建筑物理环境概论

1、建筑物理环境建筑物理环境（1） Architectural Physics Environment 上海交通大学船建学院建筑系上海交通大学船建学院建筑系 物理学：是研究客观世界运动规律的 学科。 建筑物理学：是研究外界环境的运动 过程对建筑产生的影响，进而对人体产生的 影响的学科。 外界环境的物理要素为热、声、 光的运动过程。 建筑物理学的研究对象是热、声、光 等物理运动过程对建筑和人体产生的影响。 建筑物理学是设计和建造符合人体生 理和心理需要的建筑的基本理论。 引言 建筑物理环境建筑物理环境：建筑室内外空间与人体相关建筑室内外空间与人体相关 的的 各个物理要素的总和。各个物理要素的总和。

2、建筑热环境 建筑光环境 建筑声环境 人通过各类感官器官（皮肤、眼、耳、鼻、舌） 接触外界物理环境，物理环境对人的生理和心理状 态产生着影响着。 建筑物理环境是城市规划、建筑学、建筑环境与设 备工程、环境工程和建筑装饰工程与材料专业同学们的 专业基础课，是综合提高学生建筑设计、建筑技术创新 能力的一门重要建筑技术课程。 建筑物理环境建筑物理环境是一门培养高级建筑设计人才不可缺是一门培养高级建筑设计人才不可缺 少的专业基础课程。少的专业基础课程。 建筑设计人员必须掌握一定的建筑物理知识，否则就不建筑设计人员必须掌握一定的建筑物理知识，否则就不 可能完满地解决有关可能完满地解决有关声、光、热环境声、

3、光、热环境的设计问题，也就的设计问题，也就 不可能保证现代建筑应有的设计质量。不可能保证现代建筑应有的设计质量。 教学目标是为同学们在修完本课程后建立比较系统的建 筑物理环境与技术概念。 教学定位是提高同学们在建筑创作中综合运用建筑物理 知识解决建筑环境设计问题的能力。 建筑师们的任务建筑师们的任务： 就是了解就是了解声、光、热声、光、热的技术措施及其应用，并且结合的技术措施及其应用，并且结合 建筑构造处理的技能，设计出既建筑构造处理的技能，设计出既舒适又节能的建筑。舒适又节能的建筑。 1 建筑物理理论的形成与发展 建筑物理环境是研究声、光、热的物理现象和 运动规律的一门科学，是建筑学的主要组

4、成部分。 该学科形成于2020世纪3030年代。其分支学科有建筑热 工学、建筑光学、建筑声学等。 20世纪初，美国学者赛宾提出吸声系数概念 与混响理论，为室内声学奠定了理论基础。 -建筑声学逐渐形成； 同期一些学者进行太阳的直射光、天空的扩散光 和天空亮度等光气候的研究，提出近似的采光计算 方法。据此制定出天然采光标准。建立起天然采光 的理论。此时期，白炽灯逐渐成为一种广泛使用的 照明光源，促进了照明技术的发展。在天然采光和 照明技术的研究成果的基础上， -建筑光学逐渐形成； 18世纪初发明蒸汽供暖设备。19世纪末研究建筑 围护结构和环境相互作用的传热机理，以及房屋保 暖措施。20世纪以来，为

5、了解决采暖房屋的热平衡 问题，提出稳定传热计算方法、准稳定传热计算方 法和非稳定传热计算方法。在上述研究的基础上， -建筑热工学逐渐形成。 20世纪30年代建筑物理 学，任务是提高建筑功 能质量，创造适宜的生 活和工作环境。 声 光 热 建筑节能 室内混响计算 天然采光 建筑与光艺术的统一 评评价室价室内内音音质质 评评价价艺术艺术及能耗及能耗 建筑耗能建筑耗能 近代建筑物理环境的发展状况 有关内容有关内容 流体力学 传热学 通风 散热 建筑环境物理建筑环境物理课程的特点课程的特点 跨学科的边缘科学，包括： 热学、光学、声学 流体力学 建筑构造 心理学 生理学 劳动卫生学 城市气候学 12 2

6、 研究的内容 建筑环境中，建筑环境中，热、声、光、色彩、质量热、声、光、色彩、质量等都是环等都是环 境因素，对人的心理感受及建筑物的使用都有一境因素，对人的心理感受及建筑物的使用都有一 定的影响；定的影响； 建筑物理环境研究内容有二建筑物理环境研究内容有二： 是研究人在建筑环境中的声、光、热作用下通过是研究人在建筑环境中的声、光、热作用下通过 听觉、视觉、触觉和舒适感觉所产生的听觉、视觉、触觉和舒适感觉所产生的反应反应； 同时采取适宜的技术措施，同时采取适宜的技术措施，调整调整建筑的物理环境建筑的物理环境 设计，从而使建筑物达到特定的使用效果；设计，从而使建筑物达到特定的使用效果； 3 应用现

