第四章 建筑环境中的热湿环境
建筑环境学(4)
式中 Tr ----平均辐射温度，K； trFnj----周围环境第j个表面的角系数； Tnj----周围环境第j个表面的温度，K； εj----周围环境第j个表面的黑度； ε0----假想围合面的黑度；
四次方关系并采用绝对温标，实际使用时 有一定的困难，对于人体所处的实际环境 温差来说，简化的一次方表达式的结果比 实际平均辐射温度会略小一些，但已经足 够精确了。另外，在实际的建筑室内环境 里，室内各主要表面的黑度一般差别并不 大，因此可假定人体周围各非等温围合面 的用黑摄度氏均温等标于 的假 平想 均合 辐围 射的 温黑 度度 近似ε0，表则达有式采：
一、人体的热平衡
1. 人体的基本生理要求
(1) 代谢率：食物通过 化学反应过程被分解氧化， 实现人体的新陈代谢, 在 化学反应中释放能量的速 率叫做代谢率 （Metabolic Rate）。
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！
人体各部分的温度不同。
代谢率高的器官温度比较高，例如代谢 率比较高的肝脏温度约为38℃。但由于 全身血液在不断循环，把热量由温度较 高处带到较低处，所以人体各部分温度 不会相差很大。一昼夜之中，人体体温 有周期性波动，波动幅度不超过1℃。
式散发的热量，W/㎡ ； R——人体外表面向周围环境通过辐射形
式散发的热量，W/㎡ ； E——汗液蒸发和呼出的水蒸气所带走的
热量，W/㎡ ； S——人体蓄热率，W/㎡ （式中各项均以
人体单位表面积的产热和散热表示）
（3）裸身人体皮肤表面积的计算：
AD=0.202mb0.425H0.725
式中，AD为人体皮肤表面积,m2；H 为身高,m； mb—为体重,kg；
Birkebak (1966) Nelson和Peterson (1952)
建筑热湿环境
边界条件：
a( x)
x2
x
x
out [tout ( ) t(0, )] Qsolar QL
in[t( , ) tin ( )] Ql
(
Qsh
x)
t
x
|
(
x0
x)
t x
|x
t (x,0 ) = f (x)
其中内表面长波辐射：
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
38
人体散热散湿
见第五章！
39
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
可见光
近红外线 长波红外线
0.8
普通玻璃的光谱透过率
6
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 Low-e (Low-emissivity) 玻璃。对太阳辐射有高 透和低透不同性能。
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
40
网络平衡法原理
节点平衡：AG＝0 回路压力平衡：B P＝0
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
建筑热湿环境
绿色建筑热湿环境2011331150313 陈光慧11建环3摘要：①全球正处于空前的建筑热潮，而这对全球的能源的使用有重大影响。
商业和住宅建筑大约占全球能源总消耗的三分之一，而工业和运输业也各占了三分之一。
但是由于目前大部分的建筑物没有烟囱装置，所以大部分的人不会考虑到能源使用量上升的问题以及因此导致的空气污染问题。
关键词：热湿环境节能建筑设计室外气候条件以及室内发热发湿源直接影响着建筑环境内热湿环境。
室外内室内热湿环境影响主要来自于太阳辐射和室外气温的共同作用，他们通过建筑物外围保护结构把大量的热量传进室内，同时还通过门窗透过太阳辐射热，通过缝隙渗透热湿空气影响室内热湿环境，这类被称为影响室内热湿环境的外扰因素。
