1、建筑物理热工学复习整理室内热环境：室内热环境的组成要素：空气温度、空气湿度、空气流速、平均辐射温度影响因素（重点掌握人体热舒适及其影响因素）:空气温度、空气湿度、空气流速、壁面温度、新陈代谢率、衣服热阻。室内热环境的评价方法和标准：单因素评价：空气温度：居住建筑室内舒适性标准：夏季2628度，冬季1820度；可居住性标准：夏季不高于30度，冬季不低于12度 多因素综合评价方法：有利于发挥各种热环境改善措施的作用，降低能源消耗和经济成本。有效温度（ET*） 热应力指数（HSI） 预计热感觉指数（PMV-PPD） 生物气候图采暖期度日数：室内基准温度（18度）与当地采暖期室外平均温度的差值乘以采暖
2、期天数得出的数值，单位度*天。“制冷期度日数”（空调期度日数）：当地空调期室外平均温度与室内基准温度（26度）的差值乘以空调期天数得出的数值，单位度*天。室外热环境室外热环境主要因素（重点）：太阳辐射、空气温度、空气湿度、风、降水太阳辐射：地球基本热量来源，决定地球气候的主要因素，直接决定建筑的得热状况 辐射量表征：太阳辐射照度（强度）和日照时数 直接辐射照度、间接辐射照度、总辐射照度 太阳辐射照度影响因素：太阳高度角、空气质量、云量云状，地理纬度海拔高度、朝向 太阳辐射特点：直接辐射：太阳高度角、大气透明度成正比关系 云量少的地方日总量和年总量都较大 海拔越高，直接辐射越强 低纬度地区照度高
3、于高纬度地区 城市区域比郊区弱 间接辐射：与太阳高度角成正比，与大气透明度成反比 高层云的散射辐射照度高于低层云 有云天的散射辐射照度大于无云天 日照时数：可照时数、实照时数 日照百分率：实照时数/可照时数*100% 我国日照特点：日照时数由西北向东南逐步减少 四川盆地日照时数最低 一般在太阳能资源区划中有丰富区、欠丰富区、贫乏区空气温度：气温是常用的气候评价指标，单位摄氏度、华氏度（F=32+1.8C） 气象学中所指的空气温度是距离地面1.5m高，背阴处空气的温度。测量空气温度必须避免太阳辐射的影响。 空气温度的主要影响因素：太阳辐射（迟滞效应） 地表状况（下垫面）大气对流作用 海拔高度、地
4、形面貌 空气温度的变化特点：周期性变化日周期和年周期 日较差和年较差：自南向北逐渐增大 日较差：一日内气温的最高值和最低值之差 年较差：一年内最热月与最冷月的月平均气温差空气湿度：空气中水蒸汽的含量，常用相对湿度或绝对湿度来表示 相对湿度：空气中水汽压与饱和水汽压的百分比 绝对湿度：每单位容积的气体所含水分的重量，一般用mg/L作指标 相对湿度的日变化主要受地面性质、水陆分布、季节寒暑、天气阴晴等因素影响，一般陆地海面，夏季冬季，晴天阴天，相对湿度的日变化和年变化趋势一般与气温变化相反。风：由于大气压力所产生的大气运动，一般以水平方向运动为主，地表增温不同是产生大气压力差的主要原因。风的根本成
5、因是太阳辐射不均匀导致的地表增温不同。主要形式：大气环流：因太阳辐射在赤道和两极之间的不均匀产生，是各地气候差异的主要原因之一； 季风：海陆间季节性气温的差异引起。冬季大陆向海洋，夏季海洋向大陆。 地方风：地方性条件的不同形成的风，如山谷风、水陆风、巷道风、庭院风风的表征：风速：气象上也用级来表示，一般分为12级 风向：描述来风的方位，粗略表示8个方位；风玫瑰图：各方位出现风的频率，主导风向降水：表面水汽经蒸发进入大气层，遇冷凝结后又降落到地面的液态或固态的水分，称为降水。是造成空气温度剧烈变化的主要因素。 主要形式：雨、雪、冰雹 主要表征：降水量：夏季降水量大，冬季降水量小 降水时间 降水强
6、度气候因素对建筑的影响气候气候的一般分类：全球性气候 区域性气候 局域性气候（小气候）：各地地方性因素，如地形、下垫层，水文及经济活动强度等的不同是形成该地局域性气候的主要原因。对建筑及规划形式影响较大，相辅相成。 城市气候特征：大气透明度差，削弱太阳辐射：直接辐射减少，散射辐射增多，晴天少，阴天雾天多 蒸发减弱，湿度变小：不透水硬化表面，人工管道排水 雾多，能见度差 风速减小，风向随地而异 气温较高，形成“热岛效应” 城市热岛效应对环境的影响：1）形成热岛环流，将城市边缘区工厂污染带入市区 2）酷热天气多，寒冷天气少，空调能耗多，采暖能耗少 热岛效应产生原因：1）人为排放：人类生产生活中新陈
