物理和节能建筑笔记.docx
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物理和节能建筑笔记.docx
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物理和节能建筑笔记
真题部分
13年建筑学基础真题物理部分
选择题
暗适应条件下最大的波长是(507nm)
当室外温度低于(露点温度)时会结露。
填空题
热舒适的四个环境因素(空气温度、空气湿度、空气运动、环境辐射温度)
简答
1.混响和混响时间
声波在室内传播时,要被墙壁、天花板、地板等障碍物反射,每反射一次都要被障碍物吸收一些。
这样,当声源停止发声后,声波在室内要经过多次反射和吸收,最后才消失,我们就感觉到声源停止发声后声音还继续一段时间。
这种现象叫做混响,这段时间叫做混响时间。
2.住宅室内照明应注意的事项
A.眩光(防止灯具的直接眩光,减弱光幕反射)B.颜色(光源的色温和显色性)C.照明的均匀度D、阴影E、环境因素F、照明的稳定度G、消除频闪效应
12年建筑学基础真题物理部分
填空题
1)凡是有温差的地方,都会有(热量)转移现象产生。
2)自然通风的形成原因是由风压和(热压)组成。
3)建筑的热工分区,除了寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区外,还有(严寒地区)
4)衡量光源色彩还原能力的指标是(显色指数)。
5)光强是指光源向一定方向单位立体角内发出的(光通量)。
可见光的波长范围在(380——780nm)之间。
6)人的视觉和认知适应主要以三种方式进行,分别是明适应、暗适应和(色适应)
选择题
在室内空间中,顶界面往往直接暴露在视线中,顶界面设计时,需要考虑哪些功能要求(照明、声学、空调、消防)
我国规定,采暖区居住建筑的南向窗墙比不大于(0.3)
一般而言,气温是指距地面(1.5m)高度的空气温度。
简答:
1、在室内空间中当照度一定时,说明表面反射率与亮度的互相关系(4)物理
当照度一定时,物体反射率越大,亮度越高;物体反射率越小,亮度越低。
11年物理期末试题(声学部分)
论述题
根据混响时间的定义,它是在音质设计中最重要的一个指标。
你认为在一座大型的报告厅设计中,还应当分别考虑哪些因素?
查阅资料,并结合自己在生活中的实际感受加以分析说明。
10年建筑技术方向物理真题
(不含填空选择。
填空主要是热工和光学,选择全部是光学的基本计算题)
简答题
1、光色与显色性特点与应用
2、光源类型与应用
3、配光曲线概念与应用
4、半导体光源特点与应用
5、商业照明特点与设计
1、上海地区外墙经常发霉、剥落,分析其原因和解决办法
2、有人说:
夏天室内开风扇,凉快又节能。
请分析这种观点对不对,为什么?
4、节能回收期动态评估公式及各参数意义
1、选择题:
色温、卤素灯、T5荧光灯含义等...
名词解释:
1、采暖度日数
2、降雨强度
3、夜间降温
4、时滞
5、“F/V~L/A”
6、自遮阳
7、霜洞
8、冷巷
9、被动节能
10、露点温度
书本及课件部分
------------------------------------------------概论--------------------------------------------------
绿色建筑:
是以人为本的设计理念和追求实现的目标。
尽量利用自然条件,与自然和谐的设计策略,减少资源,能源消耗和排废,运用适宜的工程技术创造现在社会的人居环境品质。
物理环境:
是指在城市区域范围或建筑物室内空间,由热(包括温度,湿度),光,声,空气(流速,气味)等因素共同作用的与人们身心健康息息相关的环境条件(品质)。
