建筑热工学课程要点

建筑热工学脉络与视角农业文明工业文明石油危机现代文明建筑为抵御恶劣气候而生脉络与视角农业文明工业文明石油危机现代文明蓬皮杜文化中心《未来主义建筑宣言》（圣伊里亚，1914）我们必须在自己创造的全新机械世界里寻找灵感未来主义住宅必须像一架巨大的机器电梯就像钢铁和玻璃中的长蛇，必须贯穿整个立面机械与科技无所不能！脉络与视角农业文明工业文明石油危机现代文明1973年、1979年、1990年1992年《气候变化框架公约》1997年《京都议定书》脉络与视角农业文明工业文明石油危机现代文明绿色节能节地节水节材环保节能建筑绿色建筑零能耗建筑低碳建筑回归气候适应性建筑人建筑气候结构课次内容课次内容1传热与热物性10作业点评与答疑2室内环境11西向遮阳设计3室外气候12其他遮阳设计4外墙热工设计13空气流线与流动原理5实验室参观14室内环境与室外气候（通风）6屋面和外窗热工设计15作业点评与答疑7非稳态传热，回顾与小结16建筑自然通风设计8建筑遮阳基础知识17总结9南向外遮阳设计18机动导热（热传导）静止物体相接触，因温差作用而产生传热微观：电子迁移、晶格振动、分子碰撞导热热流，W/m2导热系数（热导率），W/(m·K)：1m长的材料在1K（1℃）温差作用下通过导热传递的热流量，衡量建筑材料导热能力的重要指标导热热阻，(m2·K)/W：，表示厚度为，导热系数为的材料阻挡导热的能力，热阻越大，阻力越大公式太阳轨迹图直角坐标方位角高度角极坐标高度角方位角工具②复合隔热材料JGJ144-2004

《外墙外保温工程技术规程》JGJ/T261-2011《外墙内保温工程技术规程》技术华工33号楼案例建筑遮阳设计步骤①定位部位月份、时刻②初步设计太阳轨迹图光线辅助③细部设计传热分析太阳热量追踪④遮阳评价外遮阳遮影线全年评价设计建筑材料与构造华南理工大学建筑学院张宇峰2015版认知框架传热与热物性室内环境室外气候外墙、屋顶与外窗非稳态传热回顾与小结参考教材第1~35，42~49，59~62，72~76，96~101，125~141页，附录1和4认知框架传热与热物性室内环境室外气候外墙、屋顶与外窗非稳态传热回顾与小结导热导热（热传导）静止物体相接触，因温差作用而产生传热微观：电子迁移、晶格振动、分子碰撞导热热流，W/m2导热系数（热导率），W/(m·K)：1m长的材料在1K（1℃）温差作用下通过导热传递的热流量，衡量建筑材料导热能力的重要指标导热热阻，(m2·K)/W：，表示厚度为，导热系数为的材料阻挡导热的能力，热阻越大，阻力越大导热系数表材料导热系数（W/(m·K)）当量钢混厚度倍数聚氨酯0.03353挤塑板0.03747聚苯板0.04241聚苯颗粒保温砂浆0.0629玻化微珠保温砂浆0.07424木材0.117PVC0.117加气混凝土0.29陶粒混凝土空心砌块0.454混凝土空心砌块0.762玻璃0.762红砖砌体0.762水泥砂浆0.932灰砂砖砌体1.12钢筋混凝土1.741铝合金1620.01材料复合材料导热系数（W/(m·K)）钢筋混凝土1.74双排孔混凝土空心砌块0.76材料导热系数（W/(m·K)）实心粘土砖0.76空心粘土砖0.58静止的空气物性导热系数0.029W/(m·K)小于常见建材做法挖洞、钻孔功能孔隙和空心率越大，复合空气越多热阻越大，复合材料的导热系数越小材料导热系数（W/(m·K)）钢筋混凝土1.74加气混凝土0.22材料导热系数（W/(m·K)）聚苯板0.042挤塑板0.037静止的空气物性导热系数0.029W/(m·K)小于常见建材做法发气、吹泡功能气孔和气泡越密，复合空气越多热阻越大，复合材料的导热系数越小对流对流流体流动时，因与不同温度流体掺混而传递热量对流热流，W质量流量，kg/s：比热，kJ/(kg·℃)：1kg物质温度升高或降低1℃所吸收或放出的热量，衡量物质储存热能的能力，比热越大，储存热能的能力越强对流换热流动的流体与固体表面接触时，同时发生导热和对流的传热过程对流换热热流，W/m2对流换热系数，W/(m2·K)：流体与固体在1℃温差时单位接触面上的对流换热量，表征流体与固体表面间对流换热的能力对流换热热阻，(m2·K)/W：边界层20~30mm主流区层流导热湍流对流室内侧4.4夜日室内侧3.6室外侧10室外侧8.6室内侧2.3室外侧11受迫对流室外来风或风扇驱动随风速增大而加强对流换热系数10~100

