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建筑物理热学和光学 建筑物理热学和光学知识点和练习题 建筑物理热学和光学知识点和练习题第一讲习题 建筑热环境基础知识 1 建筑热环境设计目标的目标是什么？健康，舒适，高效，以最好的能源消耗提供最舒适的工作和居住环境，提高生活质量。 2、传热基本方式有哪几种 传热基本方式有哪几种？导热、对流、辐射 传热基本方式有哪几种3、什么是温度场、温度梯度、 热流密度 、什么是温度场、温度梯度、 热流密度？温度场：在任一瞬间，物体内各点温度分布的总称。 温度梯度：在温度场中，温度在空间上改变的大小程度。热流线：与等温线垂直，且指向温度降 低的方向 4、影响导热系数数值的因素有哪些？物质的种类（液体、气体、固体）、结构成分、密度、湿 、影响导热系数数值的因素有哪些 度、压力、温度等 5、辐射换热的特点？1.能在真空中进行 2.高温物体向低温物体辐射能量的同时，低温物体也能 辐射换热的特点？ 向高温物体辐射能量， 若处于热平衡状态， 辐射和吸收等过程仍不停进行， 净辐射换热量等于零。 3.程中伴随有能量形式的转换 4.辐射和吸收等都具有波长的选择性，即只能辐射和吸收一定波 长的能量 6、什么是反射系数、吸收系数、透射系数？反射系数，在传输线相交结点处反射波电压 、什么是反射系数 吸收系数 透射系数 与入社波电压之比 垂直于光束方向的水层元内单位厚度的吸收 是透过材料或介质的光通量或辅通量与入射通量之比7、什么是黑体、白体、灰体？黑体：对外来辐射全吸收的物体， 、什么是黑体、白体、灰体？ 白体：对外来辐射全反射的物体， 透明体：对外来辐射全透过的物体 灰体：自然界中介于黑体与白体之间的不透明物体。建筑材料多数为灰体。 8、试叙述玻璃的温室效应 、 玻璃温室是因为太阳辐射主要的形式是短波辐射（波长较短的紫外线） ，射到地面后产生热量变 为了长波辐射（波长较长的红外线） ，而玻璃能够阻挡长波辐射进出，使得室内环境温度不断上 升。 9、描述湿空气的物理量有哪些？饱和水蒸气分压力 实际水蒸气分压力 绝对温度 相对温度 露 、描述湿空气的物理量有哪些？ 点温度 10、什么是露点温度（td）？露点温度指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱 、什么是露点温度（ 露点温度 和时的温度 11、室内热环境构成要素：以人的热舒服程度为评价标准；人的热舒服受环境影响的因素有哪 、室内热环境构成要素： 人的热舒服受环境影响的因素有哪 些？室内空气温度空气湿度气流速度（室内风速）环境辐射温度（室内热辐射） 12、作为室内规定的计算温度是：冬季室内气温一般应在 16 温多规定为 24 时、相对湿度在 30% 28 。 60% 。在大多数情况下，即气温在 1625 70% %范围内变化，对人体的热感觉影响不大 13、一般认为最适宜的相对湿度应为 50% 22 ，夏季空调房间的气 14、什么叫“负荷热平衡 ？人体依靠自身一定范围的生理代谢调节机能，在环境过热或过冷 、什么叫 负荷热平衡 负荷热平衡” 状况下所保持的人体热平衡，称为“负荷热平衡” 15、干热地区的拱顶和穹顶建筑有何优点？可以增加室内的高度和屋顶的面积，使室内比较宽 、干热地区的拱顶和穹顶建筑有何优点？ 拱顶和穹顶建筑有何优点 亮，也使屋顶吸收的平均热量下降，夜晚的冷风客气轻易地带走穹顶表面的热量使其迅速冷却， 另外穹顶相互遮挡的特点，是一部分屋顶处于阴影区吗，减少向室内的传热量，夏季屋顶包裹在 青枝绿叶中，既美观又减少屋顶的太阳热辐射 16、 结合气候设计的五大要素是什么？ 1. 空气温度 2. 