7、代谢产生的废热，城市输入的各种能量最终以热量形式散发到大气中 2）地面状态改变：立体化下垫层，通风不良，吸热多，散热难，不透水硬化表面多，蒸发散热小，表面温度高。 城市热环境改善措施：节能减排，城市生态环境建设。 微气候：下垫层不同是造成微气候的主要原因。我国气候特点：季风气候显著，大陆性气候明显，气候类型多样建筑气候区划标准(GB 5017893) 温室效应 在城市化的地区，人类活动对气候的影响体现 影响城市热环境的主要因素结合气候的设计策略（斯欧克来的建筑气候分区）：根据空气温度、湿度、太阳辐射等因素划分为四种气候类型：湿热气候区、干热气候区、温和气候区和寒冷气候区 区域性气候建筑设计策略
8、：四种气候类型(湿热气候区、干热气候区、温和气候区和寒冷气候区)的气候建筑设计策略(从材料选用、围护结构、体形、朝向、通风、采光等)民用建筑热工设计规范中的5个热工分区（特点和设计要求）分区指标：主要指标：最冷月平均温度和最热月平均温度 辅助指标：日平均温度不大于5度或不小于25度的天数传热的基本方式：热是物质分子能的外部表现，是能的一种形式。当热流由一种物体流向另一种物体时，可能引起物体温度变动，这种现象称为显热，即可以感知或测知的热。热流动可能不会引起温度变化，称为潜热，包括熔解热与汽化热。比热：1kg物质升高1摄氏度（或1K）所需的热量，单位J/kg*K。热容是指是一定的物体升高1摄氏度
9、（或1K）所需的热量。传热方式：温差导致热量从温度高的地方流向温度低的地方。 不同温标之间之间的转换：Tk=Tc+273；Tc=5（Tf-32）/9；Tf=32+1.8Tc 导热：同一物体内部或相互接触的两物体之间由于分子热运动，热量从高温处向低温处转移的现象。 导热肌理：不同温度的质点的热运动： 导热系数：在稳定传热状态下，当材料厚度为1m两表面的温差为1摄氏度时，单位时间内通过1平方米截面积的导热量（W/m*k）。 热阻R：衡量材料抵抗热量传递能力的指标 R=d/ 导热系数低于0.3，为绝热材料。 导热系数影响因素：材料 材料干密度：密度越大，导热系数越大；玻璃棉有一个最佳容量； 材料含湿
10、量：时度越大，导热系数越大 其它：温度，材料内部结构，纤维走向 对流：流体与流体之间、流体与固体之间发生相对位移时所产生的热量交换现象 对流肌理：温度不同的流体之间因宏观运动，相互掺合而传递热量。只发生于流体之间或流体与固体之间。 对流大小取决于层流层的厚度（流体运动状况、温差、流体本身特性、表面状况、倾斜程度等） Rc=1/ac 自然对流： 受迫对流： 辐射：把热量以电磁波的形式从一个物体转向另一个物体的现象。凡温度高于绝对零度的物体都可以发射和接受热辐射。热辐射过程中能量转换：物体内能电磁能内能辐射换热是物体之间互相辐射的结果，温度高的物体净失热，温度低的物体净得热。物体对外来辐射的反应：
11、反射、吸收、透射（能量守恒）h+h+h=1能量反射系数h：吸收系数h：透射系数h：绝对白体：h=1绝对黑体：h=1绝对透明体：h=1一般建筑材料为非透明体，所以h+h=1。同一材料对不同波长的电磁波反射能力不同；不同材料对同一波长的地磁波反射能力不同。物体向外辐射的能力：辐射本领：全辐射本领 单色辐射本领辐射定律： 物体的辐射系数C：表征物体向外发射辐射能的能力，其数值取决于物体表层的化学性质、光洁度、温度等所有物体均处于05.68W/（m2K4）。 黑度：灰体的全辐射本领与同温度下绝对黑体的全辐射本领的比值称之为灰体的黑度（亦称发射率）。表明灰体的辐射本领接近绝对黑体的程度，值在01之间。影
