“喉乳头状瘤”，他把装饰公司告上了法庭案例2：北京抽查了6座高档写字楼，发现氨超标率80.56%，臭氧的超标率50%，甲醛的超标率42.11%。

案例3：北京每年发生有毒建筑材料引起的急性中毒事件约有400余起，中毒人数1万余人，慢性中毒约有10万人次。

案例4：国家卫生部、建设部和环保部门在去年9月的一次家庭装饰材料抽查中，发现不合格者占

68%。

国内IAQ现状如何应对？认识人们已经认识到解决IAQ问题的重要性与迫切性，

IAQ问题已成为建筑环境领域内的一个研究热点。研究从七十年代末开始，国内外的专家学者做了大量研究工作，目前尚缺乏对IAQ问题系统全面的认识举措“建筑环境学”课程的开设，就是应对上述问题的举措之一。发展历程建筑与环境的关系巢居、穴居整正意义上的建筑（安全性、功能性、舒适性、美观性）建筑外环境、建筑热湿环境、室内空气环境、建筑声、光环境人类对建筑与环境关系的认识过程建筑与环境建筑与人人与自然

建筑与环境关系的发展中存在的问题环境污染、能源枯竭、空气品质低下

建筑外环境为什么要考虑建筑外环境?

建筑物所在地的气候条件，会通过围护结构，直接影响室内的环境，为得到良好的室内气候条件以满足人们生活和生产的需要，必须了解当地各主要气候要素的变化规律及其特征。一个地区的气候是在许多因素综合作用下形成的。对建筑密切有关的气候要素有：太阳辐射、气温、湿度、风、降水等等。 第一节地球绕日运动的规律

经度和纬度伦敦格林威治天文台经线或子午线纬线东经西经北纬南纬180°90°0°0°0°0°+23.5°-23.5°第一节地球绕日运动的规律

太阳的位置与日照的关系赤纬：太阳光线与地球赤道平面之间的夹角赤纬d北回归线南回归线南北回归线赤纬和太阳高度角有什么区别？

时角和太阳方位角有什么区别？

太阳时角太阳高度角太阳方位角sin

=con

coshcond+sin

sindsinA=cosdsinh/cos

第二节太阳辐射可见光紫外线近红外线长波红外线太阳辐射能量比例

太阳常数1353W/m2：大气层外的辐射强度进入大气层后被反射和吸收，光谱成分有所改变，辐射强度有所改变。太阳高度角是重要影响因素。太阳辐射能与太阳高度角太阳高度角关于太阳高度角

太阳高度角与太阳通过的路径长度密切相关，从而影响日射强度。太阳高度角低则日射强度小冬季太阳高度角低，夏季太阳高度角高清晨和傍晚太阳高度角低，中午太阳高度角高高纬度地区太阳高度角低，低纬度地区太阳高度角高太阳高度角冬夏不同落到地球上的太阳辐射能量

由三部分组成直射辐射：为可见光和近红外线散射辐射：被大气中的水蒸汽和云层散射，为可见光和近红外线大气长波辐射：大气（水蒸汽和CO2）吸收后再向地面辐射，为长波辐射。在日间比例很小，可以忽略。所谓太阳总辐射强度一般仅包括前两部分太阳辐射强度与朝向

北纬40°的总辐射强度大气透明度

定义：IL/I0=P=exp(-kL)，P＝1最透明变化范围：0.65~0.75，在一个月份的晴天中可近似认为是常数我国将大气透明度作了6个等级的分区，1级最透明东京晴天的大气透明度逐月值我国的大气透明度分区6544332大气质量

mIN=I0Pmm=L’/L=1/sin

大大

太阳辐射能的去向第三节室外气候

自然的微气候

大气压力

地层温度

空气温度

有效天空温度

空气湿度

风降水大气压力

大气压力随海拔高度而变在同一位置，冬季大气压力比夏季大气压力高，变化范围5％以内海平面大气压力称作标准大气压，为101325Pa或760mmHg北京太原拉萨昆明玛多兰州格尔木地层温度表面温度的变化取决于太阳辐射和对天空的长波辐射，可看作是周期性的温度波动地层表面的月平均温度波动幅度基本等于室外月平均气温波动的幅度：北京全年最大月平均温差30.8℃，北京地层表面温度全年的波幅为15.4℃温度波在向地层深处传递时，有衰减和延迟；1.5m后日变化被滤掉；一定深度后便成为恒温层，温度比全年气温平均温度高1～2℃。地层温度

