建筑物理课件

授课课件建筑物理钱城青岛理工大学建筑学院2013年1月建筑热工学篇主要内容本篇介绍建筑热工的基本知识，围护结构传热的基本原理，不同气候条件下建筑物的保温、防热和防潮原理及综合处理措施，建筑日照的基本原理，建筑日照间距的概念。第一篇建筑热工学第一章建筑热工学基础知识第一篇建筑热工学基本内容：1、室内、外热湿作用的基本概念，建筑热工环境影响因素，人体热平衡和热舒适概念。2、建筑围护结构传热基本方式和过程。3、建筑围护结构传热特性和影响因素。4、建筑热工设计分区和有关设计规范要求。1·1室内热湿环境室内热湿环境构成要素：室内空气温度、空气相对湿度、气流速度、环境辐射温度人体热舒适影响：热平衡⊿q=0;正常比例散热。室内热湿环境热舒适评价方法：（新）ET法、PMV法湿空气物理性质，相对湿度，露点，例1-1。第一篇建筑热工学第一篇建筑热工学1·2室外热湿环境地区性气候及特征：空气温度、空气湿度、太阳辐射、风。建筑气候分区及设计基本要求：严寒、寒冷、夏热冬冷、夏热冬暖、温和。城市气候及成因：空气温度和辐射温度、城市风和紊流、湿度和降水、太阳辐射与日照。城市热岛及成因，热岛强度。第一篇建筑热工学分区名称主要指标辅助指标设计要求严寒地区累年最冷月平均温度≤-10℃——必须充分满足冬季保温，一般可不考虑夏季放热寒冷地区累年最冷月平均温度0~-10℃——应满足冬季保温，部分地区兼顾夏季放热夏热冬冷地区累年最冷月平均温度0~10℃，最热月平均温度25~30℃——必须满足夏季放热，适当兼顾冬季保温夏热冬暖地区累年最冷月平均温度＞10℃，最热月平均温度25~29℃——必须充分满足夏季放热，一般可不考虑冬季保温温和地区累年最冷月平均温度0~13℃，最热月平均温度18~25℃——部分地区考虑冬季保温，一般可不考虑夏季放热建筑热工设计分区及设计要求第一篇建筑热工学1·3建筑围护结构传热基础知识导热和付立叶导热定律：围护结构传热Q=q·F，热流强度q=λ·⊿θ/d。导热系数λ及影响因素：材料种类、材料容重或密度、材料含湿量、环境温度。围护结构传热：对流、辐射、导热。围护结构传热过程：表面吸、放热，结构本身从高温处向低温处传热。第一篇建筑热工学第二章建筑围护结构的传热计算与应用基本内容：1、稳定传热下围护结构热工计算，顺序布置方式下的热阻计算2、周期性传热特征和指标3、建筑保温与节能的计算4、建筑围护结构隔热标准5、室外综合温度和围护结构内表面最高温度的计算2·1稳定传热稳定传热：平壁的内、外表面温度保持稳定时，则通过平壁的传热情况亦不会随时间变化。稳定传热特征：q处处相等;同一材质温度分布呈直线关系，即温度随距离分布斜率不变；不同材质中，即不同导热系数下的温度随距离分布斜率与该层的导热系数成反比。围护结构热阻：R=R1+R2+R3+…=d1/λ1+d2/λ2+d3/λ3+…围护结构内、外表面热阻：Ri、Re围护结构的总热阻：R0=Ri+R+Re，例2-2第一篇建筑热工学第一篇建筑热工学2·2建筑保温与节能计算建筑保温与节能主要用于严寒和寒冷地区围护结构热工性能权衡判断的依据，也是评价采暖建筑节能设计的一个重要指标。建筑物耗热量计算：单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量qH·T，总建筑面积、围护结构临空总面积或外表面积；单位建筑面积的空气渗透耗热量qINF；单位建筑面积的建筑内部得热qI·H建筑物耗热量指标计算：qH=qH·T+qINF－qI·H建筑采暖耗煤量计算：qC=24·Z·qH/HC·η1·η2，例2-3第一篇建筑热工学2·3周期性不稳定传热谐波热作用及特征：同周期性、振幅衰减性、相位延迟性。谐波热作用的有关热工指标：蓄热系数S、热惰性指标D、材料层表面Yf、总衰减度、延迟时间。