建筑室内热环境ppt课件.ppt

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1、第二章 建筑室内热环境,2.1室内热环境与人体的热平衡2.2室内热环境的舒适性2.3室内热环境的评价指标,2.1室内热环境与人体的热平衡,一、室内热环境指室内空气温度、空气湿度、室内空气流速及围护结构内表面之间的辐射热等因素综合组成的一种室内环境,二、影响室内热环境的因素 通过屋顶、墙、地面、窗的导热通过建筑物开敞的门、窗与室外进行的对流换热太阳光透过玻璃窗辐射到室内，被室内的墙面和地面吸收室内各表面之间由于温差产生的长波辐射交换热量室内产生的余热（人体、电器散热等）,三、人体与环境的热交换,人体的基本生理要求,食物分解氧化热量 人体的基本生理要求：维持体温基本恒定！代谢率(Metabolic

2、 Rate)：人体新陈代谢反应过程中能量释放的速率,1.人体的热平衡,人体体温范围,肝脏：最高，38 皮肤：与外界环境有关 各部分温差不会太大 日夜有1以内的波动,人体的正常温度,人的正常体温：36.5人的皮肤表面温度为：33.3,三、人体与环境的热交换,人体与外界的热交换,人体与外界的热交换 显热交换对流散热辐射散热 潜热交换皮肤散湿出汗蒸发皮肤湿扩散呼吸散湿,人体的热平衡,热平衡方程 M W C R E S=0 皮肤表面积 AD 0.202 mb 0.425 H 0.725,身高1.78m体重65kgAD为1.8m2,热平衡方程,蓄热量不同时的生理现象,S0：体温升高，40时人出汗停止；4

3、3.5 时人死亡。S0:体温降低，人体颤抖；34时，肌肉适应，停止颤抖；28时，呼吸停止，人死亡。,影响人体热感觉的6个因素,空气温度：对流散热量 环境表面温度：辐射散热量 水蒸汽分压力（空气湿度）：蒸发散热量 闷热vs湿冷 风速：对流散热量和蒸发散热量 凉风席席vs热风 服装热阻：影响所有散热量 新陈代谢率：影响产热量,1.人体的能量代谢率,影响因素多：肌肉活动强度：绝对的影响 环境温度：偏高、偏低都增加代谢率 性别：男性高于女性 年龄：少年高于老人 神经紧张程度：紧张则代谢率高 进食后时间的长短等：进食后代谢率增加，蛋白质代谢率高，糖和脂肪类代谢率低。代谢率单位 met：1 met=58.

4、2 W/m2，即成年男子静坐时的代谢率。,610%,基础代谢率：参照基础,基础代谢率(BMR，Basal Metabolic Rate)未进早餐前，保持清醒静卧半小时，室温条件维持在1825之间测定的代谢率：46 W/m2 BMR变化范围：1015%。超过20为病态。,肌肉活动与代谢率,肌肉活动强度对代谢率起决定性的影响 一般室内运动代谢率多在5 met 以下,单位1clo为静坐、ta=21、v0.05m/s、50%时舒适所需衣服热阻。1clo=0.155m2K/W(衬衣+普通外套),人体衣着多少直接影响人体热平衡或者人体蓄热的多少。,在与图中情况不同时(如活动量等)，应对其参数进行修正。,2

5、.服装热阻Icl,服装热阻,人运动时由于人体与空气之间存在相对流速，会降低服装的热阻。Icl=0.504 Icl+0.00281Vwalk 0.24 椅子给人增加0.15 clo以下热阻Icl=0.748 Ach 0.1服装被汗湿润后热阻会下降，显热换热加强，又增加了潜热换热，故总传热系数增加，总热阻下降,步速 3.7km/h1clo 0.48 clo,服装的透湿性,3.辐射散热量,人体皮肤对常温物体辐射的吸收率0.95,浅色服装vs深色服装室内装修：冷色调vs暖色调,一个假想的等温围合面的表面温度，它与人体间的辐射热交换量等于人体周围实际的非等温围合面与人体间的辐射热交换量。,平均辐射温度m