未考虑地热的影响，可以采用傅立叶导热微分方程来求地层在周期温度作用下的温度场。假定地壳是一个半无限大的物体，有：边界条件为过余温度 ℃A是地层表面温度的波幅(℃)，Z是波动周期(小时)。地层温度

深度达到某一个部位，最热月时此处的温度反而低于该点的全年平均温度，而在最冷月时，该点的温度要高于全年平均温度。如果考虑地热的影响，深度每增加1米，地层平均温度一般就会增加1/30℃左右。但与当地地质条件有关。未考虑地热影响的空气温度

主要指距地面1.5m高，背阴处的空气温度。与地表面以导热、对流和长波辐射形式进行热交换而被加热或冷却。对短波辐射几乎是透明体。日较差：一日内气温的最高值和最低值之差。年较差：一年内最冷月和最热月的月平均气温差。年平均温度：向高纬度地区每移动200~300km降低1℃。空气温度年较差与纬度的关系太阳辐射和气温变化空气温度的日变化

武汉九月初一天的气象数据

一天中最高气温一般出现在下午2~3时，最低气温一般出现在凌晨4~5时空气温度的年变化

武汉某年的气象数据

一年中最热月一般在7、8月份，最冷月一般在1、2月份。空气温度的局部效应

受地面反射率、夜间辐射、气流、遮阳等影响，离建筑物越远，温度越低空气温度的局部效应

霜洞效应：洼地冷空气聚集造成气温低于地面上的空气温度有效天空温度参考文献：刘森元，黄远峰：天空有效温度的探讨，《太阳能学报》，Vol.4,No.1,pp.63-68,1983地表温度空气温度水蒸汽分压力日照百分率湿度

来源

水体蒸发植物蒸发影响因素

地面性质水体分布季节寒暑天气阴晴

水蒸汽分压力

冬季较低，夏季较高湿热地区：15~20mbar

寒冷和沙漠地区：2mbar

日变化较小，季节变化较大内陆地区夏季：上午9~10时和晚上9~10时最高，凌晨和午后最低沿海地区夏季和各地秋冬季：日变化与气温日变化一致湿度日变化

相对湿度与气温变化反相湿度

年变化

内陆和沿海地区差别较大风

风的成因大气环流：造成全球各地气候差异赤道和两极温差造成地方风：造成局部差异，以一昼夜为周期地方性地貌条件不同造成，如海陆风、山谷风、庭院风、巷道风等季风：造成季节差异，以年为周期海陆间季节温差造成，冬季大陆吹向海洋，夏季海洋吹向大陆大气环流

赤道得到太阳辐射大于长波辐射散热，极地正相反。地表温度不同是大气环流的动因，风的流动促进了地球各地能量的平衡。大气环流地球的自转把赤道上空向两极流动的气流变成西风海陆风和山谷风风的测量

测量开阔地面10m高处的风向和风速作为当地的观测数据

风速有梯度，地面为0m/s，可认为按幂函数规律分布，如：风玫瑰图某地的风向频率分布实线为全年，虚线为7月份某地一年的风速频率分布北京地区的风玫瑰图

粗线：全年细实线：冬季，12~2月份虚线：夏季，6~8月份蒲福风力等级表降水

大地蒸发的水分进入大气层，凝结后又回到地面，包括雨、雪、冰雹等降水强度：24小时的降水总量，单位mm(或cm)

影响因素气温地形大气环流海陆分布我国降水分布

我国降水基本集中在夏季，长江流域在夏初有“梅雨”