W/(m2·K)自然对流温差驱动（热轻冷重）随温差增大而加强对流换热系数5~25W/(m2·K)流动起因外墙屋顶屋顶热辐射辐射换热两表面间相互辐射产生的净换热辐射换热热流，W/m2辐射换热系数，W/(m2·K)：表征两表面间辐射换热的能力辐射换热热阻，(m2·K)/W：发射辐射与发射率辐射力（W/m2）1m2表面1s内向外发射的辐射总能量黑体辐射力：灰体辐射力：发射率𝜀灰、黑体辐射力之比表征常见物体发射热辐射能力的强弱表面发射率白体0表面抛光的铝表面0.04失去光泽的铜表面0.75红砖0.93混凝土0.85-0.95玻璃0.93白色油漆0.92黑色喷漆0.95黑体1角系数规律距离平方反比距离缩小一半，角系数提高4倍应用传统民居大净高电热扇的使用角系数1→2：表面1发射的总能量中落到表面2的比例规律与法线夹角余弦成正比平移后，夹角变大，角系数减小应用正对变斜对黑白表面短波长波表面吸收率（长波）吸收率（短波）白体00表面抛光的铝表面0.040.15失去光泽的铜表面0.750.65红砖0.930.75混凝土0.85-0.950.65~0.80普通玻璃0.930.12白色油漆0.920.12黑色喷漆0.950.96黑体11辐射换热两表面间相互辐射产生的净换热与两表面的发射率和角系数成正比围护结构传热建筑围护结构传热室外气候室内环境传热阻，(m2·K)/W：传热系数，W/(m2·K)：，衡量建筑围护结构（外墙、屋顶、外窗）所有方式传热总能力的热工指标认知框架传热与热物性室内环境室外气候外墙、屋顶与外窗非稳态传热回顾与小结物理→生理→心理人体传热-物理人体传热身体体内环境室内环境按角系数加权房间各表面温度表征房间向人体总辐射的强弱平均辐射温度驱动力与平均辐射温度有关换热系数与发射率成正比人体呼吸换热因吸入和呼出空气的温、湿度不同而传递热量驱动力与空气温、湿度有关换热系数与呼吸量成正比呼吸气流的质量流量，kg/s含湿量，kg/kg干空气：1kg干空气中所含水蒸汽的质量相对湿度，%：含湿量与同温下饱和湿空气含湿量之比气化潜热，2500kJ/kg水蒸汽：1kg水变成水蒸汽所吸收的热量（相变）人体蒸发换热湿皮肤与周围气流接触时同时发生扩散和蒸发的过程扩散：蒸发：饱和蒸发不饱和扩散对流扩散系数，s-1：与对流换热系数成正比蒸发换热热阻，(m2·K)/W身体驱动力与空气湿度有关换热系数与风速成正比人体总蒸发换热量与皮肤湿润度成正比人体热平衡-恒温动物体核皮肤皮肤血流体外环境对流，辐射呼吸，蒸发产热量=体核向皮肤传热量=皮肤向环境传热量活动量皮肤血流量服装热阻空气温度空气湿度风速平均辐射温度人体生理热调节-生理人体热平衡-暖体核36