建筑设备ppt-03-建筑环境学.ppt

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1、第3章 建筑环境学 3.1 绪论 所谓建筑环境学，就是指在建筑空间内，在满足使用功能的前提下，如何让人们在使用过程中感到安全舒适、卫生健康的一门科学。 建筑环境学主要由建筑外环境、室内空气品质、室内热湿环境与气流环境、建筑声环境和光环境等若干个部分组成。 建筑室内环境控制是以人为对象而控制、调节室内空间环境的学科。 就学科体系而言,它属于建筑技术科学体系 就应用方面而言,它基于建筑空间,涉及建筑环境控制技术和设备 建筑环境与设备所包括的领域很广泛,具有多学科交叉的鲜明特点。3.2 3.2 建筑环境的形成建筑环境的形成 建筑环境必然要受到当地的气候条件、外部周围环境等诸多因素的影响，室外气候的变

2、化、太阳辐射热等都会通过建筑的围护结构传递，使建筑室内环境发生改变。 一、太阳辐射热 太阳辐射热量的大小用辐射强度辐射强度I I来表示。它是指一平方米黑体表面在太阳照射下所获得的热量值，单位为Wm2。 太阳辐射热强度可用仪器直接测量。 太阳射线在到达大气层上界时，垂直于太阳射线方向的表面上的辐射强度I01353Wm2（I I0 0亦称为太阳常数亦称为太阳常数）。 当太阳辐射线到达大气层时,其中一部分辐射能量被大气层中的臭氧、水蒸气、二氧化碳和尘埃等吸收(其中大部分被水蒸气所吸收)。另一部分被云层中的尘埃、冰晶、微小水珠及各种气体分子等反射或折射,形成漫无方向的散射辐射,亦称天空辐射天空辐射(其

3、中大部分返回到宇宙空间中去,一部分反射到地球表面)。其余未被吸收和散射的辐射能,则仍按原来的辐射方向,透过大气层沿直线继续前进,直达地面,故称此部分为直射辐射直射辐射。 到达地面的太阳辐射能量是直射辐射能量和散射辐射能量之和。 太阳直射辐射太阳直射辐射是指太阳平行光线直接投射到地面上的能量,故而是有方向的。 散射辐射可认为没有方向性,在晴天它只占总辐射能量的一小部分。 太阳直射辐射是影响总辐射的主要因素太阳直射辐射是影响总辐射的主要因素。 到达地面的直射辐射的方向,取决于地球对太阳的相对位置。（一）地球对太阳的相对位置（一）地球对太阳的相对位置 地球自转的轴线（NS线）和它绕太阳旋转（即公转）

4、轨道的平面始终保持一个固定的66.5的倾斜角，而且自转轴总是指向大致相同的方向（北极星附近）。图31 地球对太阳的相对位置 图32为由图3-1截取的夏至到冬至这一段期间太阳在中午照射时的几何图形。 图32夏至、冬至时太阳高度与纬度之关系(地点P为北纬40)图33 太阳与地球间 图34 太阳高度角 图35 太阳光的 各种角度关系 和方位角 路程长度纬度纬度():地球表面某地的纬度是该点对赤道平面偏北或偏南之角位移(由地心度量)。太阳赤纬太阳赤纬():太阳光线对地球赤道的角位移称为太阳赤纬,亦即太阳与地球中心线和地球赤道平面的夹角。全年赤纬在+23.5-23.5之间变化,在夏至时为23.5 ,冬至

5、时为-23.5 ,春、秋分时赤纬为0 。时角时角(h):太阳时角是指OP 线在地球赤道平面上的投影与当地时间12:00时日、地中心连线在赤道平面上的投影之间的夹角。当地时间12:00时的时角为零,前、后每隔1h,增加360/24=15 ,如10:00和14:00均为15X2=30 。 地球上某一点所看到的太阳方向,称为太阳位太阳位置置。太阳位置有两个角度表示:太阳高度角和太阳方位角A 。 太阳高度角太阳高度角为太阳方向与水平面的夹角; 太阳方位角太阳方位角为太阳方向的水平投影偏离南向的角度。（二）太阳辐射强度（二）太阳辐射强度1.太阳直射辐射强度离开大气层上界x处的太阳直射辐射强度Ix的梯度与

6、其本身强度成正比（见图3-5），即 式中 Ix离开大气层上部边界距离x处的日射强度，Wm2； k比例常数，m1。 求解上式得 Ix =I0exp(-kx) (3-3)k 值愈大,辐射强度衰减愈大,故k 值称为消光系消光系数数,其大小与大气成分、云量等有关。x 为太阳光线的行进路程,即太阳光线透过大气层的距离,可由太阳的位置来计算xxkIdxdI 当太阳位于天顶时(日射垂直地面),到达地面的太阳辐射强度为Il =I0exp(-kl) 令Il/I0=P,称为大气透明度大气透明度,是衡量大气透明程度的标志,P 值愈接近1,大气越清澈,一般为0.650.75。即使是晴天,大气透明度也是逐月不同的,这是

