1028建筑物理教案.doc

第一篇 建筑热工学教学任务： 介绍建筑热工学原理，论述如何通过建筑规划和设计上的相应措施，有效地防护和利用室内外热湿作用，合理地解决房屋的保温、防热、防潮、节能等问题，以创造良好的室内热环境并提高围护结构的耐久性。教学内容： 工业与民用建筑的热工设计，包括建筑保温设计、防潮设计、防热设计和建筑节能设计以及建筑日照设计等。建筑热环境室内热湿作用室外热湿作用太阳辐射空气的温湿度风、雨、雪等空气温湿度生产和生活发生得热量与水分等第 1 章 建筑热工学基础知识1.1 室内热湿环境建筑内部环境室内物理环境（生理环境）室内心理环境建筑物理学属于室内物理环境： 室内那些通过人体感觉器官对人的生理发生作用的影响的物理因素。室内物理环境组成： 由室内热湿环境、室内光环境、室内声环境以及室内空气质量环境等组成。其中室内热湿环境是建筑热工学必须研究的内容。1.1.1 室内热环境构成要素及其对人体热舒适的影响构成室内热环境的因素： 室内温度 室内湿度 气流速度 壁面辐射温度建筑热环境的设计目标：舒适、健康、高效人体热平衡方程：q=qm qe qrqcq人体得失的热量，w； qm人体产热量，w； qe 人体蒸发散热量，w； qr人体辐射换热量，w； qc人体对流换热量，w。q=0 体温恒定不变 Qw=25-30% 正常热平衡 Qc=25-30%（舒适的） Qr=45-50% 负荷热平衡 q0 体温上升（可以忍受的） q0 体温下降 使用采暖、空调设备 （不能忍受的）不同的人对舒适的差异 瞬感现象 衣着状况 个体状况 适应性 种族差异 年龄差异 恒定与变化 代谢率单位1met=58.2W/m2，其定义为人静坐时的代谢率。 人体的能量代谢率受多种因素影响，如肌肉活动强度、环境温度、性别、年龄、神经紧张程度、进食后时间的长短。 1.1.2 室内湿热环境的评价方法和标准室内湿热环境标准是建筑热工设计的基本依据之一。 最简单、方便且应用最为广泛的指标是室内空气湿度。目前我国很多建筑设计规范和标准中，仍以室内空气温度作为设计控制指标，如在严寒地区居住建筑冬季采暖居室内基准设计温度为18。1）有效温度ET 有效温度是19231925年由美国Yanglon等人提出的一种热指标。 包含因素： 空气温度、空气湿度、 气流速度 房间A=100%i=0.1m/sti每次实验变一个 房间Bi、i、ti均为可变任意组合 以受试者的主观反应为评价依据。新有效温度： 用黑球温度代替空气温度，称为新有效温度。 新有效温度与新感觉之间的关系如下：有效温度434035343130252019161510主观热感觉允许上限酷热Veryhot炎热hot热warm稍热Slighwarm适中neutral稍冷slightcool冷cool寒冷cold严寒Very cold2）热感觉PMV-PPD指标-3 寒冷(cold)PMV = -1 稍凉(slight cool)-2 凉(cool)0热舒适(neutral)+1 稍热(slight warm)+2 暖(warm)+3 热(hot) 由丹麦学者房格尔（Fanger)提出。建立在热舒适平衡方程基础上。六项参数：人的活动量衣着情况四个热环境要求。热舒适平衡方程 Q=Qm Qe QrQc1.1.3 湿空气的物理性质 1）水蒸气分压力 湿空气是指干空气与水蒸气的混合物。在一定温度和压力的条件下，一定容积的干空气所能容纳的水蒸气，是有一定限度的。所产生的水蒸气分压力用P表示； 处于饱和状态的 湿空气中的水蒸气所呈现的压力， 叫饱和蒸气压Ps。 单位Pa。饱和蒸汽压随着温度升高而变大。2）空气湿度 湿度表示空气的干湿程度。有绝对湿度和相对湿度两种表达方法。绝对湿度（f）：每立方米空气中所含水 蒸气的重量，叫空气的绝对湿度（g/m3）。 饱和状态下的绝对湿度则用饱和水蒸气量 fmax（g/m3）表示。 绝对湿度表示单位体积空气中所含水蒸气 的真实数量。相对湿度（）： 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蒸气量的百分比。即 水蒸气实际分压力P：可近似地认为是空气的水蒸气分压力与同温同压下饱和蒸气压的百分比。3）露点温度 在大气压力一定、含湿量不变的情况下，未饱和的空气因冷却而达到饱和状态时的温度。用td（）表示。例1-1用干温球温度计测得某采暖居室空气温度ti=18，相对湿度=61.1%，试求该居室空气的露点温度td。解：首先要求出该居室的实际水蒸汽分压力P。