书城科普读物低碳校园
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第14章 校园室内环境与碳排放(2)

阻尼材料和阻尼减振措施:用于阻尼减震的材料必须是具有很高的损耗因子的材料,如上述的沥青、天然橡胶、合成橡胶、涂料和很多高分子材料。在振动板件上附加阻尼的常用方法有自由阻尼层结构和约束阻尼层结构两种。

二、教室内光环境低碳化

良好的室内光环境也是良好的室内环境质量的重要组成部分,学生只有在良好的光环境下才能进行正常的工作、学习和生活。舒适的室内光环境不仅可以减少人的视觉疲劳,提高劳动生产率,对人的身体健康特别是视力健康有直接影响,特别是对于身体正处于发育时期的中、小学生来说,若教室和居住处的采光条件不好,对其视力和生理健康的影响将十分严重。另外,光线不足,会使工作效率降低,并易导致事故发生。因此,建筑营造绿色健康的室内光环境是很有意义的。

1.光的性质和度量

(1)光通量

辐射体以电磁辐射的形式向四面八方辐射能量,在单位时间内辐射体辐射的能量称辐射功率或辐射能量。由于人眼对不同波长的电磁波具有不同的敏感度,因此不能直接用光源的辐射功率或辐射通量来衡量光通量,必须采用以人眼对光的感觉量为基准的单位,即光通量来衡量。

(2)发光强度

光通量是表述光源向四周空间发射出的光能总量,而不同光源发出的光通量在空间的分布是不同的。例如悬吊在桌面上空的一盏100W白炽灯,发出1250lm的光通量。但是用不用灯罩,透射到桌面的光通量就不一样。加了灯罩后,灯罩将向上的光向下反射,使向下的光通量增加,因此我们就感到桌面上亮一些。这个例子说明只知道光源发出光通量总量还不够,还需要了解表征它在空间的光通量分布状况,就是光通量的空间分布密度,这个也称作发光强度。

(3)照度

对于被照面而言,常用落在单位面积上的光通量的数值表示它被照射的强度,这就是通常所说的照度,它表示被照面上的光通量密度。照度可以直接相加,几个光源同时照射被照面时,其照度为单个光源分别存在时形成的照度的代数和。

(4)亮度

亮度是发光体在视线方向上单位投影面积发出的发光强度,是表征某一正在发射光线的表面明亮程度的物理量。

为形成良好的视觉环境,要求各个表面之间有一定的亮度对比,但若视野内不同表面间的亮度对比过大,也会使人眼很快疲劳。为了达到环境亮度的平衡,必须同时考虑照度和反光系数。表面受到的照度高时,应采用低反光系数的材料;反之,若表面照度较低时,可采用高反光系数的材料。

2.视觉与光环境

(1)眼睛的生理特点

我们研究的光是能够引起人视觉感觉的那一部分电磁辐射,其波长范围为380~780nm。波长大于780nm的红外线、无线电波等,以及小于80nm的紫外线、X射线等,人眼都感觉不到。由此可见,光是客观存在的一种能量,与人的主观感觉密切相关。

3.舒适的室内光环境

视觉是人体各种感觉中最重要的一种,大约有87%的外界信息是人依靠眼睛获得的,并且75%~90%的人体活动也是由视觉引起的。良好的光环境是保证视觉功能舒适有效的基础。那么什么是良好的光环境?

人们可以不必通过意识的作用强行将注意力集中到所要看的地方,就能不费力气而清楚地看到所有搜索的信息,获得的信息与实际情况相符合,背景中也没有视觉“噪声”干扰注意力。对人体生理健康和心理状态均有益的绿色光环境,不仅要根据房间使用性质达到行之有效的照度和亮度,室内光分布也至关重要,它直接关系到工作效率和室内气氛。舒适健康的光环境包括易于观看、安全美观的亮度分布和眩光控制、照度均匀度控制等。良好的光环境的基本要素可以通过使用者的意见和反映得到。

(1)适当的照度水平

研究人员曾对办公室等工作场所在各种照度条件下感到满意的人数百分比做过大量调查,发现随着照度的增加,感到满意的人数百分比也在增加,最大百分比约处在500~3000lx之间;照度超过此数值,对照度满意的人反而减少,这说明照度或亮度要适量。这是因为物体亮度取决于照度,照度过大,会使物体过亮,容易引起视觉疲劳和眼睛灵敏度的下降。因此,对于人眼而言,存在着最佳亮度。