降雪集中在北纬35°以北第三节室外气候

城市气候小区风场城市热岛建筑布局与日照此处易聚集垃圾小区风场

形成机理建筑物对来流风的阻碍和聚集作用小区内太阳辐射导致各表面存在温差而形成的自然对流不当风场的危害冬季造成热负荷增加高风速影响人员行动夏季自然通风不良小区风场

建筑的布局对小区风环境有重要的影响。北京，在北风来流7.6m/s时，局部1.5m高处出现10m/s的高风速北风场的3-D图：1.5m高处北小区风场

改变建筑布局，小区风环境有明显改善北小区风场

建筑布局风场模拟北北城市热岛

热岛强度：热岛中心气温减去同时间同高度（距地1.5m高处）附件远郊的气温的差值。单位：℃城市热岛的成因

自然条件市内风速、对天空长波辐射：建筑布局影响对天空角系数和风场云量：市区内云量大于郊区太阳辐射：市内大气透明度低下垫面的吸收和反射特性、蓄热特性：地面材料、植被、水体的设置人为影响：“人为热”交通、家用电器、炊事产热空调采暖产热城市热岛的成因：下垫面的影响不同下垫面的反射和吸收比不同下垫面的地表面温度下垫面对气温的影响砖石地面草地裸露的土地城市热岛与逆温层

由于自然对流的作用，在地面以上一定高度内形成了一个温度随高度上升的稳定的“逆温层”，使污染物处于低温区域，妨碍了污染物向上部的扩散，加剧了城市的污染程度。“逆温层”的影响范围与热岛强度有关，在大城市可达500m高，小城市约为50m。伦敦的城市热岛

伦敦地区冬季月均热岛强度达到6.7℃（12F）北京的城市热岛

北京80年代初城市热岛强度为夏季1.5℃，冬季5℃。家用空调的普及和车辆的剧增必然导致近年夏季热岛强度增加。1983年1月26～27日1982年7月北京某新建小区的热岛模拟S2区临马路，S3区绿化好，老区建筑布局不通风北京某新建小区的热岛模拟建筑布局与日照

日照的作用冬季采暖：充分利用太阳能自然采光需要：适当的散射辐射心理需要：冬日室内光斑对人的心理有积极作用影响因素纬度：决定太阳高度角和日射强度建筑布局：决定遮挡情况目标冬天尽量多：但太阳高度角低易被遮挡夏天尽量少：但太阳高度角高不易被遮挡日照的作用

日照过少导致人体产生的褪黑色素增加，引起精神忧郁紫外线杀菌，促进合成维生素D导致皮肤癌可见光获得照明红外线带来辐射热能建筑布局与日照

我国民用住宅设计规范要求每户至少有一间房间冬至日满窗日照时间不低于1小时。日影终日日影：一天中都没有日照永久日影：终年没有日照建筑布局与日照建筑的互遮挡：不同建筑物相互遮挡建筑的自遮挡：建筑物一部分被另一部分遮挡建筑的互遮挡情况永久日影

红线区内为永久日影区第四节我国气候分区特点

两个分区标准“民用建筑设计规范”（GB50176－93）的五个建筑热工设计分区建筑热工区划标准（GB50176－93）的七个建筑气候区划分区建筑热工设计分区严寒地区寒冷地区夏热冬冷区夏热冬暖区温和地区寒冷地区严寒地区寒冷地区严寒地区建筑气候区划标准的分区法I区II区III区IV区V区VII区VI区柯本(W.P.Koppen)的全球气候分区湿热寒冷高原干冷半干冷寒冷寒冷冬冷夏热冬干夏湿热习题

请推出式(2-3)，以强化对几个太阳角的理解为什么我国北方住宅严格遵守座北朝南的原则，而南方（尤其是华南地区）住宅并不严格遵守此原则？是空气温度改变导致地面温度改变，还是地面温度改变导致空气温度改变？晴朗的夏夜，气温25℃，有效天空温度能达到多少？如果没有大气层，有效天空温度应该是多少？习题

为什么晴朗天气的凌晨树叶表面容易结露或结霜？为保证日照时间满足规范要求，南方地区和北方地区要求的最小住宅楼间距是否相同？为什么？

采用高反射率的地面对小区微气候是改善了还是恶化了？为什么？水体和植被对热岛现象起什么作用？机理是什么？

建筑空气环境79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80SBS－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81SBS－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82(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83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。84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。85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。86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）。87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。88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），民用建筑的空气品质标准正在审批中。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。89民用建筑工程室内环境污染控制规范(送审稿)