查附录2，当t=18时，饱和水蒸气压Ps=2062.5Pa，从公式可反求出P为： P=Ps=2062.50.611=1260Pa 其次，按露点温度的定义，当该室气温下降到Ps=1260Pa 时所对应的温度，即为该室空气露点温度。从附录2中，查得Ps=1260Pa对应的温度为：td=10.4即该居室的露点温度为10.4。1.2 室外热湿环境 室外热湿环境：指作用在建筑外围护结构上的一切湿热物理量的总称。组成室外热湿气候的要素：空气温度、空气湿度太阳辐射风、降水、积雪、日照以及冻土1.2.1 地区性气候及其特征1）空气温度 一般气象学上所指的气温是距地面1.5米高处的空气温度。影响气温的主要因素有： 入射到地面上的太阳 辐射热量。 地形与地表面的覆盖。 大气环流的热交换作用。2）太阳辐射 太阳辐射是地表大气热过程的主要能源。针对太阳辐射热，建筑设计要考虑日照和遮阳。到达地面的太阳辐射有：直接辐射散射辐射影响太阳辐射强度的因素： 太阳高度角 大气透明度 地理纬度 云量 海拔高度3）空气湿度 即室外空气中含水蒸气量的多少。也采用绝对湿度和相对湿度两个物理量来描述。4）风：即水平方向的气流。按风的形成机理，可分为： 大气环流 地方风风向和风向频率图 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。水陆风1.2.2 建筑气候分区以及对建筑设计的基本要求分区名称分 区 指 标设计要求主要指标辅助指标严寒地区最冷月平均温度-10日平均温度5的天数145d必须充分满足冬季保温要求，一般可不考虑夏季防热寒冷地区最冷月平均温度0-10日平均温度5的天数90-145d应满足冬季保温要求，部分地区兼顾夏季防热夏热冬冷地区最冷月平均温度0-10，最热月平均温度25-30日平均温度5的天数0-90d，日平均温度25的天数40-110d必须满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温。夏热冬暖地区最冷月平均温度10,最热月平均温度25-29日平均温度25的天数100-200d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0-13，最热月平均温度18-25日平均温度5的天数0-90d部分地区考虑冬季保温，一般可不考虑夏季防热1.2.3 城市气候及其成因城市气候的基本特征表现为：1）空气温度和辐射温度 城市区域空气平均温度、瞬时温度值均大于郊区，形成众所周知的城市热岛现象。2）城市风和紊流 特征:在大环境天气系统背景风速很大时： 平均风速明显小于郊外 风向分布基本无规律可循 部分区域形成风影区和强风区在大环境天气系统背景风速很小时：城市风场即为由城市热岛现象引起的热力紊流，成为“城市风”。这种风常认为是“污染风”。3）湿度和降水 城区自然蒸发量小，空气绝对湿度和相对湿度较郊区略低，日波动模式也与郊区有所不同；但因城区空气中的尘埃浓度较高，所以雾和云量也高，城区及下风区的降水量较郊外更多。4）太阳辐射与日照城市气候产生差异的原因：1）高密度的建筑物改变了地表层性态 由粗糙度改变引起 表面材料性质改变2）高密度的人口分布改变了能源与资源消费结构 向空气中排放大量温室气体，增加了城市区 域的温室效应； 向城市覆盖层内排放大量人为热量1 . 3 建筑围护结构传热基础知识热量传递有三种基本方式：导热对流辐射1.3.1 导热 导热是指物体中有温差时由于直接接触的物质质点作热运动而引起的热能传递过程。 在气体中是通过分子做无规则运动时互相碰撞而导热； 在液体中是通过平衡位置间歇移动的分子振动引起的； 在固体中，除金属外，都是由平衡位置不变的质点振动引起，在金属中，主要是通过自由电子的转移而导热。（纯粹的导热现象仅发生在理想的密实固体中）1）温度场、温度梯度和热流密度温度场：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 tf（x） 二维温度场：温度沿x和y两个坐标轴发生变化 tf（x，y）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。 等温面：温度场中同一时刻有相同温度各点连成的面。 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(m2)，单位时间内通过的热量为dQ(w)。