6、rt,Mean Radiation Temperature,4.风速,5.水蒸气分压力,6.空气温度,冷：皮肤温度降低血管收缩寒战加衣服增加活动量体内温度降低,体内温度升高减少活动量减衣服出汗血管扩张热：皮肤温度升高,很热热暖微暖热中性（不冷不热）微凉凉冷很冷,感觉,生理反应,健康,空气温度,室内热环境的评价指标,预测平均反应（PMV）标准有效温度（SET）湿黑球温度（WBGT）,六个影响因素,热感觉,热感觉,研究方法：心理学 定义：人对周围环境“冷”“热”的主观描述。特点：尽管人描述环境的冷热，实际上只能感觉到自己皮肤下神经末梢的温度。所以“冷”“热”与感受者的身体状态有关，不是完全客观的。

7、“中性”的定义：不冷不热，人用于体温调节消耗的能量最小。度量：感觉不能用任何直接的方法测量。,热感觉的影响因素,冷热刺激的存在 刺激的延续时间 人体原有的状态,感觉热 感觉冷,5,变热,热感觉的测量：问卷调查,什么是热舒适?,观点1：舒适中性,?,当人获得一个快感的刺激时是舒服的，但此时可能热感觉可能是中性的甚至是非中性的,什么是热舒适?,观点2：舒适中性,热舒适,当人获得一个快感的刺激时是舒服的，但此时可能热感觉可能是中性的甚至是非中心的,同样的手温有时感到舒适有时感到不舒适，说明了什么？,冷感觉一般情况取决于平均皮肤温度；热感觉最初取决于皮肤温度，而后取决于深部体温；热舒适感可以获得快感的

8、刺激；可以消除热不舒适感,热舒适,热感觉投票和热舒适投票,Thermal Comfort Vote&Thermal Sensation Vote,预测平均反应（PMV）,综合考虑六个因素ISO国际标准引用热舒适测定仪适用于适度热环境丹麦范格尔热舒适,PMV指标的7级分度,分度方法和TSV基本一致 PMV指标只代表了同一环境下绝大多数人的感觉，不能代表所有个人的感觉。,PMV,PPD,通过满意度描述由大量试验获得,PMV指标只代表了同一环境下绝大多数人的感觉，不能代表所有个人的感觉。PPD是通过概率分析确定某环境条件下人群不满意的百分数即便达到 PMV0，仍然有5的人不满意。,PMV PPD,P

9、MV-PPD指标及其影响因素,PMV-PPD指标及其影响因素,环境参数,活动量,衣着,可以有ta、Pa()、va、mrt、M、Icl多种组合达到同样的感觉PMV,PMV-PPD指标及其影响因素,ta a va,ta：决定了能耗,a：决定了排汗,气流形式,干冷,湿冷,闷热,皮肤润湿度=,体表实际蒸发散热量,最大潜热散热量,体表全部被汗湿润,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 GB 50736-2012：,在曼谷、新加坡、Athens、布里斯班做的 3200 组非空调环境的测试结果：PMV与实际TSV的偏差。,空调房间引起局部热不舒适的主要因素,ANSI/ASHRAE室内人居热环境标准55-200

10、4：,可接受的局部热不舒适感所对应的不满意率,人的舒适感不仅取决于所处的宏观环境参数，还取决于微观环境参数室内环境处于舒适区范围，但空调房间由于热源布置、气流布置等局部不均匀也会引起不适。,1.垂直温差,Vertical Air Temperature Differences 3,PD 5%,尽管受试者处于热中性状态，头足温差仍然使人感到不舒适。,2.地板温度,ASHRAE(2004),PPD 10%,Floor Temperature：1929,舒适感脚底传热,取决于所,颈部暴露在波动吹风情况下受试者不舒适反应,由于空气流动引起的人体所不希望的局部降温。,冷-中性环境中，0.30.5Hz动态

