利用生物气候建筑原理，改善室外空间的热舒适条件外文翻译资料

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利用生物气候建筑原理，改善室外空间的热舒适条件

1. Gaitani^a, G. Mihalakakou^a, , M. Santamouris^b

^aDepartment of Environment and Natural Resources Management, University of Ioannina, 30 100 Agrinion, Greece ^bLaboratory of Meteorology, Department of Physics, Division of Applied Physics, University of Athens, University Campus, Build. PHYS-V, Athens, GR 15784, Greece

Received 29 April 2005; received in revised form 26 July 2005; accepted 18 August 2005

摘要

本文介绍了一种基于生物气候建筑标准和被动冷却和节能原理的几种技术的设计和应用过程，以提高在大雅典地区的室外空间位置的热舒适条件。因此，在实验地点12个不同的室外空间点的热舒适条件是利用两种不同的热舒适生物气候指标来计算的，它们是用于室外空间的。所使用的指标如下:(a)“Comfa”，它是基于对户外环境下的人的能量预算和(b)“热感觉”的估计，基于在室外空间的主要气候条件下的满意或不满意感。在夏季期间进行了计算，并考虑了构造空间参数的两种不同情况。第一个场景由一个常规构造的空间组成，而第二个场景则根据生物气候设计原则包括各种体系结构的改进。利用两种生物气候指标，对上述两种场景室外空间的热舒适条件进行了计算，并给出了生物气候设计建筑改善对人体热舒适感觉的影响。

关键词:热舒适条件;室外空间;生物气候学的体系结构原则;小气候

1.介绍

在一个特定的区域内，气候的偏差会在几公里范围内发生，形成一种称为“微气候”的小规模气候模式。微气候受地形、土壤结构、地表覆盖和城市形态等参数的影响。在温和的气候区，可以用简单的策略，例如安装防风和遮阳，或者至少是辐射衰减装置来改变微气候。城市形态也可以改变城市的气候，创造城市气候，并将其与周边农村地区的气候区分开来。城市建筑所创造的空间被称为“城市冠层”。建筑物的能源需求和人类的热舒适条件主要受当前的微气候条件的影响。人口密集的地区的气温比周围农村地区的气温要高。这一现象被称为“热岛”，它反映了人为改变城市表面所带来的微气候变化。城市区域的热平衡主要决定了热岛的强度，而城市地区不同位置的温度分布可能会不同于15摄氏度。由于高温、风洞效应和不理想的气候条件造成的不适和不健康的居住环境，在城市地区非常普遍。人的热舒适被定义为一种对热环境表示满意的心理状态，人既不喜欢过热也不喜欢寒冷的环境。热舒适性是一个相当困难和复杂的概念，因为它依赖于各种影响参数。以下四个主要物理参数描述热环境，确定热舒适感觉:

• 环境空气温度:影响干湿交换和热系数。
• 空气速度:它对对流和蒸发损失有很大影响。在衣服的身体附近，身体运动可以增加它。由于在任何地方都有永久的自然空气流动，最低速度0.1 m/s始终存在。
• 相对湿度:当没有出汗时，它会产生很小的影响，然后，潜在的呼吸交换和不敏感的皮肤排汗是唯一的两个与湿度有关的转移。否则，空气湿度会严重影响汗液的蒸发，从而影响皮肤的湿润。
• 平均辐射温度:平均辐射温度指的是一个黑色外壳的均匀表面温度，一个个体通过辐射与所考虑的实际环境交换同样的热量。对于室外，平均辐射温度代表一个虚构的圈闭的均匀表面温度——在这个环境中，虚构的外壳的所有表面都处于相同的温度。

此外，热舒适条件的计算应考虑以下外部参数:

• 活动水平:身体根据活动的种类将一部分食物转化为能量。每单位时间产生的能量称为代谢率，它以每平方米的体表的瓦特数表示。
• 服装:它是身体与环境之间的一个界面。它可以帮助或抵抗热和水的交换。

室内和室外空间热舒适计算的主要区别是(a)在服装上，(b)在活动水平上，(c)在展览期间，通常在室外空间较短，而在室内区域则要长得多。

最近已经证实，微气候参数强烈影响热感觉(TS)和全年开放空间的使用，尽管反应可能是无意识的。为了预测某一特定气候条件下的热舒适，开发了大量的生物气象指标。为评估热环境条件，有多种生物气象指标，可根据目前的气象条件进行分类:

1、在指冷环境的指数中，有环境空气温度和空气速度的组合。

2、在指温暖的环境中，在空气温度和几个湿度指数的组合下计算人体的蒸发。

最著名的生物气象指标已被描述。人的身体是能量的来源，并且可以被人控制。目前已开发了模拟人体热平衡的各种模型。有些是相当古老和简单的。有些充分完成的模型，已经过改进和建模。

本文的目的是描述在开放的城市空间中应用生物气候技术以提高热舒适。因此，两种不同的热舒适条件计算方法，在实验室外空间中被提出和使用。本文实验室外空间的热舒适条件是利用上述两种方法和两种不同的场景，包括常规构造的空间和生物气候设计的区域。对两种方法的结果进行了讨论，并得出了一些结论，这些结论与生物气候设计建筑改进对室外空间热舒适条件的影响有关。