.8℃皮肤皮肤血流体外环境28℃对流，辐射呼吸，蒸发感觉暖→皮肤毛细血管扩张、出汗产热量=体核向皮肤传热量=皮肤向环境传热量2.8℃6.0℃皮肤温度升高毛细血管扩张，增大体内环境向皮肤的换热系数出汗增多，增大皮肤向体外环境的换热系数34.0℃人体热平衡-凉体核36.8℃皮肤皮肤血流体外环境24℃对流，辐射呼吸，蒸发感觉凉→皮肤毛细血管收缩、寒颤产热量=体核向皮肤传热量=皮肤向环境传热量3.4℃9.4℃皮肤温度降低毛细血管收缩，减小体内环境向皮肤的换热系数产热增加，增加体核向皮肤、皮肤向环境的传热量33.4℃热感觉与热舒适-心理PMV模型丹麦学者P.O.Fanger：《热舒适》（1970）1396名美国和丹麦人，严格受控的实验室，多种温湿度组合心理问卷投票+统计回归以人体传热和生理学为基础热感觉（热舒适）与生理热调节负荷相关现行标准参考标准夏季（0.5clo）舒适温度范围24~27℃冬季（1.0clo）舒适温度范围20~25℃前提条件：50%、0.2m/s、1.2met操作温度（℃）含湿量热舒适区风速<0.2m/s1.2met相对湿度GB/T5701《室内热环境条件》参考标准夏季室内设计计算温度：26℃冬季室内设计计算温度：16℃根据人的热舒适要求而定，作为节能设计计算的依据在保证环境质量的前提下实现节能JGJ75《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》认知框架传热与热物性室内环境室外气候外墙、屋顶与外窗非稳态传热回顾与小结气候大气多年的平均状态日照、气温、湿度、风、降水、气压形成因素：太阳辐射（纬度）洋流（海洋）地形（山地盆地）年太阳辐射总量中国气象科学共享服务网气象统计资料http://七月平均气温中国气象科学共享服务网气象统计资料http://一月平均气温季节变化区主导风向区（全年西风）主导风向区（冬季西风，夏季东风）主导风向区（全年西南风）无主导风向区准静风区年平均风向中国气象科学共享服务网气象统计资料http://年平均相对湿度建筑气候与建筑密切相关的气候要素建筑气候区划：面向整个建筑行业，指标以温湿度为主，降水量为辅建筑热工设计分区：面向建筑热工设计，以气温为指标建筑气候气温日照风降水与湿度建筑热工设计分区严寒寒冷夏热冬冷夏热冬暖温和广州建筑热工设计分区分区名称一月平均气温七月平均气温冬季保温设计要求夏季防热设计要求严寒地区≤-10℃——充分满足不考虑寒冷地区-10~0℃——满足兼顾夏热冬冷地区0~10℃25~30℃兼顾满足夏热冬暖地区>10℃25~29℃不考虑充分满足温和地区0~13℃18~25℃不考虑部分考虑广州建筑气候

