第一章建筑熱工學(xué)

　　建筑熱工學(xué)的主要任務(wù)是以熱物理學(xué)、傳熱學(xué)和傳質(zhì)學(xué)作為理論基礎(chǔ)，應(yīng)用已揭示的傳熱、傳質(zhì)規(guī)律，通過(guò)規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)上的手段有效地防護(hù)和利用室內(nèi)、外氣候因素，合理地解決建筑設(shè)計(jì)中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫、隔熱和防潮等方面的間題，以創(chuàng)造良好的室內(nèi)氣候條件，節(jié)約能源并提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耐久性

　　第一節(jié)建筑熱工學(xué)基本原理

　　一、傳熱方式

　　熱量的傳遞稱為傳熱。根據(jù)傳熱機(jī)理的不同，傳熱的基本方式分為導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射。

　　(一)導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo))

　　導(dǎo)熱是指溫度不同的物體各部分或溫度不同的兩物體直接接觸而發(fā)生的傳熱現(xiàn)象

　　1.傅立葉定律

　　導(dǎo)熱基本定律，即傅立葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

　　式中q——熱流密度(熱流強(qiáng)度)，單位時(shí)間內(nèi)，通過(guò)

　　等溫面上單位面積的熱量，單位為W/m2

　　——溫度梯度，溫度差△t與沿法線方向兩個(gè)等溫面

　　之間距離△n的比值的極限，單位為K/m

　　λ——材料的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/(m·K)

　　均質(zhì)材料物體內(nèi)各點(diǎn)的熱流密度與溫度梯度成正比，圖1-1等溫面示意圖

　　但指向溫度降低的方向。式(1-1)中的負(fù)號(hào)表示熱量的傳遞方向和溫度梯度的方向相反。

　　2.導(dǎo)熱系數(shù)

　　表征材料導(dǎo)熱能力大小的量是導(dǎo)熱系數(shù)，單位是W/(m·K)。其數(shù)值是物體中單位溫度降度(即1m厚的材料的兩側(cè)溫度相差1oC時(shí))，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積所傳導(dǎo)的熱量。

　　各種材料導(dǎo)熱系數(shù)入的大致范圍是：

　　氣體：0.006～0.6W/(m·K)

　　液體：0.07～0.7W/(m·K)

　　金屬：2.2～420W/(m·K)

　　建筑材料和絕熱材料：0.025～3W/(m·K)

　　空氣在常溫、常壓下導(dǎo)熱系數(shù)很小，所以圍護(hù)結(jié)構(gòu)空氣層中靜止的空氣具有良好的保溫能力。

　　材料的導(dǎo)熱系數(shù)不但因物質(zhì)的種類(lèi)而異，而且還和材料的溫度、濕度、壓力和密度等因素有關(guān)。而影響導(dǎo)熱系數(shù)主要因素是材料的密度和濕度。

　　(1)密度。一般情況下，密度小的材料導(dǎo)熱系數(shù)就小，反之就大。但是對(duì)于一些密度較小的保溫材料，特別是某些纖維狀材料和發(fā)泡材料，當(dāng)密度低于某個(gè)值以后，導(dǎo)熱系數(shù)反而會(huì)增大。在最佳密度下，該材料的導(dǎo)熱系數(shù)最小。

　　(2)濕度。建筑材料含水后，水或冰填充了材料孔隙中空氣的位置，導(dǎo)熱系數(shù)將顯著增大，在建筑保溫、隔熱、防潮設(shè)計(jì)時(shí)，都必須考慮到這種影響。

　　(3)溫度。大多數(shù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大，工程計(jì)算中，導(dǎo)熱系數(shù)常取使用溫度范圍內(nèi)的算術(shù)平均值，并把它作為常數(shù)看待。

　　(4)熱流方向。各向異性材料(如木材、玻璃纖維)，平行于熱流方向時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)較大，垂直于熱流方向時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)較小。
　　(二)對(duì)流

　　對(duì)流傳熱只發(fā)生在流體(液體、氣體)中，它是因溫度不同的各部分流體之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，互相摻合而傳熱能的。

