第四章物理環境設計4.3|聲環境設計聲環境設計基本概念聲環境的研究方法室內音質設計方法噪音控制方法目錄CONTENTS4.2|光環境設計光環境設計基本概念天然光的利用方法綠色照明設計方法4.1|風環境設計風環境設計基本概念風環境研究方法室內自然通風設計方法4.4|熱環境設計熱環境設計基本概念建筑保溫設計方法建筑防熱與隔熱設計方法空調系統應用風環境設計基本概念風環境研究方法室內自然通風設計方法4.1|風環境設計4.1.1風環境設計基本概念風的類型風、季風、臺風、龍卷風1）風由高氣壓的空氣向低氣壓的空氣流動而產生的結果。空氣溫度的不同導致了空氣氣壓的高低變化。氣溫高，則空氣膨脹，密度變低，此時的空氣稀薄，空氣的氣壓也較低；反之，氣溫低，則空氣密度較高，氣壓也較高。由于空氣受太陽輻射的多寡不同以及空氣對熱量的吸收率的變化，導致氣溫的高低變化，從而形成了風。2）季風海陸溫度不同引起氣壓差異而形成的風，隨季節而變化。3）臺風屬于一種熱帶氣旋。海洋上，產生局部性的低壓中心，周圍的高氣壓空氣以一種相近的速度向低氣壓中心輻射，從而形成力偶狀態的氣旋，其中心為一漏斗狀垂直氣柱的暴風眼。4）龍卷風熱帶氣旋的一種，其范圍很小，直徑不超過1km。地形風、海陸風、山谷風風的類型1）地形風：由于地形的起伏、各種地表材料對太陽輻射吸收率的差異、材料熱容量的不同，產生各小區域之間的溫差和各小區域之間的氣壓差，因而形成局部性的地形風。這種局部性的地形風雖然沒有季風穩定，但是當季風不明顯時（季風轉換期）。它卻是影響建筑通風設計的主要因素。2）海陸風：沿海洋和陸地交界的海岸，在白天風從海面吹向陸地，在夜晚風則由陸地吹至海面。3）山谷風：由于山坡比山谷升降溫快，夜間冷空氣自山坡流向山谷，故也稱之為下坡風、下谷風、山風、日周期風等。由于這種局部風受溫度的控制，而夜間溫度也與云量有關所以風速也按照云量的減少而增加。白天則氣流從山谷向山坡上吹，稱之為上谷風，此風隨著太陽輻射的強度、山坡的坡度以及山坡的赤裸程度而變化。街巷風、中庭風1）街巷風：是在城市的住宅區內，由于局部的溫差存在，也會產生局部的涼風。比如，十字街路、丁字路口比街內的升降溫快，白天吹出口風，夜間吹入口風。如果建筑物錯開排列，也可以得到街巷風。2）中庭風：是由于房屋周圍比中庭升降溫快，白天吹出庭風，夜晚吹入庭風。風的類型風向與風玫瑰圖風在給定方向上出現的頻率通常用風向頻率玫瑰圖表示，即用16個或者32個方位表示風向，正北方向表示為0，靜風位于正中。在各方向線上，按頻率大小截取相應的長度，再將截點連接成封閉折線圖形，就得到風向頻率玫瑰圖（簡稱玫瑰圖）。風的量化指標風速空氣在單位時間內所流過的距離。風速大小可用國際通用的蒲福（Beaufort）風力等級表來表示，把風速分為17個強度等級。風壓風壓指風垂直作用于物體上，所受到的最大風速時的壓強，單位kN/m2。風壓常是建筑工程設計上計算風荷載的依據。4.1.2風環境研究方法氣流路徑氣流路徑，顧名思義，即是氣流通過的路線。通過對通風路徑的評估，有助于了解室內整體的通風狀況。一般利用觀察法判斷，缺乏對流速分布的了解，因此目前多采用數字模擬方式來評價氣流路徑。由于各種建筑物的形態不同，會導致無法-一實驗，只憑經驗的判斷而無實驗，其可靠度較低，同時，忽略氣流速度來討論路徑會失去現實應用意義。風環境評估指標通風的主要手段在于利用可感氣流促使室內使用者感覺涼快，因此，可感氣流的風量、風速和通風路徑是設計上的主要評估指標。一般通風的評估方法有3種：氣流路徑、通風量、通風率。通風量一般情況下，通風量大，通風效果也較佳。但是在相同的通風量的情況下，入口處的開口面積越大，所導致的風速越小，甚至室內感受不到風的存在。通風量的計算方法通常都以開口部位的合成來求換氣量，這種計算方法并不適合用來評估通風效果，因為室內的隔墻、房間的位置、迎風的房間和背風房間的開口位置、空間形態等等均會影響到風速，無法客觀反映氣流的真實情況。通風率因為室內各點的風速分布不均，通風的評估無法一概而論。平均通風率，雖然可以表示室內的通風性能，但是也有其缺點，因為我們所強調的只是室內測定點處的通風率。通風率以室內實際風速與室外風速的比值來反映室內環境風速情況是一種比較客觀、實用的評價方法，并且其數值直觀、直接，有較強的可操作性。實驗室法——風洞模型實驗法

風洞就是用來產生人造氣流（人造風）的管道。在該管道中能造成一段氣流均流動的區域，利用這一經過標定的流場，可以進行各種有關學科的科研活動。風洞種類繁多，按行業分有航空風洞和工業風洞；按試驗段氣流速度大小，可以分為低速、高速和高超聲速風洞（表4-1）；按回路形式可分為直流式、回流式；按運行時間可分為連續式、暫沖式。風洞是進行空氣動力學試驗的主要設備，可以將模型的試驗結果根據相似理論運用于實物中。風洞的中心部件是試驗段，試驗段流場應模擬真實空氣場，其氣流品質（如均勻度、穩定度、湍流度）應達到一定指標。風環境研究技術實驗室法——風洞模型實驗法優點：試驗條件易于控制；各試驗參數獨立設定，不用附加耦合作用；靜止模型，便于測定試驗參數，精度較高；外界環境影響較小，試驗進程較快；經濟安全，效率可靠。缺點:相似準則不滿足的影響，支架干擾及邊界效應問題，此類問題仍需加以解決。在建筑工程及大氣污染研究中常用的是大氣邊界層風洞。在這種風洞中，試驗段的氣流并不是均勻的，從風洞底板向上，速度逐漸增加，模擬地表風的運動情況（稱為大氣邊界層）。大氣邊界層風洞是工業風洞的一種，為低速風洞，回路形式有直流式和回流式。風環境研究技術實驗室法——風洞模型實驗法直流式低速風洞（圖4-1）一般由進氣口、穩流段、收縮段、試驗段、擴散段、動力段及支架和流速控制系統組成。在這種風洞中，動力段的風扇向右端鼓風而使空氣從左端外界進入風洞的穩定段，這種形式為鼓風式，動力段也可置于試驗段的右側，這是吸風式。過渡段是為了保證試驗段穩定的氣動性能所設計的輔助結構。穩定段的蜂窩器和阻尼網使氣流得到梳理然后由收縮段使氣流得到加速而在試驗段中形成流動方向一致、速度均的穩定氣流。試驗段是整個風洞的核心，長度應該是直徑的1.5~2.5倍，在試驗段中可進行大氣邊界層的模擬和模型的吹風試驗，以取得作用在模型上的空氣動力試驗數據。擴散段的目的是減少氣流速度，降低風洞耗能。這種風洞的氣流速度是靠風扇的轉速來控制的。直流式低速風洞造價低，但試驗段氣流品質受外界環境影響大，噪音大。風環境研究技術實驗室法——風洞模型實驗法回流式低速風洞（圖4-2）是在直流式風洞的基礎上，增加回流段并使風洞首尾相接，形成封閉回路，從而氣流在風洞中循環流動，既節省能量，又不受外界的干擾。除了直流式風洞的主要組成外，回流式風洞還設有調壓縫，通過補充空氣達到調節風洞內樂力的效果，此外，設置了導流片和整流裝置，用于提高調節空氣流的均勻度，使氣流的剖面和紊流度達到實際要求。風環境研究技術1）從安全角度講，不能是易燃易爆氣體。2）從測定者與居住者的健康角度講，不能具有毒性。3）氣體的密度要盡量接近空氣密度（即相對分子質量大約為29），以便易與空氣混合。4）氣體要不被室內的家具或其他設備吸收，不會與空氣中的成分發生化學反應。5）要易于測盤，特別是在低濃度情況下。6）室外氣體濃度要較低且波動很小。7）價格要相對便宜。實驗室法——示蹤氣體測量法這類方法的基本原理都是通過向室內注入一定量的示蹤氣體，然后利用示蹤氣體的質量守恒方程來推求通風量。對于通風量逐時變化，以及通風路徑不確定的場合，這種測量方法尤為重要。用于測定通風量的示蹤氣體需要滿足下列條件。風環境研究技術實驗室法——熱浮力實驗模型通過加熱產生介質流動或者預設濃度差導致介質流動來模擬空氣流動，一般采用的介質有空氣、水、鹽水或氣泡等。這種方法的缺點是不能模擬建筑熱特性對自然通風的影響。風環境研究技術數值模擬法——計算流體力學一般的研究方法中都是假定室內空氣為勻質分布，每一點的溫度與氣流速度都被假定成是一樣的，這與現實情況并不相符。這種簡單假設的計算結果使室內人員活動區的實際空氣質量與計算或者預測結果存在較大差距。CFD方法是將房間用空間網格劃分成無數很小的立體單元，然后對每個單元進行計算，只要單元體劃分得足夠小，就可以認為計算值代表整個房間內的空氣分布情況。從理論上來講，CFD模擬能確定流場中任意時刻任意點的氣壓、風速、溫度以及氣密度等指標，并跟蹤其變化。前人的研究證明，CFD研究方法的誤差較小，是目前較為精準的一種通風研究方法。基于其相對準確的模擬，可以在設計階段預測建筑內部的通風以及溫度分布情況，從而知曉自然通風系統能否適用以及什么情況下適用。另外，還可以有效地進行多方案比較，優化設計方案的通風效率或節能性。基于CFD的氣流分析軟件有FLUENT系列、FLOEVENT、STAR-CD、PHOENICS、CFX等。數值模擬法——多區模型法假定各個房間內空氣的特征參數是均勻分布的，就可以將房間看成一個節點，將窗戶門、洞口等看成連接。這樣的模型比較簡單，它可以宏觀地預測整個建筑的通風量，但是不能提供房間內的詳細溫度與氣流分布信息。該方法是利用伯努利方程求解開口兩側的壓差，根據壓差與流量的關系求出流量。由于誤差較大，它適用于預測每個房間參數分布較均勻的多區建筑的通風量，不適合預測建筑內部詳細的氣流信息。風環境研究技術數值模擬法——區域模型法區域模型法與多區域模型法有類似的地方，但是比多區域模型法更復雜一些。多區域模型法由于過分簡化系統而產生很大誤差，尤其是當房間內部空氣分布呈明顯分層的時候。區域模型法就針對這一情況，在定性分析的基礎上把房間劃分成一些子區域，每個子區域內的空氣分布特征是勻質的，子區域之間存在熱質交換，建立質量和能量守恒方程。該方法比多區模型法更精確，但比CFD簡單。有一些專門氣流分析軟件都是以這種模型為基礎，如SPARKCOMIS和CONTAMW。4.1.3室內自然通風設計方法