7、大气中水蒸气含量不同的缘故。 当太阳不在天顶,太阳高度角为时,路程长度l=l/sin。地球表面处与太阳光线垂直平面上的太阳直射辐射强度(法线直射辐射强度)为 IN =I0Pm 式中m=l/l = 1/sin ,称为大气质量大气质量。到达地面的太阳辐射强度的大小取决于地球对太阳的相对位置(亦即地理、纬度、季节、昼夜等),即与太阳射线对地面的高度角和它通过大气层的路程等因素有关,此外,还与大气透明度有关。2.建筑物各表面所受到的太阳辐射强度 直射辐射（见图36）图36 太阳射线与建筑物表面间散射辐射太阳总辐射强度（三）围护结构外表面所吸收的太阳辐射热 太阳光谱主要是由0.2m3.0m的波长区域组成

8、的。太阳光谱的峰值位于波长0.5m 附近,到达地面的太阳辐射能在紫外区m)占的比例很小,约为1%,可见光线区可见光线区 m)m)和红外线区则和红外线区则占主要部分占主要部分。遂与传热学中提到的一般工业上的高温热源(2000K 以下)辐射能量的分布是有区别的。后者波长集中在后者波长集中在0.8-0.8-4040 m m 的红外线范围内的红外线范围内,其峰值则位于2.5m 以上。 由此可知,辐射能量的峰值是随着辐射能量的峰值是随着温度升高而移向波长较短的一侧。温度升高而移向波长较短的一侧。当太阳射线照射到非透明的围护结构外表面时,一部分被反射,另一部分被吸收,二者的比例取决于表面的粗糙度和颜色,表

9、面愈粗糙,颜色愈深,反射率越低,吸收率则越高,吸收的太阳辐射热愈多,使之通过围护结构传入室内的热量愈多。同一种材料对于不同波长的热辐射的吸收率(或反射率)是不同的,由图知,黑色表面对各种波长的辐射几乎全部吸收,而白色表面对不同的波长则显著不同,对于可见光几乎90%都反射回去,所以外围护结构表面为白色、浅色或玻璃窗上挂白色窗帘可减少进入室内的太阳辐射热。对于一般高温工业热源的长波热射线(如波长为525m)来说,白色表面的反射作用很小,几乎和黑色表面一样,而表面抛光的铝箔则有很高的反射率。二、室外气候一年四季中,空气的温度、湿度是随时变化的。空气的温、湿度与许多因素有关,如地理位置、太阳辐射强度、

10、云和风等。即使在一昼夜内,温、湿度的变化也是很大的。在采暖通风与空气调节工程中,通过围护结构传入室内或由室内传向室外的热量,或由室外传入室内的热量,都与室外的温度和湿度有关。正是由于室内、正是由于室内、外空气的温差造成了通过围护结构进行热量的传递。外空气的温差造成了通过围护结构进行热量的传递。（一）室外空气温度的日变化规律（一）室外空气温度的日变化规律室外空气温度在一昼夜内的波动称为气温的气温的日变化（或日较差）日变化（或日较差）。气温日变化是由于地球每天接受太阳辐射热和放出热量而形成的。在白天,地球吸收太阳辐射热,使靠近地面的空气温度升高;到夜晚,地面得不到太阳照射,还要由地面向大气层放散热

11、量;黎明前为地面放热的最后阶段,故气温一般在凌晨四五点钟最低凌晨四五点钟最低;随着太阳的逐渐升高,地面获得的太阳辐射热量逐渐增多,到下午两三点钟下午两三点钟,达到全天的最高值;此后,气温又随太阳辐射热的减少而下降,到下一个凌晨,气温又达到最低值。 图39 气温日变化曲线在一段时间(比如一个月)内,可以认为气温的日变化是以24h为周期的周期性波动。各地的气温日变化都是以24h为周期的周期性波动,其周期函数可以用正、余弦函数展开(Fourier级数)。图3-9是北京地区1975年夏季最热的一天的气温日变化曲线。(二)气温的季节性变化规律气温季节性变化也呈周期性。全国各地的最热月份一般在78月,最冷

12、月份在1月。图3-10给出了北京、西安、上海三个地区10年(19611970)的平均气温变化曲线。（三）室外空气湿度的变化（三）室外空气湿度的变化 空气的相对湿度取决于空气干球温度和含湿量，如如果空气的含湿量保持不变，干球温度增高，则相对湿度变果空气的含湿量保持不变，干球温度增高，则相对湿度变小，干球温度降低，则相对湿度加大。小，干球温度降低，则相对湿度加大。 就一昼夜内的大气而论,含湿量变化不大(可看作定值),而大气的相对湿度的变化规律正好与干球温度的变化规律相反,即中午相对湿度低中午相对湿度低, ,早晚相对湿度高早晚相对湿度高。 综上所述，在太阳辐射强度与室外气候的周期综合作用下，对建筑环