2.对室外空间的热舒适条件进行建模

2.1.利用TS热感觉-Givoni方法估算室外空间的热舒适性。

室外空间的热舒适感是影响户外活动的重要因素。实际上，这种活动的程度和强度取决于在室外空间的主要气候条件下的满意程度和不满意程度。在文献中，讨论了方法问题，并在户外舒适度研究中进行了研究。作者描述并介绍了1994-1995年在日本进行的一项经验研究的结果。本研究的目的是确定日本人的户外舒适度的定量效应。任何人类户外活动的数量和强度都会受到居民在户外环境中暴露在气候条件下所感受到的不适程度的影响。该研究利用问卷调查研究对象的感觉反应，包括户外气候数据的物理测量。问卷主要关注以下两个要素:(a) TS热感觉， (b)整体的舒适度。TS热感觉是对热或冷的感知，在一个尺度上一(非常冷)到七(非常热)。整体舒适度的范围从一(非常不舒服)到七(非常舒适)。四级是中性的，当有人感觉不到任何热不舒服的时候，就可以与四级的TS热感觉相对应。在表1中可以看到TS热感觉- givoni方法的TS热感觉量表的七个等级。热舒适水平与TS热感觉有强烈的关系，热舒适性最好定义为没有任何不适的感觉。为了了解这些物理因素对居住在室外空间的日本人的TS热感觉和舒适度的影响，实验是在受控的太阳曝晒和风速下进行的。在横滨市的一个公园里，为实验选择的主要场地是一块草地，还有一块沥青停车场。调查是在不同的季节进行的，从1994年夏季到1995年夏。在实验中测量了下列气候参数:

1. 遮荫处的环境空气温度，(Ta, 1C);
2. (b)水平太阳辐射，(SR, W/m2);
3. (c)风速，(WS, m/sec);
4. (d)相对湿度，(RH，%);
5. (e)周围地表温度，(ST，在1C)。

通过对实测数据的分析，得出了一个可以预测人们待在室外的公式。实验研究的详细结果见。

开发的多因素回归公式，将室外空间的TS热感觉作为上述五个气候参数的函数，可以写成:

TS热感觉 = 1.7 0.1118 * T_a 0.0019 * SR- 0.322 * WS-0.0073* RH 0.0054 *ST (1)

R2(回归系数)为0.8792。在上述公式中，相对湿度影响的负号表明相对湿度值较高，从而降低了TS热感觉。

较高湿度的冷却效果可能只是由于少数人的实验对象所造成的误差，可能并不代表湿度的真正的不确定的影响。另一方面，它可能是由于日本在研究期间太阳辐射和湿度的特殊组合而产生的。湿度较低，温度较高，受太阳辐射影响较大。

表1 “TS-Givoni”方法的7级热感觉量表

2.2 “Comfa”方法

了解室外空间的热舒适性是城市设计的基本要求，包括绿色城市结构设计。对于室外活动，传统的热指数可以与简化的工具结合使用，以评估周围已经存在或设计的环境的物理参数对热舒适的影响，并考虑到物理、生理和心理参数之间的相互作用。

“Comfa”方法主要由以下基本公式组成:一个人在户外环境下的能量预算:

Budget = M R_{abs -} Conv - Evap - TR_emitted （2）

其中M是用来加热人的代谢能量，是吸收的太阳和地面辐射，Conv是通过对流失去或获得的感热，

Evap是蒸发热损失，而震颤的是发射的地面辐射。

当预算接近于零的时候，一个人可以被认为是非常舒适的。如果预算是一个大的正值，那么这个人就会得到比失去的更多的能量，这样就会出现过热，而这个人会感到不舒服的温暖。此外，如果预算是负面的，那么这个人就会很冷。表2显示了与预算值相关的人类舒适感。

表2 人的舒适感与预算价值有关

包括几个组成部分，可以分析如下:

1、一个人总代谢所产生的热量(M *)是被利用在身体的以下两个方面:(a),一小部分被消耗在呼吸通过水的蒸发和显热损失,(b)剩下的利用在身体的外表面,最终通过对流、蒸发和辐射丢失。表3给出了一些典型活动的M*值。

表3 一些典型活动的热量值

2、一个人在任何环境下接收到的总太阳辐射，包括两个组成部分:(a)吸收的总太阳辐射，，和(b)地球辐射吸收，。

人体吸收的总太阳辐射总量可计算如下:

=（T D S R)*(1-A) (3)

T接到的直接太阳辐射,D接收到的太阳辐射扩散,S是在天空散射辐射的反映,R是地表的太阳反射辐射,即反照率。

公式（3）每个分量可以计算如下:

K是在水平平板上测量的总太阳辐射，是漫射太阳辐射，t是植被或其他物体在人与太阳之间的太阳透射率，e是太阳仰角。太阳仰角表示太阳与水平地面平面形成的角度。8月15日计算,12点LT,太阳仰角等于66.221和tan(e)=2.269。

D=x SVF，

SVF是指天空中未被树木或其他物体遮挡的部分，即天空景观因子。

S=[(1- SVF)],

其中是天体的反照率。

R=k * t * Ag

其中Ag是地表的反照率。

由一个人()所吸收的地面辐射，由以下公式给出:

L_abs={

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