通風與換氣在物理學范疇內是同一個意思，但是在建筑風環境的研究當中，它們卻是兩個不同的概念。在西方，通風稱為CrossVentilation，而換氣則為Ventilation。通風本身無法降低溫度，通風的目的在于利用氣流直接吹到人體上，以便在濕熱的氣候下，通過蒸發作用，加大人體的散熱量；換氣的目的在于確保室內空氣的衛生狀況，將新鮮空氣導入室內，將不良的空氣排到室外，控制室內CO2，和其他有害氣體的含量。一般情況下，通風含有換氣的意思，室外空氣質量正常的話，通風良好的室內，其空氣必定滿足人體的健康要求。但是通風必須是在有感風速的情況下進行，而換氣則無此要求。通風是濕熱氣候地區夏季為達到舒適室內環境所經常采用的主要手法。在我國的華南、華東等地區，夏季不但長，而且濕熱，在建筑設計時，要充分考慮到建筑的開洞，以便利用通風，將夏季的微風導入室內的生活工作區域，促進人體的散熱把多余的熱和濕氣帶出室外。然而在冬天寒冷的氣候下，室內的換氣則應該盡量避免寒風對人體的侵襲，否則寒風會造成人體的不適。有些通風雖然與人體沒有直接關系，比如為了防濕目的，在地板下面進行通風，對壁櫥內外進行的通風；為了隔熱的目的，建筑閣樓的通風，屋頂的架空層的通風，其作用對象主要是建筑物和物品，但是如果沒有考慮到通過通風來除濕或者隔熱的話，其造成的后果也會嚴重妨礙使用和影響到人體的舒適，所以建筑師對此也不應該忽視。通風的概念空氣的流動，必須有動力。利用機械能驅動空氣的，稱為機械通風；利用自然因素形成的空氣流動，稱作自然通風。建筑物中的自然通風，關鍵在于室內外存在壓力差。形成空氣壓力差的原因有二：一是熱壓作用，一是風壓作用自然通風基本方式熱壓作用空氣受熱后溫度升高，密度降低。相反，若空氣溫度降低，則密度增大。這樣當室內氣溫高于室外氣溫時，室外空氣因為較重而通過建筑物下部的門窗流入室內，并將室內較輕的空氣從上部的窗戶排除出去。進入室內的空氣被加熱后，又變輕上升，被新流入的室外空氣所替代而排出。因此，室內空氣形成自下而上的流動。這種現象是因溫度差而形成，通常稱之為熱壓作用。熱壓的大小取決于室內室外空氣溫度差所導致的空氣密度差和進出氣口的高度差（圖4-3）。熱壓作用自然通風基本方式由上式可見，要形成熱壓，建筑物的進、排氣口一定要有高差，熱壓的大小和高差成正比；此外，室內外空氣存在溫差，從而因溫度的不同形成密度差，熱壓和密度差成正比。這兩個條件缺一不可。風壓通風風壓作用是風作用在建筑物上產生的壓力差。當自然界的風吹到建筑物上時，在迎風面上，由于空氣流動受阻，速度減小，使風的部分動能轉變為靜壓，也即是建筑物的迎風面上的壓力大于大氣壓，形成正壓區。在建筑物的背面、屋頂和兩側，由于氣流的旋繞，這些面上的壓力小于大氣壓，形成負壓區。如果在建筑的正、負壓區都設有門窗口，氣流就從正壓區流向室內，再從室內流向負壓區，形成室內空氣的流動。

顯然，形成風壓的關鍵因素是室外風速，確切地說，是作用到建筑物的風速。而且，風壓值與其風速的平方成正比。自然通風基本方式上述兩種自然通風的動力因素對各建筑物的影響是不同的。甚至隨著地區和地形的不同、建筑物的布局和周邊環境狀況的差異、室內使用情況等產生很大的差異。比如，工廠的熱車間，常常有穩定的熱壓可以利用；沿海地區的建筑物，往往風壓值較大，因此房間的通風良好。在一般的民用建筑物中，室內外的溫差不大，進排氣的高度相近，難以形成有效的熱壓，主要依靠風壓組織自然通風；如果室外的風速較小，或者沒有風時，建筑物內部的通風將難以通暢。因此，建筑師要善于利用自然通風原理，合理進行建筑物的總體布局和建筑物開口的設計，并采取必要的技術措施，形成誘導通風，使通風成為改善室內熱環境的有利因素。“誘導通風”是指通過建筑設計的方法，采用一定的技術手段，來改變現實環境中各氣候要素對建筑的影響，比如改變熱壓差和風壓差，以改善自然通風。自然通風基本方式洞口位置與室內通風夏季通風的主要手法是將室外的自然風引入到室內，到達人體的作業空間，并且能夠保證適當的風速，藉此提高室內的舒適度。開窗的位置無論是在平面上還是立面上均會影響到室內氣流的路徑。

