建筑物理总结11

传热系数空 调 工 程 上 的 K 值 计 算对 于 空 调 工 程 上 常 采 用 的 换 热 器 而 言 ， 如 果 不 考 虑 其 他 附 加 热 阻 ， 传 热 系 数 K 值 可 以 按 照 如 下 计 算 ：K=1/(1/Aw+/+1/An) W/( C)其 中 ， An， Aw内 、 外 表 面 热 交 换 系 数 ， W/( C)管 壁 厚 度 ， m管 壁 导 热 系 数 ， W/(mC)传 热 系 数 以 往 称 总 传 热 系 数 。 国 家 现 行 标 准 规 范 统 一 定 名 为 传 热 系 数 。 传 热 系 数 K 值 ， 是 指 在 稳 定 传 热 条 件 下 ， 围 护 结 构 两 侧 空 气 温 差 为 1度 （ K， ） ， 1 小 时 内 通 过 1 平 方 米 面 积 传 递 的 热 量 ， 单 位 是 瓦 /平 方 米 度 （ W/ K， 此 处 K 可 用 代 替 ） 。 计 算 公 式1、 围 护 结 构 热 阻 的 计 算 单 层 结 构 热 阻 R=/ (m2.K/w)式 中 ： 材 料 层 厚 度 （ m） 材 料 导 热 系 数 W/(m.k) 多 层 结 构 热 阻 R=R1+R2+-Rn=1/1+2/2+-+n/n 式 中 : R1、 R2、 -Rn各 层 材 料 热 阻 （ m2.k/w） 1、 2、 -n各 层 材 料 厚 度 （ m） 1、 2、 -n各 层 材 料 导 热 系 数 W/(m.k) 2、 围 护 结 构 的 传 热 阻 R0=Ri+R+Re 式 中 : Ri 内 表 面 换 热 阻 （ m2.k/w） （ 一 般 取 0.11） Re外 表 面 换 热 阻 （ m2.k/w） （ 一 般 取 0.04） R 围 护 结 构 热 阻 （ m2.k/w） 3、 围 护 结 构 传 热 系 数 计 算 K=1/ R0 (w/(m2.k)式 中 : R0围 护 结 构 传 热 阻 外 墙 受 周 边 热 桥 影 响 条 件 下 ， 其 平 均 传 热 系 数 的 计 算 Km=(KpFp+Kb1Fb1+Kb2Fb2+ Kb3Fb3 )/( Fp + Fb1+Fb2+Fb3) 式 中 : Km外 墙 的 平 均 传 热 系 数 W/（ m2.k） Kp外 墙 主 体 部 位 传 热 系 数 W/（ m2.k） Kb1、 Kb2、 Kb3外 墙 周 边 热 桥 部 位 的 传 热 系 数 W/（ m2.k） Fp外 墙 主 体 部 位 的 面 积 Fb1、 Fb2、 Fb3外 墙 周 边 热 桥 部 位 的 面 积导热系数定 义导 热 系 数 是 指 在 稳 定 传 热 条 件 下 ， 1m 厚 的 材 料 ， 两 侧 表 面 的 温 差 为 1 度 （ K,C） ,在 1 秒 内 ， 通 过 1 平 方 米 面 积 传 递 的 热 量 ， 用 表 示 ， 单 位为 瓦 /米 度 （ W/mK,此 处 的 K 可 用 代 替 ） 。 特 点导 热 系 数 与 材 料 的 组 成 结 构 、 密 度 、 含 水 率 、 温 度 等 因 素 有 关 。 非 晶 体 结 构 、 密 度 较 低 的 材 料 ， 导 热 系 数 较 小 。 材 料 的 含 水 率 、 温 度 较 低 时 ， 导热 系 数 较 小 。通 常 把 导 热 系 数 较 低 的 材 料 称 为 保 温 材 料 (我 国 国 家 标 准 规 定 ， 凡 平 均 温 度 不 高 于 350 时 导 热 系 数 不 大 于 0.12W/(mK)的 材 料 称 为 保 温 材 料 ）， 而 把 导 热 系 数 在 0.05 瓦 /米 摄 氏 度 以 下 的 材 料 称 为 高 效 保 温 材 料 。传热系数与导热系数的定义以及区别 核心提示：传热系数以往称总传热系数。国家现行标准规范统一定名为传热系数。传热系数 K 值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为度（K，） ，小时内通过 平方米面积传递的热量，单位是瓦/平方米度（W/K，此处 K 可用代替） 。导热系数是指在稳定传热条件下，m 厚的材料，两侧表面的温差为 度（K,） ，在小时内，通过平方米面积传递的热量，单位为瓦/米度 （W/mK ，此处为 K 可用代替） 。导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水 率、温度较低时，导热系数较小。