(2)合理的照度分布

人眼的视野很宽。在工作房间里,除了视看对象外,工作面、顶棚、墙、窗户和灯具等都会进入视野,这些物体的照度分布对比构成人眼周围视野的适应亮度。若照度不均匀,视场中各点照度相差悬殊时,瞳孔就会经常改变大小以适应环境,引起视觉疲劳,影响工作效率和休息娱乐的舒适度与人体健康。

原则上,任何照明装置都不会在参考面上获得绝对均匀的照度值。考虑到人眼的明暗视觉适应过程,参考面上的照度应该尽可能均匀,否则很容易引起视觉疲劳。为避免明暗适应过程造成的视觉疲劳,一般要求空间照度的最大值、最小值与平均值的差值不超过平均照度的1/6,最低照度与平均值之比不低于0.7。上述要求可通过灯具的布置加以解决。

(3)光源的色表与色温

光源的颜色质量常用两个性质不同的术语来表征,即光源的表观颜色(色表)和显色性,后者是指灯光所照射的物体颜色的影响作用。光源色表和显色性都取决于光源的光谱组成,但不同光谱组成的光源可能具有相同的色表,而其显色性却大不相同。同样,色表完全不同的光源也可能具有相等的显色性。因此,光源的颜色质量必须用这两个术语同时表示,缺一不可。另外,颜色问题是较为复杂的问题,颜色量不是一个单纯的物理量,还包括心理量。

(4)照明数量

我们观看物体的清晰程度与物体的尺寸、识别物体与背景的亮度对比、识别物体本身的亮度等因素有关。照明设计标准就是根据需要识别物体尺寸的大小、物件与背景亮度的对比以及国民经济发展的水平而规定了必要的物体的亮度。

4.自然采光

通常认为,建筑室内光环境采光设计应当从两个方面进行评价,即是否节能和是否改善了建筑内部环境的质量。首先,良好的光环境可利用自然光和人工光创造,但单纯依靠人工光源(通常多为电光源)需要耗费大量常规能源,间接造成环境污染,不利于生态环境的可持续发展;而自然采光则是对自然能源的利用,是实现可持续建筑的路径之一。其次,窗户在完成自然采光的同时,还可以满足室内人员的室内外视觉沟通的心理需求。而且无窗建筑虽易于达到房间内的洁净标准,并且可以节约空调能耗,但不能为工作人员提供愉快而舒适的工作环境,无法满足人对日光、景观以及与外界环境接触的需要。所以,室内光环境设计要优先考虑自然采光。

5.人工照明

自然光具有很多优点,但它的应用受到时间和地点的限制。建筑物内不仅在夜间必须采用人工照明,在某些场合,白天也需要人工照明。人工照明的目的是按照人的生理、心理和社会的需求,制造一个人为的光环境。人工照明主要可分为工作照明(或功能性照明)和装饰照明(或艺术性照明)。前者主要着眼于满足人们生理上、生活上和工作上的实际需要,具有实用性目的;后者主要满足人们心理上、精神上和社会上的观赏需要,具有艺术性的目的。在考虑人工照明时,既要确定光源、灯具、安装功率和解决照明质量等问题,还需要同时考虑相应的供电线路和设备。

三、教室内热湿环境低碳化

1.热湿环境的相关概念

教室内热湿环境是指影响人体冷热感觉的室内环境因素,主要包括室内空气温度和湿度,室内空气流动速度以及室内屋顶墙壁表面的平均辐射温度等。

一般来说,空气温度和湿度以及流动速度最容易被人体所感知,因此对人体热舒适感产生的影响也最为显著。但室内屋顶、墙壁等内表面温度会对人体形成环境辐射,对人体的热舒适感也会产生影响。

室内热湿环境可以靠空调采暖系统来调节和维持,但要以付出巨大的能耗作为代价。事实上,现代建筑已经出现了片面依赖机械设备和系统的现象。绿色建筑不能一味地强调舒适,尤其不能片面地靠空调采暖系统来调节和维持,而是应该强调“适宜”的热舒适,尽可能通过精心设计,通过提高围护结构的热工性能,降低室内热湿环境对机械设备和系统的依赖程度。

以下是有关室内热湿环境的几个基本概念:

(1)室内空气温度对人体热舒适影响较大。根据我国国情,推荐室内空气温度为:夏季,26~28℃,高级建筑及人员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应取高值;冬季,18~22℃,高级建筑及停留时间较长的建筑可取高值,一般及短暂停留的建筑取低值。