12、响因素：材料、光洁度等。常温下，黑度正比于吸收系数，材料对太阳辐射的吸收系数不等于其黑度。h=s玻璃一般可认为是部分透明体，对太阳辐射有很强的透射性能，对红外线基本不透明。角系数：把表面1上发出的辐射能落到表面2上的百分数称为表面1对表面2的角系数。记为： 求解角系数的前提：所研究表面是漫反射；在所研究表面的不同地点上向外发射的辐射热流密度均匀。 黑体表面辐射换热：灰体表面辐射换热：辐射换热的强化与削弱：强化辐射换热的途径：增加发射率 增加角系数 削弱辐射换热的途径：降低发射率 降低角系数 加入遮热板表面换热系数 :对流换热和辐射换热合称为表面换热，其热流强度为二者之和：遮热板辐射换热计算：表
13、面1传给表面2的净辐射热量将减少一半，当有n个遮热板时，净辐射热量减少为原来的1/（n+1）平壁的稳定传热 (深入理解、会计算)平壁的传热过程： 平壁内表面吸热 平壁本身导热 平壁外表面放热： 封闭空气间层的传热: 封闭空气间层的传热是提高围护结构热工性能的有效方法，只要传热为辐射，约占70%，三种传热方式都存在，提高空气间层热阻的主要方法：表面贴强反射材料；空气间层布置在低温一侧；一个厚的间层不如几个薄的间层。平壁总热阻的计算:平壁的总传热组和传热系数：R0和K0是建筑保温隔热性能的重要指标，建筑节能设计首要考虑因素。 K0为R0的倒数平壁总传热阻：内表面换热热阻，平壁本身热阻，外表面换热热
14、阻壁体本身的导热热阻：热桥问题（不是重点）计算看例题平壁内部温度的确定：（看例题）平壁的周期性传热 (理解相关的术语及其应用)简谐热作用 ：周期性非稳态传热，余弦函数表示式：室外综合温度：建筑外维护结构同时受到室外空气温度、太阳直接辐射、天空散射辐射、地面反射辐射和长波热辐射和大气长波辐射的作用，这些综合作用统称为综合温度。导温系数：渗透深度：半无限厚平壁在简谐热作用下的传热特征：室外、表面及内部任一截面处的温度波动周期相同； 温度波动的幅度随着深入而递减，这种现象称为温度波动的衰减，衰减的程度一般用总衰减度来表示： 温度波动的初相位（或出现最大值的时间）逐渐向后推进（或延迟），一般用总延迟时
15、间来表述：简谐热作用下，材料和围护结构的热特性指标：材料蓄热系数：表征材料抵抗热波动的能力，一般用S表示，对于半无限厚平壁，表面的热流波动的振幅与表面温度波动的振幅之比称之为“材料蓄热系数”。S越大，表面温度波动越小，材料热稳定性越好。材料层的热惰性指标：表征材料层体抗热波动的能力，用D表示。取决于材料本身的蓄热系数S及材料层热阻R：D越大，温度波衰减越快，另一侧（背波面）的温度波动越小。对于多层材料组成的复合构造，总热惰性指标D0为各层材料热惰性指标之和。材料层的表面蓄热系数：一般用Y表示，意义同S。不仅取决于材料本身的蓄热系数S，与背后的条件有很大关系。有限厚平壁在简谐热作用下的传热：温度
16、谐波在有限厚度平壁内的振幅衰减和相位延迟计算：室内温度波衰减和延迟的计算看例题保温与防风(深入理解)建筑保温的目的：抵御室外寒冷的天气条件对室内的影响； 减少建筑采暖能耗是建筑节能的重要手段； 改善室内的热舒适性，提高人们的生活质量： 节能建筑发展方向：节能建筑低能耗建筑零能耗建筑 建筑节能的三个阶段：节约能源能量保持能源效率 与国外发达国家相比，我国建筑保温水平有较大差距。建筑保温基本原则：充分利用有利因素，克服不利因素 根据不同的室外气候条件，采取相应的保温手段 优先解决能耗大的部位的保温 采暖设备优化 建筑保温的途径：提高维护结构本身的保温性能 建筑的体形设计，尽量减少外围护结构的面积
17、争取良好的朝向及适当的建筑间距 提高建筑的气密性，防止冷风渗透 避免潮湿，防止围护结构表面及内部出现冷凝采暖期：日均气温不大于5摄氏度采暖区：一年内日均气温不大于5摄氏度天数大于90天的地区，一般为秦岭淮河一线以北地区。采暖日度数体形系数：建筑物与室外大气接触的外表面积与其所包围的体积的比值。严寒地区的建筑体形系数应小于或等于0.40最小总热阻：为使建筑外围护结构内表面不产生结露，外维护结构的总热阻必须大于一个值，这个值称为“最小总热阻”，它由室内外的计算温度差以及室内温度与围护结构内表面的允许温度差决定。室外计算温度的取值根据墙体的热惰性指标确定，n为温差修正系数，t为室内空气与围护结构内表
