建筑物理手札.doc

建筑热工学人体与周围环境的换热方式有对流、辐射和蒸发三种。辐射传热：以电磁波传递热能，不需要和其他物体直接接触，也不需要任何中间媒介。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，是吸收系数为1的物体。灰体：在自然界中没有理论上所定义的绝对的黑体、白体或透明体，自然界中的不透明物体多数介于黑体与白体之间。绝对湿度：单位体积空气中所含水蒸气的重量；相对湿度：在一定温度、一定大气压力下，湿空气的绝对湿度，与同温同压下的饱和水蒸汽量的百分比。P6露点温度：某一状态的空气在含湿量不变的情况下，冷却到它的相对湿度达到100%时所对应的温度，成为该状态下空气的露点温度。蓄热系数：在建筑热工中，把某一匀质半无限大壁体（即足够厚度的单一材料层）一侧受到谐波热作用时，迎波面（即直接受到外界热作用的一侧表面）上接受的热谐波幅Aq,与该表面的温度波幅Ao之比称为材料的蓄热系数。导热系数：是在稳定条件下，1m厚的物体，两侧表面温差为1时，在1h内通过1面积所传导的热量。（理解）影响因素：材质；表观密度；含湿量；温度。传热系数K：是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1K，1h内通过1面积传递的热量。外遮阳系数(SD)：透过有外遮阳构造的外窗的太阳辐射得热量与透过透过没有外遮阳构造的相同外窗的太阳辐射得热量的比值。热阻：R=厚度d/导热系数，热阻+内外表面换热阻=总热阻，总热阻的倒数就是总的传热系数。热惰性指标(D)：是表征围护结构收到波动热作用后，背波面上对温度波衰减快慢程度的无量纲指标，其值等于材料层热阻与蓄热系数的乘积，单层结构D = RS。傅立叶定律：均质物体内各点的热流密度与温度梯度的大小成正比。热岛效应：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较多，发热体较多，形成城市中心的温度高于郊区。改善：在城市中增加水面设置，扩大绿地面积；避免形成方形圆形城市面积设计，多采用带型城市。日照间距：保证建筑的日照时间，建筑物之间应有的最小间距。L=(1.1-1.7H)，南方取下限，北方取上限。建筑保温的途径： 1）建筑体形的设计，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、防止壁内产生冷凝外保温优点:可减小热桥部位的热损失，并防止内表面结露；防止或减少保温层内部产生水蒸气凝结；对房屋的热稳定性有利；保护主体结构，大大减少温度应力变化，提高围护结构的耐久性；不占用建筑的使用面积；适用于既有建筑的改造。 缺点；对保温材料要求较高，要不受雨水冲刷和大气污染；构造复杂，施工技术要求高；限制外墙装修材料。围护结构的蒸汽渗透及冷凝：某一状态下的空气，在含湿量不变的情况下，冷却到它的相对湿度达到100%时所对应的湿度，称为该状态下空气的露点温度。由于温度降到露点温度以下，空气中水蒸气液化析出的现象称为冷凝。 当室内、外空气的水蒸气含量不等时，在围护结构的两侧，就存在水蒸气分压力差，水蒸气分子将从压力较高的一侧通过围护结构向较低一侧渗透扩散，这种现象称为蒸汽渗透。防止和控制冷凝的措施：防止和控制冷凝的措施 1）防止和控制表面冷凝 正常湿度的采暖房间：围护结构内表面层宜采用蓄热系数较大的材料，利用它蓄存的热量起调节作用，减少出现周期性冷凝的可能。 