　　由于引起流體流動(dòng)的動(dòng)力不同，對(duì)流的類(lèi)型可分為自然對(duì)流和受迫對(duì)流：

　　(1)自然對(duì)流：由于溫度的不同引起的對(duì)流換熱。

　　(2)受迫對(duì)流：由外力作用形成的對(duì)流。受迫對(duì)流在傳遞熱量的強(qiáng)度方面要大于自然對(duì)流。

　　在建筑熱工中所涉及的主要是空氣沿圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面流動(dòng)時(shí)，與壁面之間所產(chǎn)生的熱交換過(guò)程，也包括空氣分子之間和相互接觸的空氣分子與壁面分子之間的導(dǎo)熱過(guò)程。這種對(duì)流與導(dǎo)熱的綜合過(guò)程稱為表面的“對(duì)流換熱”。它的基本計(jì)算式為牛頓冷卻公式：

　　式中qc——對(duì)流換熱強(qiáng)度，W/m2

　　αc——對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K)

　　t——流體主體部分溫度，K

　　θ——固體壁面溫度，K

　　空氣同屋頂和墻壁的表面之間的穩(wěn)定相差越大，對(duì)流換熱量越多;表面越光滑，對(duì)流越順暢，換熱量越多。

　　(三)輻射

　　由于自身溫度或熱運(yùn)動(dòng)的原因而激發(fā)產(chǎn)生的電磁波傳播稱為熱輻射。

　　1.熱輻射的本質(zhì)和特點(diǎn)

　　(1)輻射換熱與導(dǎo)熱、對(duì)流換熱不同，它不依靠物質(zhì)的接觸而進(jìn)行熱量傳遞。

　　(2)輻射換熱過(guò)程伴隨著能量形式的兩次轉(zhuǎn)化，即物體的部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電磁波能發(fā)射出去，當(dāng)此電磁波能射到另一物體表面而被吸收時(shí)，電磁波能有轉(zhuǎn)化成內(nèi)能。

　　(3)一切高溫物體只要溫度絕對(duì)零度(0K)，都會(huì)不斷發(fā)射熱射線，當(dāng)物體有溫差時(shí)，高溫物體輻射給低溫物體的能量多于低溫物體輻射給高溫物體的能量。

　　2.物體的輻射特性

　　物體按其輻射特性分為黑體、灰體和選擇性輻射體(非灰體)三大類(lèi)。

　　(1)黑體：能發(fā)射全波段的熱輻射，在相同的溫度條件下，輻射能力最大。

　　(2)灰體：如果—個(gè)物體在每一波長(zhǎng)下的單色輻射力與同溫度、同波長(zhǎng)下黑體的單色輻射力的比值為—常數(shù)，這個(gè)物體稱為灰體。一般建筑材料均可看作為灰體。

　　灰體的輻射本領(lǐng)Eλ與同溫度下黑體的輻射本領(lǐng)Eλ，b的比值稱為黑度(發(fā)射率)ε。
　　(3)選擇性輻射體(非灰體)：此類(lèi)物體的單色輻射力與黑體、灰體截然不同，有的只能發(fā)射某些波長(zhǎng)的輻射線。

　　(4)全輻射力E(輻射本領(lǐng)，全輻射本領(lǐng))：在單位時(shí)間內(nèi)、從單位表面積上以波長(zhǎng)0～∞的全波段向半球空間輻射的總能量，單位：W/㎡，

　　黑體的全輻射能力Eb(斯蒂芬—波爾茲曼定律)，可表示為：

　　式中Tb——黑體的絕對(duì)溫度，K。

　　σb—黑體輻射常數(shù)，5.68x10—8W/(㎡·K4)，

　　Cb一一黑體輻射系數(shù)，5.68W/(㎡·K4)

　　灰體的輻射能力E

　　式中T——灰體的絕對(duì)溫度，K;

　　C——灰體輻射系數(shù)，W/(㎡，K4);

　　ε——灰體的黑度。

　　物體表面向外輻射熱量的多少，是物體的表面溫度和輻射能力來(lái)決定的。表面溫度越高，輻射的熱量越多，輻射能力越強(qiáng)。輻射系數(shù)C表示物體表面的輻射能力，一般粗造的表面輻射力大，光滑的表面輻射力小。

　　(5)單色輻射力Eλ(單色輻射本領(lǐng))：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)從單位表面積向半球空間輻射出的某一波長(zhǎng)的能量，單位：W/(m2·μm)。

　　3.物體對(duì)外來(lái)輻射的反射、吸收和透射

　　當(dāng)輻射熱落到不透明的物體表面時(shí)，例如太陽(yáng)輻射到墻面或屋面，物體表面就會(huì)把一部分輻射熱反射出去，吸收氣其余部分，如遇到透明體，例如窗玻璃，則還有一部分輻射熱透過(guò)去，見(jiàn)圖1-2.

