室內(nèi)熱濕環(huán)境

1、建筑物理ArchiecturaI Physics,河南理工大學(xué) 建筑與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院,1.1室內(nèi)熱濕環(huán)境1.2室外熱環(huán)境及建筑熱工分區(qū)1.3傳熱方式,第一章建筑熱工學(xué)基礎(chǔ)知識,1.1室內(nèi)熱濕環(huán)境,1.1.1人體的熱平衡1.1.2人體熱平衡的影響因素1.1.3室內(nèi)熱環(huán)境的評價1.1.4濕空氣的物理性質(zhì),,環(huán)境～人,視覺聽覺觸覺味覺熱感覺,光環(huán)境聲環(huán)境接觸物食物熱環(huán)境,,,熱感覺,冷：皮膚溫度降低血管收縮

2、寒戰(zhàn)加衣服增加活動量體內(nèi)溫度降低,體內(nèi)溫度升高減少活動量減衣服出汗血管擴(kuò)張熱：皮膚溫度升高,,,,,很熱熱暖微暖熱中性（不冷不熱）微涼涼冷很冷,感覺,生理反應(yīng),健康,空氣溫度,1.1.1人體的熱平衡,人體與室內(nèi)的熱交換主要以對流和輻射的方式進(jìn)行。室內(nèi)氣候?qū)θ梭w的影響主要表現(xiàn)在冷熱感。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，如圖。,,（1）人體熱平衡

3、方程：,,建筑師的任務(wù)就是為人們營造出良好的室內(nèi)熱環(huán)境，使人們能保持舒適狀態(tài)下的人體熱平衡。,問題：當(dāng)人體熱負(fù)荷為0，也即人體達(dá)到了熱平衡時，是不是人就感覺舒適了？,什么是人體舒適度？,人體舒適度：就是在不特意采取任何防寒保暖或防暑降溫措施的前提下，人們在自然環(huán)境中是否感覺舒適及其達(dá)到怎樣一種程度的具體描述。 在空氣溫度高于32℃、濕度超過80%、風(fēng)力小于2級的環(huán)境中，人們會普遍感到悶熱難忍，甚至出現(xiàn)中暑現(xiàn)象，我們稱這

4、時的“人體舒適度”為“悶熱”或“極熱”。,答：人體的熱平衡是達(dá)到人體熱舒適的必要條件。而人體按正常比例散熱，則是人體熱舒適的充分條件。,所謂按正常比例散熱，指的是對流換熱約占總散熱量的25-30? ，輻射散熱約為45-50? ，呼吸和無感覺蒸發(fā)散熱約占 25-30? ，處于舒適狀況的熱平衡，可稱之為“正常熱平衡”。,,影響人體熱舒適的因素：主觀因素：人體所處的活動狀態(tài)、人體的衣著狀態(tài)?？陀^因素：室內(nèi)的氣象參數(shù)——室內(nèi)空氣濕度、

5、空氣溫度、氣流速度、環(huán)境輻射溫度。熱舒適感是在這6各因素共同影響下的一種綜合效果。,1.1.2人體的熱平衡的影響因素,1、空氣溫度：對流散熱量2、環(huán)境表面溫度：輻射散熱量3、水蒸汽分壓力（空氣濕度）：蒸發(fā)散熱量悶熱vs濕冷4、風(fēng)速：對流散熱量和蒸發(fā)散熱量涼風(fēng)席席vs熱風(fēng)5、服裝熱阻：影響所有散熱量6、新陳代謝率：影響產(chǎn)熱量,1.1.2人體的熱平衡的影響因素,食物?分解氧化?熱量人體的基本生理要求：維持體溫基本恒定！

6、 代謝率(Metabolic Rate)：人體新陳代謝反應(yīng)過程中能量釋放的速率,（1）人體新陳代謝產(chǎn)熱量,1)影響人體新陳代謝產(chǎn)熱量的因素,影響因素多： 肌肉活動強(qiáng)度：絕對的影響 環(huán)境溫度：偏高、偏低都增加代謝率 性別：男性高于女性 年齡：少年高于老人 神經(jīng)緊張程度：緊張則代謝率高 進(jìn)食后時間的長短等：進(jìn)食后代謝率增加，蛋白質(zhì)代謝率高，糖和脂肪類代謝率低。代謝率單位 met：1 met = 58.2 W/m2，即成年男子靜