高湿房间：围护结构内表面采用不透水材料层，在构造上采取措施将表面冷凝睡滴导流，并有组织地排除。 南方地区：地面应具有一定的热阻，减少地面对土层的传热量；地面表层材料的虚热系数要小；表面材料有一定的吸湿作用。 2）防止和控制内部冷凝 材料层次的布置应符合“难进易出”的原则；设置隔气层；设置通风间层或泄气沟道。建筑防热的途径：减弱室外热作用；窗口遮阳；围护结构的隔热与散热；合理地组织自然通风；尽量减少室内余热。遮阳形式及适用朝向： 水平式遮阳：在北回归线以北地区适用于南向附近窗口；在北回归线以南地区既适用于南向窗口又可用于北向窗口。 垂直式遮阳：适用于北向、东北向和西北向附近的窗口 综合式遮阳：适用于东南向或西南向附近窗口，适应范围较大 挡板式遮阳：适用于东向、西向附近窗口光学光通量：度量光源光能大小的物理量。(lm)发光强度：光通量的空间分布密度。I(cd)照度：光通量在被照面上的密度。E(lx)亮度：发光体在视线方向上单位投影面积的发光强度。单位：cd/m2色温：辐射体发出某种色的光时，所显现的温度。暖色5300K。眩光：当看到物体时，视觉适应了某个亮度水平之后，如果在视野内增加亮度不同的视觉对象或光源，眼睛就会感到不舒服，降低视觉功效或物体的可见度，甚至丧失视力。直接眩光：由视野中的高亮度的未曾充分遮蔽的光源产生的；反射眩光：由视野中的光泽表面反射所产生的（一次眩光，二次眩光）；光幕眩光：视觉任务区域发生反射减小了视觉任务和紧邻的背景之间的亮度对比引起的。控制措施：直接眩光：限制光源亮度；增加眩光源背景亮度，减少亮度对比；减少光源视看面积；尽可能增大眩光源仰角；反射眩光：避开、远离镜面反射区域；尽量选择无光泽表面，以减弱镜面反射。侧窗采光：优点:；构造简单，布置方便，造价低廉；不受建筑层数的限制；光线具有明确的方向性，有利于形成阴影；可提供景观和通风。缺点：室内照度分布不均；易造成眩光；占用过多墙面。 天窗采光：优点：均匀的照度分配；不易形成眩光；不受立面造型的限制，不占用墙面面积；多用于大跨度建筑或不适宜周边开窗的建筑。缺点：构造复杂，造价相对较高，还存在漏水、积雪、热负荷等问题。中小学教室采光设计要点：足够的照度，且照度分布比较均匀；合理安排教室环境的亮度分布，消除眩光；合适的光线方向，减少阴影影响。设计：1室内装修：a顶棚、内墙窗间墙采用光反射强材料，窗间墙宽度尽量小，无顶棚时梁的方向尽量与外墙垂直b黑板采用背后涂刷黑色或暗绿色油漆的，毛玻璃，且顶端宜向前倾斜适当角度；2剖面设计：a侧窗采光时窗口加设横档，其上部窗口使用扩散光玻璃或指向性玻璃，宜采用双面开窗形式b天窗采光时在透光屋面下作扩散顶棚处理，且宜采用北向单侧窗。中小学教室照明设计要点：照度水平与均匀度；亮度分布；色温与显色性；投光方向；眩光控制。设计：照明方式：一般照明方式，加强对黑板的照明可采用混合照明方式；灯源与灯具的选择与布置：荧光灯，遮光角灯具没，垂直于黑板放置；黑板照明单独设置，局部照明。美术馆采光设计要求：适宜的照度；合理的照度分布；避免直接眩光；避免一、二次反射眩光；适宜的环境亮度和色彩；避免阳光直射展品。设计：侧窗采光光线充足具有指向性仅适用于进深不大的小型展览室或以展出雕塑为主的展室；高侧窗通过调节窗口位置的高低与内墙与窗口的距离使照度最高值处于展品中心；顶部采光采光效率高室内照度分布均匀易于防止直接眩光，且可供展品布置的墙面面积大，展品布置灵活，为防止出现二次反射眩光可在天窗下设不透明或半透明挡板，或将中部屋面降低形成垂直或倾斜的采光口。