現在以RobentH.Reed的實驗結果對此加以說明。圖4-4為風吹到一面密閉墻面的狀況，圖中的深色區域為迎風墻面的正壓區，氣流在兩側墻角處與墻體剝離，然后再流到建筑物的后面，經過反壓點后，氣流恢復到原來的氣流狀態，并且在房屋后面、反壓點之內的范圍內形成負壓區圖4-5為風吹到一面中央設窗的墻體時的狀況，這時原有的正壓區一分為二，但是房間無出氣口，所以室內的空氣很快達到飽和，隨后恢復到原有的正壓狀態。因沒有出氣洞口，房間內并沒有明顯的通風行為，只有在外部風壓發生變換時，為平衡氣壓，室內的空氣才會發生換氣行為。洞口形式與室內通風洞口位置與室內通風如果在下側墻開窗，則通風行為隨即產生，如圖4-6所示。這時，若將進氣窗上移，那么因為迎風墻的兩部分氣壓不等，下半部墻的部分氣流正壓較上部大，會把氣流擠向室內的右上角，最終的結果是氣流的路徑比圖4-7所示的要長。由此可以看出后者的通風效率高于前者。在此基礎上，倘若在進氣窗的下側加設擋風板（或者垂直遮陽板），則下側的正壓氣流不會對引入氣流造成擠壓，只剩下迎風墻上部的正壓氣流，其結果是入侵氣流從進氣窗處直接流向出氣窗（圖4-8），這種情況的通風路徑最短，通風效果當然也是最差的。洞口形式與室內通風洞口位置與室內通風通過上面的通風結果可以發現，正壓區氣流擠壓狀況由迎風面墻體進氣窗兩側實墻的大小決定，而與出氣窗無關。這種狀況在立面上也一樣（如圖4-9所示）。當在剖面上開窗偏低時，氣流受上面實墻氣流正壓力的擠壓，迫使進入室內的氣流偏下吹入，一直流至室內后墻，再沿著后墻上升，通過出氣窗流到室外；而在圖4-10中的狀況與之恰恰相反，入氣窗的位置相對外墻而言偏高，致使下側墻面的正壓氣流將進入室內的氣流向上方擠壓，迫使氣流向上流入至天花板，并沿著天花板流到出氣窗而后流出到室外。圖4-11的情況則如圖4-9所示，這也再次說明氣流路徑的偏向與出氣口無關，而是由迎風面墻體進氣洞口的位置決定。如果如圖4-12~圖4-14所示在窗前加設水平遮陽板，窗上側的氣流壓力因為遮陽板隔斷而不會作用于入室的氣流上，氣流僅發生窗下側的擠壓作用，這樣入室氣流也是向上吹至天花，并沿天花到達后墻，再通過窗流到室外，這種通風情況因為氣流沒有流經作業區域，對人體沒有幫助，應該予以避免。洞口形式與室內通風洞口位置與室內通風洞口形式與室內通風洞口形式與室內通風窗戶的形式也會影響氣流的流向（圖4-15）。當采用圖示的懸窗形式時，會迫使氣流上吹至天花，不利于夏季的通風要求，因此，除非是作為換氣之用的高窗外，不宜在夏季采用這種類型的窗戶窗扇的開啟形式不僅有導風的作用，還有擋風的作用，設計時要選用合理的窗戶形式。比如，一般的平開窗通常向外開啟90°，這種開啟方式的窗，當風向的入射角較大時，會將風阻擋在外，如果增大開啟的角度，則可有效地引導氣流。此外，落地長窗、漏窗、漏空窗臺等通風構件有利于降低氣流的高度，增大人體的受風面，在炎熱地區是常見的構造措施。還有百葉窗、百葉遮陽板，對風均有積極的引導作用，在使用時，要特別注意其導向作用和室內的需求是否一致。洞口形式與室內通風洞口面積與室內通風夏季通風室內所需氣流的速度大約為0.5~1.5m/s，下限為人體在夏季可感氣流的最低值，上限為室內作業的最高值（非紙面作業的室內環境不受此限制）。一般夏季戶外平均風速為3m/s，室內所需風速是室外風速的17%~50%。但是在建筑密度較高的區域，室外平均風速往往為1m/s左右，是室內要求風速的1~2倍。所以開窗除了換氣的作用之外，更要確保室內的氣流達到一定的風速。房間開口尺寸的大小，直接影響到風速和進氣量。開口大，則氣流場較大。縮小開口面積，流速雖然相對增加，但是氣流場縮小。因此開口大小與通風效率之間并不存在正比關系。根據測定，當開口寬度為開間寬度的1/3~2/3，開口面積為地板面積的15%~20%時，通風效率最佳。洞口形式與室內通風光環境設計基本概念天然光的利用方法綠色照明設計方法4.2|光環境設計4.2.1光環境設計基本概念光的度量單位光源向周圍輻射電磁波，其表面上微小面積d，在單位時間內向所有方向輻射的能量，稱為該微小面積的輻射通量，單位為W。光的輻射通量只表示光源微小面積的輻射功率大小，但不反映這些能量所引起的主觀視覺。人眼對不同波長的電磁波具有不同的靈敏度。因此，不能直接用光源的輻射功率或輻射通量來衡量光能，必須采用以人眼對光的感覺量為基準的基本量——光通量來衡量。光通量常用符號Φ來表示，單位為光瓦。在實際運用中，光瓦單位太大，如普通40W白熾燈發出的光通量僅0.5光瓦，故常用另一較小單位——流明（符號為lm）。1光瓦等于輻射通量為1W，波長為555nm的黃綠光所產生的光感覺量。光通量光的度量單位不同光源發出的光通量在空間的分布是不同的。例如，吊在桌上方的一個100W白熾燈，發出1250lm光通量，但是否用燈罩，投射到桌面的光線就不一樣。加了燈罩后，將往上的光向下反射，使得向下的光通量增加，因此會感到桌面上亮一些。這說明只知道光源發出的光通量還不夠，還需要了解光通量在空間中的分布狀況，用發光強度表示。發光強度指光通量的空間密度，用符號I表示。一空心球體，球面上abcd所形成的面A對球心形成的角稱為立體角，用Ω表示。它是以A的面積和球的半徑r平方之比來度量，即發光強度假設點光源在某方向上無限小的立體角dΩ內發出的光通量為d，則該方向上的發光強度為：在這一方向上的發光強度平均值為：發光強度的單位為坎德拉，用符號cd表示，它表示光源在1球面度立體角內均勻發出1lm的光通量。1cd=1lm/1sr。光的度量單位對于被照面而言，常用落在其單位面積上的光通量多少來衡量它被照射的程度，這就是常用的照度，用符號E表示，它表示被照面上的光通量密度。設無限小的被照面積dA接受的光通量為d，則該點處的照度E為：照度當光通量中均勻分布在被照表面A上時，則此被照面的照度為：照度的常用單位為勒克斯，符號為Ix，它等于1lm的光通量均勻分布在1m的被照面上。光的度量單位亮度（Lα）是發光體在視線方向上單位投影面積發出的發光強度。其物理意義為：光源或者反射表面所在區域所能表現的明亮程度。視網膜上物像的照度是和發光體在視線方向的投影面Acosα成反比，與發光體在視線方向的發光強度Iα成正比，可表示為亮度由于物體表面亮度在各個方向不一定相同，因此常在亮度符號的右下角注明角度a，它表示與發光表面法線成α角方向上的亮度。亮度的常用單位為坎德拉每平方米（cd/m2），它等于1m2表面上，沿法線方向（α=0）發出1cd的發光強度。亮度反映物體表面明亮程度，而人們主觀所感受到的物體明亮程度，除了與物體表面亮度有關外，還與所處環境的明暗程度有關。為了區別這兩種不同的亮度概念，常常前者稱為“物理亮度（或稱亮度）”，后者稱為“表觀亮度（或稱明亮度）”。光氣候天然光的組成光氣候是指當地的室外照度狀況以及影響其變化的氣象因素的總和。我國幅員遼闊各地光氣候差異較大，了解和掌握必要的光氣候知識是完成天然采光設計所必需的。（1）太陽直射光由于地球與太陽相距很遠，故可認為太陽光是平行地射到地球上。太陽光穿過大氣層時，一部分透射到地面，稱為太陽直射光。它在地面上形成的照度大，并具有一定方向，在被照射物體的背后形成明顯的陰影。（2）天空擴散光除了直接射到地面的太陽光，其余光線經大氣層中的空氣分子、灰塵、水蒸汽等微粒的多次反射，使天空具有一定亮度，形成天空擴散光。它在地面上形成的照度較低，沒有一定方向，不能形成陰影。（3）地面反射光太陽直射光和天空擴散光射到地面后，經地面反射，并在地面與天空之間發生多次反射，使地面的照度和天空的亮度都有所增加，這部分稱為地面反射光。在采光計算時，除地面被白雪或白砂覆蓋的情況外，可不考慮地面反射光對室內采光的影響。由此可認為，全云天時，室外天然光只有天空擴散光；晴天時，室外天然光由太陽直射光和天空擴散光兩部分組成。這兩部分光在總照度中的比例隨著天空中的云量和云是否將太陽遮住面改變。太陽直射光在總照度中的比例由無云天時的90%到全云天時的零；天空擴散光則相反，在總照度中的比例由無云天的10%到全云天的100%。隨著兩種光線所占比例的不同，地面上陰影的明顯程度隨之改變，總照度也在變化。光氣候光氣候特點太陽輻射透過大氣層入射到地面，一部分為定向透射光，稱為太陽直射光，它具有一定的方向性，會在被照射物體背后形成明顯的陰影；另一部分遇到大氣層中的空氣分子、灰塵、水蒸氣等微粒，產生多次反射，形成天空擴散光使天空成為具有一定亮度的擴散光源，擴散光沒有一定的方向，不能形成陰影。直射光和擴散光的比例取決于大氣透明度和天空中的云量。