(2)室内空气相对湿度

空气中所含水蒸气的压力称水蒸气分压力P。在一定温度下,空气中所含水蒸气的量有一个最大限度,称饱和蒸气压。多余的水蒸气会从湿空气中凝结出来,即出现结露现象。

所谓相对湿度,就是空气中水蒸气的分压力P与同温同压的饱和蒸气压的比值。由此可知,相对湿度表示的是空气中水蒸气接近饱和的程度。值小,说明空气的湿度低,感觉干燥;值大,表示空气湿润。值的大小还关系到人体的蒸发散热量,湿度在60%~70%左右是人体感觉较舒适的相对湿度。

(3)空气平均流速

室内空气流动的速度是影响人体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。我国室内平均风速的计算值为:夏季,0.2~0.5m/s;冬季,0.15~0.3m/s。

(4)室内平均辐射温度

房间平均辐射温度近似地等于室内各表面温度的平均值,它决定人体辐射散热的强度,人与周围环境进行热交换的结果。我国《民用建筑热工设计规范》(GB 50176-93)对结构内表面温度的要求是:冬季,保证内表面最低温度不低于室内空气的露点温度,即保证内表面不结露;夏季,要保证内表面最高温度不高于室外空气计算温度的最高值。

2.舒适的室内热湿环境

热舒适是指人体对热湿环境诸因素的主观综合反应。人体对冷和热是非常敏感的,当人长时间处于过冷或过热湿环境中,很容易引起疾病,影响健康。创造一个满足人体热舒适要求的室内环境,有助于人的身心健康,提高学习工作效率。

另外,绿色建筑的室内热湿环境除了保证人体的总体热平衡外,身体个别部位所处的条件对人体健康和舒适感往往有着非常重要的影响。

例如:对热感觉有着特别重要影响的是处于热条件下的头部和足部。头部对辐射过热是最敏感的,其表面的辐射热平衡应为散热而不是受热状态。根据卫生学的研究可以判断,在舒适的热状况下,头部表面上单位面积可允许的辐射热平衡大致为由受热时的11.6W/m2至受冷时的73W/ m2。人体的足部对地板表面的过冷和过热以及沿着地板的冷空气流动是很敏感的,因此,在冬季,地板温度不应比室内空气温度低2~2.5℃,在夏季则建议不应对地面进行冷却,这些研究成果与我国中医学人体保健理论十分吻合,这也是绿色建筑室内物理环境的组成因素。

3.室内热湿环境控制的被动式方法

建筑物内部空间环境质量的优劣与稳定总是受内外两种干扰源的综合影响,内扰主要包括室内设备、照明、人员等室内热湿源。外扰主要包括室外气候参数,如室外空气温度、湿度、太阳辐射、风速、风向的变化以及邻室的空气温度、湿度的变化。这些均可通过围护结构的传热、传湿、空气渗透使热量和湿量进入室内,对室内热湿环境产生影响。室内热湿环境控制方法可分为主动式方法和被动式方法。

所谓被动式方法,就是利用被动式措施控制室内热湿环境,主要是做好太阳辐射控制和自然通风这两项工作。基本思路是使日光、热、空气仅在有益时进入建筑,其目的是控制这些能量、质量适时、有效地加以利用,以及合理地储存和分配热空气和冷空气,以备环境调控的需要。

1)控制太阳辐射

太阳辐射是一把双刃剑,适量的阳光可以利用昼光照明节约照明能耗、调节心情、杀灭有害细菌等;但夏季强烈的阳光透过窗户玻璃照到室内会引起居住者的不舒适感,同时还会大幅增大空调负荷。可以采用下面所述的选用节能玻璃、设置遮阳板等措施,有效地解决这些问题。

(1)选用节能玻璃窗。例如,在采暖为主的地区,可选用双层中充惰性气体、内层低辐射Low-E镀膜的玻璃窗,能有效地透过可见光和遮挡室内长波辐射,发挥温室效应;在供冷为主的地区,则可选用外层Low-E镀膜玻璃或单层镀膜玻璃窗。这种窗能有效地透过可见光和遮挡直射日射及室外长波辐射。国外最新出现一种利用液晶技术的智能窗,利用晶体在不同电压下改变排列形状的特性,根据室外日射强度改变窗的透明程度。

(2)采用能将可见光引进建筑物内区,而同时又能遮挡对周边区直射日射的遮檐。

(3)采用通风窗技术,将空调回风引入双层窗夹层空间,带走由日射引起的中间层百叶温度升高的对流热量。中间层百叶在光电控制下自动改变角度,遮挡直射阳光,透过散射可见光。