建筑环境 / 过去 / 现在 / 未来

1. 建筑环境/过去/现在/未来 李安桂 2007-09-19 History of Built Environment

2. 建筑与环境 • 建筑与环境的关系 • 目前建筑环境发展中存在的问题

3. 高纬度地区，人类活动遗址迟 • 热带雨林：不需要建筑 • 建筑的出现：逐渐向两极移动 • 现代技术的发展：人类活动遍布全球 人类活动的发展

4. 人类漫长的发展史，从为了躲避自然环境对自身的伤害栖树、岩洞而居到创造出各式各样的建筑物。人类漫长的发展史，从为了躲避自然环境对自身的伤害栖树、岩洞而居到创造出各式各样的建筑物。 建 筑 的 起 源 巢居 河南偃师汤泉沟穴居遗址

5. 创造适宜环境的建筑与人类文明的发展进步密切相关创造适宜环境的建筑与人类文明的发展进步密切相关 古代文明与气候的关系 世界上古文明的发源地都位于南北纬20 －40之间

6. 爱斯基摩人的冰屋 寒冷地区建筑 用干雪沏成，厚度500ｍｍ的墙体可以提供较好的保温性能。当室外平均温度－30℃时可维持室内温度－5℃以上。

7. 屋顶表面温度 室外空气温度 室内空气温度 干热地区建筑 墙厚340-450mm，屋面厚度460mm，利用土坯热惯。室外日夜温差24℃，室内波动不到 6℃。 埃及的民居 巴格达地区的传统建筑

8. 气候与中国民居 陕北土窑洞 • 土窑洞借助土壤大热惯性，达到冬暖夏凉的目的 陕西绥德靠崖窑

9. 中国四合院 • 四合院建筑冬季有效地利用了太阳能采暖和抵御北风侵袭，屋顶设计避免了夏季室内过热。

10. 草原建筑 • 蒙古包 用木料、毛毡建造，造型独特，可抵御沙暴和雨雪侵袭，冬暖夏凉 。

11. 湿热地区民居 布依族石屋（贵州） 就地取材，冬暖夏凉，不怕火灾，隔音性能好。 干阑竹楼（云南） 防雨，防湿和防热。

12. 以八卦五行、河图 洛书等易学文化为基础； • 注意建筑布局、空间分割、方位调整、色彩运用 • 认为不好的住宅物理环境对人的心理有影响，导致影响人的命运； • 涉及环境心理学、地理学、气象学、生态学、规划学、建筑学等； • 对自然现象解释不清的地方，陷入巫术、迷信 对建筑环的认识 ——中国的风水说

13. 将现代科学手段和顺应自然的风水理论完美结合，创造良好的居住与生存环境。将现代科学手段和顺应自然的风水理论完美结合，创造良好的居住与生存环境。 “天人合一”思想运用 世界上唯一的一家七星级酒店——迪拜的柏兹酒店设计也运用了中国古代建筑哲学的金木水火土的五行理论。

14. 建筑环境发展中的问题 空调采暖的普及使人们不再关心建筑的性能 遍布全球的玻璃和钢筋盒子建筑

15. 建筑能耗现状 美国社会能耗比例 中国社会能耗比例 世界能耗比例

16. 环境污染 大量耗能＝污染环境

17. HVAC发展史 • 供暖发展史 • 通风发展史 • 空调发展史（制冷发展史）

18. 采暖在很早的时候，用烧火来御寒，以此来加热室内的空气。但这只局限于室内空气温度的改变，只是对室内空气温度这单一参数的调控。采暖在很早的时候，用烧火来御寒，以此来加热室内的空气。但这只局限于室内空气温度的改变，只是对室内空气温度这单一参数的调控。 • 通风从古代的手摇扇手动通风发展到了机械通风，这也给空气调节系统的发展奠定了基本的条件，而后通风从机械通风到多元通风，进而又开始自然通风在建筑的中的利用，近年来置换通风的研究及发展同样伴随着空气调节的进步。 • 冷热源方面，制冷起先是用于对食物的储藏和保存，逐渐发展到了工业上的采用。在19世纪，第一次工业革命，蒸汽锅炉的产生及在西欧的发展与运用，给空气调节工程提供了热源和动力。 HVAC概述