——从气候到设计外表面吸热考虑太阳辐射室外综合温度，℃：等效温度，将室外气温（环境辐射）和太阳辐射的共同作用等效为室外综合温度的作用假定室外环境各表面平均温度与室外空气温度相等对流换热与辐射换热并联与气温和太阳辐射照度成正比与外表面太阳辐射吸收率和换热热阻成正比建筑热工设计要求

——从定性到定量热环境设计目标室内热环境处于舒适范围工况自然调节，由热平衡形成室内环境关系室内气温为各围护结构的室外综合温度按其传热系数与面积乘积的加权平均设计①降低室外综合温度；②减小围护结构传热系数气候建筑人26℃节能设计目标建筑（空调）能耗较低工况开启空调，室温26℃，传入室内的热量形成空调能耗关系空调能耗与各围护结构总传热量成正比设计①降低室外综合温度；②减小围护结构传热系数气候建筑人公共建筑外墙传热系数限值单位：W/m2·K夏热冬暖地区夏热冬冷地区寒冷地区严寒地区外墙节能设计要求热工分区一月平均气温冬季采暖温差（18℃）七月平均气温夏季空调温差（26℃）传热系数限值（W/m2·K）严寒地区≤-10℃≥28℃————0.4~0.5寒冷地区-10~0℃18~28℃————0.5~0.6夏热冬冷地区0~10℃8~18℃25~30℃-1~4℃（2～7℃）1夏热冬暖地区>10℃——25~29℃-1～3℃（2～6℃）1.5取广州和上海七月平均太阳辐射照度计算得到（=0.7)夏热冬暖地区夏热冬冷地区寒冷地区严寒地区屋顶节能设计要求热工分区一月平均气温冬季采暖温差（18℃）七月平均气温夏季空调温差（26℃）传热系数限值（W/m2·K）严寒地区≤-10℃≥28℃————0.3~0.45寒冷地区-10~0℃18~28℃————0.45~0.55夏热冬冷地区0~10℃8~18℃25~30℃-1~4℃（5～10℃）0.7夏热冬暖地区>10℃——25~29℃-1～3℃（5～9℃）0.9取广州和上海七月平均太阳辐射照度计算得到（=0.7)公共建筑屋顶传热系数限值单位：W/m2·K认知框架传热与热物性室内环境室外气候外墙、屋顶与外窗非稳态传热回顾与小结外墙构造热工设计外墙的构造形式有哪些？墙一般作多厚？分哪几层？如何从传热角度作外墙的构造选型与设计？参考教材第138~141，96~99，16~21页，附录1参考《建筑防热》广州节能设计标准GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》JGJ75-2012《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》目标与1980年代建筑相比，节能50%规定外墙传热系数≤1.5W/(m2·K)屋顶传热系数≤0.9W/(m2·K)注：以上墙体均内外抹灰（水泥砂浆）25mm厚①选择主体材料外墙传热阻(m2·K)/W传热系数W/(m2·K)钢混墙200厚0.333灰砂砖180厚0.382.7双排孔混凝土空心砌块190厚0.641.6加气混凝土190厚1.210.8防热原理主体材料导热系数越小、材料越厚，导热热阻越大设计要点填充墙选用加气混凝土（参考教材第25~27页）特征1封闭空间间层特征1厚度小于20mm空间受限，空气静止传热以导热为主，热阻随厚度增大而线性增加特征2厚度大于20mm空间扩大，空气流动传热以对流换热为主，热阻随厚度增加的趋势减缓特征2（参考教材第25~27页）封闭空间间层防热原理导热与辐射热阻并联导热热阻大于辐射热阻增加总热阻的有效方式为增大辐射热阻性能单面铝箔，热阻增1倍双面铝箔，热阻增2倍设计要点200厚钢混墙复合15厚双面铝箔或30厚单面铝箔封闭空气间层⑤外墙遮阳防热原理入射=反射+吸收，吸收=对流+辐射仅部分热量作用于墙体外表面热量越少，外墙室外综合温度越低技术要点减小遮阳构件的太阳辐射吸收率以减少吸收增强间层的通风以增强对流减少构件蓄热以促进夜晚的散热设计要点选浅色、轻质遮阳构件构件与墙体留充足间隙（500）底部架空，上部开敞中间花格镂空当量附加热阻0.3(m2·K)/W墙体构造热工设计小结直接可用①选择主体材料②复合隔热材料③复合轻墙板灵活选用④浅色外饰面⑤外墙遮阳⑥外墙绿化①②③④⑤⑥屋顶构造热工设计屋顶的构造形式有哪些？