13、境产生必然的影响。3.3 建筑环境中的热湿环境一、热湿环境的基本概念 热湿环境是建筑环境中最主要的内容。室内热湿环境是由室内空气的温度、湿度、气流速度以及壁面的辐射温度等综合而成的一种室内气候。 各种室内气候因素的不同组合，可以形成不同的室内热湿环境。 （一）与室内热湿环境有关的物理量1.1.湿空气的组成湿空气的组成大气是由干空气和一定量的水蒸汽混合而成的，我们称其为湿空气。地球表面的湿空气中,尚有悬浮尘埃、烟雾、微生物及化学排放物等,这些物质并不影响湿这些物质并不影响湿空气的物理性质空气的物理性质。在常温常压下干空气可视为理想气体,而湿空气中的水蒸气一般处于过热状态,且含量很少,可近似地视作

14、理想气体。,即可利用理想气体的状态方程式来表示干空气和湿蒸汽的主要状态参数压力、温度、比容等的相互关系。 2.2.室内空气温度室内空气温度 室内空气也是湿空气室内空气也是湿空气，其温度对室内环境起着很重要的作用。 我国采暖通风与空气调节设计规范规定室内空气温度:夏季为22C28C,高层建筑及人们停留时间较长的建筑可取低值,一般建筑及停留时间较短的可取高值;冬季为18 C24 C,高层建筑及停留时间较长的建筑可取高值,一般只短暂停留的建筑可取低值。 在暖通空调工程中,室内温度取值的高低对建筑能耗将产生很大影响,在满足建筑功能要求及人的热舒适度的基础上,尽量取下限,减少建筑能耗。 3 3室内空气相

15、对湿度室内空气相对湿度 对应一定温度下，空气中所含水蒸汽的量有一个最大的限度。 超过了这一限度,多余的水蒸气就会从湿空气中凝结出来。当空气中水蒸气的含量达到这一极限时,该空气就称为“饱和饱和”湿空气湿空气。如天花板、墙面上有时会出现的水珠,浴室内的雾等,都是饱和之后“超额”的水蒸气凝结而成的。 饱和湿空气中水蒸气的分压力称为饱和水蒸饱和水蒸气分压力气分压力,它将随着温度的变化而相应的改变随着温度的变化而相应的改变。 湿空气的含湿量dPq湿空气中的水蒸气分压力,Pa;B湿空气的压力,一般称为大气压力,以Pa或kPa(千帕)表示。海平面的标准大气压为101325Pa或101.325kPa,相当于1

16、013.25mbar(毫巴)。B 应等于干空气的压力与水蒸气的压力之和,即B =Pg +Pq 相对湿度,相对湿度是空气中水蒸气的分压力水蒸气的分压力与同温度下饱和水蒸气分压力饱和水蒸气分压力的比值。 Pqb饱和水蒸气分压力,Pa; db饱和含湿量,kg/kg(干空气)或g/kg(干空气)。相对湿度表示的是空气接近饱和的程度。 值小值小,说明空气的饱和程度小说明空气的饱和程度小,感觉干燥感觉干燥;值值大大,表示空气饱和程度大表示空气饱和程度大,感觉湿润。感觉湿润。我国民用建筑及公共建筑舒适性空调室内相对湿度的取值范围为:夏季夏季40%65%,冬季冬季40%60%。 4空气平均流速 周围空气的流动

17、速度是影响人体的对流散热和水分蒸发散热的主要因素之一。 气流速度大时,人体的对流蒸发散热增强,亦即加剧了空气对人体的冷却作用。我国对室内空气平均流速的计算值为:夏季夏季0.3m/s,0.3m/s,冬季冬季 0.2m/s0.2m/s。 5 5围护结构内表面及其他表面的温度围护结构内表面及其他表面的温度 周围物体表面温度的高低，决定了人体辐射周围物体表面温度的高低，决定了人体辐射散热的强度。散热的强度。 在同样的室内空气参数条件下,如果围护结构内表面的温度高,人体会增加热感;内表面的温度低,则会增加冷感。 我国民用建筑热工设计规范对建筑围护结构内表面温度的要求是:冬季要保证内表面冬季要保证内表面最

18、低温度不低于室内空气的露点温度最低温度不低于室内空气的露点温度, ,即保证即保证内表面不结露内表面不结露; ;夏季要保证内表面最高温度不夏季要保证内表面最高温度不高于室外空气计算最高温度。高于室外空气计算最高温度。（二）影响室内热湿环境的因素（二）影响室内热湿环境的因素影响室内热湿环境的因素主要有：室外的气候的热湿作用室外的气候的热湿作用：室外空气温湿度、太阳辐射、风速、风向变化等气候参数的变化；邻室的空气温湿度邻室的空气温湿度；围护结构材料的热物理性质及构造方法围护结构材料的热物理性质及构造方法；房屋的朝向与间距房屋的朝向与间距；单体建筑的平剖面形式单体建筑的平剖面形式；建筑外部周围绿化情况

19、建筑外部周围绿化情况；室内设备、照明、人员等室内热湿源室内设备、照明、人员等室内热湿源。二、热湿环境的评价二、热湿环境的评价（一）人与室内环境（一）人与室内环境热舒适热舒适是指人对环境的冷热程度感觉满意,不因过冷或过热而感到不适。热舒适不仅是保护人体健康的重要条件,而且也是人们正常工作、生活的保证。人在室内感到热舒适的必要条件:人体内产生的热量与向环境散发的热量相等。人体的热平衡可用下式表示 在人体新陈代谢的过程中即人体内食物氧化的过程中,单位时间内放出的热量,称之为新陈代谢率新陈代谢率 对流换热量对流换热量是人体与周围空气间存在温度差时所产生的对流换热。它取决于衣体表面和空气间的温差及气流速