19. 供热发展史 • 供热技术 供暖就是用人工方法向室内供给热量，保持一定的室内温度，以创造适宜的生活环境或工作环境的技术 • 供热发展 局部供暖 集中供暖 区域供暖

20. 供热发展史 • 局部供热就是热媒制备、热媒输送和热媒利用三个主要部分在构造上都在一起的供暖系统。如烟气供暖，电热供暖和燃气供暖等。 局部供热 人类很早就开始以火的形式，获得热能来供暖。这种局部取暖装置，如火炉，火墙和火坑等。

21. 集中供暖 供热发展史 • 集中供暖是以城市热网、区域热网或较大规模的集中供暖为热源的供暖方式。 • 19世纪初期，在欧洲开始出现了以蒸汽或热水作为热媒的集中式供暖系统。集中式供热方式开始于1877年，在美国纽约建成了第一个区域锅炉房向附近14家用户供热。 • 20世纪初期，一些发达国家利用内轮机的排气供热，其后发展成为热电厂。 瓦特发明的蒸气机 城市热网

22. 各国集中供热发展史 • 原苏联、东欧国家长期积极发展热电厂供热使得苏联的集中供热居世界首位。到现在为止莫斯科的集中供热系统是世界上规模最大的供热系统。城市集中供热普及率达到了100%。 • 地处寒冷气候的北欧国家，如瑞典，丹麦，芬兰等国家，在第二次世界大战以后，集中供热事业发展迅速，这三个国家以集中热水供暖为主；挪威石油、电资源丰富, 主要采用集中热水供暖、电采暖; 冰岛地热资源丰富, 主要采用地热采暖; 瑞典则主要为热泵供暖。 • 西欧的英国主要采取集中供热；法国以电采暖为主。南欧的意大利、葡萄牙夏季炎热、冬季相对温暖, 一般采用空调供暖。 • 亚洲如日本、韩国只有公用建筑使用集中热水供暖。大量采用地板辐射热采暖是这两个国家室内采暖的主要特点。 集中供暖锅炉 家庭集中供暖与生活热水系统

23. 我国集中供热发展史 • 我国能源相对匮乏，且利用率（32%）与世界发达国家（52%）差距很大，正大力发展城市集中供热，开展节约能源工作，并提供了相关法律保障实施 • 到2003年，我国有315个城市建设了集中供热设施，已形成很大规模，并正向大型化发展。

24. 区域供暖 • 区域供暖一般是指单台容量在7~14MW（10~20t/h）以上的锅炉，热效率都在75%~80%左右，并配备有较完备的水处理装置和消烟除尘装置。城市建筑较为密集的区域可优先选用。 • 区域供暖以北欧的丹麦和芬兰为主。丹麦70 %的区域供热是由热电同供的热电厂(CHP) 提供的, 其生产效率约为90%。丹麦积极发展区域供热为采暖热源。 • 芬兰的区域供热比例分别为47% , 占供热的主导地位，在大城市接近90%。 区域供热系统示意图 区域供热厂中的总能系统 热电机组的流程图

25. 现代制冷技术作为一门科学，是19世纪中期和后期发展起来的。现代制冷技术作为一门科学，是19世纪中期和后期发展起来的。 • 1834年，美国人波尔金斯(Perkins)试制成功了第一台以乙醚为制冷剂的蒸气压缩式制冷机。 • 1844年高里(Gorrie)在美国费城用封闭循环的空气制冷机建立了一座空调站。 • 1859年法国人卡列(Carre)制成了氨水吸收式制冷机。 • 1875年卡列和林德(Linde)用氨作制冷剂，制成了氨蒸气压缩式制冷机，从此蒸气压缩式制冷机一直占据统治地位。 • 1910年左右，马利斯·莱兰克(Maurice L.ehlanc)在巴黎发明了蒸气喷射式制冷机， 制冷技术发展 制冷发展史

