2019年一級建筑師《建筑物理與設(shè)備》考點(diǎn)(3)

熱環(huán)境

一、室外熱環(huán)境(室外氣候)

室外熱環(huán)境是指作用在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的一切熱物理量的總稱，是由太陽輻射、大氣溫度、空氣濕度、風(fēng)、降水等因素綜合組成的一種熱環(huán)境。建筑物所在地的室外熱環(huán)境通過外圍護(hù)結(jié)構(gòu)將直接影響室內(nèi)環(huán)境，為使所設(shè)計(jì)的建筑能創(chuàng)造良好的室內(nèi)熱環(huán)境，必須了解當(dāng)?shù)厥彝鉄岘h(huán)境的變化規(guī)律及特征，以此作為建筑熱工設(shè)計(jì)的依據(jù)。與室外熱環(huán)境密切有關(guān)的主要因素如下：

(一)太陽輻射

1.太陽輻射能是地球上熱量的基本來源，是決定室外熱環(huán)境的主要因素。

2.太陽輻射的組成

到達(dá)地球表面的太陽輻射分為兩個部分，一部分是太陽直接射達(dá)地面的部分，稱為直射輻射;另一部分是經(jīng)過大氣層散射后到達(dá)地面的部分，稱為散射輻射。

3.太陽常數(shù)

在太陽與地球的平均距離處，垂直于人射光線的大氣界面單位面積上的輻射熱流密度。

天文太陽常數(shù)(理論計(jì)算值)：I0=1395.6W/㎡

氣象太陽常數(shù)(實(shí)測分析值)：I0=1256W/㎡

4.影響太陽輻射照度的因素

大氣中射程的長短，太陽高度角，海拔高度，大氣質(zhì)量。

5.太陽光譜

太陽輻射能量主要分布在紫外線、可見光和紅外線區(qū)域，其中97.8%是短波輻射，所以太陽輻射屬于短波輻射。

(二)室外氣溫

1.室外氣溫：指距地面1.5m處百葉箱內(nèi)的空氣溫度。

2.變化規(guī)律

室外氣溫由于受到太陽輻射的影響，它的年變化、日變化規(guī)律都是周期性的。

(1)年變化規(guī)律：由地球圍繞太陽公轉(zhuǎn)引起，形成一年四季氣溫變化，北半球最高氣溫出現(xiàn)在7月(大陸)或8月(沿海、島嶼)，最低氣溫出現(xiàn)在1月或2月。

(2)日變化規(guī)律：由地球自轉(zhuǎn)引起。日最低氣溫出現(xiàn)在6：00—7：00左右。日最高氣溫出現(xiàn)在14：00左右。

(三)空氣濕度

1.濕度：空氣中水蒸氣的含量。可用絕對濕度或相對濕度表示，通常使用相對濕度表示空氣的濕度。

2.變化規(guī)律

一般來說，某一地區(qū)在一定時間內(nèi)，空氣的絕對濕度變化不大，但由于空氣溫度的變化，使得空氣中飽和水蒸氣壓隨之變化，從而導(dǎo)致相對濕度變化強(qiáng)烈。

(1)年變化規(guī)律：最熱月相對濕度最小，最冷月相對濕度最大，季風(fēng)區(qū)例外。

(2)日變化規(guī)律：晴天時，日相對濕度最大值出現(xiàn)在4：00～5：00，日相對濕度最小值出現(xiàn)在13：00-15：00.(四)風(fēng)

1.風(fēng)：指由大氣壓力差所引起的大氣水平方向的運(yùn)動。

2.風(fēng)的類型

(1)大氣環(huán)流：由于太陽輻射熱在地球上照射不均勻，使得赤道和兩極之間出現(xiàn)溫差，從而引起大氣在赤道和兩極之間產(chǎn)生活動，即為大氣環(huán)流。

(2)地方風(fēng)：局部地區(qū)受熱不均引起的小范圍內(nèi)的大氣流動。如海陸風(fēng)、山谷風(fēng)、林原風(fēng)等。

3.風(fēng)的特性

(1)風(fēng)向：風(fēng)吹來的地平方向?yàn)轱L(fēng)向?？墒褂盟姆轿粬|(E)、南(S)、西(W)、北(N)表示，細(xì)分則使用八方位，即在上述四方位中增加?xùn)|南(SE)、東北(NE)、西南(SW)、西北(NW)，甚至使用十六方位表示。

風(fēng)向頻率圖(風(fēng)向玫瑰圖)是一定時間內(nèi)在各方位刮風(fēng)次數(shù)的統(tǒng)計(jì)圖，可由此了解當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向，尤其是不同季節(jié)的主導(dǎo)風(fēng)向。

(2)風(fēng)速：單位時間內(nèi)風(fēng)前進(jìn)的距離，單位為m/s.氣象學(xué)上根據(jù)風(fēng)速將風(fēng)分為十二級。

(五)降水

1.降水：從大地蒸發(fā)出來的水蒸氣進(jìn)人大氣層，經(jīng)過凝結(jié)后又降到地面上的液態(tài)或固態(tài)的水分。如雨、雪、雹都屬降水現(xiàn)象。

2.降水的性質(zhì)

(1)降水量：降落到地面的雨以及雪、雹等融化后，未經(jīng)蒸發(fā)或滲透流失而累積在水平面上的水層厚度。單位：mm.