热惰性指标D计算：D=D1+D2+D3+…=R1·S1+R2·S2+R3·S3+…围护结构性质：薄层结构D1.0、厚层结构D≥1.0，例2-4第一篇建筑热工学2·4建筑隔热设计控制指标计算室外综合温度：tsa=te+ρS·I/αe－tIr太阳辐射等效温度或当量温度：ts=ρS·I/αe。隔热设计标准：θi,max≤te,max围护结构内表面最高温度θi,max=θi+Aif，例2-5、例2-6第一篇建筑热工学第三章建筑保温与节能基本内容：1、建筑保温设计要求、依据和构造2、采暖建筑室内热环境质量分析3、保温构造类型和特点4、保温材料的分类5、被动式太阳能在建筑中的利用第一篇建筑热工学3·1建筑保温与节能设计策略充分利用太阳能防止冷风的不利影响选择合理的建筑体形与平面形式房间具有良好的热工特性、建筑具有整体保温和蓄热能力建筑保温系统科学、节点构造设计合理建筑物具有舒适、高效的供热系统第一篇建筑热工学3·2非透明围护结构的保温与节能建筑保温的最小传热阻：R0,min=（ti－te）·n·Ri/[⊿t]建筑节能与传热系数限值：居住建筑；公共建筑建筑能耗控制与围护结构热工性能权衡判断法：参照建筑；计算参照建筑和所设计建筑的全年采暖和空调能耗；做出权衡判断楼地面的保温节能与热舒适性第一篇建筑热工学3·3保温材料与构造建筑保温材料：密度对导热系数的影响；湿度对导热系数的影响；保温材料的选择保温构造类型：单设保温层；封闭空气间层；保温与承重相结合；混合型构造单设保温层复合构造形式及特点：温度应力；蓄热性；内部冷凝；旧房节能改造；倒铺屋面USD第一篇建筑热工学3·4透明围护结构的保温与节能建筑外窗与透明幕墙的保温与节能：提高气密性，减少冷风渗透；提高窗框保温性能；改善玻璃的保温能力外门的保温与节能：满足热阻或传热系数限值透明围护结构的节点构造设计：密封、弹性、防潮、保温、遮阳第一篇建筑热工学3·5被动式太阳能利用设计直接受益式：直接、简单、方便，蓄热性差、眩光集热墙式：蓄热性好、热稳定性好，采光受限附加日光间式：综合效果好，结合景观、娱乐多功能性被动式太阳能采暖与建筑设计相结合例3-1第一篇建筑热工学第四章建筑围护结构的传湿与防潮基本内容：1、建筑围护结构的传湿过程和特点2、湿状况原因和防止措施，围护结构表面及内部的传湿控制3、水蒸汽渗透和内部冷凝概念，凝结产生的条件及防控措施第一篇建筑热工学4·1建筑围护结构的传湿材料吸湿特性：材料中的水分主要为液态形式，材料与环境热湿平衡，吸湿湿度，平衡湿度。图4-1。围护结构中的水分迁移：气态扩散方式；液态毛细渗透方式。有时会产生内部冷凝，内部冷凝判断；冷凝界面。图4-3。围护结构水蒸气渗透强度：ω=（Pi－Pe）/H0围护结构的总水蒸气渗透阻：H0=H1+H2+H3+…=d1/μ1+d2/μ2+d3/μ3+…，例4-1。第一篇建筑热工学4·2围护结构的防潮防止和控制表面结露：表面温度；相对湿度；露点；通风除湿。防止和控制内部冷凝：合理布置材料层的相对位置；设置隔气层；设置通风间层或泄气沟道；冷侧设置密闭空气层。图4-12、图4-13。第一篇建筑热工学4·3夏季结露与防止措施夏季结露及其危害：热舒适；室内卫生；生理作用；心理影响。夏季结露成因：差迟凝结。室外空气高温高湿；室内某些表面热惰性大，使其温度低于露点温度；室外高温高湿空气与室内低温表面接触。防止夏季结露措施：架空层、空气层、材料层、呼吸、密闭、通风、空调防止夏季地面泛潮：蓄热系数小、黄梅期材料、垫层、门槛腰门防湿空气进入、视空气湿度关窗或开窗第一篇建筑热工学第五章建筑防热与节能基本内容：1、夏季室内过热原因和防热途径2、围护结构隔热设计和构造，房屋自然通风3、自然能源在防热降温和空调节能中的应用第一篇建筑热工学5·1热气候特征与防热途径热气候特征与我国炎热地区的范围：系指累年最热月平均气温高于或等于25℃的地区；分干热区、湿热区。热气候特征与建筑设计原则：规划布局；建筑平面；建筑措施；建筑形式；材料选择；被动技术利用。