建筑物理讲义

《建筑物理》讲义总学时理论学时其它适用专业64622建筑学

《建筑物理》是建筑学专业的必修课，通过本课程的教学，使学生把建筑艺术与建筑技术有机的融为一体，使之掌握室内物理环境基本设计原理与方法、处理与设计有关的技能和措施。它是建筑规划、设计理论组成部分，并且为建筑设计和建筑创作提供必要的基础。目的在于使学生理解并掌握建筑物中的热环境、声环境、光环境设计的基本知识，充分利用自然能源，确保室内环境的质量，以满足人们生活质量不断提高的要求。一、课程性质与目的二、课程教学内容：

第一章建筑热工学基本知识

第二章围护结构的传热原理及其计算

第三章建筑保温设计

第四章外围护结构的湿状况

第五章建筑防热

第六章建筑日照

第七章建筑光学基础知识

第八章天然采光

第九章建筑照明

第十章建筑声学基础知识

第十一章室内声学原理

第十二章吸声材料与吸声结构

第十三章室内音质设计

第十四章噪声控制与建筑隔音三、课程教学的基本要求：

1.要求学生在理解建筑传热、声音传播等物理规

律的基础上，懂得客观物理现象“是什么”？“为什么”？；

2.结合相应的设计实践，懂得“做什么”？“怎么做”？能运用理论知识解决设计中所碰到的一些技术问题，以提高今后工作中的后劲。

四、教学要求与学时安排：

教学要求：通过学习，学生应较好的掌握与声、光、

热相关的基本理论知识，并能运用这些知

解决工程实际问题。

学时安排：6－4－4－4－2－4－4－6－6－6－4－2

－6－6

五、与其它相关课程的关系：

本课程的前续课程，主要与建筑材料、建筑构造紧密联系，要求后续课程：住宅设

计（保温、防热），影剧院设计、陈展馆（博物馆）设计相配合。

引言

建筑物理概述

（一）人与物理环境的关系:

物理环境是人们生存的重要组成部分。物理环境中存在：

热光声

热觉刺激视觉刺激听觉刺激

当以上刺激达到人体的舒适条件时,环境是最好的,也是我们所希望的

建筑环境。

建筑设计的主要任务：就是设法控制、调节物理环境的刺激量，创造

舒适的工作环境。

（二）建筑物理函概的学科：

建筑热工学建筑光学建筑声学

（三）城市物理环境与可持续发展

1.树立和加强环境意识

2.尽量用自然条件改善物理环境

3.在城市规划和设计中探索节约能源的途径和技术措施

第一篇建筑热工学

（22学时）

本篇主要内容：

建筑热工学基本知识

围护结构的传热原理及其计算

建筑保温设计

外围护结构的湿状况

建筑防热

建筑日照

第一章建筑热工学基础知识

§1-1建筑中的传热现象

热量的传递称为传热，只要存在温差，就会有传热现象。一、热传导的几种方式：导热传热—分子热运动对流传热—相对位移辐射传热—电磁波

§1-2围护结构传热基础知识

一、导热

概念：导热是指物体中有温差时由于直接接触的物质的质点

作热运动而引起的热量传递过程。

固体——平衡位置不变的质点振动

气体——分子的无规则运动相互碰撞

液体——平衡位置间歇移动着

1.温度场、温度梯度和热流密度

温度t与空间坐标x，y，z和时间τ的函数关系：

t=f（x，y，z，τ）（1-1）

温度场：在某一时刻物体内各质点的温度分

布，称为温度场

等温面：温度场中同一时刻由相同温度连成

的面叫“等温面”

温度梯度：

（1-2）

热流密度:通过等温面上单位面积的热量称为热流密度。设单位时间内通过等温面上微元面积dF[m2]的热量为dQ[W]则热流密度可表示为：

(1-3)

由式（1－3)得：

或：(1-4)

如果热流密度在面积F上均匀分布，则热流量为：

(1-5)w/m22.傅立叶定律

法国数学物理学家傅立叶于1822年最先发现提出的导热规律：匀质材料物体内各点的热流密度与温度梯度的大小成正比，即

（1-6）

式中λ是个比例常数，恒为正数，叫做材料的导热系数。负号是表示热量传递只能沿温度降低的方向进行。

3.导热系数定义：当温度梯度为1ºC/m时，在单位时间内通过单位面积的导热量。由式（1-6）

w/(m.k)(1-7)