(2)降水強(qiáng)度：單位時間(24小時)內(nèi)的降水量，單位：mm/d.

二、中國建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)

我國幅員遼闊。地形復(fù)雜，各地由寸：緯度、地勢和地理?xiàng)l件的不同，氣候差異懸殊。不同的氣候條件對房屋建筑提出的要求不同，為使建筑能夠充分地利用和適應(yīng)本地的氣候條件，我國各地氣候作如下劃分(表14-1)，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時，應(yīng)滿足不同的熱工設(shè)計(jì)要求。

熱工設(shè)計(jì)分區(qū)的地理劃分可從《民用建筑熱工設(shè)汁規(guī)范》(GB 50176—93)和《建筑設(shè)計(jì)資料集2》的“全國建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)圖”中得到更加明確的了解。

三、室內(nèi)熱環(huán)境(室內(nèi)氣候)

室內(nèi)熱環(huán)境是指由室內(nèi)空氣溫度、空氣濕度、室內(nèi)風(fēng)速及環(huán)境平均輻射溫度(室內(nèi)各壁面溫度的當(dāng)量溫度)等因素綜合組成的一種熱物理環(huán)境。

(一)決定室內(nèi)熱環(huán)境的物理客觀因素

決定室內(nèi)熱環(huán)境的物理客觀因素有室內(nèi)的空氣溫度、空氣濕度、室內(nèi)風(fēng)速及壁面的平 均輻射溫度。

此外，室內(nèi)熱環(huán)境的好壞通常受到室外熱環(huán)境、室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)備(如空調(diào)器、加熱器 等)、室內(nèi)其他設(shè)備(如燈具、家用電器)的影響。

(二)對室內(nèi)熱環(huán)境的要求

房間的使用性質(zhì)不同，對其內(nèi)部的熱環(huán)境要求也不相同。以滿足人體生理衛(wèi)生需要為 主的房間(如居住建筑、公共建筑和一般生產(chǎn)房間)，其室內(nèi)熱環(huán)境是要保證人的正常生活和工作，以維護(hù)人體的健康。

1.人體的熱感覺

室內(nèi)熱環(huán)境對人體的影響主要表現(xiàn)在人的冷熱感。人體的冷熱感取決于人體新陳代謝 產(chǎn)生的熱量和人體向周圍環(huán)境散熱量之間的平衡關(guān)系，人體熱平衡方程表示如下：

2.熱舒適

熱舒適是指人對環(huán)境的冷熱程度感覺滿意，不因冷或熱感到不舒適。

(1)必要條件：Δq=0;

(2)充分條件：皮膚溫度處于舒適的溫度范圍內(nèi)，汗液蒸發(fā)率處于舒適的蒸發(fā)范圍內(nèi)。

室內(nèi)熱環(huán)境可分為舒適、可以忍受和不能忍受三種情況，只有采用充分空調(diào)設(shè)備的房間才能實(shí)現(xiàn)舒適的要求，對大多數(shù)建筑而言，應(yīng)以保證人體健康不受損害為準(zhǔn)，確定對室內(nèi)熱環(huán)境的要求，在可能的條件下，盡可能改善室內(nèi)熱環(huán)境。

(三)室內(nèi)熱環(huán)境的評價方法

1.單一指標(biāo)

(使用室內(nèi)空氣溫度作為熱環(huán)境評價指標(biāo))目前，我國很多設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)均以其為控制指標(biāo)。(例如，對冬季采暖設(shè)計(jì)溫度，規(guī)范規(guī)定居住建筑為18~C，托幼建筑為20~0C這種方法簡單、方便，但不很完善。

目前，綜合多個因素評價室內(nèi)熱環(huán)境的方法有：

2.有效溫度

有效溫度EP(EffectiveTemperature)是依據(jù)半裸的人與穿夏季薄衫的人在一定條件的環(huán)境中所反應(yīng)的瞬時熱感覺作為決定各項(xiàng)因素綜合作用的評價標(biāo)準(zhǔn)，是室內(nèi)氣溫、相對濕度和空氣速度在一定組合下的綜合指標(biāo)。由于該指標(biāo)使用簡單，在對不同的環(huán)境和空調(diào)方案進(jìn)行比較時得到了廣泛的應(yīng)用。它的缺陷是沒有考慮熱輻射變化的影響，在評價環(huán)境時有時難免出現(xiàn)一定的偏差，因此后來又出現(xiàn)了新有效溫度等指標(biāo)。

3.PMV指標(biāo)

PMV(PredictedMeanVote)指標(biāo)是能全面反映室內(nèi)各氣候要素對人體熱感覺影響的綜合評價方法。

PMV指標(biāo)是在丹麥工業(yè)大學(xué)微氣候?qū)嶒?yàn)室和美國堪薩斯州立大學(xué)環(huán)境實(shí)驗(yàn)室做了大量試驗(yàn)工作后，由丹麥學(xué)者房格爾教授(P.0.Fanger)提出的，是迄今為止考慮人體熱舒適感諸多有關(guān)因素最全面的評價指標(biāo)，于20世紀(jì)印年代初得到國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO的承認(rèn)。PMV指標(biāo)與評價方法包括PMV指標(biāo)與預(yù)測不滿意百分率PPD兩方面的內(nèi)容。它是以房格爾教授的熱舒適方程為基礎(chǔ)，導(dǎo)出PMV指標(biāo)與影響人體熱舒適的6個要素之間的定量關(guān)系。