城市区域的物理环境变化浅析:
热环境,光环境(玻璃幕墙,靡虹灯),声环境,空气环境。
①城市区域的热环境:
上海市区市区5岛效应:
热岛、干岛、湿岛、雨岛、浑浊岛。
②城市区域的光环境:
城市区域上空悬浮微粒和烟尘的增加,导致日照时数的减少。
在城市区域,高层建筑对邻近居住区和房屋建筑的日照、采光有决定性影响。
高反光系数饰面建筑材料引起的高亮度光环境污染、灯光——人工白昼污染、彩光污染。
③城市区域的声环境:
交通噪声、工业生产噪声、建筑施工噪声、社会生活噪声。
利用自然换条件改善物理环境:
在规划、设计中可以利用绿地与水面的降温、增湿作用改善微热环境,利用地形、林带改善空气质量;可以依反射、集光、折射、透射的原理,乃至利用光纤传送,将直射阳光导入室内环境;可以利用天然地形、绿化与地形的组合,以及建筑群的合理布局改善人居声环境。
房屋建筑使用能源:
包括建筑生产过程耗能,建筑物使用、围护过程耗能,以及建筑物解体、拆除过程的耗能。
热工
----------------------------------------1.1室内热环境-----------------------------------------
1、建筑热环境:
是研究人们在建筑空间中的热舒适问题,以采取合理有效的技术措施改善建筑热环境,满足人们对热舒适要求,并达到节能降耗的目的。
2、人体与周围环境的换热方式有对流、辐射、蒸发3种。
3、热平衡状态:
Δq=0。
热舒适的必要条件。
Δq=qm±qc±qr–qw=0W/m
人体新陈代谢对流辐射蒸发
必须使Δq=0,即人体的新陈代谢产热量正好与人体在所处环境的热交换量处于平衡状态。
当达到热平衡状态时,对流换热约占总散热量的25%~30%,辐射散热量占45%~50%,呼吸和无感觉蒸发散热量占25%~30%时,人体才能达到热舒适状态,能达到这种适宜比例的环境就是人体热舒适的充分条件。
人体热平衡的影响因素:
①人体新陈代谢产热量
②对流换热量:
人体与周围环境空气换热的方式。
影响因素:
人体的皮肤温度、环境空气温度、气体流动速度。
③辐射换热量:
温度差即有换热。
影响因素:
人体皮肤温度、室内个表面平均辐射温度。
④蒸发散热量:
人体通过呼吸或皮肤表面出汗蒸发而散发热量的一种方式。
影响因素:
作用于人体的气流速度和环境的水蒸气分压力(即湿度)。
气流速度:
当人体周围空气温度高于皮肤表面温度时,增大气流速度将使对流附加热负荷增加,而气流速度的增大又有利于蒸发散热,此时为取得良好的综合效果,必须选定最佳的风速。
4、人体热舒适受到六项因素的影响:
空气温度、空气湿度、空气运动、环境辐射温度、衣着量、人体活动量
A、室内空气湿度:
·室内空气湿度直接影响人的蒸发散热
·一般认为最适宜的相对湿度应为50%~60%。
在多数情况下,即气温在16~25°时、相对湿度在30%~70%范围内变化,对人体的热感觉影响不大。
·如湿度过低(低于30%)人会感到干燥、呼吸器官不适;湿度过高则影响正常排汗,尤其在夏季高温时,如湿度过高(高于70%)则汗液不易蒸发,令人不舒适。
B、室内风速:
·对人体舒适的气流速度应小于0.3m/s,通风的房间但在夏季利用自然通风的房间,由于室温较高,舒适的气流速度也应较大。
5、室内热环境的综合评价方法:
①有效温度ET(等感温度)——瞬时热感觉,温度湿度风速的综合评价图。
参照标准:
饱和静止空气。
②热应力指数HSI——热应力指数越高,说明人体在维持热平衡时,要求蒸发散热量越大,热环境条件就越差。
0时没有热应力,不冷不热,数值为负时感到冷,数值为正值时感到热。
③预测热感指数PMV——热感觉,绝对值越大,不舒适的程度就越大。