7、坐時的代謝率。,6~10%,2)基礎(chǔ)代謝率：參照基礎(chǔ),基礎(chǔ)代謝率(BMR ，Basal Metabolic Rate) 未進(jìn)早餐前，保持清醒靜臥半小時，室溫條件維持在18~25℃之間測定的代謝率：46 W/m2BMR變化范圍：10~15%。超過20％為病態(tài)。,3)肌肉活動與代謝率,一般室內(nèi)運(yùn)動代謝率多在5 met 以下。,身高1.78 m，體重65 kg，皮膚表面積1.8 m2,（2）人體體溫范圍,肝臟：最高，38℃

8、 皮膚：與外界環(huán)境有關(guān) 各部分溫差不會太大 日夜有1℃以內(nèi)的波動 代表溫度：核心溫度,,,,溫度是指物體的冷熱程度。測量溫度的儀表叫溫度計(jì)。 溫度計(jì)因刻度標(biāo)準(zhǔn)不同而分為攝氏溫度（或稱攝氏溫標(biāo)）、絕對溫度（或稱絕對溫標(biāo)）和華氏溫度（或稱華氏溫標(biāo)）。 A攝氏溫度用符號“℃”（攝氏度）表示。并規(guī)定在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為0℃和100℃。在二者之間分為100個等分，每1等分為1℃。,,B絕對溫度用符號&q

9、uot;K"（開氏度）表示。并規(guī)定在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為273.15K和373.15K。二者之間仍分為100個等分，每1等分為1K。 C華氏溫度用符號（華氏度）表示。并規(guī)定在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為32華氏度和212華氏度。二者之間分為180個等分，每1等分為1華氏度。 如果用"t"代表攝氏溫度，"T"代表絕對溫度，"W"代表華氏溫度，則：

10、 T=t+273.15 W=tX9/5十32 工程中，一般都采用攝氏溫度和絕對溫度。華氏溫度只在部分國家中使用。,人體皮膚的溫度,并非均勻一致 衛(wèi)生學(xué)研究中：體表上不同部位幾個點(diǎn)皮膚溫度的平均值，每個測定值是按其所代表的人體表面積的比例加權(quán)計(jì)算而得的。,人體皮膚溫度,人體皮膚溫度與人體熱感覺的關(guān)系,,,,,(3)服裝熱阻,,(4)輻射散熱量,人體皮膚對常溫物體輻射的吸收率>0.95,1.1.3室內(nèi)熱環(huán)境的評價,(1

11、)環(huán)境空氣溫度：對流換熱(2)環(huán)境平均輻射溫度（表面溫度）：輻射換熱(3)空氣濕度（水蒸汽分壓力）：對流質(zhì)交換A高溫環(huán)境：增加熱感B低溫環(huán)境：增加冷感！(4)風(fēng)速：對流熱交換和蒸發(fā)散熱 吹風(fēng)感：Draught，冷感和對皮膚的壓力沖擊(5)人體新陳代謝產(chǎn)熱率(6)服裝熱阻（人體衣著狀況）：影響所有換熱形式,1.構(gòu)成要素：,2.熱環(huán)境的綜合評價,（1）單一指標(biāo)（2）有效溫度（ET）（3）預(yù)測熱感指數(shù)（PMV）,（1）單一

12、指標(biāo),室內(nèi)空氣溫度 目前我國許多規(guī)范都是以室內(nèi)空氣溫度為控制指標(biāo)，這種方法簡單方便，但是不完善。,（2）有效溫度（ET）,1919開始研究，1967前的ASHRAE手冊采用?？照{(diào)建筑中常用此評價指標(biāo)。 有效溫度ET定義：“這是一個將干球溫度、濕度、空氣流速對人體溫暖感或冷感的影響綜合成一個單一數(shù)值的任意指標(biāo)。它在數(shù)值上等于產(chǎn)生相同感覺的靜止飽和空氣的溫度。”,,缺點(diǎn)： 通過人體實(shí)驗(yàn)來獲得的，因此并