天窗种类：矩形天窗：天窗架+窗扇可避免单侧窗照度变化大的缺点，使照度均匀。窗口位置高，一般处于视野范围外，不易形成眩光和受外面物体的遮挡。锯齿形天窗：由于倾斜顶棚的反光，采光效率比纵向矩形天窗高，当采光系数相同时，锯齿形天窗的玻璃面积比纵向天窗少15%-20%。平天窗：优点：采光效率高，面积大；缺点：积尘，易产生眩光。声学声压：空气质点由于声波作用而产生振动时所引起的大气压力起伏称为声压。听阈：能感觉到声音的最低声压级。基准声压级Po=2*10-5 Pa。痛阈：感觉痛感的上限声压，P=2*10Pa。声压级： “级”-实际值与基准值的比值，取常用对数。声压级-实际声压与基准声压的比值声压级20dB，声压变化10倍 声压增加1倍，声压级增60dB声压级40dB, 声压变化100倍 声压每乘10，声压级增20dB声压级60dB, 声压变化1000倍 声压级每增10dB，人耳听闻响度增1倍声源的特性：声源的方向性-在自由声场中，离声源相同距离的点，声压级随频率不同而表现出不同大小的性质。特点：频率高，波长短，方向性强；频率低，波长长，其方向性不明显。声音的传播特性：声音在传播过程中，遇到障碍物（因形状，大小、性质不同）会发生反射。绕射、透射、吸收现象。干涉：两波相遇叠加，一些振动加强，一些振动减弱的现象。驻波：振幅相同的两相干波在同一直线反方向相遇叠加的波。“简并”使声音失真。混响时间：声源停止发声，声音从稳态衰减60dB,所经历的时间。 声音包含直达声、反射声，构成混响。 只有直达声，无反射声-声音单调、枯燥。 反射声多且长-会出现回声。人耳听闻特性：声压级客观量，A声级主观量 响度-人耳感觉量（或主观量）大小与声压级和频率有关。声压级同，1000Hz比100Hz响同响度，1000Hz（40dB）,100Hz(51dB)将不同频率，不同声压级的声音用统一量度量-等响 响度级-与1000Hz等响，不同频率对应声压级作为该频率的响度级。用LN 表示，单位：方 等响曲线-以1000Hz的声压级为基准，与1000Hz等响的不同频率的声压级值连线。意义：曲线声点表示频率不同，声压级不同，响度级相同。响度与响度级关系：LN= 33.31logN+40（方），N=1（宋），LN =40（方） 声音的测量-声级计（A、B、C、D）常用A声级计（LA），测量结果与听结果吻合较好，与40方（1000Hz）的等响曲线倒立图；低频有较大修正。时差效应（哈斯效应） 现象：声源声音停止，声音在人耳会停留短暂时间。 即直达声消失，反射声再传入耳中，两者时差在50ms以内，人耳分辨不出的现象即 时差效应。 50ms以外，能分辨-声音断续 若反射声更晚，且强-则为回声 声程差，C=340m/s,50ms17m噪声评价数（NR）曲线：以1000Hz为基准，其它倍频的声压级叠加在NR曲线上。 即NR数相同，频率不同，声压级不同。语言干扰级：是评价噪声对语言干扰的单值量。应在60dB以下。统计百分数声级：一般时间内，声音起伏变化，其声音状况用统计方法评价。等效声级：是用单值表示一个连续起伏的噪声。（Leq）最佳混响时间：听众感觉最合适的混响时间。（主观量，不是一个定值，是一个范围吸声材料和吸声构造的吸声原理：多空吸声材料：声波入射到多孔材料后，引起小空隙或间隙中空气的振动。小孔中心的空气质点可以自由地响应声波的压缩和稀疏。由于摩擦和空气的粘滞阻力作用，使空气质点的动能不断转化成热能，此外小孔中空气与孔壁之间还不断发生热交换，这些都使相当一部分热能因转化成热能而吸收。