26. 制冷剂问题 • 1930年以后，氟利昂制冷剂的出现和大量应用，曾使压缩式制冷技术及其应用范围得到极大的发展。由于氟利昂具有良好的热力性质，使制冷技术的发展进入了一个新的阶段。 • 1974年以后，人类发现氟利昂簇中的氯、氟碳化物(简称CFC)，能严重地破坏臭氧层，危害人类的健康和破坏地球上的生态环境，是公害物质。因此减少和禁止CFC的生产和使用，已成为国际社会共同面临的紧迫任务，研究和寻求CFC制冷剂的替代物，以及面对由于更换制冷剂所涉及到的一系列工作，也成为急需解决的问题。 • 十多年来，世界各国都投入了大量的人力和财力，开始使用混合溶液作为制冷剂，使蒸气压缩式制冷的发展有了重大的技术突破。 • 1987年，联合国环境署7月组织制订“关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书”。1995年，美国氟利昂CFC制冷剂停产，空调技术的发展逐渐走向了健康环保。 制冷发展史

27. 制冷发展史 • 中国人很早就知道利用天然冰进行食品的冷藏和防暑降温，在《诗经》和《周礼》中就有了“凌人”和“凌阴”的记载。 • 我国的制冷机制造工业起源于20世纪50年代末期，是在几个安装、修理厂的基础上发展起来的。从开始仿制生产活塞式制冷机，到自行设计和制造，并制定了有关的系列标准。目前已有活塞式、螺杆式、离心式、涡旋式、吸收式、热电式及蒸汽喷射式等类型的制冷装置，许多产品的质量和性能已接近和达到世界先进水平。 • 我国的制冷装置主要用于工业生产和大型建筑的空调中。制冷装置用于生活中的比例迅速提高， • 到20世纪末期，我国冷藏库的总库容量超过500万t；已分别拥有年生产1500万台电冰箱和房间空调器的生产能力，电冰箱和空调器的产量均居世界第一。 我国制冷的发展

28. 通风发展史 • 通风就是用自然通风或者是机械通风的方法，为某一房间或空间提供室外新鲜空气以满足室内人员和生产过程的需要。 • 最早的通风可以追溯到几千年前，当人类把火引入住宅后，发现需要在屋顶开窗以便于排烟和给火的燃烧提供空气。这种对燃烧的控制给空间通风提供了最初的灵感（刺激）。 • 原始的埃及人发现在室内从事石刻的工匠比在室外的工匠更容易患上呼吸系统疾病，对粉尘的控制成为了通风的第二大任务。 • 大约两千年前，在古罗马、古希腊和中国，人们发明了手摇扇来使空气流动，帮助人们度过炎热的夏季。这些早期的通风都是未经过处理的，目的只在于满足人最基本的生理需要。

29. 空调发展史 • 空调起源 • 主要历史人物 • 空调发展大事记

30. 空调发展综述 空调起源 • 空调的发明没有一个特定的日期，其发展，正如Willis Carrier所言，在相当长一段时间内 “是自然的发展过程，是人类智慧力求改善的结果”。虽然原始的空调形式出现于几百年甚至上千年前，但是其作为一门艺术和科学真正开始于19世纪末期。

31. 空调发展史 • 我们现在所定义的空调出现于从18世纪90年代到19世纪初的一次科学技术的急速发展。 • 19世紀，英国科学家及发明家麦克·法拉第(Michael Faraday)，发现压缩及液化某种气体可以將空气冷冻，此现象出現在液化亚摩尼亚蒸发时，当时其意念仍流于理论化。

32. 空调发展史 • John Gorrie在1842年以压缩技术制造出冰块，并使用作冷冻空气以吹向患疟疾和黄热病的病人。为了拯救一些的渔民的生命而作的一次尝试，却改变了全世界人民的生活方式。 • Leonardo Da Vinci 在大约1500年制造了一台水动风扇用于他妻子闺房的通风； • Dr. William Cullen在1775年发明了一台用于冷冻水的机器； • Jacrb Perkins 在1834年取得了一台制冷机的专利权； Dr.John Gorrie（1802～1855）