20、度等。当体表温度高于空气温度时,人体散热,反之人体得热。 辐射换热量辐射换热量的大小取决于衣体表面与周围环境壁面的温度、辐射系数、相对位置及辐射面积。当衣体表面温度高于周围壁面温度时,人体散热,反之人体得热。 人体的蒸发散热量在正常情况下是通过呼吸呼吸和皮肤皮肤进行的。由呼吸引起的散热量与新陈代谢率成正比。通过皮肤的散热量分为两种情况,汗液蒸发和皮肤的湿扩散。在劳动强度变大、环境变热及室内相对湿度低时,蒸发散热量随着有感觉汗液的蒸发而显著增加。液蒸发是靠皮下汗腺分泌汗液来散热,它与空气的流速、从皮肤经衣服到周围空气的水蒸气压力分布、衣服对水蒸气的渗透阻力等因素有关。 在稳定条件下,S=0,也就

21、是说,人体新陈代谢过程中的产热量(M)、人体与周围空气的对流换热量(C)、人体与周围空气的辐射换热量(R)、人体蒸发散热量(E)、人体做功消耗的热量(W)之间要保持人体的热湿平衡。 人体处于热平衡状态时,体温恒定(36.5 度),是人体感到热舒适的必要条件。有许多不同的组合都可能使人体保持热平衡。但是,并非S=0的组合都会使人感到热舒适。因为人体具有热调节的生理机能。当环境过冷时,可靠皮肤毛细血管收缩,减少血液流量,从而使皮肤温度下降,减少散热量;当环境过热时,皮肤血管扩张,血流量增多,皮肤温度升高,甚至大量出汗,以增加散热量,争取热平衡。但是,在调节过程中,当人体的皮肤温度和汗液蒸发率超过了

22、生理所允许的范围时,就会使人体感到难以忍受。所以,人体在环境中感到热舒适的充分条件,还必须使人体的皮肤温度和汗液蒸发率处于舒适的范围。（二）热舒适的影响因素（二）热舒适的影响因素室内环境的热舒适性不仅取决于室内的空气温度、湿度、气流速度及壁面温度，还与活动量及衣着量等人体因素有关。 对人的冷热感觉起作用的主要因素是人的活动量和衣着量。此外,还在一定程度上涉及人的健康、性别、年龄、体型等因素。人体的活动量决定了人的新陈代谢率。进行不同活动时,人体的新陈代谢率是不同的。而人衣着的多少,也在相当程度上影响着人对热环境的感受。（三）室内热环境评价（三）室内热环境评价 丹麦学者范格尔（）综合一千多人在不

23、同热环境下的热感觉实验结果，并以人体热平衡方程为基础，建立了“预测平均热感觉指标（Perdicted Mean Vote，PMV）”，运用实验及统计的方法，得出热感觉与六个物理量之间的定量函数关系。 由于人与人之间生理的差别，故用预期不满意百分率（Predicted Percentage Dissatisfied，PPD）指标来表示对环境的不满意的百分数。 图311 PMVPPD曲线图 使用PMVPPD曲线，可以获得对热环境的评价。例如，夏季，当人们静坐在室内，室内温度为30，相对湿度60，风速0.1 ms，房间的平均辐射温度是29，人的衣着热阻是0.4clo。 国际标准化组织ISO规定，PM

24、V值在0.50.5之间为室内热舒适指标。这一指标，只有舒适性空调建筑才能做到。clo通常用来表示服装的热阻值，特别的，它和穿着此种服装的人在给定的条件下的舒适程度相关。Clo值大致上相当于R值的1.136倍。3.4 建筑环境中的空气环境 室内空气环境主要由热环境热环境、湿环境湿环境和空气空气品质品质等部分构成。 一、室内污染物一、室内污染物 室内空气污染的来源可以分为室外来源和室内来源两部分。五类污染源 ：烟草烟雾烟草烟雾;有毒的蒸汽有毒的蒸汽;有害气体有害气体;微生物污染微生物污染,即各种菌类即各种菌类;生产性粉尘。生产性粉尘。 工业厂房中污染物:有机溶剂的蒸气、燃烧产生的有害气体、刺激性气

25、体、生产性粉尘等等。有些生产厂房在生产过程中还会产生很多有毒物质。 民用建筑中的主要污染物民用建筑中的主要污染物: :室内装饰材料、家具清洁剂室内装饰材料、家具清洁剂等的挥发物等的挥发物, ,人体生理活动中呼出的人体生理活动中呼出的CO2 CO2 及产生的不良及产生的不良气味气味, ,室内燃烧设备产生的有害物室内燃烧设备产生的有害物, ,特别是厨房中产生的特别是厨房中产生的各种有害物以及吸烟产生的烟雾等各种有害物以及吸烟产生的烟雾等, ,甚至空调通风系统甚至空调通风系统本身也可能是一种污染源。本身也可能是一种污染源。 特殊的室内环境,如医院手术室、生物实验室等,对污染物的控制有更严格的要求,除

