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1 湖南大学土木工程学院 韩杰博士 hanjie0601@163.com
第四章 室内环境质量 湖南大学土木工程学院 韩杰博士

2 室外、过渡空间与室内的差别？？？？？？？？

3 一、室内环境质量（Indoor Environment Quality, IEQ)
室内环境质量是由美国国家居住安全与健康研究所（National Institute for Occupational Safety and Health）提出的比室内空气品质内涵更广的一个概念，是指室内空气品质、舒适度、噪声、照明、社会心理压力、工作压力、工作区背景等因素对室内人员生理和心理上的单独和综合的作用。 热环境（Thermal environment) 空气环境(Indoor air environment) 光环境(Light environment) 声环境(Noise environment)

4 使用者 室内环境 热环境 空气环境 光环境 声环境 电磁环境 建筑设备

5 二、室内环境质量体系 室内环境质量 温度和湿度 化学和微生物浓度 物理干扰：噪音, 灯光 室内环境 新鲜空气供给 建筑体积 室内环境
通风效率 渗透和漏风 通风管理和 维护 建筑围护结构 建筑参数 空气净化 污染物相互作用 通风参数 局部通风 维护和清洁 污染物发散 农药控制 居住者 和行为 建筑 功能 装修材料 室内污染来源 建筑 设计

6 第1节 热环境

7 1.1 热平衡方程： S = M – W – E – C – R S = 人体蓄热量, W/m2 M = 新陈代谢率, W/m2 W = 人体做功, W/m2 E = 蒸发散热, W/m2 C = 对流散热, W/m2 R = 辐射散热, W/m2

8 热舒适的定义

9 1.2 影响因素 （一）环境因素 1. 空气温度 2. 相对湿度 3. 空气流速 4. 平均辐射温度 （二）人的因素 1.人体活动量
2.服装热阻

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11 活动量（met)，1met=58.2w/m2

12 服装热阻（Clo）1clo=0.155m2. ℃/w

13 1.3 PMV（热感觉投票）-PPD（热感觉不满意百分数）指标

14 预测平均评价PMV (Predicted Mean Vote)
PMV = (0.303 e–0.036M ) TL = (0.303 e–0.036 M )  {M – W – 3.05 [5.733 – (M – W) – Pa]–0.42(MW58.15) –1.7310-2M(5.867Pa) – fcl hc (tcl  ta ) – M (34  ta ) –3.96  10-8 fcl [ (tcl + 273)4  (+ 273)4 ]}

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16 1.4 热舒适标准

17 1.5 热舒适适应性 开窗 开风扇 烤火

18 1.6 热舒适适应性标准

19 第2节 室内空气环境（Indoor air Environment)

20 2.1 室内空气污染源 工厂 室内空气质量 土壤 GROUND WATER QUALITY 空调系统 建筑材料 汽车尾气 室外 卫生管道
吸烟 装修材料 土壤 GROUND WATER QUALITY

21 粉尘、SO2、NOX、COX、O3等大气污染
通风、漏风等 室外来源 建筑、土壤等 氡等有害物质放射 燃烧设备 COX、NOX、 O2消费、 H2O、粉尘,臭气 香烟 室内来源(除人员) 化工产品(建材,家具等) 甲醛、苯、氡等 生物性污染 细菌、尘螨等 空调系统设计管理不当 军团菌、机油、苯、不洁水喷淋 家电设备 电磁辐射 呼吸、出汗、运动 CO2/H2O/O2消费、粉尘、细菌、体臭等 在室人员 3－21

22 2.2室内空气污染物 1、VOCs(挥发性有机化合物) 2、颗粒物 (PM) 3、其他污染物 CO2 CO NO2 SO2 Radon
来源 对人的健康效应 CO2 人的新陈代谢、汽油，煤油，木材和燃煤设备燃烧 在适量的浓度下，CO2能够引起窒息和不舒适感。在15,000 ppm (27430 mg-3)的浓度以上，呼吸变得微弱。暴露在高于30,000 ppm的浓度下，会引起头痛，头昏，头晕等症状。 CO 水加热器，汽油或煤炭加热 人体暴露在火炉的CO中达到２．５小时会表现出学习和计划能力的降低， NO2 汽油机械，煤油加热器，木制火炉的运行，以及吸烟 NO2是一种对肺部粘膜产生极强刺激的氧化物。NO2经过不同的化学反应可以转换成氮氧化酸 SO2 煤矿和其他含硫燃料的燃烧过程中通过氧化硫而产生的 长期暴露在室内SO2环境中会提高慢性呼吸疾病的发病率。有人在中国进行的调查显示，肺部功能有所降低，而且还伴有其他一些呼吸疾病 Radon 土壤、地基 氡的变体容易吸附在气溶胶颗粒上，一旦吸入就将停留在肺部产生癌变