7、状 当今建筑物理环境学科已建立系统的声、光、 热环境设计与计算的理论和方法，完整的实 验技术和配套的国际标准及国家标准，以求 保证具有舒适的声、光、热环境及低能耗建 筑。 建筑物理建筑物理 环境环境 （1）建筑）建筑 热工学热工学 （2）建筑）建筑 光学光学 （3）建筑）建筑 声学声学 （4）空气）空气 品质品质 建筑物理环境 热环境 光环境 声环境 空气 环境 传热原理 光特性 声学原理 空 气组成 气候 视觉 听觉特性 品质标准 热舒适 光度量 声音计量 品 质控制保温 天然采光 声学材料 隔热 人工照明 厅堂音质 防潮 噪声控制 日照 本课程的内容 首先根据人工作、生活的高效、舒适、安全

8、和健康的要 求，对建筑的物理环境给出定量的评价； 其次研究提供良好物理环境和消除不良影响的技术途径 与控制措施。 全课程共包含建筑热环境、建筑光环境、建筑声环境上 中下三篇，每篇又包含若干讲。每篇的讲授内容独立成 篇，便于运用掌握。 （1 1）建筑热工学）建筑热工学 建筑热工学是建筑物理学的组成部分之一。建筑热工学是建筑物理学的组成部分之一。 主要主要介绍如何通过介绍如何通过建筑规划和设计建筑规划和设计上的技术措施，有效的利用室内外环上的技术措施，有效的利用室内外环 境的热湿作用，合理地解决建筑物的境的热湿作用，合理地解决建筑物的保温、防热、防潮、日照、节能保温、防热、防潮、日照、节能等问等问

9、 题，同时创造良好的题，同时创造良好的室内热环境室内热环境并提高围护结构的耐久性。并提高围护结构的耐久性。 在大多数情况下，单靠建筑措施是不能完全在大多数情况下，单靠建筑措施是不能完全 满足人体对室内热环境的要求。为了获得舒满足人体对室内热环境的要求。为了获得舒 适的室内热环境，往往需要适的室内热环境，往往需要配备适当的设备配备适当的设备， 进行人工调节。进行人工调节。 如在寒冷地区设置如在寒冷地区设置采暖设备采暖设备，在炎热地区设置，在炎热地区设置空调空调 设备设备等。等。 但只有首先充分发挥各种建筑措施的作用，再配备但只有首先充分发挥各种建筑措施的作用，再配备 一些必要的调节设备，才能设计

10、出既能满足技术、一些必要的调节设备，才能设计出既能满足技术、 经济要求而又节能的建筑。经济要求而又节能的建筑。 世博会日本馆 展馆外部由可发电的超轻型薄膜包围，透光性高的双层外膜配以内部 的太阳电池，充分利用太阳能资源。 内部设计成循环式呼吸孔道等最新技术环境控制技术，光、水、空气 等自然资源最大限度得到利用， 西班牙馆 实体结构以钢建筑材 料为主，外墙将覆盖 有西班牙风格的柳条 编织品， 建筑材料以环保材料 为主，这样的设计仅 方便了日后的拆卸， 也可以让自然光可以 随意的透过钢管和柳 条射进室内 加拿大卡尔格雷水中心 采用的科技手段有： 建筑保温，减少能耗; 可调节的窗户，帮助监控和保持室

11、 内空气质量; 屋顶辐射降温系统地板通风系统; 使用可再生资源和可回收材料等 屋顶雨水收集系统，用于绿化灌溉; 中水回用系统，用于冲厕; 建筑建成后，每年可以减少10加元 的能源消耗和71吨的二氧化碳排放， 还可以减少72%的废水排放，建筑 的垃圾转换回收率超过90% 法国巴黎植物墙建筑： 垂直花园 采用无土植物研究成果，通过特殊的材料和工艺，创造性 地使用植物作为构成建筑的材料， 将150种共15000株来自界各地的植物，种植在800平 方米的墙面，成功构筑了个充满自然气息的垂直花园。 垂直花园植物墙仅为城市环境增添了勃勃生机，而可以吸 收空气中的污染物质，减缓噪声污染，降低建筑物吸收的 太