如果热流密度在面积F上均匀分布则热流量为右式：2）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：一个物体在单位时间、单位面积上传递的热量于在其法线方向的温度变化率成正比。即：3）导热系数 在稳定条件下，两侧表面温差为1时，在1h内通过1m2面积所传导的热量。 导热系数大，表明材料的导热能力强。 各种物质的导热系数，均由试验确定。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0.006-0.6；液体为0.07-0.7；建筑材料和绝热材料为0.025-3；金属为2.2-420。 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、结构成分、密度、湿度、压力、温度等。其中主要影响因素是密度和湿度。 大多数材料的导热系数与温度的关系近似直线关系，即：式中:0材料在0条件下的导热系数； b经实验测定的常数。1.3.2 对流对流传热只发生在流体之中，它是因温度不同的各部分流体之间发生相对运动，互相掺合而传递热能的。产生对流有的原因 1）自然对流 ：由于流体冷热部分的密度不同而引起的流动。空气的自然对流是空气温度愈高密度愈小。当环境存在空气温差时，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。2）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。 特点：单纯的对流换热过程是不存在的，对流的同时总伴随着导热。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。 表面对流换热量取决因素：空气流动状况、结构所在的位置、壁面状况、热流方向等。表面对流换热量的表示式：牛顿公式。即：表面对流换热量取决于“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。1.3.3 辐射指热量以电磁波的形式把热量由一个物体传向另一个物体的现象。热能 辐射能 热能1）物体的辐射特性 按物体的辐射光谱特性，可分为黑体、灰体和选择性辐射体三大类。黑体：能发射全波段的热辐射能力，在相同的温度条件下，辐射能力最大。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设辐射能力与同温同波长的黑体的比值为一常数. 用“发射率”或“黑度”表示。选择性辐射体：其辐射光谱与黑体光谱截不同，甚至有的只能发射某些波长的辐射线。一般建筑材料都可看作灰体。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。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，黑体和灰体的全辐射能力与其表面的绝对温度的四次幂成正比，即：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。黑体单色辐射力的最大值随着黑体温度升高而向波长较短一边移动，对应于这一辐射力为最大值的波长与黑体绝对温度的关系用公式表示：2）物体表面对外来辐射的吸收与反射特性 ；对于任一特定的波长，=玻璃对太阳辐射中的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）则透射率很低。 3）物体之间的辐射换热 任何物体都具有发射辐射和对外来辐射吸收反射的能力，所以在空间任意两个相互分离的物体，彼此间就会产生辐射换热。两表面间的辐射量主要取决于表面的温度，表面发射和吸收辐射的能力，以及它们之间的相互位置。1.3.4 围护结构的传热过程通过围护结构的传热要经过三个过程：表面吸热 结构本身传热 表面放热1）表面换热 表面换热量是对流换热量与辐射换热量之和，即：2）结构传热 “单层均质平壁”仅在x方向有热流传递，即一维传热或单向传热。第 2 章 建筑围护结构的传热计算与应用透明部分不透明部分窗玻璃幕墙阳台门上部墙屋顶楼板建筑围护结构恒定的热作用周期热作用2.1 稳定传热2.1.1 一维稳定传热特征一维传热： 有一厚度为d的单层均质材料，当其宽度与高度的尺寸远远大于厚度时，则通过平壁的热流可视为只有沿厚度一个方向。一维稳定传热： 当平壁的内、外表面温度保持稳定传热时，则通过平壁的传热情况亦不会随时间变化，这种传热称为一维稳定传热。一维稳定传热的特征：1）通过平壁的热流强度处处相等。2）同一材质的平壁内部各个界面温度分布呈直线关系。