13、不十分完善，過分高估了溫度在舒適狀態(tài)的影響低溫條件下濕度的影響不準(zhǔn)確。被ET（新）所取代（標(biāo)準(zhǔn)有效溫度）,,,標(biāo)準(zhǔn)有效溫度（SET）,基于人體生理學(xué)模型通用指標(biāo)，適用范圍最廣通過軟件計(jì)算得到,（3）預(yù)測熱感指數(shù)（PMV）,預(yù)測熱感指數(shù)（Predicted Vote ，簡寫為PMV）是丹麥學(xué)者范格爾（P.o.Fanger）綜合了近千人在不同熱環(huán)境下的熱感覺試驗(yàn)結(jié)果，并以人體熱平衡方程為基礎(chǔ)得到的。 該理論認(rèn)為人的熱

14、感覺是熱負(fù)荷（產(chǎn)熱率與散熱率之差）的函數(shù)，而且人在舒適狀態(tài)下應(yīng)有的皮膚溫度和排汗散熱率分別與產(chǎn)熱之間存在相對應(yīng)關(guān)系，即在一定的活動狀態(tài)下，只有一種皮膚溫度和排汗散熱率是使人感到最舒適的。,本評價指標(biāo)是在80年代得到國際標(biāo)準(zhǔn)化組織承認(rèn)的一種比較全面的熱舒適指標(biāo)，以人體熱平衡方程和生理學(xué)主觀感覺等級作為出發(fā)點(diǎn)。綜合反映了人的活動、衣著及環(huán)境的空氣濕度、相對濕度、平均輻射濕度和室內(nèi)風(fēng)速等因素的關(guān)系以及影響。 目前是考慮人體熱舒

15、適諸多因素最全面的的一個指標(biāo)。 PMV值適合于適度熱環(huán)境，對于極端熱環(huán)境還要采用其他標(biāo)準(zhǔn)。,PMV指標(biāo)的7級分度,,,室內(nèi)熱環(huán)境的計(jì)算參數(shù),《夏熱冬暖地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》夏季空調(diào)室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算溫度26°C。冬季采暖室內(nèi)設(shè)計(jì)計(jì)算溫度16°C?！豆步ㄖ?jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》空調(diào)系統(tǒng)夏季室內(nèi)計(jì)算參數(shù)：溫度25°C，風(fēng)速0.15～0.3，相對濕度40～60％,1.1.4濕空氣的物理性質(zhì),1 水蒸氣分

16、壓力2 空氣濕度3 露點(diǎn)溫度,,地球上的空氣由干空氣和水蒸氣組合而成的混合物稱為濕空氣，濕空氣中水蒸氣的含量是非常少的。應(yīng)該對濕空氣的狀態(tài)變化有了解。 濕空氣狀態(tài)變化過程直接影響建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的潮濕狀況，明顯影響人們對建筑環(huán)境的潮濕感覺，因此有必要對濕空氣的物理性質(zhì)有所了解。,濕空氣,濕空氣中水蒸氣的含量很少，但其含量的變化對濕空氣的熱物理性質(zhì)有重要影響。,溫度一定，濕空氣中水蒸氣的含量有一個最大限度，超過

17、此限度，水蒸氣就會凝結(jié)成水從空氣中析出（霧氣、霧滴），此時的濕空氣稱為飽和濕空氣。,1.水蒸氣分壓力：,道爾頓分壓定律：,一定的溫度和壓力條件下，一定容積的空氣所能容納的水蒸汽量有一定的限度。極限值的大小隨空氣的溫度和壓力而變。飽和空氣，飽和蒸汽壓不飽和空氣，不飽和蒸汽壓,飽和水蒸汽分壓用Ps表示；未飽和水蒸氣分壓力用P表示。 ————壓強(qiáng),,,飽和蒸氣壓：處于飽和狀態(tài)的濕空氣中的水蒸氣所呈現(xiàn)的壓力叫做“飽和蒸氣壓

18、”或最大水蒸氣分壓力。飽和空氣：當(dāng)水蒸氣的含量達(dá)到極限時叫做飽和空氣。,標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，飽和蒸汽壓隨溫度的升高而增大——只與溫度有關(guān),,這是因?yàn)樵谝欢ǖ拇髿鈮合拢瑵窨諝獾臏囟仍礁?，其一定容積中所能容納的水蒸氣越多，因而水蒸氣所呈現(xiàn)的壓力越大。,2.空氣濕度,濕度表示空氣的干濕程度。（1）絕對濕度：指1m3空氣中含有水蒸氣的重量，常用f(g/m3)表示，飽和狀態(tài)下的絕對濕度用飽和蒸汽量fmax表示。（2）相對濕度：指一定溫度及大氣壓力