若兩種光線所占比例發生變化，則地面上的照度和物體陰影濃度也將發生變化。晴天時，天然光由直射光和擴散光兩部分組成全云天則只有天空擴散光，沒有直射光。（1）晴天云量占整個天空面積的30%以下的天氣稱為晴天。晴天時地面照度由直射光和天空擴散光組成。天空擴散光除太陽高度角較小時（日出、日落前后）變化快，其余時間幾乎沒有變化，而直射光隨著太陽高度角的增加而迅速增加。因此，太陽直射光在地面形成的照度占總照度的比例隨太陽高度角的增加而加大，陰影也隨之明顯。（2）全云天天空全部被云層所遮蓋的天氣稱為全云天或全陰天。這時看不見太陽，室外天然光全部為天空擴散光，物體背后沒有陰影，天空亮度分布比較均勻且相對穩定。晴天和全云天是兩種極端天氣，在此之間，還有多種天氣狀況。在采光設計中，多采用最不利于采光的全云天作為制訂設計標準的依據，對于晴天較多的地區，按其所處緯度進行修正。光氣候光氣候分區影響室外地面照度的氣象因素主要有太陽高度角、云、日照率等等我國地域遼闊，同一時刻南北方的太陽高度角相差很大。從日照率看來，由北、西北往東南方向逐漸減少，而以四川盆地一帶為最低；從云量看來，自北向南逐漸增多，四川盆地最多；從云狀看，南方以低云為主，向北逐漸以高、中云為主。這些均說明，南方以天空擴散光照度較大，北方以太陽直射光為主，并且南北方室外平均照度差異較大。顯然，在采光設計中若采用同一標準值是不合理的，為此，在采光設計標準中，將全國劃分為五個光氣候區，分別取相應的采光設計標準。4.2.2天然光的利用方法采光口側窗是最常見的一種采光形式。它的優越性主要體現在構造簡單，不受建筑物層數的限制，且操作和維護方便；光線具有明確的方向性，有利于形成陰影，對觀看立體物件特別適官；外墻上適當位置的窗口還可滿足視野或景觀的需要。天窗多用于單層建筑或多層建筑頂層大進深房間的頂部采光，如展覽建筑或廠房等，有時也應用于居住建筑，以解決單一側面采光不足的問題，且頂部采光能使室內照度分布更加均勻。此外，天窗的窗口位置高，一般處于視野范圍之外，不易形成眩光，且不易受周圍物體遮擋。根據不同的采光要求和構造方式，天窗可以有多種形式。鏡面反射采光鏡面反射采光是利用幾何光學原理，通過平面或曲面的反光鏡，將太陽光經一次或多次反射送到室內需要照明的地方。利用該方法可提高房間深處的亮度和均勻度。鏡面反射采光法通常有兩種做法；一種是在建筑南向窗戶底部外墻安裝鏡面（呈10°向上傾斜），利用鏡面的反射將太陽光反射到室內天棚后漫射來照亮室內空間。另一種是將平面或曲面反光鏡安裝在跟蹤太陽的裝置上，作為定日鏡，經一次或多次反射將光線送到室內需采光的區域。光導管采光導光管采光主要由集光器、導光管和漫射器三部分組成該方式是利用室外的自然光線通過集光器導入系統內進行重新分配，再經特殊制作的導光管傳輸和強化后，由系統底部的漫射裝置把自然光均勻高效地照射到室內。光纖導管采光光纖采光與導光管采光的最大區別是光傳輸元件的不同，光纖采光是采用光導纖維傳輸光束光導纖維傳輸光束能夠減少光在傳輸過程中的能量損失，大大提高輸出端的輻射光的能量，同時更便于安裝和維護。光纖采光的原理是利用菲涅爾透鏡或凸透鏡等聚光鏡將太陽光收集后，使用分光原理將陽光中的不利成分（紅外線、紫外線及有害射線等）消除，再用光纖合器將光導入光纖中，經過一定距離的傳輸實現室內照明。棱鏡傳光棱鏡傳光采光的主要原理是旋轉兩個平板棱鏡，產生四次光的折射。受光面總是把直射光控制在垂直方向。這種控制機構的原理是當太陽方位角、高度角有變化時，使各平板棱鏡在水平面上旋轉。當太陽位置處于最低狀態時，兩塊棱鏡使用在同一方向上，使折射角的角度加大，光線射入量增多。另外，當太陽高度角變大時，有必要減少折射角度。在這種情況下，在各棱鏡方向上給予適當的調節，也就是設定適當的旋轉角度，使各棱鏡的折射光被抵消一部分。當太陽高度最大時，把兩個棱鏡控制在相互相反的方向。根據太陽位置的變化，給予兩個平板棱鏡以最佳旋轉角。范圍內的直射陽光在垂直方向加以控制。被采集的光線在配光板上進行漫射照射。為實現跟蹤太陽的目的，對時間緯度和經度進行數據的設定，操作是利用無線遙控器來進行的。驅動和控制用電是由太陽能蓄電池來供應，而不需要市電供電。4.2.3綠色照明設計方法綠色照明概念GB50034—2013《建筑照明設計標準》規定綠色照明是指節約能源、保護環境，有益于提高人們生產、工作學習效率和生活質量，保護身心健康的照明。綠色照明就是通過推廣高效節能燈，替代白熾燈等低效照明光源，逐步建立起一個優質高效、經濟舒適、有益環保和改善人們生活質量的照明環境，綠色照明是指通過科學的照明設計，采用效率高、壽命長、安全和性能穩定的照明電器產品（電光源、燈用電器附件、燈具、配線器材以及調光控制設備和控光器件），充分利用天然光，改善提高人們的工作、學習、生活條件和質量，從而創造個高效、舒適、安全、經濟、有益的環境并充分體現現代文明的照明。照明節能只是綠色照明工程中的一個重要組成部分，一般情況下可以通過選用電光轉換效率高的光源產品、高效率的燈具配合恰當的光源、低電能損耗的照明電器、合理的照明供電系統、合理的照明控制系統等多個方面的多種手段來達到照明節能的目的。以被照建（構）筑物功能和場所及其背景的明暗程度和表面裝飾材料等情況所需的照度或亮度的標準值為標準。正確選擇被照建（構）筑物和相關夜景元素照明的照度均勻度。應盡量減少照明中的眩光和光污染。正確選擇照明的最大功率密度值。正確選擇照明的照度、亮度、均勻度、最大功率密度值及限制光污染的最大光度指標等。建筑立面的泛光照明不宜均勻照亮，宜有明暗變化，這樣不但可以節約電能而且能達到良好的藝術效果。內透光照明方式可節約投資和電能。照明標準、照明方式選擇綠色照明對光源的要求是既能滿足良好的照明條件，又能滿足節能降耗的要求：夜景照明應優先選用光效高的氣體放電光源，盡量避免選用普通白熾燈。室外泛光照明應選用高強度氣體放電光源，如采用金屬鹵化物燈和高壓鈉燈。室外裝飾藝術照明可采用管徑小、光效高的熒光燈，有條件的盡量采用發光二極管（LED）光源。室外各種標志牌、交通信號燈、廣告裝飾牌等可采用發光二極管（LED）、光導纖維等光效高、效果好的光源。逐步減少高壓汞燈的使用量，特別是不應采用光效低的自鎮流高壓汞燈。建筑裝飾照明采用內透光照明時，宜采用熒光燈照明。建（構）筑物輪廓明宜選用高亮度的錢附燈或通體發光的光導纖維等光源。局部重點照明時可采用低功率的高強度氣體放電燈、鹵鎢燈等。在高空部位或維修困難的部位，可采用高效和長壽命的無極熒光燈。在滿足眩光限制和減少光污染的要求下應采用高光效的燈具。高強度氣體放電燈的透光燈具（帶光柵或透光罩的燈具）效率不應低于55%。熒光燈燈具效率不應低于60%~65%，磨砂罩的效率不應低于50%~55%。間接照明燈具（熒光燈或氣體放電燈）的效率不宜低于80%。應選用光通量維持率高的燈具和燈具反射器表面反射比高、透光罩的透射比高的燈具。道路照明應采用截光型燈具和半截光型燈具；采用控光合理的燈具，使燈具射出光線盡量照到需要的被照場所。采用利用系數高的燈具。應選擇功耗低、性能好和安全可靠的鎮流器。氣體放電燈應加電容補償，補償后的功率因數應不小于0.85。有條件時可采用節能型電感鎮流器或電子鎮流器，以節約電能。光源與燈具選擇道路照明、廣場和庭院照明應采用自動控制，如采用光控、時控或幾種相結合的控制方式。建筑物夜景照明可采用平日、一般節假日和重大節假日的分檔照明控制方式。道路照明可采用雙光源燈，下半夜關掉一部分燈，也可采用下半夜能自動降低燈泡功率的鎮流器，以降低能量消耗。采用低電壓供電時，宜用控制線或單電源控制方式。應定期進行照明維護，換下非燃點光源或光衰較大的光源。應定期清洗燈具，以保證較高光通量的輸出。照明控制方式與維護管理配電箱位置應盡量靠近中心并靠近電源側。三相配電干線的各相負荷應分配平衡，最大相負荷不應超過三相負荷平均值的110%，最小相負荷不應小于平均值的90%。照明負荷宜采用三相供電，當負荷很小時，可采用單相供電，線路負荷電流不宜超過30A。照明單相分支回路負荷不宜超過16A，當采用大功率氣體放電燈時，不宜超過30A。（5）照明配電干線的功率因數不宜低于0.9，氣體放電燈宜裝設補償電容，功率因數不宜低于標準值。功率在1000W以上的高強度氣體放電燈宜采用電壓為380V的燈池。照明配電線路的截面積應滿足裁留容量和允許電壓損失的要求，從配電變壓器到燈頭的電壓損失不宜大于額定電壓的5%。照明單相回路及兩相同路中性線截面應和相線截面相等，主要供電給氣體放電燈的三相配電線路，中性線截面不應小于相線截面。供配電系統聲環境設計基本概念