2.1.2 匀质平壁的传热计算1、单层平壁传热1）内表面吸热2）结构传热3）外表面放热热流强度处处相等2、多层平壁传热K0平壁的传热系数物理含义：当 ti-te=1 时，单位时间内通过平壁单位表面积的传热量，W/(m2K)3、组合平壁传热组合壁：在建筑工程中，维护结构内部个别材料层常出现两种以上材料组成的组合材料层。2.1.4 封闭空气间层的热阻建筑设计中常用封闭空气层作为围护结构的保温层。空气间层中的传热方式：1.导热、对流和辐射2.主要是对流换热和辐射换热封闭空气层的热阻取决于间层两个界面上的边界层厚度和界面之间的辐射换热强度。在有限空间内的对流换热强度与间层的厚度、间层的设置方向和形状、间层的密闭性等因素有关。垂直空气间层中，12p 当间层厚度较薄时 热气流和冷气流相互干扰，形成局部环流，使边界层减薄。p 当间层厚度很薄时(d10cm) 上升气流和下降气流干扰程度逐渐减小当厚度达到一定程度时，就与自然对流情况类似。水平空气间层中当热面在上方时，间层内可视为不存在对流。当热面在下方时，热气流的上升和冷气流的下沉相互交替形成自然对流，此时自然对流换热最强。通过间层的辐射换热量与间层表面材料的辐射性能和间层的平均温度高低有关。1纯导热换热量2对流换热量3总换热量4间层内有一表面贴有铝箔5间层内两表面都贴有铝箔可见：普通空气间层的传热量中辐射换热占很大比例，要提高空气间层的热阻须减少辐射传热量。增大空气层热阻的措施: 减小辐射换热量（1）贴铝箔(若单面贴，应贴在高温一侧);（2）将空气层设在低温侧。2 . 2 建筑保温与节能计算在严寒和寒冷地区，采暖建筑物耗热量指标是建筑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。建筑物耗热量指标：是指在采暖期室外平均温度条件下，采暖建筑为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内消耗的、需由室内采暖设备供给的热量，单位W / m2。1）计算单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量qHT：在不同地区、不同朝向的围护结构，因受太阳辐射和天空辐射的影响，使得其在两侧空气温度同样为1K情况下，在单位时间内通过单位面积围护结构的传热量有改变，故需要修正围护结构传热系数。2）计算单位建筑面积的空气渗透耗热量qINF：3）建筑物耗热量指标计算建筑物耗热量指标计算式：采暖耗煤量：是指在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在一个采暖期内消耗的标准煤量，单位kg/m2。建筑采暖耗煤量：2 . 3 周期性不稳定传热不稳定传热 当外界热作用随时间而变时，围护结构内部的温度和通过围护结构的热流量也将发生变化，这种传热过程，称为不稳定传热。周期性不稳定传热 外界热作用随着时间呈现周期性的变化，叫做周期性不稳定传热。平壁在谐波热作用下具有以下几个基本传热特征：1）室外温度和平壁表面温度、内部任意截面处的温度都是同一周期的谐波动，亦即均可用谐量表示。2）从室外空间到平壁内部，温度波动振幅逐渐减小温度波动的衰减。3）从室外空间到平壁内部，温度波动的相位逐渐向后推延温度波动的相位延迟。谐波热作用下材料和围护结构的热特性指标（1）材料的蓄热系数（S）: 指均质半无限大体，在一侧受谐波热作用时，迎波面（即直接受到外界热作用的一侧表面）上热流振幅与温度振幅的比值：（2）材料层的热惰性指标（D）： 表征材料从受到波动热作用后，背波面（若波动热作用在外侧，则指其内表面）上温度波动剧烈程度的指标：2 . 4 建筑隔热设计控制指标计算2.4.1 室外综合温度室外综合温度：围护结构外表面对太阳辐射热的吸收系数；太阳辐射强度，W/m2；外表面换热系数，W/m2K；室外气温，；室外综合温度，；外表面有效长波辐射温度，。屋面t1r=3.5；外墙t1r=3.5。综合温度最大值：综合温度平均值：综合温度的昼夜波动振幅：太阳辐射等效温度振幅：2.4.2 隔热设计标准隔热设计标准就是围护结构的隔热应当控制到什么程度？对于自然通风房间，外围护结构的隔热设计主要控制其表面温度值，因此，要求外围护结构具有一定的衰减度和延迟时间，保证内表面温度不致过高，以免向室内和人体辐射过多的热量引起房间过热，恶化室内热环境。