通常把导热系数较低的材料称为保温材料，而把导热系数在 0.05 瓦/米度以下的材料称为高效保温材料。建筑保温什 么 是 建 筑 保 温动 物 和 植 物 在 我 们 这 个 星 球 上 是 最 能 适 应 寒 冷 地 带 的 环 境 条 件 的 。 它 们 有 一 个 不 透 水 的 外 表 层 （ 树 是 树 皮 ， 企 鹅 是 它 那 象 浸 过 油 似 的 羽 毛 ） 。 在 外表 层 下 面 有 一 层 很 轻 的 保 温 层 （ 树 是 象 软 木 塞 子 一 样 的 内 皮 ， 冰 熊 是 它 的 毛 发 ， 企 鹅 是 它 的 羽 毛 ） 。生 物 的 外 表 层 是 一 个 能 为 自 身 提 供 保 温 的 复 杂 的 复 合 体 系 。 生 物 的 身 体 热 量 来 自 于 食 物 。 外 保 温 层 的 任 务 是 把 身 体 的 内 部 温 度 始 终 保 持 在 最 佳 状 态， 而 尽 量 减 少 能 量 损 失 ， 即 散 热 。人 类 身 不 由 已 地 被 大 自 然 置 于 并 不 适 合 于 生 存 的 地 球 的 寒 冷 地 带 ， 但 是 可 以 运 用 聪 明 的 才 智 来 弥 补 自 然 条 件 的 不 足 。穿 一 件 “呼 吸 自 如 ”（ 透 气 ） 的 防 风 外 衣 作 为 不 透 水 的 外 表 层 以 及 穿 一 件 保 温 的 鸭 绒 夹 克 。建 筑 物 的 保 温人 类 最 初 的 住 宅 是 一 些 原 始 的 洞 穴 ， 只 是 用 岩 石 、 泥 块 来 做 一 些 必 要 的 保 温 ， 后 来 人 类 开 始 使 用 木 头 、 砖 和 混 凝 土 来 建 造 房 屋 。 外 保 温 体 系 是 人 类改 善 居 住 条 件 的 又 一 个 伟 大 进 步 。节 能 与 环 保长 期 以 来 ， 人 们 认 为 象 燃 木 、 煤 、 天 然 气 和 石 油 这 些 天 然 能 源 是 取 之 不 尽 的 。 直 至 1973 年 第 一 次 能 源 危 机 以 前 ， 人 们 对 建 筑 物 需 要 “保 温 外 套”这 一 概 念 还 是 相 当 模 糊 的 。外 墙 外 保 温 体 系 的 发 展 自 60 年 代 开 始 ， 那 时 “保 温 ”、 “节 能 ”、 “环 保 对 人 们 还 是 个 陌 生 的 词 汇 。 随 着 能 源 的 不 断 开 采 和 利 用 ， 新 的 经 济 源 泉 尚 未 发现 ， 能 源 必 将 越 来 越 贵 。 这 时 人 们 认 识 到 ： 节 能 是 秘 须 的 。 当 人 们 考 虑 到 取 暖 成 本 占 了 居 室 整 个 能 源 成 本 的 80%左 右 时 ， 理 所 当 然 的 想 要 节 省 它 。同 时 ， 取 暖 所 造 成 的 废 气 CO2 在 空 气 中 不 断 增 多 ， 所 造 成 的 “温 室 效 应 “会 使 气 候 发 生 变 化 甚 至 恶 化 。 在 德 国 约 有 30%的 能 源 被 用 来 取 暖 ， 如 果给 建 筑 物 穿 上 ”保 温 外 套 “， 能 源 奖 被 大 量 节 省 尤 其 对 于 老 房 改 造 。国 家 政 策 ： 节 能我 国 法 律 对 新 建 筑 规 定 了 保 温 节 能 措 施 。 1986 年 我 国 实 施 第 一 个 建 筑 节 能 标 准 ： 民 用 建 筑 节 能 设 计 标 准 （ JGJ26-85） 。 1996 年 7 月 1日 起 ， 我 国 又 实 施 在 原 有 基 础 上 再 节 能 50%的 新 的 民 用 建 筑 节 能 设 计 标 准 （ 采 暖 居 住 建 筑 部 分 ） （ JGJ26-95） ， 对 采 暖 居 住 建 筑 的 能 耗 、 建 筑热 工 设 计 等 作 出 了 新 的 规 定 。 我 国 第 一 个 节 能 法 规 中 华 人 民 共 和 国 节 约 能 源 法 也 于 1998 年 1 月 1 日 颁 布 实 施 ， 节 能 成 为 我 国 的 基 本 国 策 。我 国 建 筑 能 耗 的 现 状据 国 家 有 关 资 料 显 示 ， 我 国 化 石 能 源 资 源 中 90 以 上 是 煤 炭 ， 人 均 储 量 为 世 界 平 均 水 平 的 1/2， 人 均 石 油 储 量 为 世 界 平 均 水 平 的 11 ， 天 然气 仅 为 4.5 ； 煤 炭 消 耗 量 占 世 界 总 量 的 40 ， 石 油 消 费 仅 次 法 国 ， 位 居 世 界 第 二 ， 中 国 对 海 外 能 源 的 依 赖 程 度 达 50 以 上 。 