18、面之间的允许温差，轻质材料外墙的最小总热阻附加值围护结构的经济传热阻：影响因素：可见因素：围护结构造价、设备系统费用、运行及维护费 不可见因素：环境成本、舒适度、劳动力成本、能源价格变动 在条件许可的情况下，热阻越大越好，当通过围护结构散失的热量不再是房间总能耗的主要原因时，再增加热阻没有明显的效果。围护结构平均传热系数计算：节能建筑的设计指标：规定性指标：1）围护结构的传热系数限值（根据体形系数、热惰性指标） 2）窗户的传热系数，窗墙比 3）换气次数（空气渗透） 性能行指标：采暖耗热量指标qH，采暖耗煤（电）量指标 制冷好冷量指标qC，制冷耗电量指标采暖耗热量指标：在采暖期室外平均温度条件下
19、，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内消耗的、须由室内供暖设备供给的热量，单位W/m2换气次数：换气次数=房间送风量/房间体积，单位是次/小时。是一个经验系数。窗墙面积比：窗户洞口面积与房间立面单元面积（即建筑层高与开间定位线围成的面积）的比值。围护结构保温构造：三种主要的保温构造方案：保温承重合二为一 单设保温层 复合构造 内保温、中保温（夹心保温杯）和外保温：外保温优点：减少结构层常年受年温度应力的影响，提高结构耐久性； 有利于防止或减少结构层内部产生凝结； 可使热桥部位的热损失减少，并能防止热桥内表面局部结露； 利于房间热稳定性； 旧房改造。 缺点：对于短暂使用的房间，由于升温慢
20、而不利； 对保温材料要求高； 必须有很好的外表面保护方案。 倒置式屋面、外墙外保温系统（EIFS） 中保温优点：对内侧墙片和保温材料形成有效的保护，对保温材料的选材要求不高； 对施工季节和施工条件要求不高，不影响冬季施工； 缺点：在非严寒地区，此类墙体相比于普通墙体尚偏厚； 内外侧墙片之间需有连接件连接，构造较传统墙体复杂； 外围护结构的“热桥”较多； 外侧墙片受室外气候影响大，昼夜温差和冬夏温差大，易造成墙体开裂和雨水渗漏； 抗震性差。 内保温优点：造价低、施工简便； 缺点：保温效果差、会出现冷凝水、影响装修、影响套内面积。围护结构传热异常部位的保温措施：窗户的保温： 热桥的保温：主要改善措
21、施：尽量以非贯通式热桥代替贯通式热桥；热桥部位增加保温处理。 围护结构转角部位保温：存在的主要问题：内表面温度过低，容易产生表面凝结；能耗增大。 地面的保温：地面传热的特点：吸热指数B，人体的舒适要求：头冷足热，地面的热工性能选择，周边部位增设保温材料 防风的重要性：加快围护结构散热，带走室内热量，促进人体蒸发散热，建筑防风的四项基本措施：选择避风环境，尽可能减少散热面积，最大限度的提高围护结构的气密性，尽量增加围护结构的热阻。传湿与防潮 (深入理解，会计算)湿空气的物理性质：自然界的空气是干空气和水蒸汽的混合物，湿空气即含有水蒸气的空气，水蒸汽分压力P，饱和蒸汽压Ps空气湿度：绝对湿度f（g
22、/m3）、饱和蒸汽量fmax 相对湿度绝对湿度f：每单位容积的气体所含水分的重量，一般用mg/L作指标相对湿度：空气中水汽压与饱和水汽压的百分比露点温度td：空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。湿球温度tw：某一状态下的空气，同湿球温度表的湿润温包接触，发生绝热热湿交换，使其达到饱和状态时的温度。露点温度的计算（例题）围护结构的湿状况：主要决定因素：材料原始湿度 施工过程中进入结构的水分 由于毛细管作用由土壤渗透到结构中的水分 雨雪作用渗透到结构中的水分 使用过程中的水分 材料的吸湿作用从空气中吸收的水分 空气中的水分在围护结构表面或内部产生冷凝：表面冷凝：主要由于热的湿