26、了对污染物的控制外,还需要考虑对微生物污染的控制。 工业企业、交通运输工具以及建筑周围的各种小锅炉、垃圾堆等多种污染源使空气含有SO2、NOx、烟雾、硫化氢等有害物。二、通风换气与通风量二、通风换气与通风量 减少室内空气污染，保持和改善室内空气品质，通常采用的三方面的措施：一是“堵源堵源”，即在建筑设计与施工中，围护结构表面材料选用VOC（挥发性有机化合物(volatile organic compounds) ）等有害气体释放量少的材料； 二是“节流节流”，保证空调与通风系统的正确设计，严格的运行管理和维护，使可能的污染源产量降低到最小程度；三是“稀释稀释”，即保证足够的新风量和通风换气量，

27、稀释和排除室内气态污染物。 (一一) )民用建筑的通风民用建筑的通风对于民用建筑的通风,其目的是稀释有害物,而且还可以起到清除室内余热余湿的作用。计算出G1、G2、G3 后,取其中的最大值作为设计的通风量。对于以人群活动为主的建筑,主要污染源是人,这类建筑都以人来确定必需的通风量新风量,即用稀释人体散发的CO2 来确定新风量。当通风系统和空调系统组合在一起时,所需通风量是指从室外引入的新风量Gj,并不等于空调系统的总通风量G,只有直流式空调系统的回风量Gh 为零时,新风量Gj 等于总通风量G。当散发的有害物数量难以确定时,民用和公用建筑中的通风量也可以用换气次数来确定。换气次数的定义是房间每小

28、时进风量换气次数的定义是房间每小时进风量L(m3/h)和房间体积和房间体积V(m3)的比值的比值,即换气即换气次数次数n=L/V(次次/h)。民用建筑中各部位的通风换气次数可从有关资料查取。 室内产生污染的原因很多,但在一般住宅和办公楼、剧院、商场等公共建筑中,目前的设计方法目前的设计方法还是只考虑人是主要的污染源因素。还是只考虑人是主要的污染源因素。 由于人体产生的CO2 的量比较标准,且易于测量,因此常常将其浓度作为室内通风量是否满足要常常将其浓度作为室内通风量是否满足要求的一般指标。求的一般指标。 实际上，室内污染物还包括非人产生的污染物,这些污染物浓度较高时不仅使人感到不舒服,而且有些

29、还直接影响人的健康。因此,简单地以CO2 为指标的新风量控制标准有时难以满足人们对室内空气健康性和舒适性的要求。（二）工业建筑的通风工业厂房中的污染物主要有粉尘、有毒物蒸气及有害气体等。其污染物是伴随生产工艺过程产生的,不同的生产过程有着不同的污染物。工业通风的任务是要将厂房内有毒物质的浓度降低到符合工业企业设计卫生标准,并使排风中的有害物浓度降低到符合国家排放标准的规定。三、通风方式消除室内污染物的通风方式可以按以下情况分类。（一）按用途分类（1）工业与民用建筑通风。（2）建筑防烟和排烟。（3）事故通风。（二）按通风的服务范围分类（1）全面通风/稀释通风。 （2）局部通风。（三）按空气流动的

30、动力分类（1）自然通风 。（2）机械通风 。3.5 建筑声环境建筑声环境建筑声环境是指室内音质问题与振动和噪声控制问题。在理想的声学环境里,需要的声音(如语言、音乐等)能高度保真,而不需要的声音(噪声)不会干扰人的工作、学习和生活。 一、声音的产生与传播一、声音的产生与传播 声音是在气体、液体或固体等弹性介质中以波动形式传播的机械振动。也就是说，声音来源于振动的物体，振动的物体则称之为声源。 二、室内声学的基本物理量二、室内声学的基本物理量 声源在1秒内完成的全振动次数称为频率频率。它决定了声音的主调，符号为f，单位是赫兹（Hz）。频率的倒数1/ f，即声源完成一次全振动的时间称为周期周期，符

31、号为T，单位是秒（s）。声波在一个周期内所传播的距离称为波长波长，符号为，单位是米（m）。在室内声学中,人耳可以听到的声音的频率范围,通常是从20Hz到20000Hz。低于20Hz的声波称为次声次声,高于20000Hz声波的称为超声超声。次声和超声都不能使人产生声音的感觉。 声功率：声功率：声源辐射声波时对外做功。声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声能,记为W ,单位为瓦(W) 声压：声压：声波在空气中传播时,空气媒质某点(体积元)受声波扰动后压强超过原先大气静压强的值,称为声压。 声强：声强：单位时间内通过垂直于声音传播方向上的单位面积内的平均声能量称为声强,符号是I ,单位是W/m2。