33. 在1851年，Grorrie因为他的“第一个用于医学制冷和空调的机器”得到了8080 号专利权，获得了肯定。这台新机器给历史上第一个空调医院提供了冰和冷空气。这个过程是20世纪初广泛用于航海船只的压缩空气冰制冷机器的前身。 • 正像瓦特兄弟发明蒸汽机改变了之前的陆地运输系统那样，John Gorrie的成就改变了人类控制环境的能力。 空调发展史 1972年，Raymond B.Becker of Gainesville, Fla.出版了《Gorrie, M.D.空气调节和医用制冷之父》。 20年之后，美国最早的女工程师之一的Margaret Ingels出版了《Willis Haviland Carrier，空调之父》

34. 开利与空调 • 1901年，Stuart Willis. Carrier博士在美国建立世界上第一所空调试验研究室。 • 1902年7月17日，开利博士为美国纽约市一家印刷厂设计了世界上公认的第一套科学空调系统——喷淋式热湿控制系统。空调行业将这项发明视为空调业诞生的标志。 • 1906年，开利博士发明了世界上第一台喷淋式空气洗涤器，即喷水室。 • 1906年，开利在Buffalo锻造公司风机手册上发表了第一个焓湿图。 • 1911年12月，开利博士得出来空气干球、湿球和露点温度之间的关系，以及空气湿热、潜热和比焓值之间关系的计算公式。 • 1911：开利向机械工程师美国分会发表论文《合理的温湿度公式》，成为空调行业最基本的理论。 • 1922年，开利博士发明了世界上第一台离心式冷水机组。 1902年空调系统首次在印刷厂应用 空调之父：Willis Carrier (1876-1950)

35. 焓湿图

36. 科学空调的发明 一套科学的空调系统必须具备四项功能，即控制温度、控制湿度、控制空气循环与通风和净化空气。 ——开利对空调的定义 • 开利把技术命名为空气调节，并在同年将其用于专利申请中，作为“水调节”的代替品。 • 1906年5月，美国的多面手工程师克勒谋(Stuart W．Cramer)在一次美国棉业协会(ACMA)的会议上正式提出了“空气调节”(Air Conditioning)术语，从而为空气调节命名。 • 韦利士·加利亚将“空气调节”放进其1907年创办的公司名称：美国加利亚空气调节公司 (今开利公司)。 • 空调的发明已经列入20世纪全球十大发明之一，它首次向世界证明了人类对环境温度、湿度、通风和空气品质的控制能力。

37. 空调发展大事记 • 1911年，芝加哥建立了第一座空调电影院，随后两座是在洛杉矶和纽约(1922年)。纽约空调电影院是第一座真正可以调节空气各种性能的电影院。 • Henry Galson 设计出了第一台“人民的空调器”。 • 1919年，美国布鲁克林的Abraham&Straus商店是第一家实现舒适空调的大型商店。

38. 空调发展大事记 • 1920年就有一座教堂配备了舒适空调。 • 1920年，巴西莫罗韦洛矿是第一个实现空调的矿井。 • 自1925年到1931年，空调首次大规模的试验：估计美国约有400家电影院和剧场配备了舒适空调。 • 1927--1928年，各类工厂尤其是卷烟厂和纺织厂，采用了空调。 • 在法国，1927年巴黎附近的一座医院，1932年一家电话交换局实现了空调。 1912年芝加哥某饭店空调系统管道装置

39. 空调发展大事记 • 在日本，1917年一家私人住宅实现了空调，1920年一家糖果厂实现了空调，1927年一家剧场实现了空调。 • 1928年，有学者提出氟利昂CFC在制冷技术中的研究。 • 1928年，开利和其他人合力在通用汽车研究实验室为冰箱合成CFC制冷剂。 • 1928年，第一台电制冷自动售货机在纽约销售股份有限公司诞生。 • 1929年在巴尔的摩-俄亥俄运行线上一辆火车餐车配备了舒适空调。

40. 空调发展大事记 • 1930年的时候，空调首次应用在汽车中。 • 1930年左右，空调在欧洲开始出现。在英国，第一座空调旅馆是伦敦的Cumberland旅馆。 • 1931年在纽约-华盛顿线路上有一列火车全部实现舒适空调。 • 1931年我国首先在上海的许多纺织厂安装了带喷水室的空调系统，其冷源为深水井。随后，几座高层建筑的大旅馆和几家所谓“首轮”电影院，先后设置了全空气式空调系统。有一家电影院和一家银行，还安装了离心式制冷机。 空调系统第一次应用于汽车