聲環境的研究方法室內音質設計方法噪音控制方法4.3|聲環境設計4.3.1聲環境設計基本概念聲環境設計基本概念室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法

聲源在輻射聲波時對外做功。聲功率是指聲源在單位時間內向外輻射的聲能，記做W，單位是瓦（W）。聲源聲功率指全部可聽頻率范圍所輻射的功率，或指在某個頻率范圍內所輻射的功率（通常稱為頻帶聲功率）。在建筑聲學中，聲源所輻射的聲功率一般可看作是不隨環境條件而改變的，它是屬于聲源本身的一種特性。室內聲源的聲功率一般是很小的。人講話時，聲功率大致是10~50W；40萬人同時大聲講話時所產生的功率也只相當于一只40W燈泡的功率；獨唱或一件樂器發出的聲功率是幾百至幾千微瓦。在以自然聲為主的廳堂中，充分而合理地利用聲源有限的聲功率，是室內聲學設計的主要內容之一。聲功率聲環境設計基本概念室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法

在聲波傳播過程中，每單位面積波振面上通過的聲功率稱為聲強，記為I，單位是瓦每平方米（W/m2）。由下式表示

式中W——聲源聲功率（W）；S——聲能所通過的面積（m2）。對平面波而言，在無反射的自由聲場中，由于在聲波傳播過程中，其聲線相互平行，波陣面大小相同，故同一束聲波通過與聲源距離不同的表面時，聲強不變，如圖所示對球面波而言，隨著傳播距離的增加，波陣面也隨之擴大。在與聲源相距r米處，球面的面積為4，則該處的聲強為

聲強聲環境設計基本概念室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法

空氣質點由于聲波作用而產生振動時所引起的大氣壓力起伏稱為聲壓，記做戶，單位是帕斯卡，簡稱帕（Pa）。任何一點，聲壓都是隨時間而變化的。每一瞬間的聲壓稱為瞬時聲壓。某段時間內瞬時聲壓的均方根值稱為有效聲壓。通常我們所說的聲壓，即指的是有效聲壓。聲樂與聲強有著密切的關系。在無反射、吸收的自由聲場中，某點的聲強與聲壓的平方成反比，即

式中p——有效聲壓（Pa）；Ρ0——空氣密度（kg/m3），一般為1.225kg/m3；c——空氣中的聲速（m/s）。聲壓聲環境設計基本概念室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法聲功率級是聲功率與基準聲功率之比的對數的10倍，記作LW，單位是分貝（dB），表達式為