12、阳辐射，有利于缓解城市热岛效应 上海生态示范办公楼上海生态示范办公楼 自然通风自然通风 天然采光天然采光 再生能源再生能源 智能控制智能控制 资源回用资源回用 舒适环境舒适环境 生态绿化生态绿化 绿色建材绿色建材 健康空调健康空调 超低能耗超低能耗 高效、环保、健康新型空调系统 斜屋面太阳能集热器 和光电板系统 北京清华生态示范楼北京清华生态示范楼 双层玻璃幕墙 自然通风系统 研究的具体内容是：研究的具体内容是： 人体的热感觉、室外环境的热湿参数及其对人体的热感觉、室外环境的热湿参数及其对 室内热环境的影响，建筑材料的热物理性能，室内热环境的影响，建筑材料的热物理性能， 房屋的热稳定性、建筑物

13、的保温、防热、日房屋的热稳定性、建筑物的保温、防热、日 照、防潮除湿技术等。照、防潮除湿技术等。 建筑师们的任务：建筑师们的任务： 就是了解上述的技术措施及其应用，并且结合建就是了解上述的技术措施及其应用，并且结合建 筑构造处理的技能，设计出既热舒适又节能的建筑。筑构造处理的技能，设计出既热舒适又节能的建筑。 引言 第一章 建筑热环境 第二章 传热基本知识 第三章 建筑保温 第四章 建筑防热 第五章 建筑日照与遮阳 第六章 建筑与节能技术 建筑热工学 （2 2）建筑光学）建筑光学 建筑光学是建筑光学是建筑物理建筑物理的一个分支，主要研究的一个分支，主要研究建筑物室内外建筑物室内外的的光光 环境

14、环境。 研究与建筑有关光的性质、光的视觉性质、建筑的天然采光和研究与建筑有关光的性质、光的视觉性质、建筑的天然采光和 人工照明技术。人工照明技术。 天然光 上海大剧院 人工光 斯图加特美术馆新馆斯图加特美术馆新馆 采光效果采光效果 图书馆光效果图 研究研究天然光天然光和和人工光人工光在建筑中的合理利用，创造在建筑中的合理利用，创造 良好的光环境，满足人们工作、生活、审美和保良好的光环境，满足人们工作、生活、审美和保 护视力等要求的应用学科，是建筑物理学的组成护视力等要求的应用学科，是建筑物理学的组成 部分之一。部分之一。 建筑师们的任务：建筑师们的任务： 就是要为人们创造良好的光环境，它不但对

15、劳动就是要为人们创造良好的光环境，它不但对劳动 生产率和视力健康都有直接影响，也影响人们的生产率和视力健康都有直接影响，也影响人们的 生活质量，在建筑设计中要重视采光和照明问题。生活质量，在建筑设计中要重视采光和照明问题。 引言 第一章 建筑光学基本知识 第二章 天然采光 第三章 建筑照明 第四章 照明与节能 建筑光学 人们可以听到的声音都属于声环境范畴，如谈 话、鸟鸣、音乐、泉水叮咚、歌声等悦耳之声； 但也能听到吵闹、机器轰鸣、车辆的轰鸣等噪声。 从人的心理感受上声音分两类： C C类类：舒服的，如音乐、歌唱、生活中的交谈等。：舒服的，如音乐、歌唱、生活中的交谈等。 U U类类：不舒服的，如

16、噪声、爆炸声、刺耳的啸叫声等。：不舒服的，如噪声、爆炸声、刺耳的啸叫声等。 （3）建筑声学 声环境设计围绕着人的感受，在建筑设计中做到：声环境设计围绕着人的感受，在建筑设计中做到： 1 1）如何保证）如何保证C C类的声音听清听舒服类的声音听清听舒服 音质设计音质设计 2 2）降低）降低U U类声音对正常工作生活的干扰类声音对正常工作生活的干扰 噪声控制噪声控制 建筑声学是研究与建筑有关的声学问题的科学。内容主建筑声学是研究与建筑有关的声学问题的科学。内容主 要包括要包括厅堂音质设计厅堂音质设计和建筑环境中的和建筑环境中的噪声控制噪声控制两大部分，两大部分， 目的是为人们生活和工作创造良好的声