7级,-0.5~+0.5时感到舒适。
6、室内热环境的影响因素:
①室外气候因素:
太阳辐射、气温、空气温度、风、降水
·室外气温是指室外地面1.5m,主要取决于太阳辐射。
②室内的影响因素:
热环境设备的影响、其他设备的影响、人体活动的影响
7、建筑热工设计分区及设计要求:
严寒地区:
累年最冷月平均温度低于或等于-10℃的地区。
主要包括内蒙古和东北北部,新疆北部地区,西藏和青海北部地区。
这一地区的建筑必须充分满足冬季保温要求,加强建筑物的防寒措施,一般可不考虑夏季防热。
寒冷地区:
累计最冷月平均温度为0~-10℃地区。
主要包括华北地区,新疆和西藏南部地区及东北南部地区。
这一地区的建筑满足冬季保温要求,部分地区兼顾夏季放热。
夏热冬冷地区:
累计最冷月平均温度为0~10℃,最热月平均温度25~30℃地区。
主要包括长江中下游地区,即南岭以北,黄河以南的地区。
这一地区的建筑必须满足夏季防热要求,适当坚固冬季保温。
夏热冬暖地区:
累计最冷月平均温度高于10℃,最热月平均温度25~29℃的地区。
包括南岭以南及南方沿海地区。
这一地区的建筑必须充分满足夏季防热要求,一般可不考虑冬季保暖。
温和地区:
累月最冷月平均温度为0~13℃,最热月平均温度18~25℃的地区。
主要包括云南,贵州西部及四川南部地区。
这一地区中,部分地区的建筑应考虑冬季保温,一般可不考虑夏季防热。
我国的建筑热工气候分为五大区:
·严寒地区
·寒冷地区
·夏热冬冷地区
·夏热冬暖地区
·温和地区
8、改善室内热环境的建筑途径:
①太阳辐射热的利用与调节:
窗口设计、透射体设计、被动式太阳能建筑
②优化建筑维护结构热工性能:
保湿性能、隔热、防潮
③自然通风
④绿化
9、城市气候:
·城市气候是指某一地区,在城市化后由于人口高度密集,众多建筑物构成特殊下垫面,高强度的经济活动中消耗大量燃料,释放出有害气体和粉尘以及其他人类生产和生活的影响,改变了该地区原有的区域气候情况,形成一种与周围不同的局地气候称为城市气候。
·现代城市气候研究始于18世纪末、19世纪初的欧洲
·霍华德《伦敦气候》1818提出:
伦敦大雾是城市的产物;伦敦城市中心温度比郊区高
·城市热岛效应:
(城中心温度高于周边地区的现象)
A、形成原因:
1、城市立体化下垫面层比郊区吸收更多太阳辐射能,是形成热岛效应的基本条件;
2、城市立体化下垫面层比郊区自然下垫面层热容量大,日落后城市下垫面降温速度比郊区小;
3、城市上空的污染覆盖层吸收地面长波辐射,如CO2;
4、城市内街道“峡谷”的天空可见度变小,减少了地面长波辐射热损失;
5、城市不透水面积大,地面蒸发小;植被面积小,蒸腾量少;
6、城市建筑密度大,通风不良,不利于热量向外扩散。
B、城市热岛的特征:
1、城市热岛强度只与城市和郊区气温差值有关,而与气温绝对值非线性相关;
2、城市规模越大、人口越多,热岛现象越强;
3、各地区各季节的热岛强弱各不相同;
4、白天热岛效应弱,晚间热岛效应强;
5、晴天无风时热岛强,阴天风大时热岛弱。
C、城市热岛的影响:
1、形成热岛环境;出现热岛环流,或“乡村风”、“城市风”;
2、影响城市区域的降水量和空气湿度;
3、酷热天气日数增多,寒冷天气日数减少。
微气候的定义:
·微气候是由细小垫面构造特性所决定的发生在地表(一般是指土壤表面)1.5—2.0米大气层中的气候特点和气候变化。
·在建筑领域,微气候是指在建筑物周围地面上及屋面、墙面、窗台等特定地点的风、阳光、辐射、气温与湿度条件。
10、城市热气候环境因素:
空气温度、相对湿度、太阳辐射、风向和风速
1、空气温度:
·空气温度取决于地球表面温度