在 土 地 资 源 方 面 ， 我国 人 均 耕 地 只 有 世 界 人 均 耕 地 的 1/3， 水 资 源 仅 是 世 界 人 均 占 有 量 的 1/4； 而 建 筑 用 实 心 粘 土 砖 每 年 要 毁 田 12 万 亩 。 目 前 ， 能 源 的 紧 张 形 势 在 我 国已 十 分 严 峻 ， 可 能 会 威 胁 国 家 的 稳 定 和 安 全 。 在 资 源 如 此 紧 张 的 形 势 下 ， 住 宅 建 筑 能 耗 却 占 了 全 国 能 耗 的 32 。 我 国 既 有 的 近 400 亿 平 方 米 的 建 筑 基 本 上 是 高 耗 能 建 筑 ， 单 位 面 积 采 暖 能 耗相 当 于 气 候 条 件 相 近 发 达 国 家 的 2-3 倍 。 目 前 我 国 每 年 新 建 建 筑 近 20 亿 平 方 米 ， 超 过 所 有 发 达 国 家 建 设 量 的 总 和 ， 但 95 以 上 仍 是 高 能 耗 建 筑 。预 测 在 未 来 的 15 年 即 到 2020 年 ， 我 国 还 将 建 成 约 200 亿 平 方 米 建 筑 。 如 果 再 不 采 取 节 能 措 施 、 不 推 行 建 筑 节 能 材 料 ， 2020 年 建 筑 能 耗 将 达 到 11 亿 吨 标 准 煤 ， 相 当 于 目 前 建 筑 所 消 耗 能 源 的 三 倍 。 据 专 家 测 算 ， 如 果 国 家 从 现 在 起 就 下 决 心 狠 抓 建 筑 节 能 工 作 ， 对 新 建 建 筑 全 面 强 制 实 施 建 筑 节 能 设 计 和 应 用 ， 并 对 已 有 建 筑 有 步 骤 地 推 行 节 能 性 改造 ， 到 2020 年 ， 我 国 建 筑 能 耗 可 减 少 3.35 亿 吨 标 准 煤 ， 空 调 高 峰 负 荷 可 减 少 约 8000 万 千 瓦 时 （ 相 当 于 4.5 个 三 峡 电 站 的 满 负 荷 出 力 ， 减 少 电 力建 设 投 资 约 6000 亿 元 ） ， 能 源 紧 张 状 况 和 污 染 压 力 必 将 大 为 缓 解 。 但 如 果 继 续 放 任 自 流 ， 错 过 当 前 这 段 大 好 机 遇 ， 不 采 取 坚 决 有 效 的 措 施 ， 则 将 长 期大 大 加 重 国 家 能 源 负 担 ， 对 我 国 经 济 社 会 的 可 持 续 发 展 产 生 严 重 制 约 ， 对 能 源 安 全 和 大 气 环 境 造 成 重 大 威 胁 。 严 峻 的 现 实 表 明 ， 国 家 要 持 续 发 展 ， 必 须加 大 建 筑 节 能 的 工 作 研 究 ， 以 有 效 的 措 施 ， 制 定 相 应 的 法 规 ， 推 而 广 之 。 建 筑 保 温 材 料 的 发 展 和 种 类 建 筑 保 温 材 料 的 发 展 和 种 类 最 近 ， 有 关 专 家 重 新 定 义 了 绿 色 材 料 在 原 料 采 取 、 产 品 制 造 、 使 用 或 者 再 循 环 及 废 料 处 理 等 环 节 中 对 地 球 环境 负 荷 为 最 小 和 有 利 于 人 类 健 康 材 料 ， 亦 称 之 为 “环 境 协 调 材 料 ”。 在 建 筑 和 工 业 中 采 用 良 好 的 保 温 技 术 与 材 料 ， 往 往 能 起 到 事 半 功 倍 的 效 果 。矿 物 棉 及 制 品 矿 物 棉 是 一 种 优 质 的 保 温 材 料 ， 国 际 上 矿 物 棉 制 品 的 产 量 处 于 比 较 平 稳 的 阶 段 ， 主 要 原 因 是 其 它 保 温 材 料 如 玻 璃 棉 、 泡 沫 塑 料 发 展 加快 ， 加 之 发 达 国 家 发 展 速 度 放 慢 ， 近 年 来 世 界 矿 物 棉 制 品 年 产 量 约 800 万 吨 左 右 ， 矿 物 棉 在 建 筑 中 应 用 最 为 广 泛硅 酸 铝 纤 维 硅 酸 铝 纤 维 也 叫 耐 火 纤 维 ， 主 要 用 作 窑 炉 保 温 材 料 ， 1971 年 我 国 研 制 成 功 ， 目 前 生 产 企 业 200 家 左 右 ， 总 生 产 能 力 超 过 4 万 吨 年 ， 年 产 量 近 2 万 吨 。 