同时影响室内热湿环境的另一因素是内扰，主要包括室内照明、电器等工艺设备、人体等散发的热量或者水蒸气，他们通过不同的散热散湿的形式，直接地或者间接的影响着室内热湿环境。
主要形式分为：辐射、传导或传湿、对流热交换或对流质交换。
其中建筑传热中部分辐射来自围护结构或室内家具的等蓄放热过程，这还是区别于其他传热的一个重要特点，是室内得热与室外负荷不等的主要原因，不同扰量作用、不同建筑热工特性，带给室内的热湿负荷是不同的，从而形成的热湿环境也是不同的。
不同的热湿环境对人们产生不同的生理和心里上的影响。
营造一个良好的热湿环境，不仅需要了解形成室内热湿环境的物理因素，而且还要了解人们在不同热湿环境中的生理和心里上的反应。
①热湿环境是建筑环境中的最主要的内容，主要反映在空气环境的热湿特性上。
研究表明：热环境的四要素（温度、湿度、辐射和气流）对人体的热平衡均有影响，而且各要素产生的影响在很大程度上可以互相互换和互相补偿。
例如，机体经由辐射所获得的热灵可以和因气温所获得的热量相当。
在热环境中湿度增高所造成的影响可被风俗增高所抵消。
当空气温度低于21摄氏度时，人不出汗，随着气温的增高，出汗量逐渐增多，湿度的影响显得越来越重要。
建筑环境中的室内热环境控制
建筑环境中的室内热环境控制室内热环境控制是建筑领域中的一个重要课题，它关乎人们的生活、工作和居住质量。
在现代社会中，人们对于室内温度和湿度的要求越来越高，因此室内热环境控制成为一个不可忽视的问题。
一、变化的室内热环境室内热环境是一个动态变化的过程，受到多种因素的影响。
首先，室内外温差是影响室内热环境的重要因素之一。
在寒冷的冬季，人们希望室内温暖舒适，需要采取一定的供暖措施。
而在炎热的夏季，人们则希望室内凉爽，需要进行适当的制冷。
其次，建筑材料的热传导性和热容性也会对室内热环境产生影响。
不同的建筑材料对热的传导和储存能力不同，因此在设计和选择建筑材料时需要考虑其对热环境的影响。
再次，室内设备的使用也会对热环境产生影响。
例如，电器设备、灯具等会产生热量，增加室内温度。
另外，人们的活动也会对室内热环境产生一定的影响。
当人们活动剧烈时，体温会上升，室内温度也会相应上升。
二、室内热环境的控制方法为了实现理想的室内热环境，我们可以采取多种方法进行控制。
首先，通过合理的建筑设计和布局，可以减少室内外温差对室内热环境的影响。
合理选择建筑的朝向、窗户的位置和尺寸，以及合适的遮阳装置，都可以通过调整室内热辐射和对流来实现室内热环境的控制。
其次，通过选择适当的建筑材料，可以改变建筑的热传导和热容性。
一些绝热材料和热容材料可以在一定程度上降低室内外温差对室内热环境的影响，并延缓热量的传导和释放。
再次，合理使用室内设备也是室内热环境控制的重要方法之一。
比如，选择合适的空调设备、灯具和电器设备，可以减少室内热量的产生，降低室内温度。
此外，调整室内湿度也是室内热环境控制的一部分。
通过使用加湿器或除湿器，可以调节室内湿度，提供更加舒适的环境。
三、可持续发展与室内热环境控制室内热环境控制不仅仅是为了追求个人的舒适感，也与可持续发展密切相关。
随着全球气候变暖问题的日益严峻，人们对于建筑能源消耗的要求越来越高。
因此，如何在实现室内舒适的前提下减少能源消耗成为了一个亟待解决的问题。
环境科学概论绪论ppt课件
.
26
建
空调采暖的普及
筑
使人们不再关心 建筑的性能
环
境
发
展
中
的
问
题
.
遍布全球的
玻璃和钢筋 盒子建筑
27
建
筑
美国社会能耗比例
能
耗
现
状
.
28
我
国
我国能源相对匮乏，且利用率（32%）与世 界发达国家（52%）差距很大，正大力发展
集
城市集中供热，开展节约能源工作，并提供
中
了相关法律保障实施
供 到2003年，我国有315个城市建设了集中供
. 蒙古包的排烟与通风19
湿热地区——干栏建筑:吊脚楼/鼓楼/土掌房
水族民居
苗族民居
海南黎族民居
贵州侗族吊脚楼 余姚河姆渡干栏式建筑 台湾现代民居
.