23 工业尾气 汽车尾气

24 建材、装修材料、日化产品

25 中央空调系统 被污染的空气过滤器

26 2.3 室内空气质量的特点 1、累积性 室内的各种物品，包括建筑装饰材料、家具、地毯、复印机、打印机等都可能长时间不断的释放出一定的化学物质，散发的量很少、速度也很慢、时间常，如不采取有效措施把这些污染物及时处理，这些污染物将在室内逐渐累积，导致污染物浓度增大，超过人体承受的阈值或者极值，造成对人体的危害。 2、长期性 众多调查表明，绝大多数人80％以上的时间都在室内度过，人体长期暴露在被污染的室内空气中，接触污染物的时间比较长。 3、低浓度 与室外空气污染相比较而言，室内环境污染物一般浓度较低，一般不易通过人体感观感觉到它的存在，并且在短时间内人不会出现有非常明显的反应症状，不易发现病源，这是室内空气污染与室外空气污染相比特殊的地方，也是室内空气污染成为“隐形杀手”的重要原因之一。 4、多样性 室内空气污染的多样性既包括污染物种类的多样性，又包括室内污染物来源的多样性，到目前为止，已经发现的室内污染物就有3000多种，不同的污染物同时作用在人体上，可能会发生复杂的协同作用。

27 2.4 室内空气对人体的危害 1、病态建筑综合症（SBS) 2、建筑并发症(BRI) 3、化学物质过敏症(MCS)

28 SBS－Sick Building Syndrome 病态建筑综合症：现代都市病
症状 头痛、恶心 疲乏、失眠、记忆力衰退 皮肤、粘膜有刺激感（眼红、流泪、咽干等） 呼吸紊乱 特点 离开病态建筑一段时间后即恢复正常 只有症状，难以进行医学确诊，无法确定病源

29 BRI: Building Relative Illness 建筑关联病
可由医学认定的病原体所引起的特定疾病，可进行医学确诊，如： 过敏性肺炎 过敏性鼻炎 哮喘 军团病 有机尘中毒 肺癌

30 与室内空气品质相关的综合症 很多研究者发现诸多的室内空气品质问题都是以下因素引起的：通风系统的缺陷、过度拥挤，办公材料和机械设备散发的气体，烟气，微生物污染物和室外空气污染物。 居住者通常受到居住环境的影响，这是因为一旦他们离开所居所，他们的症状就会减轻。 (1)眼、鼻、喉的刺激 (5)过敏 (9)鼻子出血 (2)嗜睡 (6)皮肤干燥、皮疹 (10)反胃 (3)头疼 (7)鼻子充血 (4)注意力难以集中 (8)呼吸困难

31 2.5 控制策略 ①污染源控制 消除或者减少污染源，密封或者覆盖污染源、改变环境 ②通风 增加新风 ③空气净化
静电除尘、光催化、吸附。。。。

32 初效过滤器 中效过滤器 高效过滤器 高效袋式过滤器 几种常见过滤器的示意图

33 过滤器 车载/家用负离子发生器 家用型臭氧发生器 等离子空气净化器 紫外线消毒杀菌灯

34 2.6 室内空气质量标准

35 第3节 光环境

36 3.1 光的基本原理 光是一种电磁辐射（EMR）。全谱电磁辐射有着巨大的跨度，从宇宙射线到紫外线、可见光、红外线，再到无线电波，这些不同的电磁波的差别在于它们的波长不同。 光通常被定义为太阳发射出的部分电磁辐射频谱，包括一部分可见的电磁频谱（即人类可以看见的），以及红外线(IR)辐射及紫外线(UV)光，后面的两种光都是人类眼睛看不见的。

37 1、光通量  物理意义：说明光源发光能力的基本量，能量单位。
定义：辐射体单位时间内以电磁辐射的形式向外辐射的能量称辐射功率或辐射通量(W)。光源的辐射通量中被人眼感觉为光的能量(波长380－780nm)称为光通量。 单位: 流明(lumen，lm)。 人眼在观看同样功率的辐射时, 在不同波长时感觉到的亮度是不同的，人眼的这种特性用相对光谱光效率V()来表示。

38 不同波长的相对光谱光效率 单色光谱光视效率 光视效能K( )
描述光能和辐射能之间关系的量，单位lm/W 明视觉：V()max 对应波长555nm (黄绿光)，光视效能是683 lm/W。 暗视觉：V() max 510nm (蓝绿光) 单色光的光谱光视效率 波长为555nm的辐射通量与视亮度感觉相等的波长为 的辐射通量的比值，V( ) 单色光谱光视效率

39 2、发光强度 I r 发光强度：表示光源光通量的空间密度
定义：光源在某一方向的发光强度定义为光源在这方向上单位立体角内发出的光通量(和距离无关)。 单位：坎德拉(candela, cd) r

