室内环境及其控制技术解析

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1、绿色建筑概论 -室内环境及控制技术 学什么 声、光、热和室内空气品质控制 建筑建筑室内声室内声环境环境 1. 掌握声学各物理参数基本概念基本概念和内在联系内在联系。 知识要点： 2. 了解人与听觉环境的人与听觉环境的关联关联 3. 掌握噪声噪声一般 的控制方式控制方式 5 4 声音的基本概念及特性 新建筑物理FIG3.1-1 大大 气气 压压 声压声压 声波声波 从物理方面：从物理方面：声音是一种声音是一种机械波机械波，是机械震动在弹性介质中传，是机械震动在弹性介质中传 播播客观声音客观声音 从心理方面：从心理方面：上述物理波动现象而引起的听觉感觉上述物理波动现象而引起的听觉感觉 主观主观 声

2、音声音 v声波在空气中对空气质点 的膨胀压缩形成了空气的压 力波动，压力的起伏变化依 次作用人的耳膜，形成了声 音的感觉。压力波的传递， 非空气介质的传递，与空气与空气 流动方向无关流动方向无关。 扬声器膜辐射的声波扬声器膜辐射的声波 理想气体中的声速：理想气体中的声速： k k 绝热指数，绝热指数，R R 气体常数，气体常数，T T 绝对温度。绝对温度。 建筑环境中气体中的声速：建筑环境中气体中的声速： 常温常压下：一般取常温常压下：一般取c=340m/sc=340m/s vv空气中的声速空气中的声速/ /与传播媒介温度与传播媒介温度： vv固、液体中的声速固、液体中的声速（远大（远大于空气

3、中的声速）于空气中的声速） 钢：钢： 5000 m/s5000 m/s 松木：松木： 3320 m/s3320 m/s 水：水： 1450 m/s1450 m/s 软木：软木： 500 m/s500 m/s 声音声音的基本特性的基本特性 vv声波的声波的频率频率、波长波长和声速声速的关系为： （1）声波每秒振动的次数音调音调 (频率频率) 声音的高低频率 频率音调 （2）空气密度变化大小音量音量(响度响度) 声音的大小声压,声强 同样声源：音量传 播距离 （3）频率的混合状态声音是由各种频率的声音混合而成 ，不同混合状态感觉不同音色音色(音质)。 声音的组合频谱 声音的基本概念及特性 声音声音

4、的三要素的三要素 qq声功率声功率W/WW/W：声源在单位时间内向外辐射的声音能量，即 在全部可听范围所辐射的功率，也可特指在某个有限频率 范围所辐射的功率，亦称频带声功率。 qq声压声压P/PaP/Pa：空气质点因声波作用产生振动时超过大气压 力值，声波的压强与媒质的静压之差。 常指有效声压（瞬时声压的均方根）简谐声波： qq声强声强 I /W/mI /W/m 2 2 ：声波传播方向上单位面积波面上通过的 平均声功率。 声音的基本概念及特性 绝对量/单 位 闻阈值闻阈值/ /刚能听刚能听痛阈值痛阈值/ /耳疼痛耳疼痛 绝对量相对值绝对量相对值 声压P/N/m2210-5 0 0 201201

5、20 声强I/W/m210-12 0 0 1120120 声功率W/W10-12 0 0 1120120 三参数对数转换（相对）值分贝（dB） 声压级声压级 声功率级声功率级 声强级声强级 闻阈值 vv 可闻阈可闻阈( (听阈听阈) ) 人耳刚能感受的声音，人耳刚能感受的声音， p p0 0 =210=210-5 -5 Pa Pa， I I0 0 =110=110-12 -12 W/m W/m 2 2 vv 痛阈痛阈 闻之人耳则闻之人耳则痛痛， p p =20 Pa=20 Pa， I I =1W/m=1W/m 2 2 声音的基本概念及特性 “级级”的概念的引出的概念的引出 人的听觉特征及其对环