·室外气温通常是指距地面1.5M高、背阴处的空气温度
·影响室外气温的主要因素有太阳辐射、气流状况、地面覆盖情况以及地形等等
·温度的年变化和日变化
2、相对湿度:
·城市环境的绝对湿度:
城市中的日平均绝对湿度比郊区小;
绝对湿度日变化上,白天城市绝对湿度比郊区低,形成“干岛”,夜间一定时段,城市绝对湿度反而比郊区大,形成“湿岛”。
·城市环境的相对湿度:
湿度过高会引起人体不舒适感,利用空调降温时,往往要先除湿再降温;
城市相对湿度与郊区的差异比绝对湿度的差异更为明显
3、太阳辐射:
·地面上受到的太阳辐射照度随当地的地理纬度、大气透明度和季节及时间的不同而变化。
·太阳辐射在透过大气到地面的过程中又受到大气层中臭氧、水蒸汽、二氧化碳等的吸收和反射而减弱。
其中一部分穿过大气层直接辐射到地面的称直接辐射;被大气层吸收后,再辐射到地面的称散射。
·建筑各朝向表面的日辐射照度随季节的变化规律各不相同。
4、风向和风速:
·地区的风向频率图(又称风玫瑰图)表示当地的风向规律。
·风速表示风的强弱,气象学上分为12级。
·地形风:
由于地形的起伏、各种地表材料对太阳辐射吸收率的差异、材料热容量的不同,产生各小区域之间的气压差,因而形成局部性的地形风。
1、海陆风:
在白天,陆上的空气温度较同一纬度上的空气温度为高,热气上升,海上的冷气流即吹向内陆,在夜间,此过程相反。
2、山谷风:
反谷风、反山风
3、花园风、林园风
4、街巷风
5、中庭风
11、气候设计和建筑的被动式气候设计:
·室外实际气候条件—热舒适环境=需要的气候控制
·需要的气候控制—建筑的被动式调控=主动式调控
·被动式气候调节技术:
建筑上调节气候最主要的技术,莫过于室内外温差、太阳辐射以及对风的调节——三项气候因子的调节。
调节气温差的建筑技术就是绝热,调节太阳辐射的建筑技术就是被动式太阳能技术,而风的调节技术则是建筑的防风和通风。
良好的建筑气候对策,就是针对当地气候选择三种调节技术的最佳组合而已。
·建筑绝热:
A.厚重围护结构
B.体型系数:
以最少的表面积包围最大的建筑体积,即减少与室外环境的接触,平面和立面的凹凸不宜过多。
极端的做法就是掩土建筑。
C.温度阻尼区:
以次要空间包围主要居住空间。
·被动式太阳能技术:
第3节
被动式太阳能采暖(温室效应)
第4节建筑遮阳
·自然通风
----------------------------------------1.2传热基本知识-----------------------------------------
一些概念:
温度场:
·某瞬间,物体内个点的温度分布成为温度场,有空间坐标与时间组成函数,t=f(x,y,z,T)
·类型:
稳定温度场
不稳定温度场
·建筑:
一维稳定温度场,t=f(x);一维不稳定温度场,t=f(x,T)。
等温面:
温度场中同一时刻,温度相同的各点相连所形成的面。
不同温度的等温面绝对不会相交。
温度梯度:
温度差Δt与沿法线方向两个等温面之间距离Δn的比值的极限。
热流密度(热流强度):
在单位时间内,通过等温面上单位面积的热量,单位W/m2。
1、传热的基本方式:
导热、对流、辐射
2、导热:
由温度不同的质点在热运动中引起的热能传递现象。
导热系数λ——反映了壁体材料的导热能力,在数值上等于:
当材料层单位厚度的温度差为1k时,在单位时间内通过1m2表面积的热量。
导热系数的影响因素:
①材质:
λ小于0.3——绝热材料。
②材料干密度:
密实、干密度大,空隙少,导热性能越强。
泡沫混凝土,加气混凝土等一类多孔材料。
③材料含湿量:
含湿量增大,导热系数值增大。
课后题:
材料导热系数的物理意义是什么?
受哪些因素影响?
试举出一些建筑材料例子说明?