41. 空调发展大事记 • 1932年，Reuben Trane 发明了风机盘管机组。 • 1937年，开利博士又发明了空气－水系统的诱导器装置，是目前常见的空调末端装置——风机盘管的前身。 • 从1937年起就采用活动式空调机组使飞机在起飞前降温。 • 1938年，华盛顿市府大厦配备了当时最大的空调装置(20930kW)。 • 1945年以后，人们才大规模地实现私人小汽车的空调。 • 1969年，空调技术应用在了宇航船系统中。 1969 年空调技术应用于航空事业（阿波罗登月飞船）

42. 空调发展大事记 • 第二次世界大战以来，空调在农业生产中得到了直接的应用，首先是在人工气候室里。人工气候室里的试验装置可随意调节温度、湿度、照明度及大气中的化学成分等等，以研究农作物的生长情况。这些环境模拟装置1945年以来发展很快。 • 1948 年，在美国加利福尼亚州北部，出现了纺织工人因为工作环境温度的恶劣而罢工要求安装空调系统的事件。 • 1950年之后，专家学者也开始研究人们在空调环境下的热舒适。 • 1953年，公共汽车和小汽车实现空调。现代化飞机也采用空调，有的用空气循环，有的采用液化蒸汽压缩机。

43. 暖通空调专业的发展 • 美国 • 英国 • 俄罗斯 • 日本 • 中国

44. 美国 • 美国没有独立的本专业，本专业的内容分布在建筑系和机械系。有的三年制地方大学设有供热通风与空调工程专业，基础理论学得不深，着重学习专业技术。三年毕业后在暖通空调行业就业，也可以进一步学习基础理论。美国实行学分制的大学在机械系的课程体系中设有暖通空调系统的相关理论，要求学暖通空调课程前需先修数学、物理、流体力学、工程热力学、传热学等课程。由于在美国此学科研究的内容多是暖通的冷、热源设备，如制冷机、锅炉的构造原理等，而研究系统较少。美国的这种培养模式有如下特点: 由于本科阶段实际只完成专业基础课程，接触专业不多。因此毕业生就业面很宽，可以到制冷机厂工作，也可以到其它部门工作。这些部门先对毕业生进行专业培训后才让其工作。（2）由于专业侧重于设备制造，因此毕业生对机电一体化和新产品开发有较.多的理解，也是美国的暖通空调设备制造业一直居于世界领先的原因。美国的培养模式也有致命的缺点，那就是学生对建筑不甚了解，不知暖通空调系统如何与建筑、结构相协调。因此，美国该专业的理论研究和技术发展不及欧洲和日本。近些年来美国也已意识到此问题，一些著名高校如MIT，加州的Berkley都已成立了"Building Technology"专业，专业范围与国内此专业基本相同。

45. 英国 • 英国(包括瑞典、丹麦等西欧、北欧国家)的教学模式与美国正好相反，学生大部分时间是学习专业课，基础课学时压至最低限(即“够用为度”)，其专业内容覆盖了所有形成建筑功能的环境设备系统(暖通空调，照明，音响)和公共设施系统(供电，通讯，消防，给排水，电梯)在专业教学中，暖通空调与建筑电气技术占了很大的比例。英国为“Building Servises”，在二十多所大学中设置。 • 教学质量被认可的学校其毕业生可在三年后成为注册设备师。由于学校具有雄厚的研究力量和系统的人才培养模式，欧洲一直在此领域研究和发展中处于领先地位。

46. 俄罗斯 • 俄罗斯的供热、供燃气与通风专业成立于1928年，本科学制一般为五年.有四个专门化方向: • (1)供暖、通风与空气调节； • (2)供热、供燃气与锅炉设备； • (3)大气环境保护； • (4)建筑能量管理。 • 他们始终认为，综合性是本专业的特点，本专业的工程系统设计是建筑的一部分。所以，七十多年坚持综合性的特点基本没作变化，只是增强了大气环境的内容.