20
干栏建筑一般处于亚热带， 多雨潮湿，加之树林茂密， 豺狼虎豹野猪经常出没其间
.
一般为三层。楼板以下为 “地层”，顶棚以上为楼 层，中间层为居住层。就 其功能而言，地层一般为 牲畜圈及杂物间，也有将 厨房及碓房设置在此间的。 楼层主要是贮藏层。
.
2
教学程序与学时分配
第一章 绪论
2学时
第二章 建筑环境中的空气环境 6学时
第三章 建筑外环境
4学时
第四章 建筑环境中的热湿环境 2学时
第五章 人体对热湿环境的反应 2学时
第六章 建筑光环境
4学时
第七章 建筑声环境
4学时
第八章 可持续发展观与绿色建筑 4学时
.
3
教材与参考资料
教材：
建筑环境学，金招芬等，中国建筑工业出版社
建筑环境学第4章人体对热湿环境的反应
服装的热阻Icl 服装的透湿性 服装的表面积
服装的热阻Icl
一般指显热热阻 单位m2K/W和clo，其中1clo = 0.155 m2K/W 已知单件服装热阻： Icl = 0.161+0.835 Iclu,i
服装的热阻Icl
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
只有改变代谢率才 能改变人体核心温 度。
体温调节系统的工作原理
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。 “中性”的定义：不冷不热，人用于体温调节 消耗的能量最小。
冷、热感受器
冷、热感受器存在于：
外周温度感受器
皮肤 粘膜 内脏
中枢性温度敏感神经元
脊髓 延髓 脑干网状结构
冷、热感受器的位置
人体的体温调节系统
下丘脑具寒冷。
散热调节方式
血管扩张，增加血流，提高表皮温度 出汗
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
热感觉投票和热舒适投票
Thermal Comfort Vote & Thermal Sensation Vote
加。
人体排汗率 散湿量
决定因素
环境温度 核心温度(代谢率)
建筑环境学-第4章_人体对热湿环境的反应
3
人体温度
核心(Core)温度
核心层：通常包括脑、脊椎、心脏、肝脏、 消化器官等内脏部分。
直肠温度最接近。
外层(Shell)温度
皮肤表面到 10 mm 以内的部分，通常包括 皮肤，皮下脂肪和表层的肌肉。
4
人体体温范围
肝脏：最高，38℃ 各部分温差不会太大 皮肤：与外界环境有关 日夜有1℃以内的波动 代表温度：核心温度
第四章
人体对热湿 环境的反应
第一节 人体对热湿环境反 应的生理学和心理学基础
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 Rate)：
人体新陈代谢反应过程 中能量释放的速率。
2
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 0.425a hc
9
平均辐射温度:
一个假象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。
k
k
tr
(Fnj tnj ) / Fnj
j 1
j1
=
10
热质交换系数的确定
对流换热系数：专门针对人体的实验数据
受迫对流
hc= C v n
自然对流：三种主要形式 hc=常数 hc= C T 0.25 hc= C (M-50) 0.39
对流质交换系数：传质与传热比拟
LR = he / hc = 16.5 ℃/kPa
11
服装的作用：保温和阻 碍湿扩散
服装的性能：
服装的热阻Icl 服装的透湿性 服装的表面积
建筑环境学习题答案