屋顶一般作多厚？分哪几层？如何从传热角度作屋顶的构造选型与设计？参考教材第132~138，100~101，16~21页，附录1参考《建筑防热》广州节能设计标准GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》JGJ75-2012《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》目标与1980年代建筑相比，节能50%规定外墙传热系数≤1.5W/(m2·K)屋顶传热系数≤0.9W/(m2·K)封闭空间间层特征1空气流动由弱到强：热流向下之水平间层<垂直间层<热流向上之水平间层特征2热阻由大到小：热流向下之水平间层>垂直间层>热流向上之水平间层（参考教材第25~27页）封闭空间间层（参考教材第25~27页）防热原理导热与辐射热阻并联导热热阻大于辐射热阻增加总热阻的有效方式为增大辐射热阻性能单面铝箔，热阻增1倍双面铝箔，热阻增2倍设计要点100厚钢混屋顶复合50厚双面铝箔封闭空气间层屋顶构造热工设计小结直接可用①复合隔热材料②复合轻墙板⑥屋顶绿化灵活选用③浅色外饰面④屋顶遮阳⑤蓄水屋顶①②③④⑤⑥外窗构造热工设计外窗窗框有哪些种？玻璃有哪些种？如何从传热角度作外窗的构造选型与设计？参考教材第100页参考《建筑防热》JGJ75-2012《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》外窗的加权平均综合遮阳系数平均窗地（或窗墙）面积比≤0.250.25<平均窗地（或窗墙）面积比≤0.300.30<平均窗地（或窗墙）面积比≤0.350.35<平均窗地（或窗墙）面积比≤0.400.40<平均窗地（或窗墙）面积比≤0.45≤0.8≤0.7≤0.6≤0.5≤0.4南区居住建筑外窗节能设计要求外窗传热系数不作规定广州节能设计GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》广州节能设计12340夏热冬暖地区夏热冬冷地区寒冷地区严寒地区外窗节能设计要求公共建筑传热系数限值单位：W/m2·K以窗墙面积比0.3~0.4为例夏热冬暖地区夏热冬冷地区寒冷地区严寒地区外窗夏热冬暖地区夏热冬冷地区寒冷地区严寒地区外墙屋顶玻璃普通铝合金窗框断热铝合金窗框PVC塑料窗框普通平板玻璃6.05.54.7吸热型玻璃6.05.54.7反射型玻璃5.55.04.5Low-E玻璃5.04.54.5中空玻璃4.03.5~3.03.0~2.5Low-E中空玻璃3.53.0~2.02.5~2.0单位（W/(m2·K)）外窗传热系数两片或多片玻璃均匀间隔密封，3+6+3、3+9+3（2m2）~12+20+12（16m2）内充气体及其导热系数（W/(m·K)）：空气0.029、氩气0.016、氪气0.009、真空0（需加支撑物）参考标准：GBT11944-2002中空玻璃JGJ113-2009建筑玻璃应用技术技程防热原理参考封闭空气间层中空玻璃Low-E玻璃透射：7%反射：57%吸收：36%吸收后再辐射：4%传入室内：11%10073632457玻璃室内侧发射率＜0.15构造夏季白天夏季夜晚（过渡季）内置遮阳百叶（抛光金属，高反射率、低发射率）蓄热墙（深色，厚重）内外均设进出风口降下遮阳百叶开启外侧进出风口遮阳、热压通风散热拉回遮阳百叶开启内外侧进出风口夜间自然通风、蓄积冷量11建学许海生组呼吸蓄热式玻璃幕墙外呼吸认知框架传热与热物性室内环境室外气候外墙、屋顶与外窗非稳态传热回顾与小结温度瞬变温度瞬变之变化机理外表面吸热=蓄热+内部传热

