建筑智能物理环境评价改善方法

建筑智能物理环境评价改善方法
智能建筑指通过将建筑物的结构、系统、服务和管理根据用户的需求进行最优化组合，从而为用户提供一个高效、舒适、便利的人性化建筑环境。

智能建筑是集现代科学技术之大成的产物。

其技术基础主要由现代建筑技术、现代电脑技术现代通讯技术和现代控制技术所组成。

随着经济的发展，智能建筑在我国发展迅速，“建筑’’和“环境”这两个概念就是不可分割的。

从最早为了躲避自然环境对自身的伤害，用树枝、石头等天然材料建造的原始小屋，到现代化的高楼大厦，人类几千年的建筑活动无不受到环境条件和科学技术发展的影响。

同时，随着人们对人与自然、建筑与人、建筑与环境之间关系的认识不断调整与深化，人们对建筑在人类社会中的地位以及建筑发展模式的认识也在不断提高。

从躲避自然环境对人身的侵袭开始，随着人类文明的进步，人们对建筑的要求不断提高。

人们希望建筑物能满足的基本要求包括以下方面：安全性、功能性、舒适性、美观性。

而不同类型的建筑有着不同的要求。

“智能建筑环境学”，就是反映智能建筑环境的内在特征与控制方法的课程，能够帮助我们更清楚地认识这个研究对象，为我们采用各种方法来改造、控制这个研究对象创造条件。

智能建筑环境主要是指响应的声环境，光环境，热湿环境，空气品质环境，安全环境（入侵防范、火灾报警、电磁辐射），办公及通信环境。

本文首先研究建筑热湿环境、光环境的影响因素和评价指标，逐一分析各环境影响因子的可控性。

然后针对不同环境要素的控制需求，制定智能控制策略，提出智能热环境、智能光环境的控制方法，为构建建筑智能环境奠定基础。

关键词：建筑智能环境，智能热湿环境，智能光环境
一.建筑室内物理环境评价要素智能控制需求
1.1建筑热湿环境评价要素及智能控制需求
影响热湿环境的因素较多，可以分为三大类：环境因素、个体因素和其他影响因素就智能热湿环境而言，主要影响因素仅涉及到其中的环境因素，即室内空气温度、气流速度、相对湿度和平均辐射温度。

1、室内空气温度
人体对温度的感觉相当灵敏，室内空气温度是影响人体热舒适最主要的因素，它直接影响人体与室内环境之间的显热交换。

2、室内空气湿度
实际应用中，习惯用相对湿度表示空气的湿度。

在一定温度下，当空气中水蒸气的含量达到该温度下水蒸气含量最大值时，称该空气称为饱和湿空气，此时其中含有的水蒸气的分压力定义为饱和水蒸气分压力。

3、空气平均流速
室内气流速度主要影响人体对流散热和水分蒸发散热的快慢。

气流速度过大，加快人体向环境散失热量的速度，导致人体产生冷感觉。

4、环境平均辐射温度室外环境通过建筑物门窗、围护结构影响室内的热湿环境。

环境平均辐射温度近似等于室内各表面温度的平均值，它决定人体辐射散热的强度，进而影响人体的冷热感。

1.2建筑热湿环境的评价方法、指标
1、直接指数法
直接指数法是依据简单的仪器对热湿环境参数的测量值，或者通过适当组合，作为评价热湿环境的指数，包括空气干球温度 ta、湿球温度 ts、露点温度 td、空气相对湿度φ a、空气流速 v 等。

2、经验指数法
经验指数法是建立在受试者实验的基础上，让若干受试者暴露在一定的热湿环境下，根据其热反应来建立数据库或拟合出一个经验模型，从而得到一个评价热湿环境的综合性指数，包括旧有效温度、修正有效温度、预测 24h 出汗率等。

3、理性指数法
理性指数法是利用人体热平衡方程及人体体温调节数学模型来预测人在各种热湿环境条件下的反应，从而对热湿环境进行评价。

包括新有效温度 ET*、标准有效温度 SET、热应力指数、皮肤排汗率、预测平均投票值等。

4、我国关于热舒适的规定
我国制定了《中等热环境 PMV 和 PPD 指数的测定及热舒适条件的规定》(GB/T18049—2000)，在该规范中，舒适的前提条件对人员的新陈代谢率和着装衣阻有如下规定：人员是坐姿，从事轻体力活动(新陈代谢率 M≤1.2met)，所穿着服装的热阻夏季为 0.5clo，冬季为 1.0clo。

GB/TI8049—2000 对适用条件具有一定的约束，适用于健康男性和女性，适用于室内工作环境的设计或对现有室内工作环境进行评价。

1、冬季工况下主要进行坐姿的活动(有供热)，其舒适条件如下：作业温度应在 20℃和24℃之间(22℃士 2℃)；平均气流速度不大于 0.15m/s；相对湿度在 30%和 70%之间。