室内过热原因：围护结构向室内传热；透进的太阳辐射热；通风带入的热量；室内产生余热。防热措施：被动式措施，减弱室外热作用；外围护结构隔热；房间自然通风和电扇调风；窗口遮阳；利用自然能。主动式措施，机械通风降温；空调设备降温第一篇建筑热工学5·2屋顶与外墙的隔热设计外围护结构隔热设计的原则：重点屋面，其次西墙和东墙；降低室外综合温度；外围护结构内部设置通风间层；合理选择外围护结构的隔热能力；利用水蒸发和植被对太阳能的转化降温；充分利用自然能源；屋顶和东、西墙进行隔热计算；空调建筑围护结构的传热系数应符合国标。屋顶和外墙的隔热设计：屋顶隔热，实体材料层和带封闭空气间层；通风屋顶；阁楼屋顶；植被隔热屋顶；蓄水屋顶；加气混凝土蒸发屋面；淋水玻璃屋顶；成品隔热板屋顶。外墙隔热，空心砌块墙；钢筋混凝土空心大板墙；轻骨料混凝土砌块墙；复合墙体。第一篇建筑热工学5·3窗口遮阳遮阳的目的与要求：目的为防止室内过热；室内眩光；过强紫外线伤物。遮阳要求夏天防热，但不影响冬天日照；晴天遮直射光，阴天保证房间照度；减少遮阳构件的挡风作用，最好能起导风入室作用；兼做防雨；不妨碍观景视野；构造简单、经济耐久；与建筑造型协调统一。遮阳形式和效果：水平式，遮挡南向或北回归线以南低纬地区北向窗口正午时分。垂直式，遮挡东北向窗口日出时分或西北向窗口日没时分。综合式，遮挡东南向窗口上午或西南向窗口下午。外遮阳系数SD：SD＝QS／QN，SD小，遮阳效果好。遮阳构造形式和计算第一篇建筑热工学5·4房间的自然通风自然通风的机制：风压；热压；自然通风的效果：风向投向角，背风向漩涡区；穿堂风气流路线应流过人的活动范围；室内风速达到0.3m/s以上。建筑朝向、间距与建筑群布局：朝向主导风向；适宜风向投向角和间距；行列式，包括并列、错列、斜列；自由式；周边式。房间适宜的开口和气流组织、门窗通风、绿化改善、建筑平、剖面处理第一篇建筑热工学5·5自然能源利用与防热降温建筑防热设计中可利用的自然能源：太阳辐射能；有效长波辐射能；夜间对流；水的蒸发能；地冷能。有效长波辐射散热：加强夜间房间外表面通过长波辐射向天空散热；白天铺反射系数大的覆盖层减少太阳短波辐射，夜间收起。也可以屋面涂刷选择性涂料，使屋面短波辐射吸收小而长波辐射本领强，如刷白浅色面砖，适于日夜温差较大的地区降温。被动蒸发冷却：外表面涂刷吸湿材料，如氯化钙。地冷空调：地下人防空间、山体岩洞等巨大蓄冷量第一篇建筑热工学5·6空调建筑节能设计合理确定空调建筑的室内热环境标准合理设计建筑平面与体形改善和强化围护结构的热工性能窗户隔热和遮阳空调房间热环境的联动控制(自然通风＋电扇通风＋空调器降温)第一篇建筑热工学第六章建筑日照基本内容：1、日照的基本原理2、建筑日照间距和规范的有关要求3、太阳位置的影响因素第一篇建筑热工学6·1日照的基本原理日照的作用和建筑对日照的要求：提高热舒适；有利于保温、节能；卫生健康；生理作用；心理影响；视觉效果。地球绕太阳的运行规律：公转；黄道面；近日点；远日点；椭圆面；自转；地轴；偏角66°33′、23°27′；地心；赤道；南半球；北半球；季节；北回归线；南回归线；经度；纬度，太阳赤纬角δ。太阳高度角hs和方位角As：与地理纬度、季节、时间有关。地方时与标准时：北京时间属于东八区；例6-1～6-4。第一篇建筑热工学6·2棒影图的原理及其应用棒影日照图基本原理：太阳光视为平行光；准确的几何关系；棒高、影长和落点反映了或反推出太阳相对地球的方位、高度角。棒影日照图基本应用：阴影区、日照区、日照时间、日照面积或范围、日照间距；各种日照软件。住宅日照标准：冬至日；大寒日；多层；高层；满窗日照；1小时；2小时；国标和地标。第二篇建筑光学建筑光学篇主要内容本篇介绍人眼基本视觉特性，基本的光度单位，眩光成因和材料的光学特性；天然采光，采光标准，各种采光口形式和特点，采光计算概念，基本的采光设计；各种电光源的特性，光环境设计和室