蓄热使得，由此造成，从而形成内部传热的增量如此层层接力，最终使得，灰色部分为达到新平衡前构造的总蓄热量蓄热系数表征材料表面抵抗温度变化能力，W/(m2·K)，，，，则，抵抗力越强，材料表面温升越慢建筑材料蓄热系数（W/(m2·K)）大理石23.27钢筋混凝土17.2灰沙砖12.72水泥砂浆11.37石灰砂浆10.07粘土多孔砖7.92加气混凝土3.59软木板1.95聚苯乙烯泡沫塑料板0.36秋冬季节，赤脚在大理石地板和松木地板上走，感觉有什么不同，为什么？会议室：使用时，希望房间表面温度能在短时间内随空调升降温，那么，应选用蓄热系数（大？小）的材料做表面饰面？热惰性指标表征材料内部抵抗温度变化的能力，，，，则，抵抗力越强，材料内部温升越慢构造，构造

，构造内表面温升越慢建筑结构热惰性指标覆土种植屋面4.22加气混凝土190外墙3.65蓄水钢筋混凝土100屋面3.1陶粒混凝土空心砌块190外墙2.99钢筋混凝土100屋面2.9灰沙砖180外墙2.63钢筋混凝土200外墙2.53混凝土空心砌块190外墙2.45聚苯夹芯板100轻质墙0.86重质轻质2.5温度周期性波动周期性波动之轻质结构可短时稳定，近似稳态传热内表面温度紧随室外气温变化（无延迟）温度波幅衰减（，衰减越大）等周期衰减周期性波动之重质结构短时不稳定，非稳态传热内表面温度变化落后于室外气温变化（延迟）温度波幅衰减（，，衰减越大）等周期延迟衰减应用标准应用JGJ75《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》建筑结构热惰性指标覆土种植屋面4.22加气混凝土190外墙3.65蓄水钢筋混凝土100屋面3.1陶粒混凝土空心砌块190外墙2.99钢筋混凝土100屋面2.9灰沙砖180外墙2.63钢筋混凝土200外墙2.53混凝土空心砌块190外墙2.45聚苯夹芯板100轻质墙0.86重质轻质2.5外墙D外墙传热系数KD≥3.02.0<K≤2.5D≥2.81.5<K≤2.0D≥2.50.7<K≤1.5D<2.5K≤0.7屋顶D屋顶传热系数KD≥2.50.4<K≤0.9D<2.5K≤0.4大气长波辐射现象公式地表向外太空（0K）发出长波辐射大气层（H2O、CO2和O3等）吸收和反射部分辐射，比例为视大气为辐射换热对象，其等效温度为天空有效温度（大气长波辐射温度）建筑材料与构造建筑遮阳认知框架太阳轨迹与太阳辐射室内环境与室外气候建筑外遮阳设计玻璃遮阳设计参考教材第50~64，72~76，42~49页，附录5、6认知框架太阳轨迹与太阳辐射室内环境与室外气候建筑外遮阳设计玻璃遮阳设计太阳轨迹北太阳方位角：太阳光线在地平面上的投影与地平面正南方向的夹角方位角太阳在天空的位置东南西光线投影点垂线投影线高度角太阳高度角：太阳光线与地平面投影线的夹角北，0°东，90°南，180°10°20°30°40°50°60°70°80°6月1日5月1日4月1日3月1日2月1日1月1日日期（实线）7月1日8月1日9月1日10月1日11月1日12月1日日期（虚线）789101112上午时刻广州太阳轨迹图Autodesk

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Analysis高度角

方位角西，270°6141516171819下午时刻13太阳辐射太阳辐射到达地球表面的过程直射散射反射太空辐射对流导热大气辐射蒸发空气分子、尘粒、云滴太阳常数云大气的衰减作用越强（P

越小），太阳光在大气层中穿行的距离越长（hs

越小），到达地表的法向直射辐射照度越小地表的直射辐射法向直射辐射照度，W/m2太阳常数，1353W/m2大气透明度，0~1太阳高度角指数函数几何光学建筑表面的直射辐射水平面垂直面思考：屋面接收到的太阳辐射何时最大？何时最小？东、西、南、北各立面呢？屋面和各立面相比，接收到的太阳辐射谁强谁弱？坡屋顶跟平屋顶相比，接收的太阳辐射热量有何不同？广州建筑表面太阳辐射直射辐射与遮挡Autodesk