品 种 较 多 ， 国 内 主 要 有 普 通 硅 酸 铝 纤 维 、 高 纯 硅 酸 铝 纤 维 、 高 铝 纤 维 和 含 铝 纤 维 及 少 量 制 品 ， 均 为 中 、 低 档 产 品 ； 多 晶 莫 来 石 纤维 、 多 晶 氧 化 铝 纤 维 和 多 晶 氧 化 锆 纤 维 等 高 档 产 品 。泡 沫 塑 料 是 以 合 成 树 脂 为 基 础 制 成 的 ， 内 部 具 有 无 数 小 孔 的 塑 料 制 品 ， 它 具 有 导 热 系 数 低 ， 加 工 成 型 等 优 点 ， 在 建 筑 上 刚 开 始 使 用 。 主 要 用 于 包 装行 业 （ 如 冰 箱 ） 、 地 下 直 埋 管 道 保 温 、 冷 库 保 冷 。 主 要 产 品 为 聚 苯 乙 烯 泡 沫 塑 料 和 聚 氨 酯 泡 沫 塑 料 ， 但 建 筑 领 域 应 用 存 在 问 题 。 近 年 来 用 于 钢 丝 网 夹芯 板 材 ， 彩 色 钢 板 复 合 夹 心 板 材 ， 虽 然 有 一 定 限 制 ， 但 发 展 较 快 ， 随 着 建 筑 防 火 对 材 料 要 求 越 来 越 严 格 ， 对 该 材 料 应 用 提 出 了 新 课 题 。建筑热环境与建筑节能西安建筑科技大学建筑学院建筑技术本课程的目的是探讨外部热环境的特性,室内热环境的形成原因与特性,以及人对环境的要求,是一门反映人-建筑- 自然环境三者之间关系的科学.通过学习这门科学,我们要完成这样的任务:了解人和生产过程需要什么样的室内,外热环境; 了解室内,外热环境形成特征和影响因素;掌握改变或控制这些室内,外热环境的基本原理与方法.通过本课程学习使学生了解围护结构传热基础知识,以及如何合理地解决房屋的保温,防热,防潮及节能设计等问题,理解并掌握建筑热工,建筑节能及室内热环境设计所必需的技术基础知识.第三部分 建筑热环境设计本讲主要内容建筑保温设计:建筑保温综合处理原则,外墙和屋顶的保温设计,外窗,外门和地面保温设计,特殊部位保温设计,被动式太阳能利用设计初步建筑隔热设计:建筑防热综合途径,建筑防热控制指标,屋顶和外墙的隔热设计,自然通风,窗口遮阳建筑隔热设计,建筑日照设计,日照基本原理,棒影图的应用.回顾 第一部分 基础知识第一章 绪论建筑热环境分类建筑热工学的任务建筑热工学基本内容第二章 建筑热工学基础知识建筑中的几中传热现象建筑围护结构传热基本方式 湿空气的物理性质 室内热环境及其评价 室外热环境因素 回顾 第二部分 建筑传热,传湿原理第三章 建筑围护结构的传热原理及计算稳定传热一维稳定传热特征平壁内的导热过程平壁的稳定传热过程封闭空气间层的热阻平壁内部温度的计算周期性不稳定传热谐波热作用谐波热作用下的传热特征谐波热作用下材料和围护结构的热特性指标谐波热作用下平壁的传热计算温度波在平壁内的衰减和延迟计算回顾 第二部分 建筑传热,传湿原理第五章 外围护结构的湿状况材料的吸湿外围护结构中的水分转移围护结构的蒸汽渗透内部冷凝的检验防止和控制冷凝的措施防止和控制表面冷凝防止和控制内部冷凝建筑热环境 在建筑学教学计划中的定位分析参考资料建筑保温设计建筑保温设计综合处理的基本原则外墙和屋顶的保温设计外窗,外门和地面的保温设计特殊部位保温设计被动式利用太阳能设计初步保温设计综合处理的基本原则充分利用可再生能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外墙和屋顶的保温设计外墙和屋顶是建筑外围护结构的主体部分,对其保温能力的要求,取决于房间的使用性质及技术经济条件.一般从下面几个方面来考虑:保证内表面不结露,即内表面温度不得低于室内空气的露点温度;对于大量的民用建筑,不仅要保证内表面不结露,还需满足一定的热舒适条件,限制内表面温度,以免产生过强的冷辐射效应;从节能要求考虑,热损失应尽可能的小;应具有一定的热稳定性.最小传热阻按我国现行设计规范,保温设计是取阴寒天气作为设计计算基准条件.以下是我国国家标准民用建筑热工设计规范中规定的设计方法-最小热阻法.以上参数的确定原则和选用方法为:冬季室内计算温度 titi 值因房间使用性质不同而有不同的规定值.对于一般居住建筑取 18;对于高级居住建筑 ,医疗和福利建筑,托幼建筑等,取 20 .冬季室外计算温度 tete 值的选取较为复杂一些,它的取值大小与所设计的外墙或屋顶的热惰性指标值大小有关.一般说来,热惰性指标值大, te 取值较高,相反亦然.