40 光通量 相同, 发光强度I却不同

41 3、照度 E 1 ml 1 m2 定义：落在单位面积被照面上的光通量的数值。表示被照面被照射的程度。 表达式：
单位：勒克斯(lux, lx)，相当于1 lm的光通量均匀分布在1 m2的被照面上 1 ml 1 m2

42 照度

43 4、亮度 L 定义：正在发光 (或反光) 表面的明亮程度。 亮度是与眼睛感觉有关的量，取决于进入眼睛的光通量在视网膜物象上的密度。
物理亮度：发光体在视线方向上单位面积发出的发光强度，尼特(nit, nt)、熙提(stilb, sb) 1 nt =1 cd/m2，1 sb = 1 cd/cm2 = 104 nt 主观亮度：考虑背景亮度的作用 视网膜只可承受 16 sb以下的亮度！

44 亮度和照度有何区别？照了不一定亮！ 照度相同 吸光材料，亮度低 反光材料，亮度高

45 5、采光系数 采光系数C（Daylight Factor） 在采光标准中，室外照度是指全阴天时的天空扩散光。
定义：室内某一点的天然照度 En与同一时间的室外照度Ew 的比值：。 在采光标准中，室外照度是指全阴天时的天空扩散光。

46 6、天然采光标准 下面的采光系数乘以各光气候分区的光气候系数K，即可得各分区的采光系数。 采光 等级 视觉作业分类 侧面采光 顶部采光 作业
精确度 识别对象的 最小尺寸 d(mm) 室内天然 光临界照 度(lx) 采光系数最 低值Cmin(%) 采光系数 最低值 Cmin(%) Ⅰ 特别精细 d  0.15 250 5 350 7 Ⅱ 很精细 0.15 < d  0.3 150 3 225 4.5 Ⅲ 精　细 0.3 < d  1.0 100 2 Ⅳ 一　般 1.0 < d  5.0 50 1 75 1.5 Ⅴ 粗　糙 d > 5.0 25 0.5 35 0.7

47 V III K=1.0 IV III II K=0.85 I IV V K=1.1 III
中国光气候分区与光气候系数 室外总照度年平均值21.18 lx K=1.2 室外总照度年平均值31.46 lx K=0.9 V III K=1.0 IV III III II K=0.85 I IV V K=1.1 III 跨学科的可持续建筑课程与教育体系

48 3.2 光污染 介绍 光污染是一种物理污染，如果没有污染源，这种污染会立刻消失，污染的地区也是局部的。 光污染的种类
光污染是室外照明的不良后果，它包括天空辉光、光侵入、眩光。 解决方法 教育人们合理使用光线是避免光污染最主要的办法 灯具的设计应该有适当的照度分布以适用特定用途的照明 自我保护,例如定期检查我们的眼睛，在阳光下戴太阳镜。 总而言之，避免过度暴露在光污染的环境中，可以减少光污染对我们的威胁。

49 3.3 光环境的分类 自从人类习惯于用天然采光, 工程师总是期待人工照明尽量与天然采光接近，不仅在光谱上，而且在视觉效果上。事实上，高品质的照明环境应同时包含天然采光和人工照明。 天然采光 天然采光来自太阳辐射，虽然天然采光作为光源也有很多的缺点（难以控制照明，照度的不停变化，眩光，阴影等等），并且它不是一个安全与健康工作环境的必要组成部分, 但它仍然广泛的被当作工作环境照明不可缺少的一部分。

50 1.日光照明的天空状况 对于白天，天气状况可分为阴天和晴天，这些天气状况的特征影响着日光照明的设计 。 2.设计构思 (1)环境因素 通过选择合适的窗户方向，以及合适的遮阳设备，可以设计出得到或失去的太阳热量。 (2)开窗法 一个屋子的照明条件主要取决于开窗法 。 太阳光谱

51 人工照明 尽管自然光比人造光更舒适性更好，但是一天中以及一年中可以利用的日光的时间是有限的。而且日光的光照强度是不均匀的。因此要结合使用人工照明。 1. 光源种类 热辐射光源 白炽灯 卤化钨灯 气体放电灯 荧光灯 高压汞灯 金属卤化物灯 低压钠灯 高压钠灯

52 2. 照明方式 在设计照明系统时，应注意到照明方式对照明质量、能耗以及建筑风格都有很大的影响，一个合适的照明系统不仅要满足房间的使用功能，而且要和建筑的结构相协调。 全面照明：照射到整个工作区域，在工作区域内，光照强度均匀。 区域全面照明：对房间几个不同功能区域进行不同强度的光照。 局部照明：满足小面积或有限空间的照明需求。 组合照明：全面照明和局部照明联合起来使用 。

