《建筑环境与能源应用工程专业综合实验》 教案 7-19 7.4.1室外环境参数测定实验

室外环境参数测定实验目的①了解室外环境的测定内容和方法，掌握太阳能辐射观测站、自动气象站、空气质量测试仪(NO2浓度测定）、空气微粒测试仪、声级计的使用方法。②锻炼设计测试方案、仪器操作、测试分析的实践能力。③通过实验测定，加深对室外气象参数、空气污染物、噪声的认知，通过对测试数据数据的分析，培养分析和解决实际问题的能力。实验原理室外气候是建筑环境学课程中的知识点。地球通过地球表面对太阳辐射热的吸收以及地球表面向太空的长波辐射维持地球表面的热平衡，保持地球特有的适宜人类生存的室外气候条件。建筑室外气候条件会通过围护结构，直接影响室内环境。与建筑密切相关的室外气象参数有：太阳辐射、空气温度、空气湿度、室外风速、降雨量等。只有详细了解室外气象参数的变化规律，才能更好地运用专业知识营造舒适的室内环境。太阳辐射能是地球上热量的基本来源。涉及建筑环境的室外气候因素包括太阳辐射、大气压力、风、空气温度、空气湿度等，这些因素都是由太阳辐射及地球本身的物理条件决定的。太阳辐射表用来测量太阳辐射强度，依据热电效应原理，感应元件是热电堆，即热接点在感应面上，冷接点位于机体内。当有阳光照射时温度升高，使冷、热接点产生温差电动势，在线性范围内输出的电动势信号与太阳辐照度成正比。为了减少空气对辐射表温度的影响，采用双层石英玻璃罩(如总辐射表);为了防止风、雨对辐射输出的影响及保护感应面，采用聚乙烯薄膜罩(如净辐射表)。自动气象站通过各类传感器测量室外风速、风向、空气温度、空气湿度、大气压力、全辐射、紫外辐射和降雨量等气象数据。环境空气污染物是室内污染物的来源之一，是影响人体健康的重要因素。环境空气污染物监测参数主要有环境空气中的二氧化硫（SO2）、二氧化氮（NO2）、氮氧化物（NOx）、一氧化碳（CO）、可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）等污染物。国家《环境空气质量标准》（GB3095）将环境空气功能区分为两类，并对各类不同功能区各类污染物浓度限值进行规定。空气质量测试仪是一种测试室内外环境空气化学污染物浓度的数字式仪表，根据测试物不同，有测试CO2浓度、CO浓度、NO2浓度、NO浓度等不同类型。空气微粒测试仪是一种测试室内外环境空气不同粒径颗粒物浓度的数字式仪表，根据测定颗粒物粒径选用不同的测试探头。有害气体体积浓度C（ppm=mL/m3）与质量浓度Y（mg/m3）可按以下公式换算：Y=C∙M/22.4（mg/m3）式中，M——气体分子的摩尔数。噪声是环境污染源之一，长期身处在高噪声环境，会对人体健康产生严重影响。国家《声环境质量标准》（GB3096）将声环境功能区分为五种类，并对其噪声限值进行规定。一般使用声级计进行测定。实验装置太阳能辐射观测站太阳能辐射观测站一般有5块辐射表，分别为TBQ1总辐射表、TBB1净辐射表、TBS2直接辐射表、TBQ2反射辐射表、TBD1散射辐射表。每个辐射表外接至主机记录仪相应的通道上，分别用于测量太阳总辐射、净辐射、直接辐射、反射辐射、散射辐射。此外，部分太阳辐射观测站可以测量紫外辐射、光谱辐射、分光谱辐射及光合有效辐射参数。记录仪每个通道上均显示各辐射量的瞬时值（单位为W/m2)、累计值（单位为MJ/m2)。自动气象站自动气象站系统采用模块化设计，用于测量风速、风向、空气温度、空气湿度、大气压力、降雨量、全辐射、紫外辐射等各类气象数据。其系统测量精度高，数据容量大，遥测距离远，可靠性高。安袭时必须在断电状态下连接各接口，确认无误后再通电。空气质量测试仪(NO2浓度测定）和空气微粒测试仪本实验空气污染物测定使用空气质量测试仪(NO2浓度测定）和空气微粒测试仪进行NO2、可吸入颗粒物（PM10）、细颗粒物（PM2.5）的浓度测定。