　　(1)反射系數(shù)r：被反射的輻射能Ir與入射輻射能Io的比值。

　　(2)吸收系數(shù)ρ：被吸收的輻射能Iρ，與入射輻射能Io的比值。

　　(3)透射系數(shù)：被透射的輻射能I與入射輻射能Io的比值。

　　顯然，(1-9)

　　如果物體能全部吸收外來(lái)射線，即ρ=1則這種物體被定義為黑體(絕對(duì)黑體);如果物體能全部反射外來(lái)射線，即r=1，不論是鏡面反射還是漫反射，均稱為白體(絕對(duì)白體);如果物體能將外來(lái)輻射全部透過(guò)，即τ=1。則稱透明體
　　4.影響材料吸收率、反射率、透射率的因素

　　材料的吸收系數(shù)、反射系數(shù)、透射系數(shù)是物體表面的輻射特性，與物體的性質(zhì)、溫度及表面狀況有關(guān)，還和投射能量的波長(zhǎng)分布有關(guān)。

　　對(duì)于任一特定的波長(zhǎng)，材料表面對(duì)外來(lái)輻射的吸收系數(shù)與其自身的發(fā)射率或黑度在數(shù)值上是相等的，即ρ=ε，所以材料的輻射能力越大，它對(duì)外來(lái)輻射的吸收能力也越大。常溫下，一般材料對(duì)輻射的吸收系數(shù)可取其黑度值，對(duì)來(lái)自太陽(yáng)的輻射，材料的吸收系數(shù)并不等于物體表面的黑度。

　　物體對(duì)不同波長(zhǎng)的外來(lái)輻射的反射能力不同，對(duì)短波輻射，顏色起主導(dǎo)作用;但對(duì)長(zhǎng)波輻射，材性(導(dǎo)體還是非導(dǎo)體)起主導(dǎo)作用。在陽(yáng)光下，黑色物體與白色物體的反射能力相差很大，白色反射能力強(qiáng);而在室內(nèi)，黑、白物體表面的反射能力相差極小。對(duì)于建筑物來(lái)說(shuō)，外圍護(hù)的外表面涂成白色或淺色，而且做的光滑，可以減少對(duì)太陽(yáng)輻射熱的吸收，對(duì)防熱是有好處的。

　　玻璃作為建筑常用的材料屬于選擇性輻射體，其透射率與外來(lái)輻射的波長(zhǎng)有密切的關(guān)系。易于透過(guò)短波而不易透過(guò)長(zhǎng)波是玻璃建筑具有溫室效應(yīng)的原因。

　　5.輻射換熱量

　　物體之間，以輻射形式進(jìn)行熱量交換稱為輻射換熱。如散發(fā)的熱量多于接受的熱量，物體表面溫度就下降，反之得多于失，表面溫度就上升。兩表面間的輻射換熱量主要與表面的溫度、表面發(fā)射和吸收輻射的能力、表面的幾何尺寸與相對(duì)位置有關(guān)。

　　若不計(jì)兩表面之間的多次反射，僅考慮第一次吸收的前提下，任意兩表面的輻射換熱量的通式為

　　式中q1-2——輻射換熱熱流密度，W/㎡;

　　θ1——表面1的溫度，K;

　　θ2——表面2的溫度，K;

　　αr——輻射換熱系數(shù)，W/(㎡·K)。

　　輻射換熱系數(shù)αr取決于表面的溫度、表面發(fā)射和吸收輻射的能力、表面的幾何尺寸與相對(duì)位置。

　　上述三種基本傳熱方式，在建筑傳熱過(guò)程中，都會(huì)以二種或者三種方式同時(shí)出現(xiàn)。不過(guò)，在一定條件下以某種傳熱方式為主。
　　、外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程和特點(diǎn)