《建筑环境学》第一部分建筑外环境1.1 地球绕日运动的规律地球与太阳之间的几何关系和定量描述模型。
1.2 太阳辐射太阳常数与太阳辐射的电磁波谱；地球表面上的太阳辐射能与各种影响因素之间的关系以及其能量的组成成分；太阳辐射作用与地球的热平衡关系；日照的作用。
1.3 室外气候自然室外气候形成特点和影响因素。
1.4 城市微气候由于人工的建设活动导致的城市微气候特点和影响因素，包括热岛效应、城市和小区风场、建筑物的布局与日照效果的关系。
1.5 我国气候分区特点我国两个主要的气候分区法以及不同区域的气候特点。
1.6 基本概念太阳时、太阳常数、太阳辐射、太阳辐射照度、太阳直射辐射、太阳散射辐射、有效天空温度、大气层消光系数、热岛效应。
第二部分建筑热湿环境2.1 太阳辐射对建筑物的热作用围护结构外表面所吸收的太阳辐射热；透明和半透明材料对太阳辐射的作用。
2.2 建筑围护结构的热湿传递与得热通过非透明围护结构和透明围护结构的热、湿传递特征；不同材料和结构的门窗和墙体的热过程特点；围护结构不稳定传热过程和传湿过程的数学模型。
2.3 以其他形式进入室内的热量和湿量室内产热产湿和空气渗透带来的得热的特点和定量描述方法。
2.4 冷负荷与热负荷负荷与得热的关系。
2.5 典型负荷计算方法原理国内外负荷计算方法的发展；不同类型负荷计算方法的适用条件；目前国内外典型的建筑热过程与负荷模拟分析软件。
2.6 基本概念维护结构、室外空气综合温度、夜间辐射、遮阳系数、得热、太阳得热系数、冷负荷、热负荷。
第三部分人体对热湿环境的反应3.1 人体对热湿环境反应的生理学和心理学基础人体的热平衡、人体的温度感受系统、人体的体温调节系统、热感觉、热舒适等原理和理论体系。
3.2 人体对稳态热环境反应的描述热舒适方程、预测平均评价、有效温度和 ASHRAE 舒适区等，人体对稳态热环境反应的描述方法。
3.3 人体对动态热环境的反应人体对动态热环境的反应的研究历史与发展。
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第二节 建筑围护结构的热湿传递
一、通过围护结构的显热得热
t z tair oIu t
第一节 太阳辐射对建筑物的热作用
三、夜间辐射
由于夜间无太阳辐射，建筑物与周围物体和天 空的长波辐射在这里是不可忽视的，否则可能导 致热负荷计算偏低。 上述式中的长波辐射QL也可称为夜间辐射或有 效辐射。若仅考虑墙体对天空的大气长波辐射和 对地面的长波辐射，则通常可由下式估算： 4 4 QL b w xsky xg g Tw xskyTsky xg gTg4 由于影响角系数x的因素很多，x很难求出，故 长波辐射QL往往采用经验值。最常见的取值方法 为： 对于垂直表面近似取QL=0 对于水平表面取QL/αout=3.5～4.0º C
第一节 太阳辐射对建筑物的热作 用
一、围护结构外表面所吸收的太阳辐射热
半透明物体的总吸收率为： 1 r 0 1 r r n 1 0 n 1 r 1 n 0 半透明物体的总反射率为： 2 2 1 r r r 1 0 1 r r 2 n 1 0 2 n r 1 1 1 r 1 n 0 半透明物体的总透射率为： 2 1 1 r glass 1 0 1 r r 2 n 1 0 2 n 1 r 1 n 0 其中：α0指射线单程穿过半透明体的吸收率；r 为空气-半透明薄层分界面的反射百分比，其值与 射线的入射角和波长有关，也与介质的性质即折 射指数n有关。
0 0 0 2 2 2 0 2 0 2 2 0 2
第一节 太阳辐射对建筑物的热作用
一、围护结构外表面所吸收的太阳辐射热