式中W——某點的聲功率（W）；W0——基準聲功率，10-12W。聲強級是聲強與基準聲強之比的對數的10倍，記作L，單位是分貝（dB），表達式為

式中I——某點的聲強（W）；I0——基準聲強，10-12W。聲壓級是聲壓與基準聲壓之比的對數的20倍，記作Lp，單位是分貝（dB），可表示為

式中p——某點的聲強（Pa）；p0——基準聲強，10-12Pa聲功率級、聲強級與聲壓級4.3.2聲環境的研究方法室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法聲環境實驗室研究法聲學測量聲學測量是使用聲學儀器對聲傳輸系統的聲學特性進行測量了解。一個聲傳輸系統，包括產生聲音的聲源、聲音傳輸的途徑和聲音的接收者。在建筑聲學測量中，通常需要了解的是聲源特性和聲傳輸途徑的特性。前者包括聲源的頻譜、指向性、聲功率及其時間分布特性等，后者是指材料、結構和建筑空間的聲學特性，如吸聲特性、隔聲特性、衰減過程和混響時間等等。對于聲源特性的測量，聲音由被測對象發出，測量時通常只需要配置聲接收系統。為了排除各種不同傳輸途徑的影響，以便于不同聲源的相互比較，通常要規定標準的傳輸途徑，最常用的是自由場和混響場，即把待測聲源置于標準化的消聲室和混響室中進行測量。但有時因為聲源體積和重量很大或搬移安裝困難等原因，不能把聲源移置到試驗室中測量，或者聲源的特性需要結合現場環境來了解，如廳堂擴聲系統、交通噪聲和環境噪聲等，就需要在現場進行測量。在現場測量中有時為了得到聲源“本身”的特性，即相應于放置在自由場中的特性，需要從測量結果中“去除”現場環境的影響，這有時是很困難的。近年來發展起來的一些新的測量技術，如相關測量、聲強測量等，有助于這方面問題的解決。對于聲傳輸途徑特性的測量，即材料、結構和建筑空間的聲學特性的測量，被測對象本身不產生聲音，測試時需要配置聲源系統，并對所用的聲源和聲信號作出標準化的規定。當然，接收系統總是需要的。對于材料和結構的聲學特性測量，為了便于不同個體和種類間的比較，也要規定一定的傳輸條件。然后把標準化了的試件按規定的方式納入傳輸系統進行測量。這種測量通常也在試驗室中進行。對建筑空間的聲學特性的測量通常是在現場測量。室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法聲環境實驗室研究法噪聲測量建筑環境的噪聲測量是為了了解在某個建筑環境中因為噪聲源的存在而對測量點處產生的噪聲情況；聲級、頻譜和時間特性等。因為噪聲源的種類很多，差別很大，所以對不同的噪聲源和在不同的環境中測量的方法有所不同。但總是在適當的位置，在適當的時間，測取適當的頻帶聲壓級或計權聲壓級。環境噪聲測量的目的是為了了解噪聲對人的影響，所以必須和人的主觀感覺相聯系。各種噪聲測量方法正是根據噪聲源的特性、環境的特性和對人的影響來確定測量的地點、時間和頻帶范圍。從噪聲的時間分布特性來看，噪聲通常可分為穩態噪聲、脈沖噪聲和隨機分布噪聲穩態噪聲是指在相當長的時間內，噪聲是穩定的，其強度和頻譜沒有太大的變化，如風機噪聲、電機噪聲等。脈沖噪聲的持續時間很短，如沖擊和撞擊噪聲，有的脈沖噪聲以一定的間隔周期性地連續重復。隨機分布噪聲是聲源的發聲是隨機的，或者發聲體的出現和消失是隨機的，這就使得觀測點接收到的噪聲是隨機的，噪聲級隨時間起伏變化，又稱“起伏噪聲”，如街道交通噪聲、建筑空間中的人群活動噪聲等。對于穩態連續噪聲，通常用聲級計測量A計權聲級，記為B（A）。同時亦可測量B、C計權和線性檔聲級，以粗略估計噪聲的低、中、高頻成分的大致分布。如果要求作頻譜分析，可配合倍頻程或1/3倍頻程濾波器，測量各頻帶聲壓級，得到噪聲頻譜。測點位置通常是在聲源附近（以了解聲源情況）和接收者的代表性位置（以了解噪聲對人的干擾）。測量前要對聲級計進行校準。通常用一個標準聲源，如產生1000Hz、94dB純音的聲級校準器或250Hz、124dB的活塞發聲器。聲級計接收標準聲源的聲音，調節靈敏度使指示讀數正好是規定的聲壓級。室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法聲環境模擬研究法聲線跟蹤法計算機室內聲場模擬通常有兩種方法：一種是聲線跟蹤法，另一種是虛聲源法。兩者都建立在幾何聲學的基礎上。前者應用聲線反射定律跟蹤已知起點和方向的聲線的反射過程；后者應用虛聲源原理在已知聲源點和接收點之間確定由界面引起的反射。聲線跟蹤法在確定形狀的三維空間內，從聲線的起始點出發，沿初始方向，連續跟蹤（計算）聲線的反射過程。通過對大量聲線（數千以至數萬根）的跟蹤，可以了解聲場中反射聲的時間和空間分布及其平均，了解衰減過程，得到混響時間。聲線跟蹤法在不增加程序復雜性的情況下，通過簡單地重復循環就可計算大量聲線，也可把每根聲線的反射次數增加下去，聲線數量和反射次數的多少和計算量成線性關系。這種方法可以給出房間聲場分布的全貌，但不能為預先指定的接收點提供“恰好”過該點的聲線，也就不能給出預先指定接收點的響應，這是此法的缺點，彌補的方法是大量增加聲線數量，使之在空間中分布有一定的密度從而保證在相當小的接收區域上有聲線達到，以求得接收區域的響應。室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法聲環境模擬研究法虛聲源法虛聲源法是計算各界面對聲源點鏡像反射，求得一系列不同階次的虛聲源；連結各階虛聲源到指定接收點的直線對應著從聲源點到接收點的反射聲線，計算這些聲線的歷程路程、方向、反射點位置、衰減等，就可得到指定接收點的響應--各次反射聲強度的時間分布和方向分布。但因為對三維不規則空間計算虛聲源的復雜性，其程序要比聲線跟蹤法復雜，計算工作量隨虛聲源階次的增加呈冪級數增加，大約和mn成正比例。m為界面數。n為虛聲源階數。一般對不規則房間只能求得較少幾個接收點的前3~5次反射。因此，這種方法不能顯示房間中聲場分布的全貌。4.3.3室內音質設計方法室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法設計指標音質的主觀評價標準1）音量感/力度。其評價標準主要是“響度”與“豐滿度”。響度就是人們感受到的聲音的大小。足夠的響度是室內具有良好音質的基本條件。對于語言，要求有（60~80）方；對于音樂，響度要求有一個較大的變化范圍，例如（50~100）方，或者更高。與響度相對應的物理量是聲壓級。人們在室內聽聞感到聲音有“余音”，聲音一出，整個房間都在響應，聲音比在室外豐滿，有力。這就是豐滿度的涵義。與豐滿度相對應的物理量主要是混響時間，所以豐滿度又稱“混響感”。2）音色。保持聲源固有的音色不致由于室內聲學條件產生失真，是質的因素的基本評價標準。此外，特別對于音樂，還要求室內的聲學條件能對聲源音色有適當的美化，其評價常用“溫暖”、“明亮”、“華麗”等詞表現。其對應的物理指標主要是混響時間的頻率特性以及早期衰減的頻率特性。3）空間感覺。室內的聲學條件給予聽者的一種空間感覺。包括聽者根據聲音對聲源方向的判斷（方向感），距聲源遠近的判斷（距離感）等。在一個大的廳堂中，如果由于室內聲學條件使聽者感到演唱、演奏的聲音如同在較小的廳內所聽到的，即距離感較近，稱作有“親切感”。這是音樂廳特別是大型音樂廳所需要的。在音樂用大廳中，還有一個屬于空間感覺的評價，即“圍繞感”。它是指人們在廳內被演唱、演奏聲所包圍的感覺，以上各個屬于空間感覺的評價，與反射聲的強度、時間分布和空間分布有密切關系。4）清晰度。清晰度是語言信號廳堂音質的定量評價標準。語言的清晰度常用“音節清晰度”表示。它是在某種聲學條件下，聽者能夠正確聽到的音節數占發音人發出的全部音節數的百分比。由于該指標收發音人和聽者的影響較大，因此提出“語言傳輸指數”作為更客觀的評價方法。室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法設計指標音質的客觀評價指標1）聲壓級與混響時間。一般的語言、音樂都有較寬的頻帶，它的響度大體上與經過A特性計權的噪聲級dB（A）相對應。混響時間則與室內的混響感、豐滿度有對應關系；混響時間的頻率特性（各個頻率的混響時間）還與音色的主觀評價有關。為保持聲源的音色不致失真，各個頻率的混響時間應當盡量接近。感到聲音“溫暖”是低頻混響時間較長的結果，而“華麗”“明亮”則要求有足夠長的高頻混響時間。但是混響時間不能完全反映與室內音質有關的全部物理特性。這是因為導出混響時間這個概念的基本假定-擴散聲場與實際的室內聲場并不一致。2）反射聲的時間與空間分布。聽者接受到的聲音有直達聲、一次反射聲和多次反射聲。根據聲音達到的時間排序，回聲圖中的聲信號分為直達聲、近次反射聲和混響聲。直達聲以后35~50ms以內到達的反射聲（即近次反射聲）可以提高聲音的響度和清晰度的作用。混響聲會降低聲場音質的清晰度，但是會提高聲場音質的豐滿度。近次反射聲與房間的形狀、比例有關系。它會影響音質的空間感。來自前方的近次反射聲可加強親切感，來自側面的近次反射聲可形成圍繞感。室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法廳堂音質設計報告廳、影劇院等通常是體量較大的空間，對室內聲環境的要求相對較高。下面以這些空間的大廳為例，講解室內聲環境的設計方法。首先確定大廳容積，其次設計大廳體形，最后確定大廳的混響時間。123大廳容積大廳體型大廳混響保證廳內有足夠的響度。自然聲（人聲、樂器聲等）的聲功率是有限的。廳的容積越大，聲能密度越低，聲壓級越低，也就是響度越低。因此，用自然聲的大廳，為保證有足夠的響度，容積有一定的限度，超過時就應當考慮設置電聲擴聲系統。保證廳內有恰當的混響時間。混響時間與容積成正比，與室內的吸聲量成反比。直達聲能夠到達每個聽眾。小型講演廳可以設置講臺，以抬高聲源。大型觀眾廳，觀眾區地面應從前向后逐漸升高。大廳側墻、頂部是近次反射聲的主要反射界面，該界面形狀應保證大廳所有區域均能接收到近次反射聲。面寬大于進深的大廳，其側墻反射不足，需要通過頂部天花設計彌補近次反射聲未被覆蓋的區域。面寬與進深相近的多邊形、近似圓形平面的大廳，其中部缺少近次反射聲。可將靠近舞臺兩側的墻設計為折線形狀，后墻做成有起伏的擴散體。面寬小于進深的大廳，其近次反射聲的反射條件較好。但由于進深大，后墻反射到前部的反射聲可能形成回音，需要采取措施避免。混響設計是室內音質設計的一項重要內容，它的任務是使室內具有適合使用要求的混響時間及其頻率特性。這項工作一般是在大廳的形狀已經基本確定、容積和表面積能夠計算時開始進行。具體內容是：確定符合使用要求的混響時間及其頻率特征；計算混響時間；確定室內裝修材料類型及位置。4.3.4噪音控制方法室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法噪聲評價

噪聲評價是對各種環境條件下的噪聲作出其對接收者影響的評價，并用可測量計算的評價指標來表示影響的程度。噪聲評價涉及的因素很多，它與噪聲的強度、頻譜、持續時間、隨時間的起伏變化和出現時間等特性有關；也與人們的生活和工作的性質內容和環境條件有關；同時與人的聽覺特性和人對噪聲的生理和心理反應有關；還與測量條件和方法、標準化和通用性的考慮等因素有關。早在20世紀30年代，人們就開始了噪聲評價的研究。自那時以來，先后提出上百種評價方法，被國際上廣泛采用的就有二十幾種。現在的研究趨勢是如何合并和簡化。A聲級LA（或LpA）是目前全世界使用最廣泛的評價方法，幾乎所有的環境噪聲標準均用A聲級作為基本評價量，它是由聲級計上的A計權網絡直接讀出，用LA（或LpA）表示，單位是dB（A），A聲級反映了人耳對不同頻率聲音響度的計權，其計權特性見第一章第四節。長期實踐和廣泛調查證明，不論噪聲強度是高是低，A聲級皆能較好地反映人的主觀感覺，即A聲級越高，覺得越吵。此外A聲級同噪聲對人耳聽力的損害程度也能對應得很好。室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法噪聲評價用下列公式可以將一個噪聲的倍頻帶（或1/3倍頻帶）譜轉換成A聲級式中