反映材料的导热能力金属非金属液体气体物体种类及结构成分的影响----如矿棉,泡沫塑料等材料的λ值比较小,而砖砌体,钢筋混凝土等材料的λ值比较大,如钢材,铝合金等的导热系数就更大
3、对流:
由温度不同的各个部分流体之间发生相对运动、互相参合而传递热能。
只发生在流体之中或者固体表面和与其紧邻的运动流体之间。
单纯的对流并不存在,必然伴随着导热。
对流产生原因:
1、自然对流:
是由于流体冷热不同的密度不同引起的流动。
2、受迫对流:
是由于外力作用(如风吹、泵压等)而迫使流体产生对流。
受迫对流中必然包含着自然对流换热。
受迫对流换热主要取决于温差的大小、风速的大小、固体表面的粗糙度。
表面对流换热:
在空气温度与物体表面的温度不等时,由于空气沿壁面流动而是表面与空气之间多产生的热交换。
影响因素:
温度差、热流方向、气流速度、物体表面状况等。
4、辐射:
·凡温度高于绝对零度的物体,都可以发射同时也接受热辐射。
·电磁波方式,真空中也发生。
按照物体的辐射特性分类:
①黑体:
能发射全波段的热辐射,在相同的温度条件下,辐射能力最大。
②灰体:
其辐射光谱具有与黑体辐射光谱相似的形状,且对应每一波长的单色辐射能力Eλ,与同温同波长的黑体Eλ,b的比值ε为一常数,ε为“发射率”或“黑度”。
——大多数建筑材料可看作灰体。
③选择性辐射体:
只能吸收和发射某些波长的辐射能,并且其单色辐射本领总小于同温度黑体同波长的单色辐射本领。
·凡能将辐射热全部反射的物体称为绝对白体;
·能全部吸收的称为绝对黑体;
·能全部渗透的为绝对透明体或透热体;
辐射本领E:
物体对外放射辐射能的能力。
与辐射系数成正比。
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。
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。
物体辐射能力越大,对外来辐射的吸收能力也愈大。
5、温室效应:
(大气保温)
CO2、玻璃等可以透过短波辐射而阻碍长波的特征。
在建筑中应用最多的净片平板玻璃对于可见光的透过率高达85%,其反射率仅为7%,显然是相当透明的材料,用这种玻璃制作的温室,能透入大量的太阳辐射热而阻止室内的长波辐射向外投射的现象。
6、平壁传热过程:
内表面吸热、材料层导热、外表面散热
·稳定传热:
是指我们所研究的物体或者体系,无论是整体还是局部都保持与时间无关的恒定温度状态,或者说在传热过程中,各点的温度都不随时间而变。
·封闭空气间层的传热:
①在建筑围护结构中采用封闭空气间层可以增加热阻,,并且材料省、重量轻,有效而经济;
②如果构造技术可行,在围护结构中用一个厚的空气间层不如用几个薄的空气间层;
③为了有效的减少空间层的辐射传热量,可以在间层表面涂贴反射材料,一般在一个表面图贴,并且是在温度较高一侧的表面,以防止间层内结露。
课后题:
分析封闭空气间层的传热特性,在围护结构够设计中如何应用封闭空气间层?
空气间层的传热过程与实体材料层的传热迥然不同,是在有限封闭空间内两个表面之间进行的热传移的过程,是导热,对流和辐射三种传热方式综合作用的结果。
其强度主要取决与对流和辐射换热的强度。
在有限封闭空间内空气伴随着导热会产生自然对流换热,对流换热的强度与间层的厚度,位置,形状等因素有关。
设计应用:
1在建筑维护结构中采用封闭空气间层可以增加热阻,并且材料省,重量轻,是一项有效而经济的技术措施;2如果构造技术可行,在维护结构中用额厚的空气间层不如用几个薄的空气间层;3为了有效的减少空气间层的辐射传热量,可以在间层表面涂贴反射材料,一般在一个表面涂贴,并且是在温度较高的一侧的表面,以防止间层内结露。
·平壁的周期性传热:
围护结构的热流量以及结构内部的温度分布随着时间而变动的传热过程称为不稳定传热。
简谐热作用:
温度随时间成正弦函数或余弦函数的规律变化。
半无限厚平壁在简谐作用下传热的特征:
①平壁表面及内部任一点x处的温度,都会出现介质和介质温度周期Z相同的简谐波动;
②从介质到壁体表面及内部,温度波动的振幅逐渐减少——温度波的衰减;
③从介质到壁体表面及内部,温度波动的相位逐渐向后推延——相位延迟,亦即从外到内各个面出现最高温度的时间向后推延。
7、材料蓄热系数(S):
简谐波作用下,半无限厚物体表面热流波动的振幅与温度波动振幅的比值。
物理意义:
半无限厚材料对简谐波热作用的敏感程度。
在同样热作用下,材料的蓄热系数越大,温度波动就越大。
8、热惰性(D):
表征围护结构在谐波热作用下反抗温度波动的能力。
---------------------------------------1.3建筑保湿与节能--------------------------------------
1、建筑保温途径:
①建筑体型的设计,应尽量减少外围护结构的总面积
②围护结构应具有足够的保温性能
③争取良好的朝向和适当的建筑物间距
④增强建筑物的密闭性,防止冷风渗透的不利影响
⑤避免潮湿,防止壁内产生冷凝
2、围护结构保温设计依据:
①基本指标:
围护结构最小总热阻——依据室内温度和围护结构内表面温度的温度差。
②《民用建筑设计标准》:
建筑物体形系数宜控制在0.3及0.30以下,如果形体系数大于0.30,则屋顶和外墙应加强保温。
③《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》:
规定该地区条形建筑物的体形系数不应超过0.35,点式建筑物的体形系数不应超过0.40
④《公共建筑节能设计标准》:
除居住建筑的公共建筑,严寒,寒冷地区建筑的体形系数应小于或等于0.40
建筑保温设计综合处理的基本原则:
充分利用可再生资源;防止冷风的不利影响;选择合理的建筑体形与平面形式;使房间具有良好的热特性与合理的供热系统。
3、最小传热阻:
围护结构最小传热阻的物理意义是什么?
