室內熱環境
正文
又稱室內氣候,由室內空氣溫度、空氣濕度、氣流和熱輻射四種參數綜合形成,以人體舒適感進行評價的一種室內環境。根據室內熱環境的性質,房屋的種類大體可分為兩大類。一類是以滿足人體需要為主的,如住宅、教室、辦公室等;另一類是滿足生產工藝或科學試驗要求的,如恆溫恆濕車間、冷藏庫、試驗室、溫室等。
室內環境對人體的影響主要表現於冷熱感覺,冷熱感覺取決於人體新陳代謝產生的熱量和人體向周圍環境散發的熱量之間的平衡關係。這個關係可表示為: 式中Δq為同一時間內人體得失的熱量;qm為人體新陳代謝產熱量;qW為蒸發散熱量;qr和qc分別為人體與環境之間的輻射散熱量和對流散熱量。當Δq=0,人體處於熱平衡,體溫恆定不變;當Δq>0,體溫上升;當Δq<0,體溫下降。但是Δq=0,並不是人體舒適感的充分必要條件,因為各種熱量之間可能有多種組合都可使Δq=0,所以只有當人體按正常比例散熱的熱平衡,才是最合宜的狀況。有人提出正常散熱的指標應為:對流散熱約占總散熱量的25~30%,輻射散熱約占45~50%,呼吸和無感覺蒸發散熱約占25~30%。
評價方法 在上述方程的基礎上,科學家進行了試驗和研究,提出了不同的評價指標,例如有效溫度、作用溫度、熱應力指標等。
有效溫度是1923年提出的,它是氣溫、濕度和氣流在一定組合下的綜合指標,曾被廣泛用於空調設計中。有效溫度沒有考慮熱輻射變化的影響,過分誇大了常溫下濕度的作用,因此後來又出現了修正有效溫度和新有效溫度等指標。
熱應力指標是1955年提出的,它是根據人體熱平衡條件,先求出在一定熱環境中人體所需的蒸發散熱量,然後再算出一定熱環境中的最大允許蒸發散熱量,以這二者的百分比作為熱應力指標。這一指標,全面考慮了熱環境四個參數的影響,是今後研究的方向。
室內氣溫 表征各類建築熱環境的主要參數。在一般民用建築內,冬季室內氣溫應在16~22℃。夏季空調房間室內計算溫度多規定為26~28℃。至於自然通風的民用建築,根據中國的實測表明,夏季室內日平均氣溫約比室外日平均氣溫高1~2℃。
室內氣溫的分布,尤其是沿室內豎直方向的分布是不均勻的,對人體熱感覺的影響很大。當使用對流式放熱器供暖時,沿豎直方向的溫差可達5℃以上,地板面附近溫度最低,不利於人體健康。輻射供暖時溫差較小,一般約為3℃左右。
隨著科學技術的發展,許多生產和試驗工作,都要求在某種特定熱環境下進行。例如,長度計量室的溫度基數,規定為常年20℃;檢定量塊的室溫允許波動範圍,僅為±0.2℃。
有些生產容許按季節分別規定不同的溫度基數,如精密機械加工車間,冬季為17℃,夏季為23℃,春、秋季為20℃。冷藏庫是對室溫有特殊要求的另一類建築,其庫溫應根據貨物種類和規定的貯存時間來確定。
室內熱輻射 室內物體輻射量的大小和輻射方向,對熱環境的質量有很大影響。冶煉、熱軋等車間,都有強烈的室內輻射熱源,造成高溫環境。
在炎熱地區,即使是冷加工車間和民用建築,夏季室內過熱也是普遍現象。其原因,除夏季氣溫高以外,主要是牆和屋頂內表面的輻射,特別是通過窗口進入的太陽輻射熱造成的。在寒冷地區,房屋熱穩定性不良,圍護結構將對人體產生“冷”輻射。中國和某些國家,都在有關規範中規定了室內氣溫與建築內表面溫度之間的差值不得超過容許值(見建築保溫)。
建築日照可改善室內冬季熱環境和衛生條件,在城市規劃與建築設計中,都需要充分利用日照。
室內氣流 影響人體的對流換熱和蒸發散熱,也影響室內空氣的更新。根據現有資料,當無汗時,舒適氣流速度範圍約為 0.1~0.6米/秒,一般供暖房間宜為0.1~0.2米/秒。夏季利用自然通風的房間,應爭取速度較大、且能有效地吹到人體上的氣流;特別是當有汗時,較強的氣流是改善熱環境的重要因素。許多生產車間為了迅速排除餘熱、餘溫,需要合理的通風系統(見通風設備)。
空氣濕度 在熱環境中,空氣濕度影響人體的蒸發散熱。濕度越高,汗液越不易蒸發。炎熱潮濕造成的悶熱環境,最令人不舒適。從衛生保健的觀點來看,一般認為正常的相對濕度為50~60%。根據試驗,當氣溫在20~25℃的範圍內時,相對濕度在30~85%之間變化,對人體熱感覺沒有影響。生產和科學試驗用的各類房間中的實際所需濕度,與使用狀況有關,有明確的規定。如織布車間,為防止棉紗斷線,工藝上要求保持70~75%的相對濕度。