我国规范对 te 的选取作了具体规定,见表 3-1室内空气与外墙(或屋顶)内表面之间的允许温t允许温差 t,根据房间性质及结构,按表 3-2 取值.温差修正系数 n内表面换热阻 Ri,按第二章表 2-2 取值.按上述步骤,在取得各参数值后,便可求得 Ro.min .应当注意,求得这个最小传热组,并不意味着外围护结构的实有热阻一定要刚好等于最小传热阻,它只是起码的标准.实际热阻应高于或等于它,但不得低于它.Ro Ro.min此外,在实际设计当中,当居住建筑,医院,幼儿园,办公楼,学校和门诊部等建筑物的外墙为轻质材料时,外墙的最小传热阻应在前述计算求得 Ro.min 的基础上进行附加,其附加值应按表 3-4 的规定采用.绝热材料所谓绝热材料是指那些绝热性能比较高,也就是导热系数比较小的材料.通常把导热系数 10最热月平均温度 2529日平均温度25的天数 100200d必须充分满足夏季防热要求，一般可不考虑冬季保温温和地区最冷月平均温度 013最热月平均温度 1825日平均温度5的天数090d部分地区考虑冬季保温，一般可不考虑夏季防热1.2.2 世界气候分区：英国人斯欧克莱（Szokoay)在建筑环境科学手册中根据空气温度、湿度、太阳辐射等项因素，将世界各地划分为 4 个气候区：湿热气候区干热气候区温和气候区寒冷气候区气候分区及建筑气候策略（表 1-2）以气温和降水两个气候要素为基础，并参照自然植被的分布，把全球气候分为五个气候区：赤道潮热性气候区（A）干热性气候区（B）湿润性温和性气候区（C）湿润性冷温型气候区（D）极地气候（E）山地气候（H）其中 A、C、D、E 为湿润气候，B 为干旱气候1.3 多姿多彩的全球气候全球气候分区图圆顶雪屋爱斯基摩小屋安纳沙兹人的“悬崖宫殿”中国传统民居形式陕西窑洞1.4 、影响建筑设计的气候因素我国幅员辽阔，地形复杂，各地区气候差异悬殊，北方的大陆性气候、沿海的海洋性气侯、南方的湿热气候、云南的高原气候、四川的盆地气候、吐鲁番的沙漠性气候等。空气温度、空气湿度、太阳辐射、风、降水、积雪、日照以及冻土等都是气候的要素。结合气候设计的五大要素：.太阳辐射.空气温度.气压与风.大气湿度.凝结与降水A）太阳辐射太阳辐射是来自太阳的电磁波辐射在地球表面上，太阳光谱的波长范围约在 0.283.0 微米之间。太阳光谱可大致划分为三个区段：紫外线、可见光（可见光的波长：0.38 至 0.76 微米）、红外线。太阳常数在地球大气层外，太阳与地球的平均距离处，与太阳光线相垂直的表面上、单位面积、单位时间里所接收到的太阳辐射能称为太阳常数。太阳常数值约为 1367W/长波辐射与短波辐射凡是起源于太阳的辐射，包括地球上水面、玻璃和混凝土对太阳辐射的反射以及天空和云层的散射均属短波辐射。建筑物这一部分和另一部分之间通常传递的辐射能以及最后辐射输出的能都是长波辐射。直射辐射与散射辐射太阳辐射在透过大气层到地面的过程中又受到大气层中臭氧、水蒸气、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为直射辐射；被大气层吸收后，再辐射到地面的称为散射辐射。B）室外温度室外空气温度取决于地球表面温度室外气温通常指距地面 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照度、气流状况、地面覆盖情况以及地形等等。空气温度取决于地球表面温度温度的年变化和日变化室外气温与城市热岛现象在建筑物与人口密集的大城市，由于地面覆盖物吸收的辐射热多，发热体也多，形成市中心的温度高于郊区，即“城市热岛”现象。 热岛现象的存在，使市中心温度较高的空气由于质量轻而向上升，郊区地面的较冷空气则从四面八方流向城市。市区热空气携带的一部分烟尘滞留在城市上空，一部分较重的在郊区沉降，污染地面，因此在城市规划中应减弱或避免产生热岛现象。热岛现象也有明显的日变化和年变化，一般冬季强夏季弱，夜晚强白天弱。避免或减弱热岛现象的措施：在城市中增加水面设置、扩大绿化面积。由于水的热容量大，并且可以通过蒸发吸收热量。绿化则除蒸发吸热外，对日辐射还有一定的反射作用，尤其在夏季日辐射照度很大时，可以显著降低周围的空气温度-绿化可以改善建筑周围小气候。避免方形、圆形城市面积的设计，多采用带形城市设计。C）气压与风三个全球性的风带：信风、西风和极风。季风系，是由于海、陆加热量的年差所造成的。海陆风，发生于山谷之处；沿海一带又有日风和夜风城市高楼风和街道风海陆风在白天，陆上的空气温度较同一纬度海上的空气温度为高，热气上升，海上的冷气流即吹向内陆。