噪声使用声级计进行测定。实验步骤及方法确定实验场地及测试方案每小组根据实验目的与要求，选取一处室外场地作为测试场所，制定测试方案，经老师审阅可行后开展实验。太阳能辐射观测站测试①按产品说明书将太阳能辐射观测站放置固定在合适位置上，把所有的辐射表保护盖拧下来，打开主机箱门，分别接通主机的电源。②接通直接辐射表自动跟踪控制器的电源，调节太阳倾角，同时按控制箱内的说明调节光筒的方向，使阳光透过光简上部边缘的小孔，形成的小光点正好照到下部边缘的心上，这时光简就对准了太阳，并使其自动跟踪太阳。③每隔5~10min从记录仪中分别记录太阳辐射强度数值，共测6组数据。仪器自动记录，实验结束后导出数据。自动气象站测试①按产品说明书将自动气象站放置固定在合适位置上，并连接安装自动气象站各测试模块（风速传感器、风向传感器、大气温度传感器、大气压力传感器、大气相对湿度传感器、降雨量传感器、总辐射传感器、紫外线辐射传感器），接通主机的电源。②每隔5~10min从记录仪中分别记录室外气象参数（大气温度、相对湿度、风速、风向、总辐射等）数据，共测6组数据。仪器自动记录，实验结束后导出数据。空气污染物测试（1）NO2浓度测定①根据测试场地大小，确定一个或多个均匀分布的测试位置。②按室内空气质量测试仪(NO2浓度测定）电源键开启设备，仪器探头向上，等待5分钟待仪器稳定后读数，每个5min读一次数据，每个位置读取3组数据。③以所有NO2浓度测试值的平均值作为室外NO2浓度。（2）PM10和PM2.5颗粒物浓度测定①根据测试场地大小，确定一个或多个均匀分布的测试位置，高度取1.7m处。②为空气微粒测试仪安装PM10检测探头，按电源键，启动设备。每个采样点需等待5分钟待仪器稳定，每5min读一次数据，每个位置读取3次数据。③关闭仪器，更换PM2.5检测探头，重复②的测试方法。④以所有PM10浓度测试值的平均值作为室外PM10浓度，所有PM2.5浓度测试值的平均值作为室外PM2.5浓度。噪声测试①根据测试场所面积和噪声分布情况，确定一个或多个测试位置进行测试。户外噪声测量时，测点应尽可能在离任何反射物（除地面）至少3.5m外测量，离地面的高度大于1.2m以上，必要而有可能时置于高层建筑上，以扩大可监测的地域范围。但每次测量其位置、高度保持不变。建筑物户外测量时测量点应距墙壁或窗户1m处，距地面高度1.2m以上。②在测试位置上，按声级计电源键，启动仪器，调节噪声测定范围，使环境测试噪声在声级计的噪声测定范围内。③受固定噪声源的噪声影响是，稳态噪声测量1min的等效声级Leq；非稳态噪声测量整个测试时段的等效声级Leq。④受交通噪声源的噪声影响，测量不低于平均运行密度的20min等效声级Leq。⑤受突发噪声的影响，应同时监测测量时段内的最大声级Lmax。结束试验①盖上各辐射表的保护盖，断开太阳能辐射观测站和自动气象站电源，关好主机箱门，导出数据。②及时关闭空气质量测试仪（NO2浓度测定）、空气微粒测试仪、声级计电源，整理记录的测试数据。实验数据记录及处理①请结合选取的测试场地，根据测试方案，绘制测试方案图，明确场地平面、各类仪器测点布置等内容。②实验原始记录和数据处理。表1太阳能辐射观测站测试记录表项目辐射量测定次数123……瞬时值W/㎡累计值W/㎡瞬时值W/㎡累计值W/㎡瞬时值W/㎡累计值W/㎡总辐射表散射辐射表直接辐射表反射辐射表净辐射表记录时间表2自动气象站气象测试记录表测定次数测定时间温度℃相对湿度%大气压力Pa风速m/s风向度总辐射照度W/㎡紫外辐射照度W/㎡雨量mm总辐射量累计值MJ/m2紫外辐射量累计值MJ/m2123456表3空气污染物浓度测试数据表测定次数类型NO2浓度mg/m3PM10浓度mg/m3PM2.5浓度mg/m3测点1测点2测点3……测点1测点2测点3……测点1测点