　　圖1-3圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱過(guò)程

　　1吸熱階段

　　2導(dǎo)熱階段

　　3放熱階段

　　室內(nèi)空氣

　　墻體

　　室外空氣

　　(一)外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程

　　室內(nèi)空氣通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)與室外空氣進(jìn)行熱量傳遞的過(guò)程，稱為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過(guò)程，整個(gè)過(guò)程分成三個(gè)階段(圖1-3)

　　(1)表面吸熱階段：內(nèi)表面從室內(nèi)吸熱(冬季)或外表面從室外空間吸熱(夏季)。

　　(2)結(jié)構(gòu)本身傳熱階段：熱量由結(jié)構(gòu)的高溫表面?zhèn)飨虻蜏乇砻妗?/p>

　　(3)表面放熱階段;外表面向室外空間放熱(冬季)或內(nèi)表面向室內(nèi)空間放熱(夏季)。

　　(二)表面換熱

　　熱量在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面和室內(nèi)空間或在外表面和室外空間進(jìn)行傳遞的現(xiàn)象稱為表面換熱。

　　表面換熱由對(duì)流換熱和輻射換熱兩部分組成。

　　式中q——表面換熱量，W/m2

　　θ——室內(nèi)或室外壁面溫度，K;

　　t——室內(nèi)或室外氣溫，K。

　　α——表面換熱系數(shù)

　　αc——對(duì)流換熱系數(shù)，W/(㎡·K);

　　αr——輻射換熱系數(shù)，W/(㎡·K)。
　　三、濕空氣的物理性質(zhì)

　　地球上的空氣(大氣)，是由干空氣和水蒸氣組合而成的混合物，稱之為濕空氣。

　　濕空氣中水蒸氣含量很少，卻對(duì)濕空氣的狀態(tài)變化有著很大的影響。濕空氣狀態(tài)的變化過(guò)程，會(huì)直接影響建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的潮濕狀況，更會(huì)明顯地影響人們對(duì)建筑環(huán)境的潮濕感覺(jué)。

　　(一)水蒸氣分壓力與飽和水蒸氣分壓力

　　在一定的溫度下，濕空氣中水蒸氣部分所產(chǎn)生的壓力稱為水蒸氣分壓力，用P表示，濕空氣的總壓力Pw是干空氣壓力Pd和水蒸氣分壓力P之和。

　　在溫度和壓力一定的條件下，一定容積的干空氣所能容納的水蒸氣量是有限度的，濕空氣中水蒸氣含量未達(dá)到這一限度時(shí)叫未飽和濕空氣，達(dá)到限度時(shí)叫飽和濕空氣，對(duì)應(yīng)的水蒸氣分壓力稱為飽和水蒸氣分壓力，用Ps表示，標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，Ps只與溫度有關(guān)，且隨溫度升高而增大。

　　(二)空氣濕度

　　空氣濕度是用來(lái)表示空氣干、濕程度的熱物理量，空氣濕度有不同的表示方法

　　(1)絕對(duì)濕度：絕對(duì)濕度：?jiǎn)挝蝗莘e濕空氣中所含水燕氣的質(zhì)量稱為絕對(duì)濕度，用f表示，單位：g/m3。飽和濕空氣的絕對(duì)濕度用fmax表示，單位：g/m3。

　　(2)含濕量：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的干空氣雖含水蒸氣的質(zhì)量，用d表示。

　　(3)相對(duì)濕度：一定溫度、一定大氣壓力下，溫度一定時(shí)，濕空氣的絕對(duì)濕度f(wàn)與同一溫度下飽和濕空氣的絕對(duì)濕度f(wàn)max的百分比稱為濕空氣的相對(duì)濕度，用表示。

　　相對(duì)濕度也可以用濕空氣中的水蒸氣的分壓力與同溫度下飽和水蒸氣分壓力之比表示，即

　　(三)露點(diǎn)溫度

　　在濕空氣的壓力和含濕量保持不變的情況下冷卻空氣，這時(shí)濕空氣的相對(duì)濕度會(huì)隨著溫度的下降而提高，當(dāng)相對(duì)濕度達(dá)到100%時(shí)濕空氣就成了飽和濕空氣，此時(shí)的溫度就是濕空氣的露點(diǎn)溫度，用td表示。