19、下，空氣的絕對濕度f與同溫同壓下飽和蒸汽量fmax的比值。一般用?（％）表示。 也可用空氣中的水蒸汽分壓力P與同溫度下的水蒸汽飽和蒸汽壓Ps之比的百分?jǐn)?shù)來表示 。 含濕量：單位質(zhì)量的干空氣所含水蒸氣的質(zhì)量叫做含濕量（d）。,絕對濕度為153g/m3的空氣，當(dāng)溫度為18℃，水蒸汽含量已達(dá)最大值，即已經(jīng)處于飽和狀態(tài)。 如果空氣的溫度為30 ℃,此時空氣的飽和水蒸汽量則為301g/m3，水蒸汽的含量幾乎可以增加1

20、倍。 建筑熱工中廣泛應(yīng)用相對濕度，因?yàn)楦苷f明濕空氣對人體的熱舒適感、房間以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)濕狀況的影響。 對于室內(nèi)熱環(huán)境而言，正常的濕度范圍大致是30－60％。,,思考：兩者的區(qū)別和聯(lián)系是什么？,3.露點(diǎn)溫度,（1）定義（設(shè)不人為地增加或減少空氣含濕量，而只用干法加熱或降溫空氣） 某一狀態(tài)的空氣，在含濕量不變的情況下，冷卻到它的相對濕度達(dá)到100% 時所對應(yīng)的溫度，稱為該狀態(tài)下空氣的露點(diǎn)溫度，用td表示。其物理意義就

21、是空氣中的水蒸氣開始出現(xiàn)結(jié)露的溫度。 若從 td 往下繼續(xù)降溫，則空氣中容納不了原有水蒸氣，迫使部分水蒸氣凝結(jié)成水珠（露水）析出。 這種由于溫度降到露點(diǎn)溫度以下，空氣中水蒸汽液化析出的現(xiàn)象稱為冷凝。,（2）例題,A設(shè)某房間的溫度為22℃，相對濕度為46.5%，求(1)房間的蒸汽壓；(2)房間的露點(diǎn)溫度。,解答,(1) 欲求水蒸氣的分壓力，宜先求相應(yīng)溫度下的飽和蒸汽壓 由附錄2查知Ps＝2642.4Pa．將之與相

22、對濕度φ值一道代入式得其蒸汽壓為 P＝Psφ＝2642.4x 0.465＝1228.7(Pa)(2)由露點(diǎn)溫度的概念可知，將溫度降低，使上述蒸汽壓成為飽和蒸汽壓時，相應(yīng)的溫度即為露點(diǎn)．利用附錄2可以查出相應(yīng)于飽和蒸汽壓為1228.7Pa的溫度為10℃，即露點(diǎn)溫度為10℃。,,例題：B某房間的室內(nèi)空氣溫度為26°C，相對濕度為70％，房間自來水供水管表面溫度為15°C，問水管表面是否結(jié)露？,,解答：2

23、6°C飽和水蒸氣分壓力為3361.0Pa。26°C，70％濕空氣的水蒸氣分壓力為2352.7Pa，對應(yīng)露點(diǎn)溫度約為20.1°C。水管表面溫度15°C<露點(diǎn)溫度，結(jié)露。,大氣壓力p：空氣層對單位地球表面形成的壓力。不是一個定值，海拔越高，大氣壓越低。,水蒸氣分壓力p：濕空氣中的水蒸氣所產(chǎn)生的壓力。pw＝ p+ pd,飽和水蒸氣分壓力ps：飽和濕空氣的水蒸氣分壓力。ps值只與溫度有關(guān)。一

24、個大氣壓下，溫度越高，飽和水蒸氣分壓力越大。,絕對濕度f：單位體積濕空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，kg/m3。,含濕量d：單位質(zhì)量干空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量，kg/kg干空氣。,相對濕度φ：一定大氣壓下，濕空氣的絕對濕度（水蒸氣分壓力）與同溫度下飽和濕空氣的絕對濕度（水蒸氣分壓力）之比。建筑熱工設(shè)計(jì)中常用來評價環(huán)境潮濕程度。,露點(diǎn)溫度td：在濕空氣的壓力和含濕量保持不變的情況下，冷卻空氣達(dá)到飽和濕空氣狀態(tài)時的溫度。是判斷濕空氣結(jié)露與否的重要參數(shù)