在夜间，此过程相反。山谷风在山区，局部的温差会造成局部地风型。风向和风速风主要是由于地球表面接受的日辐射不均匀所引起的空气流动造成的,同时受到地形、地势、地表覆盖、水陆分布等局部分布的影响，对一个地区来说风的变化有一定规律。地区的风向频率图（又称风玫瑰图）表示当地的风向规律。表示风的强弱用风速。气象学上将风分为十二级。（表 1-3）风级 风速（m/s) 风名 风的目测标准 风级 风速（m/s) 风名 风的目测标准0 00.5 无风 缓烟直上，树叶不动 7 12.515.2 疾风 树干摇摆，大枝弯曲迎风步艰1 0.61.7 软风 绥烟一边斜，有风的感觉 8 15.318.2 大风 大树摇摆，细枝折断2 1.83.3 轻风 树叶沙沙作响，风感觉显著 9 18.321.5 烈风 大枝折断，轻物移动3 3.45.2 微风 树叶及细枝微动不息 10 21.625.1 狂风 拔树4 5.37.4 和风 树叶、细枝动摇 11 25.229.0 暴风 有重大损毁5 7.59.8 清风 大枝摆动 12 29.0 飓风 风后破坏严重，一片荒凉6 9.912.4 强风 粗枝摇摆，电线呼呼作响D)空气湿度空气湿度，是指大气中的水蒸气含量，湿度的表示可以用绝对湿度、相对湿度以及大气中水蒸气分压力来表示。温度的日变化和年变化影响空气湿度如下图水蒸气压力主要随季节而变，通常夏季高于冬季。水蒸气压力在竖向高度上的递减量较气压的递减更快，因此，水蒸气的浓度随着海拔高度而降低。水蒸气压力最大的年变化发生在季风影响的区域内；这些季风从海洋上带来了热的湿空气，又从内陆带来了干燥的空气。 E）凝结与降水当含有一定量水汽的空气冷却时，容湿能力就降低，相对湿度渐渐增值饱和。对应于饱和状态时的空气温度称为露点。当空气因受冷而温度低于露点时，水蒸气含量就超过了空气的湿容量，过剩的水蒸气即发生凝结。第二讲：建筑热环境基础知识（转）2009-01-23 11:012.1 建筑中的传热现象2.1.1 传热：热量的传递在自然界中，只要存在温差就会有传热现象，热能由高温部位传至低温部位。2.1.2 传热方式有三种:辐射、对流和导热。建筑物的传热大多是三种方式综合作用的结果.辐射：把热量以电磁波的形式从一个物体传向另一个物体的现象。凡温度高于绝对零度的物体，都可以发射同时也可以接受热辐射。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。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，热量由高温处向低温转移的现象。2.1.3 人的热传递为了保持体温，人体不间断的向周围环境散发热量。人体与室内环境的换热也是同时以辐射、对流、导热三种方式进行。人体的散热量决定于：室内空气温度、风速、围护结构内表面温度。2.2 围护结构传热方式2.2.1 建筑中的热平衡建筑的得热和失热主要包括十个方面得热部分有五个方面:1)通过墙和屋顶的太阳辐射得热 2)通过窗的太阳辐射得热 3)居住者的人体散热 4)电灯和其他设备散热 5)采暖设备散热失热部分有五个方面:6)通过外围护结构的传热和对流辐射向室外散热 7)空气渗透和通风带走热量 8)地面传热 9)室内水分蒸发，水蒸汽排出室外所带走的热量 10)制冷设备吸热为取得建筑中的热平衡，让室内处于稳定的适宜温度中，在室内达到热舒适环境后应以上各项得热总和等于失热总和。即：1+2+3+4+5=6+7+8+9+102.2.2 导热导热：直接接触的物体由于有温度差时，质点作热运动而引起的热能传递过程。在固体、液体、气体中都存在导热现象。其各自的导热机理不同。气体：分子作无规则运动时相互碰撞而导热。液体：通过平衡位置间歇移动着的分子振动引起导热。固体：由平衡位置不变的质点振动引起导热。金属：通过自由电子的转移而导热。绝大多数的建筑材料（固体）中的热传递为导热过程温度场 温度梯度 热流密度A）温度场：在某一时刻物体内各点的温度分布。热量传递与物体内部温度的分布密切相关。温度 t 是空间坐标 x y z 和时间 的函数即不稳定温度场：温度分布随时间而变稳定温度场：温度分布不随时间而变一维温度场：温度只沿 x 一个坐标轴发生变化B）温度梯度等温面：温度场中同一时刻有相同温度各点连成的面。温度梯度：温度差t 与沿法线方向两等温面之间距离n 的比值的极限。C）热流密度（q）导热不能沿等温面进行，必须穿过等温面。热流密度(q）：单位时间内，通过等温面上单位面积的热量。