32、声压级声压级是声压与基准声压之比的以10为底的对数的20倍 声强级声强级是声强与基准声强之比的以10为底的对数的10倍 声功率级声功率级是声源声功率与基准声功率之比的以10为底的对数的10倍三、人耳的听觉特性三、人耳的听觉特性（一）最小和最大可听声压人耳可以加以接受的声压变化范围很大。人耳的感知声压范围在1Hz时为00000220Pa。其下限000002Pa称为可闻阈可闻阈，上限20Pa称为痛阈痛阈，超过20Pa，人耳将产生明显的痛感。在中频范围,人的最小可听极限大致相当于声压级0dB。通常,声压级在120dB左右,人就会感到不舒服;130dB左右会引起耳内发痒;达到140dB,耳内会感觉疼痛

33、;声压级继续升高,可引起听觉器官永久性损伤。（二）最小声压可辨阈对于频率在5010000Hz之间的纯音,当声压级超过50dB时,人耳大致可以鉴别1dB的声压级变化;当频率约为1000Hz而声压级超过40dB时,人耳能觉察到的频率变化范围为0.3dB;声压级相同,但频率少于1000Hz时,人耳能觉察到3Hz的变化。（三）哈斯效应与回声感觉如有两个声源发出同样的声音,在同一时刻以同样强度到达人耳,则声音呈现的方向大致在这两个声源之间;如果其中一个声音略微延迟535ms,则听起来所有声音似乎都来自第一个声源;如果延时在3550ms之间,则延时声源可以被识别,但其方向仍在未经延时的声源方向;只有当延时

34、超过50ms时,第二声源才被听到,人耳的这一听觉特性称为哈斯效应。据此,人耳在听到直达声后,如果存在一个延迟时间长于50ms,又具有足够强度的反射声,就会被感觉到这是个回声。（四）听觉定位人耳辨别声源的方向相当准确人耳辨别声源的方向相当准确,但判别声源远近但判别声源远近的准确度则较差。的准确度则较差。听觉定位是由双耳听闻引起的,包括声波到达两耳所产生的时间差和强度差。在安静无回声的环境中,当声源处于正前方时,人耳对声源方位的辨别,在水平方向上比竖直方向上要好。正常人可辨别1 3水平方位的变化。在水平方位角060范围内,人耳有良好的方位辨别力,超过60就变差了。对竖直方位,可能要在声源变化达10

35、15以上时才能辨别。人耳对声源的定位还常受视觉的影响。如果人能看到声源位置,则只要声像位置偏离视觉声源位置不是很大,感觉上听觉和视觉还是一致的。（五）人耳的频率响应和等效曲线响度是人对声音强弱的主观评价指标。影响响度感觉的物理量是声波的振幅。但响度与振幅并不完全一致,原因是人对不同频率声音的响度感觉(灵敏度)不同。一般说来,人耳对20004000Hz的声音最敏感,频率越低,敏感度越差;而频率很高时,灵敏度也会变差。因此,对于相同声压级而频率不同的声音,人耳听起来是不同声响的。反之,不同频率的声音听起来要具有同样的响度,就必须具有不同的声压级。（六）掩蔽效应人耳在倾听一个声音的同时,如果存在另外

36、一个声音(称为掩蔽声),就会影响到人耳对所听声音的听闻效果。这时对所听声音的听阈(即声音的声压级)就要提高。这种由于另一个声音的存在而使人耳的听觉灵敏度降低的现象,称为掩蔽效应掩蔽效应。听阈提高的分贝数称为掩蔽量掩蔽量,提高后的听阈称为掩蔽阈掩蔽阈。因此,在噪声环境下,一个声音要能被听到,其声压级必须大于掩蔽阈。一个声音对另一个声音的掩蔽量大小,主要取决于两者的频谱频谱和声压级差声压级差。一般而言,低音调的声音,当响度相当大时,会对高音调的声音产生较显著的掩蔽作用;而高音调的声音对低音调的声音则只产生很小的掩蔽作用;掩蔽声和被掩蔽声的频率越接近,掩蔽作用就越大.（七）人耳的音高和音色感觉音高又

37、称音调,是人耳对声音调子高低的主观感觉。决定它的客观物理量是声音的频率。频率增加一倍,音调即提高了“八度音”人耳除对响度(音量)、音高有明显的辨别力外,还能准确地判别音色。音色主要是由声音的频谱所决定的。 （八）听觉疲劳和听力损失人耳在高声强环境下待上一段时间后,会出现听阈提高的现象,即听力有所下降。如果这种情况持续时间不长,回到安静环境中后,听力会慢慢恢复。这种暂时性的听阈提高现象,称为听觉疲劳听觉疲劳。如果听阈的提高是不可恢复的,则称为听力损失听力损失。如果人耳暴露于极强的噪声中,还会造成内耳器官组织的损害,导致一定程度的永久性听力损失,严重的甚至导致耳聋,这称为声损伤。人们如果长期在噪声

38、环境下生活,还会出现随年龄增长听力逐渐衰退的现象。暂时性听阈提高值随着声压级的提高和暴露时间的增加而增大。不至于产生听阈提高的倍频带噪声,在低频(250500Hz倍频带)时,应小于75dB;在中、高频(1000Hz、2000Hz和4000Hz倍频带)时,应小于70dB。国际标准化组织建议以8590dBA 的等效声级值作为不致产生永久性听力损失的噪声级上限。如果长期处于超过90dBA 的强噪声环境中,听觉疲劳难以消除,就可能造成永久性听力损失。四、室内声环境标准四、室内声环境标准（一）室内允许噪声级（二）保护听力的噪声允许标准我国制定的工业企业卫生标准,规定每天工作8h,室内允许等效声级LAeq