I

——倍頻帶（或1/3倍頻帶）聲壓級（dB）；

Ai

——各頻帶聲壓級的修正值（dB）。其值可由下表查出。倍頻帶中心頻率A響應（對應于1000Hz）倍頻帶中心頻率A響應（對應于1000Hz）31.5-39.41000063-26.22000+1.2125-16.14000+1.0250-8.68000-1.1500-3.2

對于穩態噪聲，可以直接測量LA來評價。對于聲級隨時間變化的起伏噪聲，其LA是變化的，不能直接用一個LA值來表示。應使用等效聲級（LAeq）的評價方法，也就是在一段時間內能量平均的方法。一般噪聲在晚上比白天更容易引起人們的煩惱。根據研究結果表明，夜間噪聲對人的干擾約比白天大10dB左右。因此，計算一天24小時的等效聲級時，夜間的噪聲要加上10dB的計權，這樣得到的等效聲級稱為晝夜等效聲級（Ldn）。噪聲控制原則控制聲源

一是改進結構，提高其中部件的加工質量與精度以及裝配的質量，采用合理的操作方法等，以降低聲源的噪聲發射功率。二是利用聲的吸收、反射、干涉等特性，采取吸聲、隔聲、減振等技術措施，以及安裝消聲器等，以控制聲源的噪聲輻射。采用各種噪聲控制方法，可以收到不同的降噪效果。如將機械傳動部分的普通齒輪改為有彈性軸套的齒輪，可降低噪聲15~20dB；把鉚接改為焊接；把鍛打改為摩擦壓力加工等，一般可降低噪聲30~40dB。采用吸聲處理可降低6~10dB；采用隔聲罩可降低15~30dB；采用消聲器可降低噪聲15~40dB。室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法噪聲控制原則控制傳聲途徑

聲在傳播中的能量是隨著距離的增加而衰減的，因此使噪聲源遠離安靜的地方，可以達到一定的降噪的效果。聲的輻射一般有指向性，處在與聲源距離相等而方向不同的地方，接收到的聲音強度也就不同。低頻的噪聲指向性很差，隨著頻率的增高，指向性就增強。因此，控制噪聲的傳播方向（包括改變聲源的發射方向）是降低高頻噪聲的有效措施。建立隔聲屏障或利用天然屏障，以及利用其他隔聲材料和隔聲結構來阻擋噪聲的傳播。應用吸聲材料和吸聲結構，將傳播中的聲能吸收消耗。對固體振動產生的噪聲采取隔振措施，以減弱噪聲的傳播。在城市建設中，采用合理的城市防噪規劃。室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法噪聲控制原則控制接收點

佩戴護耳器，如耳塞、耳罩、防噪頭盔等。減少在噪聲中暴露的時間，根據聽力檢測結果，適當地調整在噪聲環境中的工作人員。人的聽覺靈敏度是有差別的，如在85dB的噪聲環境中工作，有人會耳聾，有人則不會。可以每年或幾年進行一次聽力檢測，把聽力顯著降低的人員調離噪聲環境。室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法吸聲降噪設計方法

一般工廠車間或大型開敞式辦公室的內表面，多為清水磚墻或抹灰墻面以及水泥或水磨石地面等堅硬材料。在這樣的房間里，人聽到的不只是由聲源發出的直達聲，還會聽到大量經各個界面多次反射形成的混響聲。在直達聲與混響聲的共同作用下，當離開聲源的距離大于混響半徑時接收點上的聲壓級要比室外同一距離處高出10~15dB。如在室內天花或墻面上布置吸聲材料或吸聲結構，可使混響聲減弱，這時，人們主要聽到的是直達聲，那種被噪聲“包圍”的感覺將明顯減弱。這種利用吸聲原理降低噪聲的方法稱為“吸聲降噪”。目前，國內外采用“吸聲降噪”方法進行噪聲控制已非常普遍，一般效果約為6~10dB。其設計要點歸納如下：1）了解噪聲源的聲學特性。如聲源總聲功率級Lw，或測定距聲源一定距離處的各個頻帶聲壓級與總聲壓級Lp，以及確定聲源指向性因數Q。2）了解房間的聲學特性。除幾何尺寸外，還應參照有關材料吸聲系數表，估算各個壁面各個頻帶的吸聲系數α1，以及相應的房間常數R1，（或房間每一頻帶的總吸聲量A1）；如必要時，可進行現場實測混響時間來推算出總吸聲量A1。最后，由嗓聲允許標準所規定的噪聲級，求出需要的降噪量。3）根據所需降噪量，求出相應的房間常數R2，（或總吸聲量A2）以及平均吸聲系數

ā2。當所要求的ā2>0.5時，則在經濟上已不合理，甚至難以做到，這就說明，此時，只依靠利用吸聲處理來降低噪聲將難以奏效，必須采取其他補充措施。4）確定了材料的吸聲系數以后，如何合理選擇吸聲材料與結構，以及安裝方法等是設計工作的最后一步。選擇材料時，要注意材料機械強度、施工難易程度、經濟性、裝飾效果以及防火、防潮等。最后，需要強調的是吸聲降噪只能降低混響聲，而對直達聲無效，不能把房間內的噪聲“全吸掉”。此外，如果原來房間吸聲很少，A1很小，如做“吸聲降噪”處理，增加一定的吸聲量ΔA=A2-A1，降噪效果明顯，ΔLp，較大；如果原來房間已有一定的吸聲，則增加同樣的吸聲量ΔA，得到的降噪量就較小。因此，企圖只靠吸聲降噪降低噪聲級10dB以上，通常是不可能的。室內音質設計方法噪音控制方法聲環境設計基本概念聲環境的研究方法熱環境設計基本概念建筑保溫設計方法建筑防熱與隔熱設計方法空調系統應用4.4|熱環境設計4.4.1熱環境設計基本概念建筑防熱與隔熱設計方法空調系統應用熱環境設計基本概念建筑保溫設計方法熱量傳遞的基本類型（1）導熱導熱是物體不同溫度的各個部分直接接觸而發生的熱傳遞現象。導熱可以發生在固體、液體和氣體之中。它是由于溫度不同的質點（分子、原子或自由電子）熱運動而傳遞熱量，只要相互接觸的物體間有溫度差就會存在導熱現象。根據物體溫度分布狀況的不同，導熱可以分為一維、二維和三維導熱；根據熱流和溫度分布是否隨時間而改變，可以分為穩定導熱（傳熱）和非穩定導熱（傳熱）。（2）對流對流是流體之間發生相對運動、互相摻合而傳遞熱能。對流只發生在流體（液體和氣體）之間。從引起流體流動的原因來看，對流可分為自然對流和受迫對流兩種。自然對流是由于流體冷熱各部分的密度不同而引起的。例如，熱水采暖散熱器表面的空氣因受熱而向上流動，從而發生自然對流。再如，城市中心區域空氣受建筑物和城市非綠地表面加熱升溫后上升，形成城市熱島環流等都屬于自然對流。受迫對流又稱強制對流，是由于外力作用（如風、泵機等的擾動作用）迫使流體流動產生的。（3）輻射凡溫度高于絕對零度的物體，由于物體原子中的電子振動或激動，就會從表面向外界輻射電磁波。從理論上說，物體熱輻射的電磁波波長可以包括電磁波的整個波譜范圍，然而在一般所遇到的物體溫度范圍內，有實際意義的熱輻射波長在波譜的0.38~1000μm范圍之間。通常把波長短于3μm范圍內的熱輻射稱為短波輻射；而把波長大于3μm的熱輻射稱為長波輻射或遠紅外輻射。例如，在建筑物理中，習慣上把熱輻射主要集中在短波范圍內的太陽輻射稱為短波輻射，而把能量絕大部分集中在紅外線區段的常溫物體的熱輻射稱為長波輻射。通過熱輻射傳播熱能就稱為輻射傳熱。建筑防熱與隔熱設計方法空調系統應用熱環境設計基本概念建筑保溫設計方法熱環境概念室外內熱環境是由室內熱輻射、室內氣溫、室內濕度和室內風速四個參數綜合形成的。它們也是對建筑圍護結構產生熱作用的基本參數，應以人的熱舒適程度作為評價標準。