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；２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。90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。91鼻子感觉的生理基础92嗅觉温觉化学感觉温湿度和IAQ满意度的关系93C.P.Yaglon制定的臭气强度指标94一般控制在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。951998年全国主要城市空气污染算术叠加指数（年均值）96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97污染物衡量标准

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98实测浓度标准上限正常大气组分

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H20.5099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 NO0.0005100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101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………102生活中的燃烧过程：炊事、吸烟等103装修材料、日化产品104微生物105室内污染物的来源106室内空气污染物的来源之三：人体生物污染

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CO107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108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）109CO2

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：2000ppm110CO2

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111CO2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112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。113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114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。115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。116VOC

(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)117VOC

(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118VOC

(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；将出台的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？119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120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。121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122悬浮颗粒物包括烟气、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123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。124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125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20s550s126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。127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。128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129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：130MG，C0CVC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。131新风通风换气量132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(FirstImpres

sion)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。133134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。135热压通风136h

w

nba热压通风的基本概念137余压多层建筑的热压引起的自然通风138余压热压作用模拟的建筑模型

每层有上下两个开口139室内空气速度分布140室内空气温度分布141风压作用下的自然通风142风压作用下的自然通风143Pf

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144风洞模型实验145风压和热压的联合作用146风压和热压的联合作用147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？148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149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-回风口置换通风的速度场150置换通风的温度场151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。152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153气流分布性能评价：空气年龄Airage154污染物的浓度衰减曲线空气年龄

平均空气年龄：换气时间：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。155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：156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？157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。158t均方根偏差159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160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。161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。162截留效应惯性效应扩散效应重力作用静电效应163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。164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 30165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。166不同污染消除方法的效果167(换气次数0.07/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。168本章习题

请推导出平均空气年龄和换气时间的表达式(3-28)和(3-29)。请说明换气效率和通风效率的关系。169本章参考讲座资料10月29日丹麦工业大学P.O.Fanger在本研究所的报告：“IndoorEnvironmentandHealth,ComfortandProductivity”10月11日同济大学龙惟定教授在本研究所的报告：“上海：空调与环境”170

建筑热湿环境171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 172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。173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。174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。175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1760.8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，这样就制成了具有良好透光性能的Low-e(Low-emissivity)玻璃。对太阳辐射有高透和低透不同性能。177低透low-e玻璃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。178太阳辐射在玻璃中传递过程179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？180室外空气综合温度

181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： 18260℃！35℃！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？183天空辐射（夜间辐射，有效辐射）

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？184通过围护结构的显热得热185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。186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：

187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。188x=0x=

Qenv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189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190内表面辐射如何影响板壁的传热？191Qin’=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：192气象与室温决定部分辐射造成的增量通过玻璃窗的得热193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

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。194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。195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。196通过玻璃窗的得热

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,a197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：198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0.3199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200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201外遮阳和内遮阳有何区别?202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203204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：205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。206实际水蒸汽分压力饱和水蒸汽分压力温度室内产热与产湿

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

207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208人体散热散湿

见第五章！209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210网络平衡法原理

节点平衡：AG＝0

回路压力平衡：B

P＝0211

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。212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。213

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。214得热与冷负荷的关系215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！216217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218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219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220Qcond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221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典型负荷计算方法原理介绍非均匀板壁的不稳定传热:222第三类边界条件：太难求解了！其中内表面长波辐射：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2231946.USA1950s.USSR1967.Canada常用的负荷求解法

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)224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225稳态算法举例：北京室外气温和室内控制温度比较226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。227B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228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。229传递函数与输入量、输出量的关系

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。230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。231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232武汉市室外干球温度的全年变化233输入边界条件的处理方法：傅立叶级数分解234＝＋＋输入边界条件的处理方法：

时间序列离散

235两种积分变换法

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。236237

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)238设备使用2小时的室内负荷反应系数法原理图示(2)239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240241(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反应系数法242(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243

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)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。244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。245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(

)。246两种积分变换法总结

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。247两种积分变换法总结

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