39、对新建企业为85dBA,对老企业为90dBA。工作时间减半,允许噪声标准提高3dB。例如在老企业车间里,如每天工作4h,允许LAeq为93dB;如每天工作2h,则允许LAeg为96dB,以此类推,但最高不超过115dB。一些国家还规定了脉冲声的峰值声压级不得超过140dB,但我国尚未对此作出规定。此标准虽然是针对工业企业而言的,但对于其他高噪声级的室内环境,如迪斯科舞厅等,也可以参照执行。因为制定该标准是从保护听力的原则出发的。（三）环境噪声允许标准 五、室内噪声控制五、室内噪声控制室内外噪声及设备噪声可通过建筑布局、围护建筑布局、围护结构隔声、室内吸声、设备隔声等途径进结构隔声、室内吸声、设

40、备隔声等途径进行控制行控制。空调通风系统噪声及设备振动，一般通过安装消声器以及对设备和管道采取隔振等措施加以控制。 3.6 建筑光环境 一、光与基本光度单位一、光与基本光度单位 (一)光的本质 从纯粹的物理意义上讲，光是电磁波，是所有形式的辐射能量。这是一种广义的理解。而通常，人们却是把对光的感觉，即光刺激眼睛所引起的感觉叫做光，或更通俗一点，这种感觉就是“亮”。 “光”的本质包含了三层含义:一是可见的辐射波;二是视觉器官的视觉特点;三是两者作用所引起的感觉效果。换句话说,光是一定种类和数量的,能对健康的视觉器官起作用的辐射能。（二）基本光度单位基本的物理量有： 光通量光通量:表示光源发出光能

41、的多少. 单位：流明lm 发光强度发光强度I I:光通量的空间密度.单位：坎德拉cd 亮度亮度L L: 发光体在视线方向单位面积上的发光强度.单位：坎德拉/平方米(cd/m2), 尼脱(nt)，熙提(sb), 阿(波)熙提(asb), 。 照度照度E E :光源落在单位被照面上的光通量.单位：勒克斯(lx)（三）基本光度单位间的关系1发光强度与照度 假定有一点光源，在 立体角内发出的光通量为，发光强度为I，则它们之间有如下关系： 同样，在离此点光源r m处的平面中，对应相同的立体角 的面积S上，也获得光通量，且有： 按照照度的定义可知，在面积S上获得的照度为： I2rSSE2照度与亮度光源的亮

42、度和该光源在被照面上所形成的照度之间，由立体角投影定律立体角投影定律来定量。该定律适用于光源尺寸比它到被照面的距离相对较大的场合。立体角投影定律表示某一亮度为L的发光表面在被照面上形成的照度,与其本身的亮度L以及该发光面的立体角在被照面上的投影的乘积成正比,而与发光面的面积无关。只要对被照面的立体角投影相同,那么这些发光面在被照面上形成的照度也就相同。二、人眼的视觉特性二、人眼的视觉特性光入射到人眼内发挥刺激作用产生视知觉的综合。人的视知觉只能通过眼睛来完成。人眼的构造，决定了人眼有下列视觉特性。 （一）明暗视觉人眼的感光细胞位于视网膜的外侧,分为锥状细胞和杆状细胞两种。锥状细胞分布在视网膜的

43、中心附近.明视觉状态下(约1.0cd/m2 以上的亮度水平),锥状细胞对光色刺激发挥作用。人眼能识别颜色,且对外界亮度变化的适应能力强。暗视觉的状态下(约0.01cd/m2 以下的亮度水平),杆状细胞发挥作用。人眼几乎不能识别物体的颜色或细部,且对外界亮度变化的适应能力低。（二）颜色感觉 人眼具有感觉颜色的能力,称为色觉色觉。在明视觉时,人们对380780nm 范围内的可见光产生不同的颜色感觉。随着波长的不同,可区分出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色 实际上在整个可见光谱范围内,光的颜色是连续过渡的。颜色的数量可以说是无穷的。 人眼的这种颜色感觉主要是由锥状细胞引起的。因此,它只存在于明视觉中

44、,而且在视野的中心比周围要强。（三）光视效能 在可见光谱区域内,人眼可区别出不同波长的光有不同的颜色,但人们对不同波长的光的感受的敏感程度却是不相等的。即人眼对能量相同,但波长不同的光所感觉到的明亮程度是不一样的。例如一个绿光和一个紫光,当它们的辐射功率相同时,人们会感觉到绿光比紫光亮许多。 在明视觉时,人眼对波长为555nm 的黄绿光的感受性最强,相对光谱光效率最大,其值为1,越远离这个波长,人眼的感受性越差,相对光谱光效率就越小。在暗视觉时,人眼对507nm 的青绿光最敏感。这时,整个相对光谱光效率曲线向短波方向移动。 普尔钦效应普尔钦效应(PurkinjeEffect)：根据人眼在明暗视