薄膜吸声结构：离开硬墙面装置的不透气软质膜状材料与背后的封闭空气层形成一个质量弹簧系统，当受到声波作用时，在该系统共振频率附近具有最大声吸收。穿孔板吸声结构：由各种穿孔的薄板与他们背后的空气层组成，吸声特性取决于板厚、孔径、孔距、空气层厚度以及底层材料。常用多孔吸声材料：（1）麻、棉、毛等有机纤维材料；（2）玻璃棉、岩棉等无机材料；（3）用适当粘结剂制成板状或加工成毡。影响和控制多孔材料吸声系数的因素：1，空气的流抗阻。2，孔隙率。3，材料厚度。4，安装条件5，表面处理方式。6，温度。7，声波频率与入射条件。8，含水率。城市降噪措施1、与噪声源保持必要的距离2、利用屏障降低噪声3、利用绿化减弱噪声4、降噪路面低噪声路面5、利用建筑总图布局及单体建筑设计遮挡噪声 建筑设计与噪声控制：1）把静室安排得远离吵闹房间和外部噪声源；2）静室不面向吵闹房间和外部噪声源设置窗扇；3）利用建筑物内部的交通空间或对降噪要求不高的房间，将静室与内、外噪声源隔开；4）集中布置吵闹房间，减少其影响范围；5）将吵闹房间与静室的建筑围护结构断开，以减少或消除固体传声途径。混响声与回声的区别：50ms以外的反射声一般被认为是混响声，对声音延续；而50ms以外的强反射声会产生回声，与直达声相比听起来是两个声音。混响声与回声和反射声的关系：混响声与回声均为反射声，混响声为有益的反射声，回声为有害的反射声。提高轻质隔墙隔声量的方法（1）当两层轻质墙之间设有空气层，且空气层的厚度达到7.5cm，对于大多数的频生带，隔声量可以增加810dB。（2）以多空材料填充轻质墙体之间的空气层，可以显著提高轻质墙的隔声量。（3）轻质墙体材料的层数、填充材料的种类对隔声性能有显著影响。楼板隔声（1）楼板厚度增加1倍，其下撞击声声压级可以降低10dB。（2）提高楼板隔绝撞击声能力的措施。1）在承重板上铺设弹性面层；2）在楼板承重层与面层之间设置弹性垫层，以减弱结构层的振动。3）在承重楼板下加设吊顶。提高门窗隔声量的关键在于：1、改善“轻、薄、单”的状况2、密封缝隙，减少透声门：1、厚、重材料2、多层复合3、声闸窗：1两-三层 2、不同厚度、不平行3、窗樘上填吸声材料4、密封减少透声质量定律：墙面的单位面积质量越大，隔声效果越好，增加一倍，隔声量增加6dB。大型观演建筑常见的音质缺陷及各自的处理措施：回声防止措施：后部天花、楼座栏板、后墙：吸声、扩散、改变后墙倾角。多重回声防止措施：墙夹角大于5；吸声、扩散声聚焦防止措施：1）控制圆弧形半径R与高度 h，应使h很大于R；（2）凹曲面上强吸声，通过减弱反射声强度来避免声聚焦；（如空间吸声体）（3）凹曲面下悬挂扩散反射板。声影区防止措施：控制眺台开口比即开口高度H和深度D的比例；多功能厅：D2H；音乐厅：DH眺台下顶棚应可能向后倾斜，使反射声落到眺台下座席上。声染色克服措施：改变房间尺寸、比例；房间墙面或顶面做成不规则形状；不规则布置吸声材料；布置声扩散构件。音质设计应遵循以下几个步骤：1）防止外部噪声及振动传入室内，使室内的背景噪声足够低。注意避免室内外噪声的影响2）使室内各处都有足够响度，并保证声场分布尽可能均匀。 充分利用直达声以保证合适响度3）听众各点应安排足够的近次反射声。合理分布近次反射声4）使房间具有与使用要求相适应的混响时间。正确控制混响时间及其频率特性5）防止出现回声、多重回声、声聚焦、声影区、声染色等音质缺陷。注意避免和消除声缺陷，与体型设计