47. 日本 • 日本在四十多所高校中设置此专业。日本的暖通空调(建筑设备)作为方向设在大学的建筑系中。在一年级即设置建筑环境工学概论，二年级设置建筑环境工学、建筑设备等课程。三年级以后才分成建筑学、建筑结构、建筑设备三个方向。相对而言，日本的建筑设备专业与建筑的结合更为紧密，日本的建筑设备系统设计也十分严谨完善。目前，日本在空调领域的研究发展逐渐达到世界最高水平。 • 欧洲及日本型的教学模式具有如下特点:(1)学生不仅有建筑的整体观念，而且还有建筑室内环境(声、光、热)的系统知识，这样培养出来的毕业生对建筑的认识比较全面。由于学生对建筑及建筑设备系统有较深的理解，因此，无论学生从事设计还是管理都能较好处理建筑与设备系统之间的各种关系，如窗墙比、机房占地、技术夹层空间、运行节能、系统优化等。雄厚 的 研究力量加上系统的人才培养模式，致使日本一直处于本专业领域的前列，尤其在空调领域的系统研究上已逐渐成为世界最高水平.

48. 暖通专业的摇篮 中国 • 1952年，我国高校开始创办暖通专业，当时的正式的专业名称为“供热、供煤气及通风”。为了造就专业师资队伍，高教部首先在哈尔滨工业大学招收研究生。 • 1953年第一位应聘的苏联暖通专家德拉兹多夫来华，他和他的中国研究生在哈工大组成了第一个暖通教研室。研究生的主要任务就是以苏联的供热供煤气及通风专业为模式，边学边干，在我国创办这个专业。从教学计划、课程设置到每一个教学环节的安排和要求，从实验室到教材的建设，还有主要专业基础课和专业课的教学内容，都要一一学习。一边听苏联专家讲课，一边给本科学生讲课，一边自己做课程设计、毕业设计,一边指导本科生做设计，同时还要在专家指导下设计专业实验室，准备开出教学实验。为了扩大这个专业师资队伍的培养，高教部又从全国各地抽调了一批教师来进修，他们没有时间再先学习一年俄语，只好通过研究生间接向苏联专家学习。这些人后来都成为各高校创建暖通专业的中坚力量，其中如：叶龙、于广荣、王建修、吴增菲、郁履方等。此后，在哈工大继续招收了几届这样的研究生，陈沛霖、田胜元等暖通专业著名教授都是从这些研究生班毕业的。

49. 中国 • 首批开办暖通专业的学校除了哈尔滨工业大学，还有清华大学，同济大学和东北工学院。 • 东北工学院1955 年毕业的第一届本科生是我国最早毕业的本科生，哈工大的第一届本科生毕业于1956年。1955年以后哈工大培养出来的温强为、张福臻、王建修、陈在康分别在天津大学、太原工学院、重庆建筑工程学院（1956）和湖南大学（1958）负责筹划创建新的暖通专业学科点，这就是高校同行中常说的暖通专业“老八校”。 • 哈工大的土木系后来单独建立了哈尔滨建筑工程学院，也就是现在的哈尔滨建筑大学，其暖通专业也就随同调整到哈建大了。东北工学院的建筑系调整到西安冶金建筑学院，也就是现在的西安建筑科技大学，其暖通专业也随同调整。重庆建筑工程学院和太原工学院则分别改名为现在的重庆建筑大学和太原工业大学。 暖通专业老八校

50. 暖通专业的发展 中国 • 暖通专业创办初期，由于没有经验，一切都先从苏联照搬过来，教学计划、课程设置、教学环节安排、教学大纲基本上是参照苏联模式制定的，教材也是把苏联的翻译过来使用，来不及翻译的则由哈工大影印原版书作为内部资料供各校教师参考自编讲义。经过几年实践，发现了不少问题，首先是计划总学时太多，教学内容也有很多不切合我国具体情况，特别是在1958年全国掀起教育革命，各校开始进行教学改革，有关土建方面的课程，如:结构力学，工程结构，测量学等都被砍去，供煤气也被分出，供暖通风由一门课变成了供暖、工业通风和空气调节三门课。这个时期，没有统一的教学计划和教学大纲，教材也是各校自编讲义，专业名称改为“供热与通风”，后来又叫“供热通风与空调工程”。