　　露點(diǎn)溫度是一個(gè)用來(lái)判斷濕空氣結(jié)露與否的重要參數(shù)，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度低于室內(nèi)空氣的露點(diǎn)溫度時(shí)，內(nèi)表面將產(chǎn)生結(jié)露.
　　四、建筑室內(nèi)熱環(huán)境

　　室內(nèi)熱環(huán)境是指室內(nèi)空氣溫度、空氣濕度、氣流速度及環(huán)境輻射溫度等因素綜合組成的一種熱物理環(huán)境。

　　(一)室內(nèi)熱環(huán)境要素及其對(duì)人體熱舒適的影響

　　1.影響室內(nèi)熱環(huán)境的因素

　　影響室內(nèi)人體熱舒適的因素有六個(gè)，其中兩個(gè)主觀因素，四個(gè)客觀因素。主觀因素之一是人體所處的活動(dòng)狀態(tài)，如站、跑、大量運(yùn)動(dòng)或靜坐。這與人體的新陳代謝解關(guān)，可以用人的新陳代謝率來(lái)代表人體的活動(dòng)狀態(tài)。主觀因素之二是人體的衣著狀態(tài)。衣著狀態(tài)可以用服裝的熱阻(單位：clo)來(lái)描述。影響人體熱舒適的四個(gè)客觀影響因素都是室內(nèi)的氣象參數(shù)，分別是室內(nèi)空氣溫度、空氣濕度、氣流速度和環(huán)境輻射溫度。人的熱舒適感是在上述六個(gè)因素共同影響下的一種綜合效果。

　　影響人體熱舒適的各室內(nèi)氣候參數(shù)之間在很大程度上是可以互換的。一個(gè)參數(shù)的變化所造成的影響�？梢杂闪硪粋�(gè)因素的變化所補(bǔ)償。例如，室內(nèi)溫度升高了，人感到熱了，但增加空氣流動(dòng)，如開(kāi)電風(fēng)扇，人的感覺(jué)就沒(méi)有那么熱了.

　　2.對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的要求

　　房間的使用性質(zhì)不同，對(duì)其內(nèi)部的熱環(huán)境要求也不相同。以滿足人類(lèi)生理衛(wèi)生需要為主的房間(如居住建筑、公共建筑和一般生產(chǎn)房間)，對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的要求是保證人的正常生活和工作，以維護(hù)人體的健康.

　　(1)人體的熱感覺(jué)

　　人體作為室內(nèi)的一部分參與室內(nèi)的熱交換。人體與室內(nèi)的熱交換主要以對(duì)流和輻射的方式進(jìn)行.室內(nèi)氣候?qū)θ梭w舒適的影響主要表現(xiàn)為冷熱感。冷熱感取決于人體新陳代謝產(chǎn)生的熱量(以下簡(jiǎn)稱為人體產(chǎn)熱量)和人體向周?chē)�環(huán)境散熱量之間的平衡關(guān)系。這種關(guān)系可用式(l-15)表示

　　從人體熱平衡的角度來(lái)說(shuō)，建筑師的任務(wù)就是為人類(lèi)營(yíng)造良好的室內(nèi)熱環(huán)境，使生活、工作在其中的人們保持舒適狀態(tài)下的人體熱平衡，即正常熱平衡.這種熱平衡有利于人們的身體健康

　　(2)熱舒適

　　熱舒適是指人對(duì)環(huán)境的冷熱程度感覺(jué)滿意，不因冷或熱感到不舒適。人的生存能力很強(qiáng)，可以在-20℃到+40℃的范圍內(nèi)生活。然而，人體感到舒適的范圍卻在22℃到28℃的范圍之間。人體最滿意的溫度范圍是24~26℃之間。滿足舒適的條件是：滿足舒適的條件是：

　　必要條件：充分條件：皮膚溫度處于舒適的溫度范圍內(nèi)，汗液蒸發(fā)率處于舒適的蒸發(fā)范圍內(nèi)。

　　室內(nèi)熱環(huán)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(diào)設(shè)備的房間才能實(shí)現(xiàn)完全舒適的要求，對(duì)大多數(shù)建筑而言，應(yīng)以保證人體健康不受損害為準(zhǔn)則，確定對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的要求。

　　(二)室內(nèi)環(huán)境的評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)

　　1.單一指標(biāo)