计算式中[Δt]值大小的含义又是什么?
为什么要作温差修正?
为什么要做蓄热系数和导热系数的修正?
答:
①物理意义:
是依据室内计算温度与围护结构内表面温度的允许温差确定的.按此热阻值进行设计,能够保证在采暖系统正常供热及室外实际空气温度不低于室外计算温度前提下,围护结构内表面温度不致低于室内空气的露点温度.
②[Δt]:
室内空气与围护结构内表面之间的允许温差.
③因为围护结构与其所处情况的不同,则其室内外温度也会有所差异,因此为了避免出现保温性能的隐患
④在围护结构保温设计中,由于建筑材料和构件种类繁多,情况各异,加之围护结构的保温性能又是以其最小传热阻为指标,材料导热系数的取值是否符合实际情况往往是保温设计成败的关键,何况影响材料导热系数的因素较多,实际情况又难以预料.为了避免出现保温性能的隐患,凡符合表1.3-4中所列材料,构造,施工,地区及使用情况的,在计算围护结构实际传热阻时,材料的导热系数λ和蓄热系数S应按表中所规定的修正系数α予以修正,即将按附录表I查得的数值乘以α值。
4、经济传热阻:
是指围护结构单位面积的建造费用(初次投资的折旧费)与使用费用(由围护结构单位面积分摊的采暖运行费和设备折旧费)之和达到最小值时的传热阻。
5、围护结构保温层在构造上有几种设置方式?
各有何特点?
你所在地区常见的保温构造属于何种方式?
答:
1)保温,承重合二为一
如承重材料或构件除具有足够的力学性能外,还有一定的热阻值,二者就能合二为一。
例如混凝土空心砌块,轻质实心砌块等。
这类构造简单,施工方便,能保证保温构造与建筑同寿命,多用于低层或多层墙体承重的建筑。
2)单设保温层
用导热系数较小的材料做保温层,铺设或粘贴在承重层上。
由于保温层和承重层分开设置,对保温材料选择的灵活性比较大,不论是板块状纤维状以致松散颗粒材料,均可应用。
3)复合构造
除采用实体保温层外,还可以用封闭空气间层作为保温构造,通常采用单层或多层封闭空气间层与带低辐射贴面的封闭空气间层。
这样既有效的增加围护结构的传热阻,满足保温要求,也可减轻围护结构的自重,使承重结构更经济合理。
复合构造大体上可分:
外保温、内保温、中间保温。
从建筑热工角度上看,外保温优点较多,但内保温往往施工比较方便,中间保温则有利于用松散填充材料做保温层。
6、窗有哪些传热特点?
应从哪几个方面提高其热工性能?
答:
窗的作用是多方面的,作为围护结构的一部分同样应具有保温或隔热,得热或散热的作用。
从围护结构的保温性能来看,窗是保温能力最差的部件。
主要原因是窗框,床樘,窗玻璃等的热阻太小,还有经缝隙渗透的冷风和窗洞口的附加热损失。
①提高玻璃的保温性能:
双层玻璃;LOW-E玻璃;双层玻璃中间设置窗帘
②控制各向墙面的开窗面积窗墙比:
北
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