6、境噪声的反应 正常青年人的听觉范听觉范 围围 建筑声环境FIG1-11 语言 音乐 最小可辨阈：最小可辨阈： 一般：Lp=1dB (在频率为：5010000Hz, Lp 50dB时) 人人耳的听觉范围耳的听觉范围 舒适的声环境 城市区域环境噪声标准 0类标准适用于疗养区、高级别墅区和高级宾馆； 1类标准适用于以居住、文教机关为主的区域； 2类标准适用于居住、商业、工业混杂区； 3类标准适用于工业区； 4类标准适用于城市中的道路交通干线两侧区域 类别昼间（dB）夜间（dB） 05040 15545 26050 36555 47055 舒适的声环境 民用建筑隔声设计规范 允许值使用场所 5300K

7、 K No.21 心理感受左趋势积极色中性色 消极色右趋势 明暗感明暗感明亮明亮白 黄橙绿、红灰灰青紫黑黑暗黑暗 冷热感冷热感温暖温暖 橙红黄灰绿青紫白 凉爽凉爽 胀缩干膨胀 红橙 黄 灰绿青紫 收缩 距离感近 黄橙 红 红 绿青紫 远 重量感轻盈白黄橙 灰绿青紫黑沉重 兴奋感兴奋感兴奋兴奋白 红橙红 黄 红绿 紫 灰绿青 绿 青紫黑沉静沉静 颜色颜色的基本概念的基本概念 色彩色彩效应效应对主观的影响对主观的影响营造光环境氛围营造光环境氛围 情绪感觉：情绪感觉：积极色：暖色调高亮度； 消极色：冷色调低照度。 温度感觉：温度感觉：主观温差效果可达34 大小轻重感觉：大小轻重感觉：高明度者大而轻，

8、低明度小而重 色适应是人们工作、学习、生活中对照明光色度感觉的偏爱 天然光环境 天然光天然光的组成和影响因素的组成和影响因素 组成及影响因素组成及影响因素：太阳直射光、天空漫射光f (云 量),全国全年总照度分布。 我国气候分区与光气候系数我国气候分区与光气候系数 IIIIII K K I I =0.85=0.85 (6000(6000lxlx) ) K K III III =1.0 =1.0 (5000(5000lxlx) ) 室外临界照度室外临界照度 55005500lxlx K KII II =0.9 =0.9 室外临界照度室外临界照度 40004000lxlx K KV V =1.2

9、=1.2 K K IVIV =1.1 =1.1 (4500(4500lxlx) ) V V V V I I II II IIIIII IIIIII IIIIII IVIV IVIV 光光气候与采光标准气候与采光标准 上海地区某车间从事精细工作， 查标准最低采光系数为2%，则采 光系数最低值为2.2%，由于室外 临界照度为4500lx，所以此时室 内最低天然光照度就是99lx 现代现代建筑建筑天然天然光的利用手法光的利用手法 侧窗采光侧窗采光最常用最常用 中庭建筑（中庭建筑（ATRIUMATRIUM）建筑创意建筑创意 上海图书馆中庭 现代现代建筑建筑天然天然光的利用手法光的利用手法 电动内外遮阳

10、电动内外遮阳 天然光天然光的控制与调节的控制与调节 香港汇丰银行1 天然光天然光的控制与调节的控制与调节 利用反射镜实例利用反射镜实例 利用反光镜和 吊顶反射 英国议会大厦 利用反射镜实例利用反射镜实例 天然光天然光的控制与调节的控制与调节 人工照明 电 光 源 热辐射 普通白炽灯 卤钨灯 气体放电发光 高气压放电灯 低气压放电灯 高压汞灯 荧光高压汞灯 高压钠灯 金属卤化物灯 低压钠灯 荧光灯 EL(场致发光板 ） LED(发光二极管） 电致发光 S S 热辐射光源：白炽灯、卤钨灯热辐射光源：白炽灯、卤钨灯 金属丝加热到金属丝加热到1000K1000K以上以上发光发光 T T 光辐射光辐射/