等温面上面积元 dF( )，单位时间内通过的热量为 dQ(w)导热基本方程傅立叶定律：物体内导热的热流密度的分布与温度分布有密切关系。傅立叶定律内容：匀质材料内各点的热流密度与温度梯度的大小成正比。 或：描述成一个物体在单位时间、单位面积上传递的热量与在其法线方向的温度变化率成正比。用公式表示：q单位时间、单位面积上通过的热量，又称热流密度或热流强度等温面温度在其法线方向上的变化率叫温度梯度表示材料导热能力的系数，称导热系数负号是因为热流有方向性，是以从高温向低温方向流动为正值;温度也是一个向量，以从低到高为正，二者相反。导热系数导热系数：指温度在其法线方向的变化率（温度梯度）为 1/m 时，在单位时间内通过单位面积的导热量。导热系数大，表明材料的导热能力强。其物理意义：在稳定传热状态下当材料厚度为 1m 两表面的温差为 1时，在一小时内通过 1 截面积的导热量。各种物质的导热系数，均由实验确定。以金属的导热系数最大，非金属和液体次之，气体最小。各种材料的 值大致范围是：气体为 0.0060.6；液体为 0.070.7；建筑材料和绝热材料为 0.0253；金属为 2.2420。 导热系数小于 0.25 的材料叫隔热材料（绝热材料），如石棉制品，泡沫混凝土，不流动的空气等。影响导热系数数值的因素：物质的种类（液体、气体、固体）、结构成分、密度、湿度、压力、温度等。2.2.3 对流和表面对流换热自然对流和受迫对流自然对流:由于流体冷热部分的密度不同而引起的流动。空气的自然对流是由于空气温度愈高密度愈小，当环境中存在空气温差时，低温密度大的空气与高温密度小的空气之间形成压力差（热压），产生自然对流。受迫对流：由于外力作用（如风吹泵压）而迫使流体产生对流。外力愈大，对流速度愈大。对流传热和对流换热对流传热：只发生在流体之间，流体之间发生相对运动传递热能。对流换热：包括流体之间的对流传热，也包括流体与固体之间的导热过程。表面对流换热表面对流换热：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使表面与空气之间所产生的热交换。表面对流换热量取决因素：温度差、热流方向（从上到下或从下到上，或水平方向）、气流速度、物体表面状况（形状粗糙程度）等。表面对流换热量的表示式：牛顿公式 对平壁表面，当空气温度 t 与壁表面温度 一定时，表面对流换热量取决于“边界层”“边界层”指由壁面到气温恒定区之间的区域，包括层流区、过渡区、紊流区。在层流区内以空气导热传递热量。2.2.4 辐射换热辐射换热的特点:是发射体的热能变为电磁波辐射能，被辐射的物体又将所接受的辐射能转换成热能，温度越高，热辐射愈强烈。一个物体对外来的入射辐射可以有反射、吸收、和透射 3 种情况，他们与入射辐射的比值分别叫作物体对辐射的反射系数 、吸收系数 、透射系数 。以入射辐射为 1，则有 不透明的物体 则有 为了方便研究，在理论上分为黑体、白体、灰体。黑体：对外来辐射全吸收的物体，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。A）斯蒂芬-波尔兹曼定律黑体不但能将一切波长的外来辐射完全吸收，也能向外发射一切波长的辐射。在单位表面积、单位时间以波长 =0的全波段向半球空间辐射的全部能量，称为黑体的全辐射力。黑体的全辐射力：用 Eb 表示黑体的全辐射力, 单位 W/m2；黑体的温度越高，其最大辐射力的波长愈短，如太阳相当于温度为 6000K 的黑体辐射，其最大辐射力波长为 0.5m ；而 16左右的常温物体发射的最大辐射力波长约在 10m 。B）灰体 黑度灰体的辐射特性与黑体近似，但在同温度下其全辐射力低于黑体。工程上为了便于计算，将多数建筑材料视为灰体。灰体的全辐射力计算公式：-灰体的辐射系数，-灰体的绝对温度， ；-灰体全辐射力，黑度：黑度又称发射率，是物体 辐射系数与黑体辐射系数之比。黑体的黑度为 1，其他物体黑度均小于 1。用公式表示：辐射系数：可以表征物体向外发射辐射的能力。各种物体（灰体）的辐射系数均小于黑体。其数值大小取决于物体表层的化学性质、光洁度、颜色等。各种物体的辐射系数是由实验可确定。在一定温度下，物体对辐射热的吸收系数在数值上与其黑度相等，即物体辐射能力越大，它对外来辐射的吸收能力也越大；反之若辐射能力越小，则吸收能力也越小。C）反射系数对于多数不透明的物体来说，对外来入射的辐射只有吸收和反射，既吸收系数与反射系数之和等于 1。吸收系数越大，则反射系数越小。