一般来说,λ以金属的最大,非金属和液体次之,气体的最小。工程上通常把导热系数小于0.25的材料，作为绝热材料。材料种类气体液体建筑材料金属λ0.006~0.60.07~0.70.025~32.2~420

导热系数λ还与温度有关，即：

λ=λ0+bt

式中λ0——0ºC时的导热系数

b——实验测定常数二、对流对流传热只发生在流体之中。

概念：温度不同的各流体之间发生相对运动、互相掺合而传递热能的一种传热方式。分为两种：

自然对流——本来温度相同的流体，因其中一部分受热（或冷）而产生温差，形成对流运动。

受迫对流——受外力作用迫使流体运动。在建筑热工中所涉及的主要是空气沿围护结构表面流动时，与壁面之间所产生的热交换过程（表面的对流换热），包括：

1）空气流动时所引起的对流传热；

2）空气分子间和相接触的空气分子与壁面分子之间的导热对流换热量可用牛顿公式：(1-8)Qc——对流换热强度t——流体的温度ac——对流换热系

——固体表面温度w/m2w/(m2.k)1.自然对流（指围护结构内表面）

垂直表面（1-9）

水平表面（热流由下而上）（1-10）

水平表面（热流由上而下）（1-11）

上式中是壁面与室内空气的温度差

下面讨论对流换热系数2.受迫对流

内表面外表面（1-12）（1-13）式中是气流速度，m/s三、辐射概念：与导热和对流在机理有本质的区别，它是以电磁波的形式传递热能，凡是温度高于绝对零度的物体都存在辐射。

1.物体的辐射特性

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。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色辐射力与同温同波长的黑体的的比值为一常数，即比值称为“发射率”或“黑度”非灰体:其辐射光谱具有与黑体光谱截然不同,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。

斯蒂芬—波尔兹曼定律：

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：（1-14）（1-15）C—物体的辐射系数w/(m2.k4)T—物体表面的绝对温度,K黑体的辐射系数Cb=5.68是由实验测得的由式（1-14）可得灰体的辐射系数：(1-16)2.物体表面对外来辐射的吸收与反射特性

任何物体不仅具有向外发射热辐射的能力，而且对外来的辐射具有吸收和反射的特性，某些物体还具有透射特性。(1-18)3.物体之间的辐射换热换热量按下式计算：或（1-19）从上式可以看出，换热量与表面温度有关。四、围护结构的传热过程

一般要经过三个过程1）表面吸热2）结构本身传热3）表面放热严格地讲，每一传热过程都是三种基本传热方式的综合过程。

1.表面换热（1-20）式中2.结构传热

平壁——厚度尺寸比另外两个方向尺寸小的多的构件称为平壁。单一材料组成的平壁叫做单层平壁。

在工程上仅对均匀材料进行研究

设图1-11所示为单层匀质平壁,仅在X方向有热量传递,既一维传热,传热仅以导热方式传热。

由式（1-6）得在单位时间内，通过单位面积的热流——热流强度为：（1-21）——材料的导热系数w/(m.k)——温度梯度k/m当平壁两侧的温度不随时间变化时，此种传热称为“稳定传热”。

§1-3湿空气的物理性质一、水蒸气分压力湿空气—干空气和水蒸气的混合物在温度、压力一定的条件下，一定容积的干空气所能容纳的水蒸气量是有限的，当水蒸气含量达到这一限度时，该湿空气叫做“饱和”的。

根据道尔顿分压定律，湿空气的压力等于干空气的分压力和水蒸气分压力之和，即处于饱和状态的湿空气中水蒸气所呈现的压力叫做“饱和水蒸气压”或最大水蒸气分压力，用PS表示

PS参见附录2PS与温度的关系二、空气湿度

概念：表示空气的干湿程度。（1-23）相对湿度：在一定温度、一定大气压力下，湿空气的绝对湿度f与同温同压下饱和水蒸气量fmax的百分比。相对湿度也可用公式：（1-25）水蒸气的实际分压力可近似按下式表示:（1-24）三、露点温度td

概念:本来不饱和的空气，因温度降低而达到饱和状态，这一特定的温度称为露点温度。参数名称A室B室室内气温tºc1810绝对湿度fg/m39.49.4饱和蒸汽压PSPa2062.51227.9实际蒸汽压PPa1261.01226.4相对湿度φ%61.199.9卫生标准:正常湿度:30%~60%例题已知室内空气的温度t=20°C,相对湿度φ=60.5%,试求该室空气的露点温度td。

[解]首先应求出该居室的实际水蒸气分压力P,从附录2中查得Ps=2337.1Pa；由式（1-25）得P=P