17、学环境。目的是为人们生活和工作创造良好的声学环境。 研究室内外声波传输的物理条件和声学处理研究室内外声波传输的物理条件和声学处理 方法，以保证室内具的良好的听闻条件；方法，以保证室内具的良好的听闻条件； 研究控制建筑物内部和外部一定空间内的噪研究控制建筑物内部和外部一定空间内的噪 声干扰和危害。声干扰和危害。 因此，现代建筑声学可分为因此，现代建筑声学可分为室内声学设计室内声学设计和和 环境噪声控制环境噪声控制两个研究领域。两个研究领域。 有有音质要求音质要求的建筑除了的建筑除了厅堂，广播、电视的播音厅堂，广播、电视的播音 录音室，演播厅，电影的录影棚录音室，演播厅，电影的录影棚等在某些方面的

18、等在某些方面的 音质要求更高；而其他音质要求更高；而其他体育建筑、公共建筑的文体育建筑、公共建筑的文 化馆、博览建筑以及一些民用建筑化馆、博览建筑以及一些民用建筑，均有各自不，均有各自不 同程度的音质要求。当然，良好的音质也必须不同程度的音质要求。当然，良好的音质也必须不 受内外噪声的干扰。受内外噪声的干扰。 建筑师们的任务：建筑师们的任务： 就是在掌握人们对声环境要求的基础之上，能就是在掌握人们对声环境要求的基础之上，能 综合应用控制声环境（音质设计和噪声控制综合应用控制声环境（音质设计和噪声控制）的的 技术手段和方法来设计建筑，使所设计的建筑更技术手段和方法来设计建筑，使所设计的建筑更 完

19、美、更舒适！完美、更舒适！ 国家大剧院国家大剧院 建筑地点：北京建筑地点：北京 国家大剧院工程位于北京长 安街的核心位置，主体建筑呈 “巨蛋”形，由歌剧院、音乐 厅、戏剧场和公共大厅等部分 组成。工程建成后，它将成为 中国最高水平的表演艺术中心。 国家大剧院内景国家大剧院内景 音乐厅音乐厅 歌剧厅歌剧厅音乐厅音乐厅 歌剧厅歌剧厅 戏剧厅戏剧厅 音乐厅音乐厅 悉尼歌剧院 歌剧院整个分为三歌剧院整个分为三 个部分：歌剧厅、音乐厅个部分：歌剧厅、音乐厅 和贝尼朗餐厅。和贝尼朗餐厅。 歌剧厅、音乐厅及歌剧厅、音乐厅及 休息厅并排而立，建在巨休息厅并排而立，建在巨 型花岗岩石基座上，各由型花岗岩石基座上

20、，各由 4 4块巍峨的大壳顶组成。块巍峨的大壳顶组成。 歌剧厅可容纳歌剧厅可容纳15471547名观众，内部陈设新名观众，内部陈设新 颖、华丽、考究，为了避免在演出时墙颖、华丽、考究，为了避免在演出时墙 壁反光，墙壁一律用暗光的夹板镶成：壁反光，墙壁一律用暗光的夹板镶成： 地板和天花板用本地出产的黄杨木和桦地板和天花板用本地出产的黄杨木和桦 木制成；弹簧椅蒙上红色光滑的皮套。木制成；弹簧椅蒙上红色光滑的皮套。 采用这样的装置，演出时可以有圆润的采用这样的装置，演出时可以有圆润的 音响效果。音响效果。 舞台面积舞台面积440440平方米，有转台和升降平方米，有转台和升降 台。舞台配有两幅法国织造

21、的毛料华台。舞台配有两幅法国织造的毛料华 丽幕布。丽幕布。 香港文化中心音乐厅 引言 第一章 声学的基本知识 第二章 吸声材料和隔声材料 第三章 噪声控制 第四章 室内音质设计 建筑声学 建筑物理环境包括建筑热工学、建筑光学和建筑声建筑物理环境包括建筑热工学、建筑光学和建筑声 学三篇内容。学三篇内容。 4 学习内容及任务 建筑物理建筑物理 环境环境 （1 1）建筑）建筑 热工学热工学 室外热环室外热环 境设计境设计 室内热环室内热环 境设计境设计 （2 2）建筑）建筑 光学光学 天然采光天然采光 设计设计 建筑照明建筑照明 设计设计 （3 3）建筑）建筑 声学声学 室内音质室内音质 设计设计