11、风易使人产生吹风感；,热-中型环境中，0.30.5Hz动态风使人感到最凉爽。,3.吹风感/draft,但在“中性热”环境下吹风往往是愉快的,吹风引起的不适与风的频率有关与人体原有温暖感密切相关。感到热的人欢迎一定程度的空气流动，感到凉爽的人则并不喜欢。强烈吹风局部降温当超过皮肤适应温度变化时冷颤血管收缩、体内较大温度梯度、平滑肌收缩、关节僵硬麻木等人体感觉器官对变化的刺激比稳定的刺激敏感中性热环境中：摇摆风扇优于固定风扇（动态风在较暖环境中可使人体散热量增加）,基本结论,向量辐射温度：室内两部分的平均壁面温度差,4.非对称热辐射,由于冷热表面或者日射照射等原因，人体因处于不均匀热辐射作用导致局

12、部不适的感觉,向量向量辐射温度超过10，人就感到不舒适辐射吹风感：房间内局部低温辐射导致人体所不希望的局部降温面对冷表面的平均辐射温度比其它部分的平均辐射温度低 8K 以上，将使人感到不舒适,4.非对称热辐射,Radiation Asymmetry,PD 5%,5 10 13 23,热辐射时：吊顶热辐射最难承受冷辐射时：垂直壁面引起不舒适感较大非对称热辐射易降低人的承受热的能力,各种因素的不佳是如何引起的热不舒适感的？各种因素最终是通过什么引起人体不舒适感的？,舒适性评价,其它因素：Fanger 的实验结论,人种：非洲人比北欧人喜欢热环境吗？热舒适感觉一样，只是热带人对热环境有较强适应力，寒带

13、人对冷环境有较强适应力。年龄：老年人比年轻人更喜欢热环境吗？不是，只是老年人活动量小。性别：女性比男性更喜欢热环境吗？不是，只是女性喜欢穿较轻薄的衣服。季节和一天中的时间会影响热舒适感吗？尽管人体温有波动，但热舒适感没有明显变化,其他稳态热舒适性综合评价参数,空气分布特性指标描述空调送风引起不均匀的热环境,舒适标准为：,EDT0 吹凉风EDT=1.1 吹暖风,有效送风温差：,ADPI：,民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 GB 50736-2012：,PMV-PPD启迪人们能否采用更简单的几个直观客观物理量的综合量来划分舒适与否的界限ET等系列参数的出现,2.有效温度及其评定热舒适区的应用,有

14、效温度是气温、湿度、气流三要素相互组合，再以气温的形式来表示室内冷热感觉的指标，是从多数的实验者亲自体会感觉而来，并不是依靠仪器测定出来的。,如：B室的气温25C，湿度为50%，气流1.5m/s是的体感，相等于A室20C时的体感，B室的室内气候就以ET20C表示。,(1)有效温度ET,相同感觉,Cond:,M，Icl与实 际相同,基础对照环境,实际环境,ET的不足：低温条件下湿度的影响不准确。受试者立即评价环境未考虑人体还处于前一环境的适应状态之中。EX：进入湿度较高的低温环境，衣服吸收水分放出吸附热，此时有短暂的温暖感，适应期一过，会有凉飕飕的感觉，立即评价夸大了湿度的影响。反之亦同。,19

15、19开始研究，1967前的ASHRAE手册采用,(2)新有效温度ET*（SET）(Gagge),ASHRAE标准55-74，ASHREA手册1977版 参考空气环境：身着0.6 clo服装静坐，空气流速0.15m/s，相对湿度50，干球温度T0 如果同样服装和活动的人在某环境中的冷热感与上述参考空气环境中的冷热感相同，则此环境的 ET*T0 该指标只适用于着装轻薄、活动量小、风速低的环境。,(3)标准有效温度SET*,特点：综合考虑了不同的活动水平和衣服热阻 定义：某个空气温度等于平均辐射温度的等温环境中的温度，其相对湿度为50%，空气静止不动，在该环境中身着标准热阻服装的人若与他在实际环境和