　　使用室內(nèi)空氣溫度作為熱環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)。目前，我國(guó)許多設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)均以室內(nèi)溫度為控制指標(biāo)。例如，對(duì)冬季采暖設(shè)計(jì)溫度，規(guī)范規(guī)定居住建筑取18℃，托幼建筑為20℃。這種方法簡(jiǎn)單、方便，但不很完善。

　　2.有效溫度

　　有效溫度ET(EftectiveTemperature)的定義是：“這是一個(gè)將干球溫度、濕度、空氣流速對(duì)人體溫暖感或冷感的影響綜合成一個(gè)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(jué)的靜止飽和空氣的溫度”。它意味著在實(shí)際環(huán)境和飽和空氣環(huán)境中衣著和活動(dòng)強(qiáng)度相同，且平均輻射溫度等于空氣溫度。有效溫度通過(guò)人體試驗(yàn)獲得

　　有效溫度的缺陷是過(guò)高地估計(jì)了濕度在低溫涼爽和舒適狀態(tài)的影響。因此已經(jīng)被新有效溫度ET*所替代，以提供一個(gè)適用于穿標(biāo)準(zhǔn)服裝和坐著工作的人的舒適指標(biāo)。通過(guò)對(duì)身著0.6clo服裝，靜坐在流速為0.15m/s的空氣中的人的熱舒適實(shí)驗(yàn)，采用相對(duì)濕度50%時(shí)的空氣溫度來(lái)作為與其冷熱感相同環(huán)境的有效溫度，即同樣服裝和活動(dòng)的人在某環(huán)境中的冷熱感與在相對(duì)濕度50%的空氣環(huán)境中的冷熱感相同，則后者所處環(huán)境的空氣干球溫度就是前者的ET*。該指標(biāo)只適用于著裝輕薄、活動(dòng)量小、風(fēng)速低的環(huán)境。

　　通用的指標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)有效溫度(SET*)是對(duì)新有效溫度的內(nèi)容有所擴(kuò)展，綜合考慮了不同活動(dòng)水平和衣服熱阻形成的。

　　(3)預(yù)測(cè)平均評(píng)價(jià)PMV

　　預(yù)測(cè)平均評(píng)價(jià)PMV(PredictedMeanVote)指標(biāo)方法包括PMv指標(biāo)與預(yù)測(cè)不滿意百分率PPD兩方面的內(nèi)容，是由丹麥范格爾教授提出來(lái)的。該指標(biāo)以人體熱平衡方程式以及生理學(xué)主觀感覺(jué)的等級(jí)作為出發(fā)點(diǎn)，綜合反映了人的活動(dòng)、衣著及環(huán)境的空氣溫度、相對(duì)濕度、平均輻射溫度和室內(nèi)風(fēng)速等因素的關(guān)系以及影響，是迄今為止考慮人體熱舒適諸多有關(guān)因素最全面的評(píng)價(jià)指標(biāo)，被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO確定為評(píng)價(jià)室內(nèi)熱環(huán)境指標(biāo)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)(ISO-DIS7730)。PMV值所對(duì)應(yīng)的冷熱感如表1-1。

　　PMV指標(biāo)是一個(gè)適用于適度熱環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于極端的熱環(huán)境，應(yīng)使用其他標(biāo)準(zhǔn)。

　　(三)室內(nèi)環(huán)境控制

　　為達(dá)到滿意的舒適溫度范圍，應(yīng)該從幾個(gè)層次上進(jìn)行熱環(huán)境設(shè)計(jì)。

　　(1)小區(qū)熱環(huán)境設(shè)計(jì)

　　小區(qū)規(guī)劃中建筑群的布局合理，間距適當(dāng)，有利于寒冷地區(qū)爭(zhēng)取日照或炎熱地區(qū)組織自然通風(fēng)書(shū)小區(qū)環(huán)境設(shè)計(jì)優(yōu)美，良好的綠化可以使小區(qū)的熱環(huán)境和微氣候有較大的改善。

　　(2)合理設(shè)計(jì)建筑物

　　確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到保溫隔熱的要求，正確選擇朝向以爭(zhēng)取日照或合理組織室內(nèi)自然通風(fēng)，處理好窗戶保溫、熱橋保溫、遮陽(yáng)等與室內(nèi)熱環(huán)境密切相關(guān)的構(gòu)造問(wèn)題，進(jìn)一步創(chuàng)造較好的室內(nèi)熱環(huán)境。