2、夏季工况下主要进行坐姿的活动(有空调)，其舒适条件如下：作业温度应在 23℃及26℃之间(24.5℃士 1.5℃)；平均气流速度不大于 0.25m/s；相对湿度在 30%和 70%之
间。

1.3改善建筑热湿环境的方法
室外空气温湿度、太阳辐射、风速与风向的变化，可以通过围护结构、门窗的传热、传湿特性使热量、湿量等渗透到室内，影响室内热湿环境。

空调系统是改善室内热湿环境的主要途径，随着控制技术、计算机技术的不断发展和人们对室内环境的要求不断提高，空调系统的发展日趋成熟。

在实际控制过程中，需要通过控制相关建筑设实现对可控因子的调节，与各可控因子相关的被控对象主要包括：
1）温度:可以通过控制门窗、百叶窗帘、遮阳板、空调设备实现对其的调节；
2）湿度:可以通过控制门窗、通风设备、空调中的除湿加湿装置实现对其调节；
3）气流速度:可以通过控制门窗、通风设备实现对其调节；
4）平均辐射温度:可以通过控制门窗、百叶窗帘、遮阳板实现对其调节。

2.1建筑光环境评价要素及智能控制需求
影响光环境的因素主要有建筑光环境的影响因素：
1.室外天然光
1）采光口
为了获得天然光，人们在建筑外围结构上开了各种形式的洞口，装上透明材料，称为窗。

2）遮光、控光设施
为了保证大进深房屋室内采光的均匀性，提高房屋深处的照度，可以装设室内室外水平反光板。

由于侧窗的位置一般较低，人眼容易见到明亮的天空，形成眩光。

为了减少侧窗形成的眩光，可以采用水平挡板、窗帘、百叶、绿化等办法加以遮挡。

3）光导照明
我国一些建筑建设在地下，无法通过开设采光口获得天然光，这类建筑可以通过光导纤维将天然光引入室内。

在室外设置若干自然光采集器，将收集的天然光通过大量光纤，传递到室内的发光器件上，再传播到室内空间。

室内发光器件相当于室内光源，改善地下建筑室内光环境。

2、人工照明
当使用天然光仍无法达到舒适的光环境时，可以使用人工照明营造良好的光环境，如开灯。

2.2建筑光环境的评价指标
无论是天然光还是人工光，都可以用照度水平、照度均匀度、亮度比（眩光）来评价。

此外，天然光用采光系数、人工光用光源色温和显色性作为其特有评价指标。

1、采光系数
采光系数是天然采光的质量评价标准，是室内某一点直接或间接接受天空所形成的照度与同一时间不受遮挡的该天空半球在室外水平面上产生的照度之比。

利用采光系数，可以根据室内要求的照度换算出需要的室外照度，也可以根据室外
某时刻的照度值求出当时室内任一点的照度。

2、照度水平
不同的照度水平给人眼带来的视觉效果和主观感受有所不同，照度过低易导致人眼疲劳和精神不振；照度过高也会刺激人眼，使人兴奋。

对于人眼视力而言，存在着最佳光环境照度
水平，所以室内光环境控制应根据具体需要调节室内照度水平。

3、亮度比
合理的亮度分布和室内各个面反射率合适的选择，有利于创造良好的建筑光环境。

4、色温与显色性
色温与显色性是人工照明光源的评价指标。

光源的颜色质量常用色表和显色性两个术语同时表示。

光源的色表是光源的表观颜色，而显色性是指光源对其照射的物体颜色的影响作用。

物体色是指光投射到物体上，物体对光源的光谱辐射有选择地反射或投射对人眼所产生的颜色感觉。

色温是定量表示光源色表的参数，当一个光源的光谱与黑体在某一温度时发出的光谱相同或相近时，黑体的热力学温度就称作该光源的色温。

光源色表和显色性都取决于光源的光谱组成，但不同光谱组成的光源可能具有相同的色表，而其显色性却不尽相同；同样，色表完全不同的光源可能具有相同的显色性。

2.3改善建筑光环境的方法
通过分析建筑光环境的影响因素和室内光环境的评价要素，以智能化技术为手段，以天然光采光设施和人工照明为控制对象，以舒适、绿色光环境为目标，采用天然光调控优先、人工照明补偿的控制策略，对建筑室内光环境进行智能控制。

1）照度水平：可以通过控制门窗、遮阳板、百叶窗帘、人工照明实现对其的调节；
2）照度均匀度：可以通过控制反光板、人工局部照明实现对其的调节；
3）眩光：可以通过控制百叶窗帘、遮阳板实现对其的调节。

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