16、实际服装热阻条件下的平均皮肤温度和皮肤湿润度相同时，则必将具有相同的热损失，这个温度就是上述实际环境的SET*。,皮肤总散热量,皮肤温度,皮肤湿润度,SET*下饱和水蒸汽分压力,皮肤表面饱和水蒸汽分压力,ASHRAE舒适区,对于穿轻薄服装，坐着工作，空气流速较低的情况，SET*就等于ET*。坎萨斯州立大学实验条件：0.60.8 clo坐着 55-74条件：0.81clo坐着但活动稍大,标准有效温度度量实例,SET*=24,22.5，100,24，50%SET*20,其他稳态热舒适性综合评价参数,效果温度（op）表达了气温、气流以及周围壁面温度的组合与人体感觉的关系舒适的范围约为1820C（冬季

17、）,等温指数EW 表达了气温、湿度、气流及周围壁面温度等四要素与人体的感觉。,不快指数 将影响有效温度的气温、湿度、气流的综合温感中出去气流的影响，仅用气温与湿度来表示温热感。,当量温度,Dufton于1932年提出概念：一个均匀封闭体的温度，在该封闭体内，一个高550mm直径190mm的黑色圆柱体的散热量与其在实际环境中的散热量相等。综合空气温度、平均辐射温度和空气流速的影响 Bedford的实验回归公式,主观温度,目的：寻求既考虑了更全面的影响因素，又要有简单的表现形式，同时希望把活动量和衣着条件的影响与物理环境因素分开 Mc Intyre等1975年总结的回归公式：v 0.1m/s时：,

18、主观温度,已知衣着和活动量条件下，舒适的主观温度是：适用范围：50M150W/m2，0Icl1.5,人体对动态热环境的反应,人体对动态热环境的反应,什么是动态热环境？非空调环境 在温度不同的空间之间穿行 使用摇头电风扇 变温变风速的空调方式 人对动态与稳态热环境反应不同的机理 热感觉的适应性 核心温度和皮肤温度变化的不一致性,热环境,冷环境,开始感到冷，然后逐渐感觉不冷,“超前”现象,开始感到不热，然后逐渐感觉热,“滞后”现象,热损失率HDR/Heat Deficit Rate,相对热指标RWI/Relative Warmth Index,与稳态环境的不同之处：,Gagge 的发现：人处于突变

19、的环境空气温度时，尽管皮肤温度和核心体温的变化需要好几分钟，但热感觉却会随空气温度的变化马上发生变化。由中性冷/热，感觉滞后由冷/热中性，感觉超前,对突变温度环境的反应,对突变温度环境的反应,突变温度对TSV和皮肤温度的影响实验(clo=0.6),清华实验，证实了热感觉与皮肤温度的分离现象：中性热，感觉滞后 热中性，感觉超前,人体对变化风速的反应,现有的研究成果 对摇摆风扇的接受程度优于固定风扇 动态风能够改善“中性热”环境下人体热感觉 气流的脉动频率对人体热感觉有影响人体最敏感区：Fanger 0.3-0.5 Hz,Arens 0.7-1 Hz,不同类型风的风速变化,固定风扇的机械风,自然风

20、,不同类型风的频谱特征,人体对不同类型脉动风速的接受程度实验（清华）,过渡区热指标RWI/HDR,美国运输部提出的人体在过渡空间环境的热舒适指标，适用于候车空间环境设计。对一种活动状态过渡到另一状态的处理：未考虑过渡过程热感觉的“超越”和“滞后”现象 代谢率M要经过6分钟才能达到最终活动状态下的稳定代谢率。其间代谢率与时间呈线性关系。出汗状态以及人的活动扰动气流的变化会导致服装热阻改变，要经过6分钟才能达到新的稳定值，其间服装热阻与时间呈线性关系。,过渡区热指标RWI/HDR,相对热指标 RWI：针对较热环境 当Pa 2269 Pa时 当Pa 2269 Pa时,人体从外界获得的辐射热（不包括与