太阳辐射 3. 大气湿度 4. 气压与风 5. 凝结与降水17、什么是太阳常数？地球在日地平均距离处与太阳光垂直的大气上界单位面积上在单位时间内所接收太阳辐射的所 有波长总能量 18、什么是长波辐射与短波辐射？太阳辐射波长主要为 0.15-4 微米，其中最大辐射波长平均为 、什么是长波辐射与短波辐射？ 0.5 微米；地面和大气辐射波长主要为 3-120 微米，其中最大辐射波长平均为 10 微米。习惯上 称前者为短波辐射，后者为长波辐射。 19、什么是城市热到现象？避免或减弱热岛现象的措施？所谓城市热岛效应， 、什么是城市热到现象？避免或减弱热岛现象的措施 ，通俗地讲就是城 市化的发展，导致城市中的气温高于外围郊区的这种现象。 措施：大力发展城市绿化 节能减排 合理安排建筑布局和城市规划 20、什么是室外气温？指距地面 15m 处百叶箱内的空气温度。 21、我国的气候分为哪五大区？高原气候区 热带季风区 亚热带季风性湿润气候 温带季风气候 、我国的气候分为哪五大区？ 温带大陆性气候 22、我国气候三大特点？显著的季风特色，明显的大陆性气候和多样的气候类型。 、我国气候三大特点？ 23、根据空气温度、湿度、太阳辐射等项因素，将世界各地划分为几个气候区？分别是什么？ 赤道带、副赤道带、热带、副热带、温带、副北极带（副南极带）和北极带（南极带）等七个气 候带第二讲习题 围护结构传热的 3 个基本过程？表面吸热-冬季内表面从室内吸热，夏季外表面从室外空间吸热；结构传热-热量由高温表面传向低温表面 ；表面放热-冬季外表面向室外空间散发热 量，夏季内表面向室内散热。 2、结构传热分为哪两种方式？稳定传热、不稳定传热 3、绝热材料可以归纳为三类，分别是：轻质成型材绝热 空气层绝热 反射绝热4、试叙述导热系数与温度、 湿度、和密度的关系？ a）温度升高时，分子运动加强，使实体部分的导热能力提高；同时，空隙中的对流、导热和辐射能力也加强，从而材料的导热系 数增加。b）湿度的影响 各种材料与潮湿的空气接触后，材料总会吸收一些水分，材料受潮后， 由于孔隙中有了水分，增加了水蒸气扩散的传热量，还增加了毛细孔中液态水分所传导的热量， 导热系数将显著增大 c）密度的关系 密度即 单位体积的材料重量，密度小的材料内部孔隙多， 由于空气导热系数很小，故密度小的材料导热系数也小，良好的保温材料多是孔隙多、密度小的 轻质材料，但当密度小到一定程度后，在加大孔隙，大的孔隙中空气对流作用增强，对流换热增 加，加大了材料的导热能力。因此，轻型（如纤维）材料有一个最低导热系数的密度界限。 5、空气间层的热阻主要取决于什么？间层两个表面间的辐射和对流换热的能力 6、叙述减少空气间层传热，提高间层热阻方法。1）将空气间层布置在维护结构的冷侧，降低 ）将空气间层布置在维护结构的冷侧， 间层的平均温度，减少辐射换热量。 ）在间层壁面上涂贴辐射系数小的反射材料， 间层的平均温度，减少辐射换热量。2）在间层壁面上涂贴辐射系数小的反射材料，目前建筑中 采用的主要是铝箔。 采用的主要是铝箔。 7、什么是材料的蓄热系数（S）？ 、什么是材料的蓄热系数（ ）？ 第三讲习题 1 围护结构的作用有哪些？根据在建筑物中的位置,围护结构分为外围护结构和内围护结构。外围护结构包括外墙、屋顶、侧窗、外门等，用以抵御风雨、温度变化、太阳辐射等，应具有保温、 隔热、隔声、防水、防潮、耐火、耐久等性能。内围护结构如隔墙、楼板和内门窗等，起分隔室 内空间作用，应具有隔声、隔视线以及某些特殊要求的性能。围护结构通常是指外墙和屋顶等外 围护结构。2 什么是构件热阻（R）？热阻与热流密度（q）又怎样的关系？建筑构件的热阻是表示热流通过 构件时遇到的阻力，或者说是某建筑构件抵抗热流通过的能力。