53 3.4 光环境的控制 仅靠门窗天然采光的局限 天然采光受建筑设计制约 过强的光照导致不舒适 控制天然采光的方法 百页控制 光电玻璃控制
反射镜控制 光导管与光导纤维 天然采光与人工照明联合控制

54 跨学科的可持续建筑课程与教育体系

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57 Day light usage Lighting Optimum brightness (750 lx)
跨学科的可持续建筑课程与教育体系

58 第4节 声环境

59 声音是什么？ 波长 声波：声源振动引起弹性媒质的压力变化，并在弹性媒质中传播的机械波 声源：振动的固体、液体、气体
声压：空气压强的变化量，10-5～10 Pa量级 特性：波长、频率 f、声速 c 波长

60 0 简介 环境中主要的噪声源有： 1、运输噪声：随着城市和农村地区车辆的增多，火车或机动车辆的噪声已经成了交通噪声的主要组成部分，占了城市噪声的75%。 2、机械噪声：各种发电机和正在工作的机器的打击、摩擦以及振动可以产生70到80分贝的噪声。 3、城市建设噪声：特别是，近几年城市建设发展得十分迅速，道路建设施和地下设施的改造、城市建筑的建设发展、老城区改造和普通家庭室内装修，都对城市产生噪声，施工当地的噪声平均超过了90分贝。 4、公共场所噪声：从统计调查结果来看，社会生活公共场所发出的噪声占城市噪声的14.4%。 5、家用电器直接造成了室内噪声污染。在生活中，电视机、录放机产生的噪声可以达到60到80分贝，洗衣机为42到70分贝，电冰箱为34到50分贝。

61 1、声音的频带 中频声 高频声 低频声 人耳可以听见范围为 20-20000Hz 人耳听不见的范围 20 Hz 以下：次声
频率

62 2、声音的计量 声功率W：声源在单位时间内对外辐射的声能，即在全部可听范围所辐射的功率，单位W。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。 声强 I：单位时间内通过垂直于传播方向上单位面积的平均声功率，W/m2。 声压 p：声波的压强与媒质的静压之差，Pa 媒质的密度

63 听觉范围——量级差非常大 可闻阈(听阈) ——人耳刚能感受的声音p0=2×10-5 Pa I0=1×10-12 W/m2 烦恼阈
——闻之烦恼不安 p0=20 Pa，I0=1W/m2 疼痛阈 —— 闻之人耳则痛，p=200 Pa，I =100 W/m2

64 3、声音的度量 可闻阈值 1×10-12W 分贝标度和声级L ，单位dB 设立的必要性 数据范围太大，如 2×10－5Pa -20Pa
人的听觉响应与声强、声压呈对数关系 声强级： 声压级： 声功率级： 可闻阈值 1×10-12W

65 4、听觉机构 自由场最小可听阈 烦恼阈 疼痛阈

66 5、什么是噪声？ 人们不愿意听到的任何声音 空气声：经空气和围护结构传播 固体声：振动噪声

67 6、我国的室内噪声标准 房间类型 NR(dB) A声级dB(A) 卧室、书房、病房 35-45  40-50
卧室、书房、病房  40-50 起居室  40-50 语言教室  40 一般教室  50 门诊室  55-60 手术室  40-50 宾馆客房  35-50 会议室 学术报告厅、阅览室 室内乐、演唱厅 办公室 宴会厅

68 7.噪声评价 噪声评价是指我们如何把噪声标限结合起来，包括物理量和噪声对接受者影响的主观感受的评价
(1)A声级：A声级是A计权网络上对应的值，单位是dB（a）。声级反映了人耳对不同频率声音响度的计权 。 (2)等效连续A声级 ：判断噪声对于人体影响时，我们不仅要考虑声强，还应该考虑其响应时间 。 (3)昼夜等效声级Ldn ：研究结果表明，夜间噪声对人的干扰要比白天大10dB。因此，计算一天24小时的等效声级时，夜间的噪声要加上10dB，这样得到的等效声级称为昼夜等效声级 (4)累积分布声级 ：L1L5L10L90……LN表示N%测量时间的噪声所超过的声级 (5)声音暴露级：声音暴露级被定义为一秒内连续的声音级

69 8、环境噪声的控制 1、吸声 声波导致空气在吸声材料中行进、反射、折射过程中产生摩擦而损耗声能，转变为热能 跨学科的可持续建筑课程与教育体系

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71 2、共振消声 共振结构在声波激发下振动，振动的结构由于本身的内摩擦和与空气间的摩擦把部分振动能量转变为热能而损耗。因此振动的结构消耗声能，产生吸声效果。 适应频带：中、低频 共振会放大声音吗？共振  共鸣！ 共鸣：机械能激发物体振动向空气辐射声能 共振：空气中传播的声能激发物体机械振动

72 隔声 ＋隔振 ＋吸声 双重 隔振 吸声 单面

73 Questions ?