熱環境

一、室外熱環境(室外氣候)

室外熱環境是指作用在外圍護結構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、降水等因素綜合組成的一種熱環境。建筑物所在地的室外熱環境通過外圍護結構將直接影響室內環境，為使所設計的建筑能創造良好的室內熱環境，必須了解當地室外熱環境的變化規律及特征，以此作為建筑熱工設計的依據。與室外熱環境密切有關的主要因素如下：

(一)太陽輻射

1.太陽輻射能是地球上熱量的基本來源，是決定室外熱環境的主要因素。

2.太陽輻射的組成

到達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地面的部分，稱為直射輻射;另一部分是經過大氣層散射后到達地面的部分，稱為散射輻射。

3.太陽常數

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(理論計算值)：I0=1395.6W/㎡

氣象太陽常數(實測分析值)：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處百葉箱內的空氣溫度。

2.變化規律

室外氣溫由于受到太陽輻射的影響，它的年變化、日變化規律都是周期性的。

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

(2)日變化規律：由地球自轉引起。日最低氣溫出現在6：00—7：00左右。日最高氣溫出現在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.變化規律

一般來說，某一地區在一定時間內，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，從而導致相對濕度變化強烈。

(1)年變化規律：最熱月相對濕度最小，最冷月相對濕度最大，季風區例外。

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

1.風：指由大氣壓力差所引起的大氣水平方向的運動。

2.風的類型

(1)大氣環流：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溫差，從而引起大氣在赤道和兩極之間產生活動，即為大氣環流。

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

3.風的特性

(1)風向：風吹來的地平方向為風向。可使用四方位東(E)、南(S)、西(W)、北(N)表示，細分則使用八方位，即在上述四方位中增加東南(SE)、東北(NE)、西南(SW)、西北(NW)，甚至使用十六方位表示。

風向頻率圖(風向玫瑰圖)是一定時間內在各方位刮風次數的統計圖，可由此了解當地的風向，尤其是不同季節的主導風向。

(2)風速：單位時間內風前進的距離，單位為m/s.氣象學上根據風速將風分為十二級。

(五)降水

1.降水：從大地蒸發出來的水蒸氣進人大氣層，經過凝結后又降到地面上的液態或固態的水分。如雨、雪、雹都屬降水現象。

2.降水的性質

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

(2)降水強度：單位時間(24小時)內的降水量，單位：mm/d.

二、中國建筑熱工設計分區

我國幅員遼闊。地形復雜，各地由寸：緯度、地勢和地理條件的不同，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本地的氣候條件，我國各地氣候作如下劃分(表14-1)，在進行設計時，應滿足不同的熱工設計要求。

熱工設計分區的地理劃分可從《民用建筑熱工設汁規范》(GB 50176—93)和《建筑設計資料集2》的“全國建筑熱工設計分區圖”中得到更加明確的了解。

三、室內熱環境(室內氣候)

室內熱環境是指由室內空氣溫度、空氣濕度、室內風速及環境平均輻射溫度(室內各壁面溫度的當量溫度)等因素綜合組成的一種熱物理環境。

(一)決定室內熱環境的物理客觀因素

決定室內熱環境的物理客觀因素有室內的空氣溫度、空氣濕度、室內風速及壁面的平 均輻射溫度。

此外，室內熱環境的好壞通常受到室外熱環境、室內熱環境設備(如空調器、加熱器 等)、室內其他設備(如燈具、家用電器)的影響。

(二)對室內熱環境的要求

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

1.人體的熱感覺

室內熱環境對人體的影響主要表現在人的冷熱感。人體的冷熱感取決于人體新陳代謝 產生的熱量和人體向周圍環境散熱量之間的平衡關系，人體熱平衡方程表示如下：

2.熱舒適

熱舒適是指人對環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，汗液蒸發率處于舒適的蒸發范圍內。

室內熱環境可分為舒適、可以忍受和不能忍受三種情況，只有采用充分空調設備的房間才能實現舒適的要求，對大多數建筑而言，應以保證人體健康不受損害為準，確定對室內熱環境的要求，在可能的條件下，盡可能改善室內熱環境。

(三)室內熱環境的評價方法

1.單一指標

(使用室內空氣溫度作為熱環境評價指標)目前，我國很多設計規范和標準均以其為控制指標。(例如，對冬季采暖設計溫度，規范規定居住建筑為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熱環境的方法有：

2.有效溫度

有效溫度EP(EffectiveTemperature)是依據半裸的人與穿夏季薄衫的人在一定條件的環境中所反應的瞬時熱感覺作為決定各項因素綜合作用的評價標準，是室內氣溫、相對濕度和空氣速度在一定組合下的綜合指標。由于該指標使用簡單，在對不同的環境和空調方案進行比較時得到了廣泛的應用。它的缺陷是沒有考慮熱輻射變化的影響，在評價環境時有時難免出現一定的偏差，因此后來又出現了新有效溫度等指標。

3.PMV指標

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

PMV指標是在丹麥工業大學微氣候實驗室和美國堪薩斯州立大學環境實驗室做了大量試驗工作后，由丹麥學者房格爾教授(P.0.Fanger)提出的，是迄今為止考慮人體熱舒適感諸多有關因素最全面的評價指標，于20世紀印年代初得到國際標準化組織ISO的承認。PMV指標與評價方法包括PMV指標與預測不滿意百分率PPD兩方面的內容。它是以房格爾教授的熱舒適方程為基礎，導出PMV指標與影響人體熱舒適的6個要素之間的定量關系。