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Analysis遮影图认知框架太阳轨迹与太阳辐射室内环境与室外气候建筑外遮阳设计玻璃遮阳设计建筑热工设计要求热环境设计气候建筑人目标室内热环境处于舒适范围工况自然调节，由热平衡形成室内环境关系室内气温为各围护结构室外综合温度和外窗太阳辐射得热的加权平均设计①降低室外综合温度；②减小围护结构传热系数；③减小外窗综合遮阳系数遮阳系数×外遮阳系数（SD）：有无外遮阳时，窗口外表面接收到的太阳辐射照度之比，表征外遮阳设计的遮阳作用综合遮阳系数（SW）：SD×SC外窗太阳辐射得热=入射太阳辐射照度*Sw*面积*0.85SC=0.56/0.85*0.83=0.55窗遮阳系数（SC）：外窗与普通平板玻璃的室内太阳辐射得热之比，表征外窗自身的遮阳作用26℃节能设计气候建筑人目标建筑（空调）能耗较低工况开启空调，室温26℃，传入室内的热量形成空调能耗关系空调能耗与各围护结构总传热量和外窗太阳辐射得热成正比设计①降低室外综合温度；②减小围护结构传热系数；③减小外窗综合遮阳系数广州节能设计JGJ75-2012《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》外窗综合遮阳系数Sw平均窗地（或窗墙）面积比≤0.25（0.25，0.30）（0.30，0.35）（0.35，0.40）（0.40，0.45）要求≤0.8≤0.7≤0.6≤0.5≤0.4南区居住建筑外窗节能设计要求东、西外窗必须采取建筑外遮阳措施：SD≤0.8南、北外窗应采取建筑外遮阳措施：SD≤0.9广州节能设计GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》以0.3<窗墙面积比≤0.4为例夏热冬暖地区夏热冬冷地区寒冷地区外窗节能设计要求注：严寒地区不作要求公共建筑外窗遮阳系数限值分区名称冬季保温设计要求夏季防热设计要求严寒地区充分满足不考虑寒冷地区满足兼顾夏热冬冷地区兼顾满足夏热冬暖地区不考虑充分满足温和地区不考虑部分考虑建筑遮阳设计依据从经济上、技术上着眼，慎重决定哪处要遮阳，什么时间要遮阳——夏昌世广州月均气温最热7月，月均温29℃；最冷1月，月均温14℃（年较差15℃）过热5~9月，过冷1月、2月和12月，适中3~4月和10~11月广州月均太阳辐射最大7月，月均161W/m2；最小3月，月均83W/m2遮5~9月，透1、2和12月广州小时气温7月标准日：最小26℃，最大32℃，平均29℃1月标准日：最小11℃，最大17℃，平均14℃张晴原等（著），中国建筑用标准气象数据库，机械工业出版社，2004广州小时太阳辐射7月标准日：最大538W/m2，其中直射119W/m2，散射419W/m21月标准日：最大391W/m2，其中直射199W/m2，散射192W/m2张晴原等（著），中国建筑用标准气象数据库，机械工业出版社，2004遮12~17点广州小时太阳辐射夏季晴天水平面最大962W/m2水平面>东、西立面>南、北立面注：外墙传热系数1.5W/(m2·K)，外窗（铝合金普通白玻）传热系数6.0W/(m2·K)，遮阳系数0.8外窗传热中，主要是太阳辐射传热，温差传热部分相对较小传热系数要求宽松，而遮阳性能要求严格外窗节能设计要求外窗>屋面、外墙散射辐射半球天空均匀发出散射辐射，无方向性散热辐射照度=空旷无遮挡表面接收到的散热辐射强度，W/m2阴天散热大于直射，但小于晴天直射晴天直射大于散射遮直射辐射优于遮散射辐射认知框架太阳轨迹与太阳辐射室内环境与室外气候建筑外遮阳设计玻璃遮阳设计南向外窗遮阳设计以广州为例①定位确定月份：遮挡5~9月直射太阳辐射，其余月份部分透过确定时刻：中午12点南立面太阳辐射最强且气温较高，为主要遮阳时刻6月1日5月1日4月1日3月1日2月1日1月1日7月1日8月1日9月1日10月1日11月1日12月1日67891012141516171819方位角北，0°东，90°南，180°西，270°高度角

10°20°30°40°50°60°70°80°日期（实线）日期（虚线）上午时刻下午时刻45°65°90°80°②初步设计11136、7月（90°）5月1日（80°）10月1日（65°）1月（45°）北剖面②初步设计挑出长度=cot(65°)=0.47*遮挡高度③细部设计防热原理入射=反射+吸收，吸收=对流+辐射对流→加热空气→传入室内空气温度越低，室内得热越少技术要点减小遮阳构件的太阳辐射吸收率以减少吸收增强遮阳构件通风以促进空气散热设计要点选抛光金属遮阳构件构件与墙体留间隙构件镂空6月1日5月1日4月1日3月1日2月1日1月1日7月1日8月1日9月1日10月1日11月1日12月1日678910111213141516171819方位角北，0°东，90°南，180°西，270°高度角