在同样的温差下，热阻越大，通 过材料的热量就越少， 也就是从外部进入房间内部或从房间内部流到室外的热量少， 这样热阻大 当某一足够厚度的单一材料层一侧受到谐波热作用时， 通过表面的热流波幅与表面温度波幅的比值，可表征材料热稳定性的优劣。单位：W/ (m2K)。 的建筑维护结构对建筑物起到隔热、保温的作用。在冬暖夏热的南方地区，建筑的防热与隔热具 有非常重要的意义，如果某建筑维护结构的隔热性能好，那么，既节约空调能耗，又为人们的生 活和工作提供了舒适的环境。3 外墙和屋顶建筑作为外围护结构的主体部分，设计过程中应考虑那些方面？第一尽可能减少资 源能源的消耗，第二把环境直接和建筑的污染降到最低，第三保护自然生态环境，第四创造健康 舒适的室内外环境。第五使建筑功能质量目标统一，第六使建筑生态、经济取得平衡。 4 如何提高空气层的保温能力 如何提高空气层的保温能力？1 将空气间层布置在维护结构的冷侧，降低间层的平均温度，减 少辐射换热量。2 在间层壁面上涂贴辐射系数小的反射材料，目前建筑中采用的主要是铝箔。3 减少对流 5 试述外保温的优点有哪些？1 降低结构温度应力作用， 提高承重结构耐久性 2 室内热稳定性 试述外保温的优点有哪些？ 好 3 有效防止围护结构内部产生凝结水 4 降低热桥的热损失，防止热桥内布局部结露、霉变 5 对改造旧房有利，不占室内空间 6 什么叫热桥？在围护结构中，常有保温性能远低于主体部分的嵌入构件，这些部位的传热量比主体部分大得多，所以他们内表面的温度也比主体部分低，在建筑热工学中，把这些容易传热的 部分叫“热桥” 7 屋顶保温-USD 构造法有哪些优点？ 采用外保温的屋面，传统的做法是保温层上面做防水层，由于防水层的水蒸气透过能力很差，使 屋面容易产生内部结露。同时防水层直接暴露在大气中，受日晒、交替冻融等影响，极易老化和 破坏。USD 构造法有可能完全消除内部结露的可能性，又使防水层得到保护 窗户的保温设计主要考虑以那些方面？ 8 窗户的保温设计主要考虑以那些方面？控制窗墙面积比，提高气密性， 减少冷风渗透 如何提高窗户的保温能力 9 如何提高窗户的保温能力？a）改善窗框保温性能。首先，将薄壁实腹型材改为空心型材，内 部形成封闭空气层，提高保温能力。其次，开发塑料构件，第三，用保温砂浆、泡沫塑料等填充 密封窗框与墙之间的缝隙。b）改善窗玻璃部分的保温能力。用双层窗（间隔以 4-5cm 为宜）或 b 双玻窗（双玻窗的空气间层厚度以 23cm 为最好）增加窗扇或窗玻层数，提高窗户保温能力。因 为层与层之间的空气层，加大了窗的热阻 c）合理选择窗户类型。窗的大小、窗的朝向等 10、被动式太阳房的主要集热方式有哪些？并分别叙它们的工作原理。直接受益式集热墙式 附加阳光间式 另外有：屋顶池式和对流环路式 直接受益式的特点：南向大窗口，冬季白天使大量阳光透入，夜间则用专门的保温窗帘或保温板 遮挡窗口。室内地面需用蓄热能力大的材料，如砖或混凝土等做成，在白天吸热并储存热量，夜 间不断向室内释放，使室内维持一定温度，其他朝向的各面围护结构则尽量加强保温，减少热量 散失。集热蓄热墙式 集热蓄热墙式有透光玻璃外罩和蓄热墙体组成，其间留有空气间层，有的在墙体的下部和 集热蓄热墙式 上部设有进出风口；阳光简式：有阳光间与主体房间相邻，阳光间不但有很大的窗口其地面也是阳光简式： 阳光简式 蓄热体，阳光通过玻璃照射到蓄热体上，储存热量，提高室内温度，而主体房间是通过与阳光间 相邻的墙或窗获得热量。夜间用保温窗帘将阳光间与主体间隔开。为防止阳光间夏季过热，在 窗上方应有可调节的排气孔和遮阳措施。 