如右图：擦光的铝表面对各种波长的辐射反射系数都很大，黑色表面对各种波长辐射的反射系数都很小；白色表面对波长为 2m 以下的辐射反射系数很大，波长 6 m 以上的辐射反射系数又很小，接近黑色表面。这种现象对建筑表面颜色和材料的选用有一定的影响。D）玻璃的温室效应常用的普通玻璃一般为透明材料，它只对波长为 0.22.5m 的可见光和近红外线有很高的透过率，而对波长为 4m 以上的远红外辐射的透过率却很低。玻璃对太阳辐射中大部分波长的光可以透过，而对一般常温物体所发射的辐射（多为远红外线）则透过率很低。这样通过玻璃获取大量的太阳辐射，使室内构件吸收辐射而温度升高，但室内构件发射的远红外辐射则基本不能通过玻璃再辐射出去，从而可以提高室内温度。在利用太阳能的建筑设计中，常用这一效应为节能服务。2.3 描述湿空气的物理量湿空气：指的是干空气与水蒸气的混合物，室内外的空气都是含有一定水分的湿空气。空气湿度：指空气中水蒸气的含量。水蒸气主要来自于水面、植物的蒸发 和其它潮湿表面，经风的携带遍布于空气中。描述湿空气的物理量有五个量：饱和水蒸气分压力( )：在一定温度和气压下空气中所能容纳的水蒸气量有一定的限度，水蒸气量达到最高限度的空气称饱和空气，这时的水蒸气分压力称饱和水蒸气分压力。用 表示，未饱和的水蒸气分压力用 p 表示。标准大气压下（气压相同时），空气温度愈高它所能容纳的水蒸气量也愈多。不同温度时的 见建筑物理书后附录。空气的实际水蒸气分压力：在整个大气压力中有水蒸气所造成的那部分压力，单位为 (帕)绝对湿度（f）：每立方米湿空气中所含水蒸气的量。单位为 g/m3相对湿度 （）：在一定的温度和气压下空气中实际水蒸气分压力量与饱和水蒸气分压力量之比。=p/ps100 露点温度（ ）：在一定的气压和温度下，空气中所能容纳的水蒸气量有一饱和值；超过这个饱和值（饱和水蒸气分压力），水蒸气就开始凝结，变为液态水。饱和水蒸气分压力随空气温度的增减而加大或减小，当空气中实际含湿量不变，即实际水蒸气分压力 p 不变，而空气温度降低时，相对湿度将逐渐增高，当相对湿度达到 100后，如温度继续下降，则空气中的水蒸气将凝结析出。相对湿度达到 100，即空气达到饱和状态时所对应的温度，成为露点温度。2.4 室内热环境及评价方法室内热环境构成要素是以人的热舒服程度为评价标准。人的热舒服受以下环境影响的因素：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）下面分别对四要素作解释：A) 室内热辐射：对一般民用建筑来说，室内热辐射主要是指房间周围墙壁、顶棚、地面、窗玻璃对人体的热辐射作用，如果室内有火墙、壁炉、辐射采暖板之类的采暖装置，还须考虑该部分的热辐射。室内热辐射的强弱通常用“平均辐射温度”（Tmrt）代表，即室内对人体辐射热交换有影响的各表面温度的平均值。平均辐射温度也可以用黑球温度换算出来。黑球温度是将温度计，放在直径为 150mm 黑色空心球中心测出的反映热辐射影响的温度。平均辐射温度与黑球温度间可用贝尔丁公式换算。平均辐射温度对室内热环境有很大影响。在炎热地区，夏季室内过热的原因除了夏季气温高外，主要是外围护结构内表面的热辐射，特别是由通过窗口进入的日辐射所造成。而在寒冷地区，如外围护结构内表面的温度过低，将对人产生“冷辐射”，也严重影响室内热环境。B）室内空气温度室内温度有相应的规定：冬季室内气温一般应在 1622，夏季空调房间的气温多规定为 2428，并以此作为室内计算温度。室内实际温度则有房间内得热和失热、围护结构内表面的温度及通风等因素构成的热平衡所决定，设计者的任务就在于使实际温度达到室内计算温度。C）室内空气湿度室内空气湿度直接影响人体的蒸发散热。一般认为最适宜的相对湿度应为 5060%。在大多数情况下，即气温在 1625时、相对湿度在 3070%范围内变化，对人体得热感觉影响不大。如湿度过低（低于 30%），则人会感到干燥、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，最令人不舒适。D）室内风速室内气流状态影响人的对流换热和蒸发换热，也影响室内空气的更新。在一般情况下，对人体舒适的气流速度应小于 0.3m/s；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。人头顶上的自然对流速度是 0.2m/s，是人体对风速可以觉察的阈值，往往用来确定室内风速的设计标准。当空气流速0.5