11、 /总辐射总辐射 光谱特性、色偏红光谱特性、色偏红 无闪频，调光无闪频，调光性性 表面温度表面温度高高( (可达可达250)250) 发光效率低发光效率低 电光源电光源的种类的种类 S S 气体放电光源：荧光灯、节能灯、高压汞灯、金属卤化气体放电光源：荧光灯、节能灯、高压汞灯、金属卤化 物灯、高物灯、高/ /低压钠灯低压钠灯 荧光灯荧光灯: : 电光源电光源的种类的种类 非连续、多峰值非连续、多峰值 交流电压变化交流电压变化 闪频闪频 表面亮度低，寿命长表面亮度低，寿命长 散热少散热少 光效高光效高 管内稀薄氩气管内稀薄氩气+ +汞气汞气 荧光粉荧光粉 电极电极 通电 气体放电 发出紫外线+荧

12、光粉 可见光 不同荧光粉 不同光谱 类型T5T8T12 光效提高18%40% 新建筑物理TAB2.3-10 项目 普通白炽灯卤钨灯荧光灯荧光高压汞灯金属卤化物灯高压钠灯 光效光效(lm/W)(lm/W)6.5-1920-2125-6030-5060-8080-100 色温（色温（K K）280032006500(日光色)600060002100 显色指数显色指数( (Ra)Ra)95-9995-9955-9340-5085-9521 平均寿命平均寿命( (小时小时 ) ) 1000800-20002000-50004000-90001000-200006000-10000 表面亮度较大大小较大

13、较大较大 (再)启动时间瞬时瞬时较短长长长 受电压波动影响大大较大较大较大较大 受环境温度影响小小大较小较小较小 耐震性较差差较好好较好较好 所需附件无无 电容/镇流/启 动器 镇流器镇流器镇流器 频闪现象无无有有有有 发热量(功率) 57(100W ) 41(500W ) 13(40W)17(400W)12 (400W)8(400W) 初始价格初始价格最低中中高高高 运行价格运行价格最高低低中中中 S S不同电光源性能比较不同电光源性能比较 舒适的光环境 适当的照度水平（楼间距、灯具功率和数量、窗墙比） 合理的照度分布（窗户大小和位置、灯具大小及分布） 合适的色温（灯具色温选择） 无眩光（采

14、光口位置、光亮度、强光方向） 色表类别色表相关色温用途 1暖5300高照度空间、热加工车间 光源光源的色温与显色性的色温与显色性 人工人工光环境质量及其评价标准光环境质量及其评价标准 营造光环境气氛的主要参数。 3000K色温：温暖亲切 4000K色温：严肃振奋 闷热的气氛蜡烛 白炽灯 荧光灯 街道照明 生活/学校 /办公照明 工商业照明 照度/lx 色温/K 照度水平与光色舒适感的关系照度水平与光色舒适感的关系 高照度要求 炎热地区 暖暖 色色 调调 冷冷 色色 调调 居住场所 寒冷地区 阴沉的气氛 通过选择合理的光源和照明方式实现 室内热湿环境 基本概念 室内空气温度 室内空气相对湿度 空

15、气平均流速 室内平均辐射温度 热湿调节 采暖 通风 空气调节 44 如何营造舒适的室内热湿环境 1)室内污染物增多：燃料消耗量、化工产品品种、建筑材料品种 增多 2)为了减少空调采暖能耗，建筑物密闭程度增加 SBSSick Building Syndrome 病态建筑综合症：现代都市病 不仅是温度、湿度、声、光满足人们的生活需求， 更应当综合考虑室内环境的健康并与自然环境一定 程度的融合，营造高品质的室内环境 45 (1) NIOSH的调查 (2) WHC的调查 问题种类 数量 (% ) 数量 (%) 新风量不足 252 52 710 52 内部污染物 77 16 165 12 外部污染物 48 10 125 9 建筑材料 20 4 27 2 微生物污染 26 5 6 0.4 无IAQ问题 61 12 329 24 (1) NIOSH(美国国立劳动安全卫生研究所)1987年发表的对484所办公建筑 物的调查结果 (2) WHC(加拿大卫生和福利机构)1990年发表的对1362所办公建 筑物的调查结果 46 室内空气污染物的来源 -室外来源 大气易变量组分 符号 含量(ppm