有作为蓄热体的装满水的密封袋和其下的金属薄板顶棚 及顶部可移动的保温盖板组；一般是指利用附加在房间南向的空气集热器向房间供热 第四讲习题1空气的湿状况对外围护结构有何影响？什么是围护结构的蒸气渗透？如何判别围护结构内部是否会出现冷凝现象，防止和控制内部冷凝措施？ 部是否会出现冷凝现象，防止和控制内部冷凝措施？材料受潮后，导热系数将增大，保温能 内部冷凝措施 力就降低。湿度过高，材料的机械强度将会降低，对结构产生破坏性的变形。有机材料还会腐 朽，从而降低结构的使用质量和耐久性。材料受潮，对房间的卫生情况也有影响。潮湿的材料 有利于繁殖霉菌和微生物，这些菌类会散布到空气中和物品上，危害人体健康，使物品变质。当室内外空气中的含湿量不等， 也就是围护结构的两侧存在着水蒸气分压力差时， 水蒸气分子就会 从分压力高的一侧通过围护结构向分压力低的一侧渗透扩散或迁移，这种传湿现象叫蒸气渗透。 判断冷疑现象：1.根据室内外空气的温度和相对湿度，确定水蒸气分压力 Pm 和 Pi，然后按下列 公式求各层的水蒸气分压力， 并作出实际水蒸气分压 P 分布线。 2.根据室内外空气温度 ti 和 te， 确定围护结构内部各层的温度，确定相应的饱和水蒸气分压力“Ps”，并作出 Ps 的分布线。3. 根据“P”线和“Ps”线相交与否来判断围护结构内部是否出现冷凝现象。不相交说明内部不会 产生冷凝，如相交，则内部有冷凝.防止和控制内部冷凝措施有 1 合理布置保温层 2 在围护结构 防止和控制内部冷凝措施有 内部设排汽间层或排汽沟道 3 在蒸汽流入一侧设隔蒸汽层 4 外墙内设密闭空气间层，提高围护 结构内部的温度和降低其内部水蒸气分压力可避免内部冷凝 2墙和屋顶内表面产生结露措施有哪些？使围护结构具有足够的保温能力，并注意防止冷桥。 墙和屋顶内表面产生结露措施有哪些 如室内空气湿度过大，可利用通风除湿。围护结构内表面最好用具有一定吸湿性的材料。 对室内湿度大、内表面不可避免有结露的房间，采用光滑不易吸水的材料作内表面，同时加设导 水设施，将凝结水导出。 3 围护结构布置材料时，确保蒸气渗透，其通路上遵循什么原则？水蒸气含量不变的湿空气，温 度的高低对相对湿度、绝对湿度有何影响？湿热地区建筑设计防热采用哪些措施？防止热辐射：周围环境要绿化；窗口要遮阳；外围护结 构要隔热；朝向要合理。争取自然通风：房屋间距、布局要合理；建筑低层架空；设通风屋顶、 通风幕墙。干热地区建筑有哪些特色 1 城市布局紧凑，建筑密集，街道狭窄，2 建筑高而小 干热地区建筑有哪些特色 的开窗， 墙体为重质材料， 平土或穹顶双层屋顶 3 有效而巧妙地捕风装置 4 内庭周围多设走廊， 庭院内种植物和设置水池以调节干热的气候 5 外围护结构隔热要求高 1、 围护结构外表面受到哪 3 种不同方式的热作用 种不同方式的热作用？（1）太阳辐射的作用（2）室内空气的传热 （3）在围护结构受到上述两种热作用后，外表面温度升高，辐射本领增大，向外界发射长 波辐射热，失去一部分热能 2、 如何评价围护结构隔热的优劣？根据夏季热作用的特点，衡量围护结构的隔热优劣，主要采 用的指标是围护结构对周期性热作用的衰减倍数和延迟时间， 以及由此而得出在具体气象情 况下的内表面最高温度，和最高湿度出现时间。 应用隔热材料 （隔 3 简要叙述屋顶隔热的主要设计手法。 实体材料层+封闭空气层的隔热屋顶： 简要叙述屋顶隔热的主要设计手法。 热层）提高围护结构的热阻（R）和热惰性指标（D）值，从而加大对波动热作用的阻尼作用， 使围护结构具有较大的衰减倍数和延迟时间值， 可以降低围护结构内表面的平均温度和最高温度 通风间层隔热屋顶： 利用热压和风压作用使间层的空气流动， 从而带走大部分进入间层的辐射 热，减少了向室内传热，可有效的降低围护结构内表面的温度楼阁屋顶：常在檐口、屋脊、山 墙等处开通气孔，有助于透气、排湿和散热利用水的蒸发和植被对太阳能的转化作用降温 第六讲习题 1、 围护结构的作用有哪些？