隔热设计标准隔热控制指标1、通常情况下，屋顶和西（东）外墙内表面最高温度应满足下式要求：2、对于夏季特别炎热地区，应满足：3、当外墙和屋顶采用轻型结构（如加气混凝土）时，应满足：4、当外墙和屋顶内侧采用复合轻质材料（岩棉、泡沫塑料等）时，应满足：第 3 章 建筑保温与节能3 . 1 建筑保温与节能设计策略1）充分利用太阳能1、从节能角度考虑2、从卫生角度考虑建筑中利用太阳能2）防止冷风的不利影响1、冷风渗透2、增大外表面的散热量冷风对室内热环境的影响：措施：1、应不使大面积外表面朝向冬季主导风向。2、应在迎风面上尽量少开门窗或其他孔洞。3、在严寒地区还应设置门斗。3）选择合理的建筑体形与平面形式 外表面面积越大、曲折越多对建筑保温与节能越不利。体形系数 建筑物与室外大气接触的外表面积 建筑物与室外大气接触的外表面积所包围的体积4）房间具有良好的热工特性、建筑具有整体保温和蓄热 能力。5）建筑保温系统科学、节点构造设计合理。6）建筑物具有舒适、高效的供热系统。3 . 2 非透明围护结构的保温与节能3.2.1 建筑保温与最小传热阻法最小传热阻：指在建筑热工的设计与计算中，容许采用的围护结构传热阻的下限值。规定的目的：防止内表面冷凝，以及限制内表面与人体之间的辐射换热量过大而是人体受凉。最小传热阻（低限热阻）ti冬季室内计算温度，；te冬季室外计算温度，；n温差修正系数；Ri内表面热转移阻，(m2K/W)t室内气温与外墙（或顶层）内表面之间的允许温差，。3.2.2 建筑节能与传热系数限值法1）居住建筑的保温与节能采暖居住建筑节能的三个阶段：第一阶段：1986年以后新建的采暖居住建筑，在1980-1981年当地通用集合式住宅设计能耗水平基础上，普遍降低能耗30%。第二阶段：1996年起在与第一阶段相同的基础上节能50%。第三阶段：在达到第二阶段要求的基础上再节能30%，从而达到节能65%的目标。在不同的节能阶段中，建筑围护结构所承担的节能比例分别是：20%、35%和50%。采暖区地居住建筑包括：住宅、集体宿舍、招待所、旅馆、托幼等95标准 表3-1 部分地区采暖居住建筑部分围护结构的传热系数限制2）公共建筑的保温与节能新建公共建筑节能： 第一阶段：节能50%。第二阶段：在2010年以后新建的采暖公共建筑在第一阶段基础上再节能30%，实现节能65%的目标。根据公共建筑节能设计标准GB50189-2005，建筑实现节能50%目标时，建筑非透明围护结构的热工设计要求： A、严寒、寒冷地区建筑的体形系数应0.4； B、在一定的气候分区中，围护结构传热系数不得大于限值。3）非透明围护结构的传热系数计算围护结构的传热系数K应按下列公式计算：外墙平均传热系数Km应按下列公式计算：3.2.3 建筑能耗控制与围护结构热工性能权衡判断法在居住建筑节能设计标准中，在控制围护结构各部位最大传热系数的前提下，以最终控制建筑物折合在单位建筑面积上的耗热量指标和耗煤量指标为目标。围护结构热工性能的权衡判断是建立在控制建筑物总能耗的基础，是一种性能化的设计方法。实际设计的建筑节能设计参数节能标准要求的建筑节能设计参数比较 实际设计的建筑节能设计参数标准要求，无需权衡判断，实际建筑满足节能规范要求。 实际设计的建筑节能设计参数标准要求，应进行耗热量指标的权衡判断。3.2.4 楼地面的保温节能与热舒适性一方面从建筑节能的要求考虑，另一方面应从人体的健康、舒适以及采暖方式等综合考虑。1）楼面的热工设计 吸热指数B越大，从人脚吸取的热量越多越快。木地面B=10.5，水磨石地面B=26.8。类别吸热指数BW/(m2h-1/2K)适用的建筑类型代表性地面材料17高级居住建筑，托幼、医疗建筑等木地面、塑料17-23一般居住建筑，办公、学校建筑等水泥砂浆23临时逗留以及室温高于23的采暖建筑水磨石楼面的传热系数计算公式：当楼板上下为居室时，Ri=Re=0.11 (m2K/W)；当楼板接触室外空气时，Ri=0.11 (m2K/W) ； Re=0.05 (m2K/W)；当楼板是地下室或地下停车库的顶部时，Ri=0.11 (m2K/W) ； Re=0.08 (m2K/W)。2）底层地面的热工设计 周边地面是距外墙内表面2m以内的地面，其他地面均为非周边地面。 严寒地区公共建筑的周边地面热阻不小于2.0(m2K/W)，非周边地面热阻不小于1.8(m2K/W)。地面热阻Rg应按下列公式计算：3.3 保温材料与构造3.3.1 保温材料绝热材料： 指导热系数小于0.3，并能用于绝热工程的材料。保温材料： 把用于控制室内热量外流的材料叫保温材料。隔热材料： 防止室外热量进入室内材料的叫隔热材料。