当阳光照射到两层半透明薄层时，其总透射率、总反射 率以及各层的总吸收率可用类似方法求出： n glass 1 2 1 2 1 总透射率为：
L out out
上式中的假设温度tz在计算换热时，不仅考虑了对流换热， 同时也考虑了室外墙体与太阳辐射、环境长波辐射的换热， 显然它也方便了计算，它并非是室外真实的气体温度，而 QL I 是为了计算方便而引入的一个当量的室外温度，这个温度 t z t air out out 我们习惯上称之为室外空气综合温度，其表达式为： 当与周围环境的长波辐射相对较小 ，则上式可简化为：
1 2
n 0
1 2
1 2 1 2 1 总反射率为：
2 1 n 0
n
2 1 2 1 1 2
1 2 第一层半透明物体的总吸收率为： c1 1 1 1 1 2
2 第二层半透明物体的总吸收率为： c 2 1 1 1 2
第四章 建筑环境中的热湿环境
得热量（Heat Gaie--HG）：是指某时刻在内外扰作 用下进入房间的总热量我们就称之为该时刻的得热量。 它通常包括显热和潜热两部分，其中显热通常是指对 流得热（如内墙表面与室内空气之间的对流换热）和 辐射得热（如室外太阳辐射通过窗玻璃进入到室内的 热量）两部分。当得热量为负时，通常是指房间失去 显热或潜热量。 外扰主要包括室外气候参数如室外空气温湿度、太 阳辐射、风速、风向变化以及邻室的空气温湿度等均 可通过围护结构的传热、传湿、空气渗透使热量和湿 量进入到室内，从而对室内热湿环境产生影响； 内扰主要包括室内设备、照明、人员等室内热湿源 的影响。
从以上说明可以看出：当入射角改变时，由 于r、α0均发生改变，从而导致半透明薄层的总 吸收率、总反射率以及总透射率也发生改变。 图4-6即反映了三者与入射角之间的关系。由 图知：当阳光入射角大于60º 时，透射率会急 剧下降。
第一节 太阳辐射对建筑物的热作用
二、室外空气综合温度
室外墙体除与周围大气进行对流换热外，还接受太阳辐 射（包括太阳直接辐射、天空散射辐射、地面反射辐射）， 同时还与周围常温物体发生只有长波红外线的辐射（包括 大气长波辐射、地面长波辐射和环境表面长波辐射等）换 Q 热，墙体得热应为此三者之和，即单位面积外表面的得热 tw out t z tw q out t air t w I QL out t air I 为：
第一节 太阳辐射对建筑物的热作用
一、围护结构外表面所吸收的太阳辐射热
当太阳辐射照射到不同的围护结构外表面时，一部分会被 反射，另一部分被吸收，二者比例取决于围护结构表面的 特性，即表面材料吸收率和反射率的大小。被围护结构吸 收的热量，通过导热导入室内而形成室内得热量。 在所有的建筑围护结构中，玻璃窗户的对太阳辐射的吸收 和透射与其他表面有很大的差别，它也是太阳辐射能极大 地影响室内环境的一个直接原因，下面我们就来看看太阳 辐射通过玻璃窗户的传热过程。 玻璃对不同波长的辐射有选择性，对于可见光和波长为3 微米以下短波红外线来说几乎是透明的，但它却能够有效 的阻隔长波红外线辐射。虽然这部分长波的辐射能量在太 阳辐射中所占的比例是非常小的。却也说明了此时玻璃也 仅只是一半透明体，理论上仍需计算出其对太阳辐射的吸 收率、反射率和透过率。
上述式中 τ1、τ2分别表示第一、二层半透明薄层的透射 率；ρ1、ρ2分别表示第一、二层半透明薄层的反射率；α1、 α2分别表示第一、二层半透明薄层的吸收率。
一、围护结构外表面所吸收的太阳辐射热
第一节 太阳辐射对建筑物的 热作用
上列各式中射线通过薄层时的单程吸收率α0 取决于材料在对应波长的消光系数Kλ（即单色 减弱系数）以及射线在薄层中的行程L，而L又 与入射角和折射系数有关。通常可用下式进行 计算： 0 1 exp KL