根据在建筑物中的位置,围护结构分为外围护结构和内围护结构。 围护结构的作用有哪些 外围护结构包括外墙、屋顶、侧窗、外门等，用以抵御风雨、温度变化、太阳辐射等，应具 有保温、隔热、隔声、防水、防潮、耐火、耐久等性能。内围护结构如隔墙、楼板和内门窗 等，起分隔室内空间作用，应具有隔声、隔视线以及某些特殊要求的性能。围护结构通常是 指外墙和屋顶等外围护结构。叙述 TIM 新型墙体的优点 叙述 新型墙体的优点。保 温 隔 热 通 风 、 采 光 防 止 结 露 和 内 部 冷 凝 避 免 热 桥 节 能 2 建筑自然通风的三种功能。第一，用室外的新鲜空气更新室内由于居住及生活过程而污染了的 空气，以保持室内空气的洁净度达到某一最低标准的水平。此类要求可称为健康通风，这是任何 气候条件下都应该予以保证的。 第二种功能是增加体内散热及防止由皮肤潮湿引起的不舒适以 改善热舒适条件，此类通风可称为热舒适通风。第三种功能是当室内气温高于室外的气温时， 使建筑构件降温，此类通风名为建筑的降温通风。 3 夏季组织通风的主要方式？风压是当风吹到建筑物上时，在迎风面上，由于空气流动受阻， 速度减弱，使风的部分动压变为静压，亦即使建筑物迎风面上的压力大于大气压，在迎风面上形 成正压区。在建筑物的背风面、屋顶、两侧，由于气流曲绕过程中，形成空气稀薄现象，在该处 压力小于大气压力，形成负压力。由于正负压的存在，这就使整个建筑产生了压力差。 有风压促成的气流，可以穿过整个房间，通风量会大大超过热压促成的气流，是夏季组织通风的 主要方式。 第七讲习题 1. 交角。 2、太阳光线直射地球的范围，在南北纬 形成了春夏秋冬四季的更替。 3、什么是太阳赤纬角？太阳光线与地球赤道面所夹的角度。 是指太阳直射光线与地平面间的夹角。 3、 太阳方位角 As： （是指太阳直射光线在地平面上的投影线与地平面正南向所夹的角。正南 ） 点太阳的方位角为 零度 阳时 12 时， 太阳高度角 度 。 标准时 太阳时 “北京时间”？经国际协议， 以本初子午线处的平均太阳时 5、 什么是世界时” 最大 ，向西为 正 ，向东为 负 正南 。 ；一天中的正午，即当地太 ， 即太阳方位角 As = 零 4、 在日出、日落时，任何一个地区，太阳的高度角 hs = 零度 ， 此时太阳位于 二十三度二十七分 之间作周期性的变化，从而 建筑日照与 遮阳 “黄道面” 。地球的地轴与黄道面成 66 度 33 分 的 地球公转轨道平面叫 为世界时间的标准，叫“世界时” 每个时区都按它的中央子午线的平均太阳时为计时标 。 准，称为该时区的标准时；平均太阳时是以太阳通过该地子午线为正午 12h 来计算一天的时间。 北京时间： 我国统一采用东八区的时间， 即以东经 120 度的平均太阳时为全国标准时。 建筑遮阳的好处有哪些？（1）可以防止透过玻璃的直射阳光，使室内过热（2）可以防止建 6、 建筑遮阳的好处有哪些 筑围护结构过热并造成对室内环境的热辐射（3）可以防止直射阳光造成的强烈眩光 在建筑周围种植乔木对改善建筑热环境能够起到哪些作用？ 方便居民生活， 有利组织管理； 12 在建筑周围种植乔木对改善建筑热环境能够起到哪些作用？1 2组织与居住人口规模相对应的公共活动中心，方便经营、使用和社会化服务；3合理组织人 流、车流，有利安全防卫；4布置合理，空间丰富，环境美，体现地方特色。 13 人工遮阳方式有哪些？水平式遮阳、垂直式遮阳、综合式遮阳、挡板式遮阳。 建筑光环境习题 nm 780 第一、 第一、二讲习题 辐射，光的波长范围为 380 nm