　　(3)采用空氣調(diào)節(jié)或采暖設(shè)備，以滿足人體舒適的要求。
　　五、建筑室外熱環(huán)境

　　室外熱環(huán)境是指作用在外圍護(hù)結(jié)構(gòu)上的由太陽(yáng)輻射、室外氣溫、空氣濕度、風(fēng)、降水等因素綜合構(gòu)成的一種熱環(huán)境。

　　(一)太陽(yáng)輻射

　　1.太陽(yáng)輻射的基本過(guò)程

　　太陽(yáng)輻射是地球上所有氣候能源的根本來(lái)源，是決定氣候的主要因素。地球上的所有氣象現(xiàn)象如空氣溫度變化、風(fēng)的形成、地溫的變化、海水的溫差的形成等都直接或間接地受其影響。

　　到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射由兩部分組成，一是太陽(yáng)直接射達(dá)地面的部分，稱為直接輻射，它的射線是平行的;另一部分是經(jīng)大氣散射后到達(dá)地面的，它的射線來(lái)自各個(gè)方向，稱為散射輻射。直接輻射與散射輻射之和就是到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射總量，稱為總輻射量。

　　2.太陽(yáng)常數(shù)

　　在太陽(yáng)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熱輻射流，稱為太陽(yáng)常數(shù)，從理論上計(jì)算的太陽(yáng)常數(shù)I0=1395.6W/m2，為天文太陽(yáng)常數(shù)，用實(shí)測(cè)分析決定的太陽(yáng)常數(shù)I0=1256W/m2，稱氣象太陽(yáng)常數(shù)。

　　太陽(yáng)輻射透過(guò)大氣層時(shí)，由于受到云層的反射和大氣層中氣體分子及各種微粒的散射和吸收的作用，使得到達(dá)地球表面的輻射強(qiáng)度大大減弱。地理位置不同，到達(dá)地表的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度差異較大。

　　3.影響太陽(yáng)輻射照度的因素

　　太陽(yáng)輻射強(qiáng)度大小是用單位面積和單位時(shí)間內(nèi)接收到的太陽(yáng)輻射能量表示，分別為太陽(yáng)直射輻射照度、太陽(yáng)散射輻射照度和太陽(yáng)總輻射照度或簡(jiǎn)稱太陽(yáng)輻射照度。太陽(yáng)總輻射照度是直射輻射照度和散射輻射照度之和。影響輻射照度的因素有大氣中射程的長(zhǎng)短、太陽(yáng)高度角、海拔高度以及大氣質(zhì)量。

　　4.太陽(yáng)光譜

　　太陽(yáng)輻射的熱射線部分，也稱作太陽(yáng)光譜，主要分布在紫外、可見(jiàn)光和紅外，其中97.8%是短波輻射，而地面及常溫下物體的輻射為長(zhǎng)波輻射。

　　(二)室外氣溫

　　1.變化規(guī)律

　　氣溫有著明顯的日變化和年變化特征。地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)形成一年四季的氣溫變化，北半球最高氣溫大約出現(xiàn)在7月下旬至8月上旬，最低氣溫大約出現(xiàn)在1月下旬至2月上旬。地球自轉(zhuǎn)形成一天的氣溫變化，日氣溫最高值出現(xiàn)在午后2時(shí)前后，日氣溫的最低值出現(xiàn)在日出前后。

　　2.室外溫度計(jì)算

　　由于建筑熱工計(jì)算的室外計(jì)算溫度是通過(guò)各地歷年的氣溫觀測(cè)數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則統(tǒng)計(jì)計(jì)算所得出的數(shù)值。
　　(三)空氣濕度