21、空气等温的墙表面）,过渡区热指标RWI/HDR,人体热损失率HDR(W/m2)：针对较冷环境 热债 DHDR 当热债 D 100 kJ/m2，人体感到冷不适 当热债 D100 kJ/m2，人体感到热不适,走路 站立,6分钟达到新平衡，6分钟内M和Icw线性插值,其他热湿环境的物理度量,环境应力与人体的调节能力,在具有热失调危险的、远偏离热舒适区的状态下，前面的热舒适指标是不够的，例如：高温车间 寒冷工作空间 典型指标 高温环境：热应力指数，WBGT 低温环境：风冷却指数,热应力指数HSI(Heat Stress Index)Belding&Hatch,1955,假定皮肤温度恒定在35的基础上，

22、在蒸发热调节区内，认为所需要的排汗量为Ereq等于代谢量减去对流和辐射散热量，呼吸散热不计，Emax的上限值为390 W/m2：HSI=Ereq/Emax 100,湿黑球温度WBGTWet-Bulb-Globe Temperature,适用于室外炎热环境，考虑了室外炎热条件下太阳辐射的影响，广泛用于评价户外作业热环境与空气温度、空气湿度、平均辐射温度及空气运动有关表达式标准定义回归公式,风冷却指数WCI(Wind Chill Index),定义：皮肤温度在33时皮肤表面的冷却速率,室外环境舒适评价尚需探讨,WBGTCTTC 清华OTCD 重建工TCV 大连理工,a.为受试者读取气候参数 b.实

23、验现场,c.路过的学生们 d.庭院东侧,图4-1“阳光下”太阳辐射和热感觉线性回归Figure 4-1 Regression of the Radiation and TSV without shading,图4-2“树荫下”太阳辐射和热感觉线性回归Figure 4-2 Regression of the Radiation and TSV with shading,树荫下,阳光下,阳光下和树荫下空气温度的比较,局部加热或冷却,风吊扇,1.6m/s+30C=舒适（节能）,室内空气环境,之一：室外污染,之二：室内污染,燃烧,吸烟,装饰,化学用品,家用电器,办公设备,空调系统,新鲜空气与人体呼气的

24、成分(体积%)成分 N2,O 2,CO2 其它废气 新鲜空气 78.03 20.99 0.03 人体呼气 79.1-80.0 14.5-18.5 3.5-5.0 若干,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,CO2：新陈代谢,来自人体生物性污染,之二：室内污染,室内新型建材、人工装饰合成家具的大量使用：氡、苯、甲醛等有机化合物（VOC）及尘螨等；空调系统净化过滤的薄弱：军团菌等的繁殖；节能设计引起的新风量减少和大楼的密封设计：CO2浓度的上升与供氧量的不足；大量办公用品的使用：VOC蒸气、NOX、COX、辐射污染增加；,现代建筑特征引

25、起的IAQ下降成因：,通常不是指卫生防疫部门涉及的室内污染，而是指空调室内的长期低浓度污染。,室内空气品质标准及其评价方法,室内空气品质：IAQ(Indoor Air Quality),南北向断面气流示踪与空气年龄分布,男性受试者喷出的飞沫,34秒后飞沫从女性受试者头部后面穿过,小例子：关于SARS病毒在室内滞留时间的模拟,堵源、节流、稀释,思考题,“冷”与“热”是什么概念？单靠环境温度能否确定人体的热感觉？湿度在人体热舒适中起什么作用？根据丹麦学者房格尔的观点,影响人体热舒适的物理量有几个人体的热感觉分为几个等级?()a.四个物理量、七个等级b.五个物理量、六个等级 c.六个物理量、七个等级d.六个物理量、五个等级 提示:根据丹麦学者房格尔的观点,评价室内热环境的pmv指标中包含6个物理量(室内空气温度、湿度、速度、壁面平均辐射温度、人体活动强度和衣服热阻)和7个等级(+3:热;+2:暖;+1:稍暖;0:舒适;-1:稍凉;-2:凉;-3:冷)。答案:c,