影响材料导热系数的因素：密实性内部空隙的大小、数量、形状材料的湿度材料骨架部分的化学性质工作湿度常温下，影响最大的是密度和湿度。1）密度对导热系数的影响 在干燥状态下，材料的导热系数主要取决于其骨架成分的性质以及孔隙中的热交换规律。材料中孔隙所占的体积与材料整体体积的百分比，叫做材料的“孔隙率”，用N表示，则： V1孔隙所占的体积，m3；V2材料整体体积，m3。绝热材料骨架成分的密度相差很小，因此，密度能很好地表明材料孔隙率的大小。密度越小，孔隙率越大。而导热系数随孔隙率的增加而减小，随孔隙率的减少而增大。也就是说，密度越小，导热系数也越小，反之亦然。2）湿度对导热系数的影响 材料中含水量的多少，以“重量湿度”或“体积湿度”来表示。重量湿度是指试样中所含水分的重量与绝干状态下试样重量的百分比，即W材料的重量湿度，%；G1湿试样的重量，Kg;G2绝干状态时试样的重量，Kg。体积湿度是以湿试样中水分所占的体积与整个试样体积的百分比表示的，即V体积湿度，%；V1试样中水分所占的体积，m3;V2整个试样的体积，m3。重量湿度可以直接测定，而体积湿度则要由重量湿度按下式换算：r材料的干密度，Kg/m3；1000水的密度，Kg/m3。除密度和湿度外，温度和热流方向对材料导热系数也有一定影响。 温度越高，导热系数越大。 热流方向的影响主要表现在各向异性材料，如木材、玻璃纤维等，当热流平行纤维方向时，导热系数较大，当热流垂直于纤维时，导热系数较小。3）保温材料的选择 首先要考虑其物理性能； 同时应了解 材料的强度、 耐久度、耐火及耐侵蚀性，是否满足要求； 经济性要求；3.3.2 保温构造的类型保温构造大致可以分为以下几种类型： 单设保温层：用导热系数很小的材料作保温层起主要保温作用。 封闭空气间层 保温与承重相结合 混合型构造3.3.3 单设保温层复合构造的形式及特点单设保温层复合墙体分为以下几种类型：内保温：保温层在承重层地室内侧。外保温：保温层在承重层地室外侧。夹芯保温：保温层设置在两层密实结构层的中间。外保温的优点：1、 使围护结构主要部分受到保护，以减小温度应力的作用；2、 对结构及房间的热稳定性有利；3、 对防治围护结构内部结露有利；4、 减小热桥的作用，并能防止热桥内表面不结露；5、 便于旧房改造。3.3.5 倒铺屋面即防水层不设在保温层上边，而是倒过来放在保温层底下。简称USD构法。3.4 透明围护结构的保温与节能建筑物的透明围护结构是指有采光、通视功能的外窗、外门、阳台门、透明玻璃幕墙和屋顶的透明部分等。3.4.1 外窗与透明幕墙的保温与节能窗户保温性能低的原因主要是缝隙空气渗透和玻璃、窗框和窗樘等的热阻太小。为了有效地控制建筑的采暖耗热量，在建筑节能设计规范中，严格要求控制外窗（包括透明幕墙）的面积。其指标是窗墙面比，即：某一朝向的外窗洞口面积与同一朝向外墙面积之比。 严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准JGJ26-2010中规定：窗墙面积比为窗户洞口面积与房间立面单元面积（即建筑层高与开间定位线围成的面积）之比。严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准JGJ26-2010应从以下几方面做好外窗的保温设计：1）提高气密性，减少冷风渗透 我国的有关规定，在窗两侧空气压差为10Pa的条件下，单位时间内每米缝长的空气渗透量ql的允许标准如下： 在底层和多层建筑中应不大于2.5m3/(mh) 在中、高层建筑中应不大于1.5m3/(mh)2）提高窗框保温性能 将薄壁实腹型材改为空心材，内部形成封闭空气层，提高保温能力。 开发塑料构件和断桥隔热复合型窗框材料，有效提高窗的保温性能。 窗框与墙体之间的连接处理成弹性构造，其间的缝隙用防潮型保温材料填塞，并采用密封胶、密封剂风密封。3）改善玻璃的保温能力 增加窗扇层数，提高窗玻璃部分的保温能力。 采用LowE中空玻璃、惰性气体的LowE中空玻璃等，提高窗玻璃部分的保温能力。3.4.2 外门的保温与节能外门包括户门（不采暖楼梯间）、单元门（采暖楼梯间）、阳台门以及与室外空气直接接触的其他各式各样的门。 外门的空气渗透耗热量特别大，在建筑设计中，应当尽可能选择保温性能好的保温门。严寒地区，外门窗、幕墙的细部构造设计应符合以下要求： 1）门窗、幕墙的面板缝隙应采取良好的密封措施。玻璃或非透明面板四周应采用弹性好、耐久的密封条或密封胶密封。 2）开启扇应采用双道或多道密封，并用弹性好、耐久的密封条。