建筑物基地的各種氣候因素，通過建筑物的圍護結構、外門窗及各類開口，直接影響室內熱環境。我國幅員遼闊、地形復雜、各地氣候差異較大，為了適應各地不同的氣候條件，建筑上要反映出不同的特點和要求。因此，為了獲得良好的室內熱環境，必須了解當地各主要氣候因素及變化規律，以便為建筑設計提供依據。一個地區的氣候狀況是許多因素綜合作用的結果。與建筑密切相關的氣候因素有太陽輻射、空氣溫度、空氣濕度、風及降水等。建筑防熱與隔熱設計方法空調系統應用熱環境設計基本概念建筑保溫設計方法熱環境評價指標預測平均熱感覺指標預測平均熱感覺指標PMV（PredictedMeanVote）是在20世紀80年代初得到國際標準化組織（ISO）承認的一種相對全面的熱舒適指標。丹麥范格爾（P.O.Fanger）收集了近千人的熱感覺資料，提出熱感覺是熱負荷（產熱率與散熱率之差）的函數，而且人在舒適狀態下應有的皮膚溫度和排汗散熱率分別與產熱率之間存在相對應關系。運用統計方法，可得出人的熱感覺與環境等6個量的定量函數關系。范格爾在人體熱平衡方程的基礎上進行研究和推導，得出人體的熱量得失Δq是氣溫ti、相對濕度ψi、平均輻射溫度tr、氣流速度v等4個環境參數及人體新陳代謝產熱率qm、皮膚平均溫度、肌體蒸發率qw、所著衣服熱阻Rclo等4個人體參數的函數。人體感到舒適的必要條件是Δq=0。建筑防熱與隔熱設計方法空調系統應用熱環境設計基本概念建筑保溫設計方法熱環境評價指標預測平均熱感覺指標人體感到舒適的必要條件是Δq=0。人體在環境中感到舒適的充分條件，必須使人體的皮膚溫度處于舒適的溫度范圍，而且肌體的蒸發率qw也應處于舒適范圍內。范格爾經過實驗與研究，得出熱舒適方程該方程比較全面合理地表達了人體熱感與上述6個參數的定量關系，從而建立起PMV指標體系，按人的熱感覺分為7個等級。PMV值熱感覺-3冷-2涼-1稍涼0舒適+1稍暖+2暖+3熱預測平均熱感覺指標PMV分級

國際標準化組織推薦的室內熱舒適環境的PMV在-0.5~0.5范圍內，目前，國內一般認為PMV的值在-1~1之間可以視為熱舒適環境。另一方面，預測平均熱感覺指標與人對環境感覺的滿意程度又可以用預測不滿意百分率PPD（Predictedpercentagedissatisfied）來表示。根據PMV-PPD圖，查得不滿意人數百分比，并通過對熱舒適方程中的某些參數以常數代人，并求解其余值，繪制成一系列熱舒適線解圖，作為設計依據。建筑防熱與隔熱設計方法空調系統應用熱環境設計基本概念建筑保溫設計方法熱環境評價指標有效溫度有效溫度（Effectivetemperature）是以空氣溫度、空氣濕度和氣流速度為影響因素而制定的綜合評價圖。熱應力指數熱應力指數（HeatStressIndex）是根據在給定的熱環境中作用于人體的外部熱應力、不同活動量下的新陳代謝產熱率及環境蒸發率等的理論計算而提出的。建筑防熱與隔熱設計方法空調系統應用熱環境設計基本概念建筑保溫設計方法建筑熱工設計區劃

我國幅員遼闊，不同地區氣候差異明顯。為了更好的進行建筑熱環境設計，結合當地氣候條件，將我國分為5個建筑熱工一級區劃，分別是嚴寒地區、寒冷地區、夏熱冬冷地區、夏熱冬暖地區和溫和地區。他們分別對應不同的建筑熱工設計原則，見下表。圍護結構設計要滿足建筑所在地建筑熱工區劃的要求。

為了使室內熱環境滿足人們的使用要求，因此需要消耗能源，通過取暖或制冷的方式將室內溫度控制在一定的水平。當室內外存在溫差時，熱量將通過圍護結構進行傳遞。為了節約能源，對于冬季有保溫要求的地區，建筑布局應充分考慮利用太陽能，以在冬季獲得更多熱輻射；對于夏季有防熱要求的地區，建筑布局應充分考慮遮陽、通風等降溫措施；圍護結構應根據建筑所在地建筑熱工區劃的要求，具有高效的保溫或隔熱性能。一級區劃名稱設計原則嚴寒地區必須充分滿足冬季保溫要求，一般可以不考慮夏季防熱寒冷地區應滿足冬季保溫要求，部分地區兼顧夏季防熱夏熱冬冷地區必須滿足夏季防熱要求，適當兼顧冬季保溫夏熱冬暖地區必須充分滿足夏季防熱要求，一般可不考慮冬季保溫溫和地區部分地區應考慮冬季保溫，一般可不考慮夏季防熱

建筑熱工設計一級區劃設計原則4.4.2建筑保溫設計方法建筑防熱與隔熱設計方法空調系統應用熱環境設計基本概念建筑保溫設計方法建筑保溫設計方法建筑布局保溫設計建筑物的總平面布置、平面和立面設計、門窗洞口設置應考慮冬季利用日照并避開冬季主導風向。建筑物宜朝向南北或接近朝向南北，體形設計應減少外表面積，平、立面的凹凸不宜過多。嚴寒地區和寒冷地區的建筑不應設開敞式樓梯間和開敞式外廊，夏熱冬冷A區不宜設開敞式樓梯間和開敞式外廊。嚴寒地區建筑出入口應設門斗或熱風幕等避風設施，寒冷地區建筑出入口宜設門斗或熱風幕等避風設施。建筑保溫設計方法圍護結構保溫設計（1）圍護結構最小熱阻圍護結構對室內熱環境的影響，主要是通過內表面溫度體現出來的。如果內表面溫度太低，不僅對人產生冷輻射，影響人體健康，而且如果內表面溫度低于露點溫度（td），還會在內表面產生結露，使圍護結構受潮，嚴重影響室內熱環境并降低圍護結構的耐久性。因此規定圍護結構內表面溫度與室內空氣溫度（ti）的溫差應符合的表4-5規定。滿足該表要求時的圍護結構熱阻，即為圍護結構最小熱阻值。外墻、屋頂與室外空氣直接接觸的樓板、分隔采暖房間與非采暖樓梯間的內圍護結構等非透光圍護結構，應進行保溫驗算，其熱阻應大于或等于建筑物所在地區要求的最小熱阻。圍護結構熱阻的最終取值要根據具體的建筑設計標準，計算決定。表4-5

圍護結構內表面溫度與室內空氣溫度溫差的限值房間設計要求防結露基本舒適墻體允許溫差Δtw（K）≤ti—td≤3樓、屋面允許溫差Δtr（K）≤ti—td≤4地面允許溫差Δtg（K）≤ti—td≤2建筑防熱與隔熱設計方法空調系統應用熱環境設計基本概念建筑保溫設計方法建筑保溫設計方法圍護結構保溫設計（2）墻體保溫構造設計1）采用輕質高效保溫材料與磚、混凝土、鋼筋混凝土、砌塊等主墻體材料組成復合保溫墻體構造。2）采用低導熱系數的新型墻體材料。3）采用帶有封閉空氣間層的復合墻體構造設計。外墻宜采用熱惰性大的材料和構造，提高墻體熱穩定性可采取下列措施：1）采用內側為重質材料的復合保溫墻體。2）采用蓄熱性能好的墻體材料或相變材料復合在墻體內側。建筑防熱與隔熱設計方法空調系統應用熱環境設計基本概念建筑保溫設計方法建筑保溫設計方法圍護結構保溫設計（3）樓、屋面、地面保溫構造設計屋面保溫材料應選擇密度小、導熱系數小的材料。屋面保溫材料應嚴格控制吸水率。地面保溫材料應選用吸水率小、抗壓強度高、不易變形的材料。（4）門窗、幕墻、采光頂保溫構造設計嚴寒地區、寒冷地區建筑應采用木窗、塑料窗、鋁木復合門窗、鋁塑復合門窗、鋼塑復合門窗和斷熱鋁合金門窗等保溫性能好的門窗。嚴寒地區建筑采用斷熱金屬門窗時宜采用雙層窗。夏熱冬冷地區、溫和A區建筑宜采用保溫性能好的門窗。嚴寒地區、寒冷地區、夏熱冬冷地區、溫和A區的玻璃幕墻應采用有斷熱構造的玻璃幕墻系統，非透光的玻璃幕墻部分、金屬幕墻、石材幕墻和其他人造板材幕墻等幕墻面板背后應采用高效保溫材料保溫。幕墻與圍護結構平壁間（除結構連接部位外）不應形成熱橋，并宜對跨越室內外的金屬構件或連接部位采取隔斷熱橋措施。有保溫要求的門窗、玻璃幕墻、采光頂采用的玻璃系統應為中空玻璃、Low-E中空玻璃、充惰性氣體Low-E中空玻璃等保溫性能良好的玻璃，保溫要求高時還可采用三玻兩腔、真空玻璃等。傳熱系數較低的中空玻璃宜采用“暖邊”中空玻璃間隔條。嚴寒地區、寒冷地