22、环境噪声环境噪声 控制控制 建筑物理环境涉及的知识面较为广泛，有建筑学、建筑物理环境涉及的知识面较为广泛，有建筑学、 物理学、材料学、环境科学等，是培养高级建筑设物理学、材料学、环境科学等，是培养高级建筑设 计人才的不可缺少的专业基础课。计人才的不可缺少的专业基础课。 学习掌握的内容概括为：学习掌握的内容概括为： 1 1）研究建筑中的热、光、声等物理现象；）研究建筑中的热、光、声等物理现象； 2 2）材料的热学、光学以及声学性能；）材料的热学、光学以及声学性能； 3 3）获得良好的热、光、声环境的设计原理、方法和）获得良好的热、光、声环境的设计原理、方法和 技术措施等。技术措施等。 从建筑规划

23、、设计到局部的构造设计，甚至施工管从建筑规划、设计到局部的构造设计，甚至施工管 理，自始至终都涉及建筑物理的有关知识和技能。理，自始至终都涉及建筑物理的有关知识和技能。 如大的城市规划、区域规划中的微气候、日照、通如大的城市规划、区域规划中的微气候、日照、通 风、噪声控制等问题到建筑单体的隔热、保温、隔风、噪声控制等问题到建筑单体的隔热、保温、隔 声、采光、防潮等。声、采光、防潮等。 因此，未来的建筑设计师们，必须加强建筑物理的因此，未来的建筑设计师们，必须加强建筑物理的 学习；在设计过程中，也要充分利用建筑物理技术。学习；在设计过程中，也要充分利用建筑物理技术。 建筑设计人员必须掌握一定的建

24、筑物理知识，建筑设计人员必须掌握一定的建筑物理知识， 建筑物理环境课程，是建筑学专业学生的限选课；建筑物理环境课程，是建筑学专业学生的限选课； 课程性质：课程性质： 专业基础课专业基础课 授课方式：授课方式： 教学、讨论结合教学实验和课程综合设计。教学、讨论结合教学实验和课程综合设计。 学学 时时 数：数： 9696学时；学时； 6 6学分；学分； 两学期完成两学期完成 5 主要参考资料 1 1）建筑物理（第三版）：柳孝图，东南大学，中国建筑工业出版 社 2010 2010 年出版 2 2）城市环境物理：刘加平编著，中国建筑工业出版社 20112011年出 版 3 3）建筑热环境， 刘念雄等编

25、著，清华大学出版社 20052005年出版 4 4）建筑光环境， 詹庆旋，清华大学出版社 1996 1996年出版 5 5）建筑声环境， 秦佑国等，清华大学出版社 199 1998 8年出版 6 6）城市设计和城市设计中的气候因素，巴鲁克. .吉袄尼著，中国 建筑工业出版社 20112011年出版 7 7）现代建筑照明：（英）德里克. .菲利普斯，中国建筑工业出版 社 20042004年出版 8 8）建筑声学设计指南：（美）詹姆斯. .考恩，中国建筑工业出版 社 20042004年出版 l 每学期总成绩：每学期总成绩： 考试考试 40% 40% + + 课程设计或调研报告（课程设计或调研报告（

26、2 2次）次）30% 30% + + 实验实验1010平平 时作业时作业15% 15% + + 考勤考勤 5% 5% 100%100% 课程设计：课程设计： 1 1） 建筑保温与防热建筑保温与防热 2 2） 建筑节能建筑节能 3 3） 建筑采光与照明建筑采光与照明 4 4） 建筑声学建筑声学 6 6 成绩计分 作业一 题目：用3000字谈谈你对建筑物理环 境的理解，以及与建筑设计的关系。 要求：写作形式自己定，以电子文档 的形式，于下周一（9月16日）之前 交给班长。 The end 1 建筑物理理论的形成与发展 建筑物理环境是研究声、光、热的物理现象和 运动规律的一门科学，是建筑学的主要组成

27、部分。 该学科形成于2020世纪3030年代。其分支学科有建筑热 工学、建筑光学、建筑声学等。 20世纪初，美国学者赛宾提出吸声系数概念 与混响理论，为室内声学奠定了理论基础。 -建筑声学逐渐形成； 同期一些学者进行太阳的直射光、天空的扩散光 和天空亮度等光气候的研究，提出近似的采光计算 方法。据此制定出天然采光标准。建立起天然采光 的理论。此时期，白炽灯逐渐成为一种广泛使用的 照明光源，促进了照明技术的发展。在天然采光和 照明技术的研究成果的基础上， -建筑光学逐渐形成； 18世纪初发明蒸汽供暖设备。19世纪末研究建筑 围护结构和环境相互作用的传热机理，以及房屋保 暖措施。20世纪以来，为了解决采暖房屋的热平衡 问题，提出稳定传热计算方法、准稳定传热计算方 法和非稳定传热计算方