推拉窗开启扇四周应采用中间带胶片毛条或橡胶密封条密封。3）门窗、幕墙周边与墙体或其他围护结构连接处应为弹性构造，采用防潮型保温材料填塞，缝隙应采用密封剂或密封胶密封。 4）外窗、幕墙应进行结露验算，在设计计算条件下，其内表面温度不宜低于室内的露点温度。验算应符合建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程的规定。5）玻璃幕墙与隔墙、楼板或梁之间的间隙以及幕墙的非透明部分内侧，应采用高效、耐久、防火性能好的保温材料进行保温，保温材料所在空间应充分隔气密封，防止冷凝水进入保温材料中。 6）西向外窗、玻璃幕墙仍然需要设置一定的夏季遮阳构件。3.5 被动式太阳能利用设计在建筑中利用太阳能的方式，根据运行过程中是否需要机械动力，分为：“主动式”： 需要机械动力驱动才能达到采暖和制冷的目的。“被动式”： 不借助于机械动力，让建筑本身作为一个利用太阳能系统。3.5.1 直接受益式特点：升温快，构造简单。但需布置足够的储热材料，保持比较稳定的室内温度。窗户的夜间保温装置应尽可能放在窗户的外侧，并尽可能地严密。3.5.2 集热墙式特点：通过加热夹层内的空气，使夹层内的空气与室内空气密度不同，通过上下通风口形成自然对流，上通风口将热空气送进室内。同时，部分热量也可通过集热墙体导热传入室内。 按照通风口的有无和分布情况分为三类：无通风口、在墙顶端和低端设有通风口和墙体均布通风口。3.5.3 附加日光间式“附加日光间”是指那些由于直接获得太阳能而使温度产生较大波动的空间。 由日光间到房间的热量传递方法：1、太阳能通过日光间与房间之间的玻璃门直接射入室内；2、日光间的热量借助于自然对流或小的风扇直接传送到房间；3、通过日光间与房间之间的墙体传导、辐射给房间。抱合式附加阳光间的平面示意暖廊式日光间3.5.4 被动式太阳能采暖与建筑设计相结合1、在设计时要布置足够的蓄热体，使太阳辐射能得到更好的储存和放散，提高室温。 2、为保证南向主要房间能够达到较高的太阳能供暖，房间的进深不宜太大，以进深不大于层高的1.5倍为宜。 3、集热墙体的厚度要适宜，保证最大的蓄热量和夜间的供热量。第 4 章 外围护结构的湿状况决定外围护结构的湿度状况的主要因素用于结构中材料的原始湿度；施工过程中进入材料的水分；由于毛细管作用，从土壤渗透到围护结构中的水分；由于受雨、雪的作用而渗透到围护结构中的水分；使用管理中的水分；由于材料的吸湿作用，从空气中吸收的水分；空气中的水分在围护结构表面和内部发生冷凝。 4 . 1 建筑围护结构的传湿4.1.1 材料的吸湿特性 材料的吸湿：把一块干的材料试件置于湿空气之中，材料试件会从空气中逐步 吸收水蒸气而受潮。平衡湿度：处于热湿平衡最大吸湿湿度：在相对湿度为100%条件下的平衡湿度。材料吸湿机理分三种状态:在低湿度时为单分子吸湿在中等湿度时为多分子吸湿在高湿度时为毛细吸湿020时不同相对湿度的平衡湿度平均值4.1.2 外围护结构的水分迁移水分迁移的条件：压力差、湿度差、温度差 材料内所包含的水分、可以以三种形态存在： 气态（水蒸汽） 液态（液态水） 固态（冰）在材料内部可以迁移的只有两种相态：一种是以气态的扩散方式迁移（又称水蒸汽渗透）p 当材料湿度低于最大吸湿湿度时，材料中的水分尚属吸附水，这种吸附水分的迁移，是先经蒸发，后以气态形式沿水蒸汽分压力降低的方向或沿热流方向扩散迁移。一种是以液态水份的毛细渗透方式迁移。p 当材料材湿度高于最大吸湿湿度时，材料内部就会出现自由水，这种液态水将从含湿量高的部位向低的部位产生毛细迁移。围护结构的蒸汽渗透n 蒸汽渗透过程是物质即水蒸汽分子的转移过程n 稳态下水蒸汽渗透过程的计算与稳定传热的计算方法相似，即在稳态条件下、单位时间内通过单位面积围护结构的蒸汽渗透量与室内外水蒸汽分压力差成正比,与渗透过程中受到的阻力成反比4.1.3 内部冷凝的检验步骤(1)根据室内外空气的温度和相对湿度，确定水蒸汽分压力Pi和Pe，然后计算围护结构各层的实际水蒸汽分压力，并作出实际水蒸汽分压(P)的分布线。 (2)根据室内外空气温度，确定围护结构各层的温度，按附录查出相应的饱和水蒸汽分压力Ps并画出曲线。 (3)根据Ps线和P线相交与否来判定围护结构内部是否会出冷凝现象如P线与Ps线不相交，说明内部不会产生冷凝；若相交则内部有冷凝。材料的水蒸气渗透系数出现由大变小的界面，因水蒸气至此遇到较大的阻力，最易发生冷凝现象，把这个最易出现冷凝，而且凝结最严重的界面，叫做围护结构内部的冷凝界面。