45、觉条件下感受性的差别,如果在光谱特性保持不变的情况下,各波长的光按相同的比例减少,当由明视觉向暗视觉转变时,人眼的敏感波长也会向短波方向移动,于是蓝光逐渐鲜明,红光逐渐暗淡。（四）视力 人的眼睛辨认物体形状细部的能力称为视觉敏锐度视觉敏锐度,在医学上称为视力视力。它存在着个 人的差异。在通用的国际眼科学会兰道尔环测量标准中,规定在5m 的视距上能辨别出1度的开口时,视力为1.0。（五）视野 当人的头部和双眼不移动时可察看到的空间范围称为视视野野。由于感光细胞在视网膜上的分布状况,以及脸部其他部分的妨碍,视野的上下左右是不均等的。通常视野的下部和右部较大。在视轴1度1.5度范围内能清晰地看到对象

46、的细部,具有最高的敏锐度,称为中心视野中心视野;往外30度范围内,是视觉清楚区域,也是观看物体总体的最有利位置;再偏离该区域,视力会迅速减小,称为环境视野环境视野,这一区域内的物件就看得不太清楚了。三、影响视度的因素人眼看物体的清晰程度称为视度。它不仅受人眼本身视觉特性的制约，还受到下列环境因素的影响。（一）亮度人们能看见的最低亮度或称最低亮度阈最低亮度阈,约为10-5asb。随着亮度的增加,人眼会看得越来越清楚,即视度增加。就亮度和感觉的关系而言,亮度L 增加 L 时,感觉S 的增量S与 L/L 成比例，即 S=K L/L (3-47)其中,K 是比例常数。该式是韦伯定律韦伯定律。对(3-4

47、7)式积分,并假定亮度阈L0 为初始值,则得S=Klg(L/L0) (3-48)。它表示,当亮度按等比值增加时,感觉S 按等差值增加。但是,当亮度增加到一定的数值时,反而会超过眼睛的适应范围而引起灵敏度的下降,甚至是疲劳、刺痛。就像在阳光下看书会感到刺眼,不能坚持下去一样。一般认为,当物体的亮度超过16asb时,人就会感觉到刺眼,不能坚持工作。可见,对于人眼视度而言,存在着最佳亮度,所以并不是越亮越好,而是要亮得合理。 （二）物件的尺才这里说的尺寸,是指相对尺寸。不仅是绝对尺寸,而且眼睛至物件的距离也会影响人们观看物件的视度。我们常用视角来表示这个相对尺寸,即物体的大小对眼睛形成的张角=344

48、0d/l (3-49) 式中视角,单位为“分”,即();或“度”,即()。d物件需辨别的尺寸,单位为mm 或m。l眼睛至物件的距离,单位为mm 或m。由此可知,对大而近的物件,视角大,看得清楚,反之则视度下降。（三）亮度对比视野内视觉对象和背景之间的亮度差异,称为亮度对比C,由下式表示当亮度对比极小时,在一定的界限以下,眼睛就感觉不到这亮度差。这个亮度差的界限称为视觉的识别阈限识别阈限。亮度对比越大,视度越高。所以提高亮度对比,是改善视度的有效方法之一。（四）识别时间与面积 眼睛观看物体时,只有当物体发出足够的光能,形成一定的视觉刺激时,才能产生视知觉,即需要一定的识别时间和面积。在一定条件下

49、,识别时间与亮度之间,遵循邦森邦森-罗斯科定律罗斯科定律:亮度时间=常数,亦即对象呈现的时间越少,越需要高亮度才能引起视知觉;而物体越亮,则察觉它所需的时间就越短。因此在采光及照明规范中规定,如果识别对象是活动的,识别时间短促,就需要按照采光及照明标准范围中的高值来进行设计。 对象的识别面积与亮度之间遵循里科定律:亮度面积=常数。这表明,视觉对象越小,所需的亮度就越高,反之亦然。因此应按被识别物件的尺寸及视觉工作的类别适当地选择采光系数及照明标准。（五）适应 当外界光环境的亮度发生改变时,人眼需要调节入射光量,改变视网膜的感光度。该视网膜感光度的变化过程称适应适应。当人从亮环境进入暗环境或相反

50、时,会感到原来看得清,一下子突然看不清,经过一段时间后又逐渐看得清了。从明到暗的适应称为暗适应,当视网膜的感光度重新达到最大时,需要经历1035min;由暗到明的适应称为明适应,时间较暗适应短,仅需1min左右。 在室内光环境中,可能会遇到许多明暗变化的部位,健康的人眼对此是能够适应的。但是当环境亮度变化过大时,应考虑在变化区段内设置必要的过渡空间,使人眼有足够的适应时间。 （六）眩光 在视野内出现亮度极高的物体或过大的亮度对比时,可引起人眼不舒适或视度下降,这种现象称眩光。眩光是影响光质量的重要因素,对视觉有危害性。根据眩光对视觉的影响程度,可分为“失能眩光”和“不舒适眩光”。失能眩光会降低