23、空气接触到冷的表面产生的冷凝结水的现象 内部冷凝：当水蒸汽在围护结构内部传输时，一旦遇到内部某个冷区温度达到或低于露点温度，水蒸气即形成凝结水。（由于发生在结构内部难以处理）围护结构的水分迁移：水分迁移的原因：材料内部的压力差、湿度差、温度差引起材料内部水分迁移 水分迁移的特点：迁移方向：由高势位面传向低势位面； 纯湿传导：在没有温差条件下的水分迁移； 热湿传导：有温差条件下的水分迁移； 水分迁移的相态：1）以气态的扩散方式迁移（水蒸汽渗透） 2）以液态水的毛细渗透方式迁移。 当材料的含湿量低于其最大含湿量时，以水蒸气扩散形式迁移，高于时以液态毛细渗透方式迁移。围护结构冷凝的检验：防止和控制冷
24、凝的措施：防止和控制表面凝结：正常湿度的采暖房间 高湿房间 地面泛潮的防止 防止和控制内部凝结：材料不知顺序应遵循“进难出易”的原则； 设置隔汽层 设置通风间层或泄汽沟道隔热与通风(深入理解)热气候的特点及传统建筑形式（湿热地区和干热地区传统建筑形式）干热气候：温度高，湿度小，我国新疆地区湿热气候：温度高，湿度大，我国南方大部分地区室内过热与防热途径：夏季室内过热的原因：室外热空气经窗户流入室内 太阳辐射经过窗户传入室内 经临近建筑、地面反射的太阳辐射 围护结构的传热 室内余热 建筑防热的途径：减弱室外的热作用 窗口遮阳 建筑围护结构的隔热与散热 合理组织自然通风 尽量减少室内余热建筑隔热设计
25、与计算（室外综合温度）：隔热设计标准：房间在自然通风条件下，建筑物的屋顶和东、西墙面内表面最高温度不得高于室外计算温度的最高值，即：室外综合温度：综合了室外气温和太阳辐射这两种热作用建筑围护结构各朝向由于太阳辐射不同，综合温度也会不同，屋顶最大，西、东墙次之；外表面的材料对综合温度影响很大，浅色表面的综合温度围护结构隔热措施：屋顶的隔热措施：降低太阳辐射当量温度 减少屋顶实体材料的总衰减倍数 通风空气间层屋顶 蓄水屋顶 植被屋顶 墙体的隔热措施：实体材料 复合构造 墙面绿化 通风间层 蒸发冷却 土壤供冷通风的作用：人体身体健康的要求：健康通风 舒适通风：可增加人体蒸发散热量，提高舒适度；增强室
26、内外空气交换，带走室内热量通风的方式：自然通风、机械通风自然通风的成因：风压作用： 热压作用（烟囱效应）：自然通风的组织：建筑朝向、间距以及建筑群的布局：风向透射角的选择 建筑长度、高度、深度的影响：长度越长，背后的漩涡区越大； 高度越高，背后的漩涡区越大； 深度越大，背后的漩涡区越小。建筑日照日照：阳光直接照射到物体表面的现象日照的作用：对人体生理健康的作用 可再生的清洁能源，可用于建筑取暖 建筑表现建筑队日照的作用：对于一般建筑，应保证冬季室内有适宜的日照，对于夏季炎热的地区，应尽量避免日照的影响； 对于一些对光线有特殊要求的建筑，应采取必要的措施，保证物品不受日照的损坏与影响。建筑日照设
27、计的任务：日照的基本原理：地球的运行规律 地球的公转、自转：地理纬度，经度L，时区 地球的公转：黄道面、赤纬角，时角 时角的计算：=15（t-12） 季节寒暑变化 主要节气对应的赤纬角 太阳高度角hs 太阳方位角As日照间距：日照间距系数公式：L=D/H棒影日照图：建筑遮阳建筑遮阳的作用和形式建筑遮阳的形式：固定遮阳：主要形式有水平遮阳，垂直遮阳，综合遮阳及挡板遮阳 各式遮阳板的效果及影响：遮阳系数（即得热率）：窗玻璃遮阳系数、窗框遮阳系数、外遮阳系数、内遮阳系数、综合遮阳系数 对室内气温的影响：气温有所下降 对通风的影响：风速减弱22%47% 对采光的影响：可避免眩光，照度降低53%73% 建筑其他构件的利用：挑檐、长廊、旋窗等 植物遮阳 建筑自遮阳 建筑互遮阳 可调遮阳建筑遮阳设计：遮阳板尺寸计算 遮阳设施构造：遮阳板面组合和构造 遮阳板的安装位置 遮阳板的材料与颜色 玻璃本身性能改善固定遮阳板的尺寸计算方法：