　　1.濕度

　　空氣中水蒸氣含量的多少，可以用相對(duì)濕度或絕對(duì)濕度來(lái)表示，通常使用先對(duì)濕度表示空氣濕度。

　　2.變化規(guī)律

　　一般來(lái)說(shuō)，某一地區(qū)在一定時(shí)間內(nèi)，空氣的絕對(duì)濕度變化不大，空氣中的水蒸氣含量冬季幾乎沒(méi)有變化，夏季在午后氣溫達(dá)到最高時(shí)因地表蒸發(fā)旺盛導(dǎo)致絕對(duì)濕度稍有增加。相對(duì)濕度的日變化情形則是以日為周期波動(dòng)的，它與氣溫的日變化波動(dòng)方向相反，一般氣溫升高則相對(duì)濕度減小.氣溫降低則相對(duì)濕度增大，最低值出現(xiàn)的時(shí)刻對(duì)應(yīng)于氣溫最高值出現(xiàn)的時(shí)刻，一般在13-15時(shí)左右;而最高值出現(xiàn)的時(shí)刻則對(duì)應(yīng)于氣溫最低值出現(xiàn)的時(shí)刻，一般在日出前后。

　　(四)風(fēng)

　　風(fēng)是指由大氣壓力差所引起的大氣水平方向的運(yùn)動(dòng)。

　　1.風(fēng)的類(lèi)型

　　(1)大氣環(huán)流：由于太陽(yáng)輻射熱在地球上照射不均勻，使得赤道和兩極之間出現(xiàn)溫差，從而引起大氣在赤道和兩極之間產(chǎn)生活動(dòng)，即為大氣環(huán)流。

　　(2)地方風(fēng)：局部地區(qū)受熱不均引起的小范圍內(nèi)的大氣流動(dòng)，如悔陸風(fēng)、山谷風(fēng)、林原風(fēng)等。

　　2.風(fēng)向、風(fēng)頻和風(fēng)玫瑰圖

　　風(fēng)是矢量，風(fēng)向和風(fēng)速是描述風(fēng)的特性的兩個(gè)要素。

　　(1)風(fēng)向

　　風(fēng)吹來(lái)的地平方向?yàn)轱L(fēng)向，可使用四方位東(E)、南(s)、西(W)、北(N)表示，細(xì)分則使用八方位，即在上述四方位中增加?xùn)|南(SE)、東北(NE)、西南(SW)、西北(NW),甚至使用十六個(gè)方位表示。

　　風(fēng)頻，各風(fēng)向的頻率。風(fēng)頻是了解某地各風(fēng)向出現(xiàn)頻率的特征量，它是用個(gè)風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)占風(fēng)向總觀測(cè)次數(shù)的百分率來(lái)表示。

　　風(fēng)向玫瑰圖，即風(fēng)向分布圖。是一定時(shí)間內(nèi)在各方位刮風(fēng)次數(shù)的統(tǒng)計(jì)圖，可由此了解當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)向，尤其是不同季節(jié)的主導(dǎo)風(fēng)向。

　　(2)風(fēng)速

　　單位時(shí)間內(nèi)風(fēng)通過(guò)的距離，m/s。氣象學(xué)上根據(jù)風(fēng)速將風(fēng)分為十二級(jí)。

　　(五)降水

　　從大地蒸發(fā)出來(lái)的水蒸氣進(jìn)人大氣層，經(jīng)過(guò)凝結(jié)后又降到地面上的液態(tài)或固態(tài)水分稱為降水，雨、雪、冰雹等都是降水現(xiàn)象.降水性質(zhì)由降水量、降水時(shí)間和降水強(qiáng)度等內(nèi)容來(lái)描述。

　　1.降水量

　　降水量是指一定時(shí)間段內(nèi)液態(tài)或固態(tài)(經(jīng)融化后)降水，未經(jīng)蒸發(fā)、滲透或流失而在水平面積累的水層厚度，單位：mm

　　2.降水時(shí)間

　　指一次降水過(guò)程從開(kāi)始到結(jié)束的持續(xù)時(shí)間，單位：h或min

　　3.降水強(qiáng)度

　　指單位時(shí)間內(nèi)的降水量。降水強(qiáng)度的等級(jí)，是以24h的總量來(lái)劃分：小雨<10mm;中雨10～25mm;大雨25～50mm;暴雨50～100mm。

　　(六)建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)

　　我國(guó)幅員遼闊，地形復(fù)雜，各地的氣候差異懸殊，為了適應(yīng)不同的氣候條件，在建筑和城市規(guī)劃上必然要反映出不同的特點(diǎn)和要求。從建筑熱工設(shè)計(jì)角度出發(fā)把我國(guó)各地氣候劃分為五個(gè)氣候分區(qū)，分區(qū)指標(biāo)和建筑設(shè)計(jì)要求如表1-2。