冷凝强度的计算例4-1试检验如图所示的外墙结构是否会产生内部冷凝。已知ti=16, i=60%，采暖期室外平均气温te=-4.0，平均相对湿度e=50%。p 解：（1）计算各分层的热阻和水蒸汽渗透阻p 由此得： R0=0.11+0.461+0.04=0.611 m2 K/W H0=2517.13 m2 hPa/g （2）计算水蒸气实际分压力：P线 ti=16时, Ps=817.2Pa， Pi=1817.2x0.60=1090.3Pa te=-4.0时，Ps=437.3Pa Pe=437.3x0.50=218.7Pa（3）计算围护结构内部各层的温度和水蒸汽饱和压力：Ps线4）计算冷凝强度在本例中，冷凝界面位于第二和第三层交界处，故Ps,c=Ps,3=757.3Pa, H0,i=166.67+251.51=418.18 m2 hPa/g，H0,e=2098.95 m2 hPa/g,按下式：4 . 2 围护结构的防潮4.2.1 防止和控制表面冷凝1、正常湿度的房间： 注意家具布置 围护结构内表面层应采用蓄热系数大的材料。2、高湿房间（75%）： 避免在表面形成水滴掉落; 防止表面凝水渗入围护结构的深部。4.2.2 防止和控制内部冷凝1、合理布置材料层的相对位置构造上做到“内紧外松，进难出易” 1 石膏板条粉刷；2 隔气层；3 保温层；4 空气间层；5 砖砌体 2、设置隔汽层（1）保证围护结构内部正常湿状况所必须的蒸汽渗透阻% 隔汽层应布置在 蒸汽流入的一侧3、设置通风间层或泄气沟道4、冷侧设置密闭空气层4.3 夏季结露与防止措施4.3.1 夏季结露及其危害4.3.2 夏季结露的成因 差迟凝结：室外空气温度和湿度都骤然增加时，建筑物中的物体表面温度由于热容量的影响而上升缓慢，滞后若干时间而低于室外空气的露点温度，以致高温高湿的室外空气流过室内低温表面时必然发生大强度的表面凝结。夏季结露必要和充分的条件：n 室外空气温度高、湿度大、空气饱和或者接近饱和n 室内某些表面热惰性大，使其温度低于室外空气的露点温度n 室外高温高湿空气与室内物体低温表面接触4.3.3 防止夏季结露的措施1、架空层防结露 2、空气层防结露3、材料层防结露 4、呼吸防结露5、密闭防结露 6、通风防结露7、空调防结露1、为防止采暖建筑外围护结构内部冬季产生冷凝，以下几项措施中哪项是错误的？A、在围护结构内设排汽通道通向室外B、将水蒸气渗透系数大的材料放在靠近室外一侧C、将隔汽层设在靠近室外一侧D、将隔汽层放在保温材料层内侧2、当出现下列哪一种情况时，围护结构需要设置隔汽层？A、围护结构内部保温层的湿度增量小于允许适度增量B、围护结构表面出现结露现象C、围护结构内部出现冷凝D、围护结构冷凝界面内侧的蒸气渗透阻小于内侧所需的最小蒸气渗透阻 第5章 建筑防热与节能建筑防热： 为了抵挡夏季室外热作用，防止室内过热所采取的建筑设计综合措施。建筑防热主要内容： 在城市规划中，正确地选择建筑物的布局形式和建筑物的朝向； 在建筑设计中，选用适宜的有效的围护结构隔热方案； 采用合理的窗户遮阳方式； 充分利用自然通风； 注意建筑环境的绿化等以创造舒适的室内生活、工作环境。5.1 气候特征与防热途径5.1.1 热气候特征与我国炎热地区的范围热气候有干热和湿热。 我国炎热地区指累年最热月平均气温高于或等于25的地区。这些地区的气候特征是： 气温高而持续的时间长; 太阳辐射强度较大; 相对湿度大，年降水量大; 季候风旺盛。1）热气候特征与建筑设计原则 气候类型特点要求湿热气候区干热气候区气候特点温度日较差小，湿度大，雨量大，吹和风，常有暴风雨温度日较差大，湿度小，干燥，降雨少，常吹热风并带沙设计原则群体布置争取自然通风的朝向，间距稍大些，布局较自由，房屋要防晒，环境要有绿化、水域布局较密形成小巷道，间距较密集，便于相互遮挡；要防止热风，注意绿化建筑平面外部较开敞，亦有设内天井，注意庭院布置。设置凉台；平面形式多条形或竹筒形，多设外廊或底层架空，进深较大外封闭、内开敞，多设内天井，平面形式有方块式、内廊式，进深较深。防热风，开小窗。防晒隔热建筑措施遮阳、隔热、防潮、防霉、防雨、防虫，并争取自然通风防热要求较高，防止热风和风沙的袭击，以设置地下室或半地下室以避暑建筑形式开敞轻快，通透淡雅严密厚重，外壁内敞材料选择现代轻质隔热材料、铝箔、铝板及其复合隔热板热容量大、外隔热、白色外表面、混凝土、砖、石、土自然能源利用夜间强化通风、被动蒸发冷却、地冷空调被动蒸发冷却、长波辐射冷却、夜间通风、地冷空调5.1.2 室内过热的原因和防热措施1）室内