10°20°30°40°50°60°70°80°日期（实线）日期（虚线）上午时刻下午时刻45°70°65°90°水平遮阳：L=cot65°*H=0.47H遮挡4~9月中旬全天太阳直射部分透过9月中旬~来年3月太阳直射④遮阳评价建筑遮阳设计步骤①定位部位月份、时刻②初步设计太阳轨迹图光线辅助③细部设计传热分析太阳热量追踪④遮阳评价外遮阳遮影线全年评价夏昌世中山医学院生理生化楼建于1953年原中山医学院校内现今保留最完整的夏昌世作品大面积开窗通风采光防止直射影响显微镜防止室内过热方格型混凝土遮阳板横板为主，纵板为辅遮阳板与建筑脱开“现场捣制的钢筋混凝土过厚，影响到立面有过重的感觉“（夏昌世）优秀案例的深入分析7006001200500700500500600240043°45°54°40°43°45°54°40°北剖面图水平遮阳细部130080020038°38°平面图北垂直遮阳细部6月1日5月1日4月1日3月1日2月1日1月1日7月1日8月1日9月1日10月1日11月1日12月1日678910111213141516171819方位角北，0°东，90°南，180°西，270°高度角

10°20°30°40°50°60°70°80°日期（实线）日期（虚线）上午时刻下午时刻Autodesk

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Analysis45°70°65°90°垂直遮阳：遮挡全年9点前及16点后太阳直射全年中午直射均未遮挡38°水平遮阳40°：遮挡全年10~15点太阳直射透过10月~来年3月部分太阳直射水平遮阳54°：遮挡2月中~10月中全天太阳直射透过10月中~来年2月中全天太阳直射水平垂直遮阳功能重复遮挡全年多数太阳直射，不利于天然采光和冬季日照遮阳评价西向外窗遮阳设计以广州为例建筑遮阳设计步骤①定位部位月份、时刻②初步设计太阳轨迹图光线辅助③细部设计传热分析太阳热量追踪④遮阳评价外遮阳遮影线全年评价①定位确定月份：5~9月直射太阳辐射全部遮挡，其余月份部分透过确定时刻：下午4点西立面太阳辐射最强且气温最高，为主要遮阳时刻6月1日5月1日4月1日3月1日2月1日1月1日7月1日8月1日9月1日10月1日11月1日12月1日678910111213141516171819方位角北，0°东，90°南，180°西，270°高度角

10°20°30°40°50°60°70°80°日期（实线）日期（虚线）上午时刻下午时刻235°20°270°38°255°30°280°40°②初步设计235°20°270°38°255°30°280°40°北西南东平面图②初步设计6月1日5月1日4月1日3月1日2月1日1月1日7月1日8月1日9月1日10月1日11月1日12月1日678910111213141516171819方位角北，0°东，90°南，180°西，270°高度角

10°20°30°40°50°60°70°80°日期（实线）日期（虚线）上午时刻下午时刻235°20°255°30°280°40°垂直遮阳板0.6W全年14点后直射无法遮挡带倾角的垂直遮阳板遮挡4~9月16点以后太阳直射透过10月~来年3月16点太阳直射270°38°221°④遮阳评价屋面遮阳设计以广州为例①定位确定月份：5~9月直射太阳辐射全部遮挡，其余月份部分透过确定时刻：中午12点水平面太阳辐射最强且气温较高，为主要遮阳时刻6、7月（90°）10月1日（65°）1月（45°）北剖面图②初步设计正面向北5月1日（80°）北向外窗遮阳设计以广州为例①定位确定月份：5~9月直射太阳辐射全部遮挡，其余月份部分透过确定时刻：下午4点北立面太阳辐射最强且气温较高，为主要遮阳时刻6月1日5月1日4月1日3月1日2月1日1月1日7月1日8月1日9月1日10月1日11月1日12月1日678910111213141516171819方位角北，0°东，90°南，180°西，270°高度角

10°20°30°40°50°60°70°80°日期（实线）日期（虚线）上午时刻下午时刻Autodesk

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Analysis235°20°255°30°280°40°水平遮阳板长度：L=cot75°*H=0.3H遮全年9~16点太阳直射透4~9月9点前及16点后太阳直射垂直遮阳板长度：L=tan(10°)*W=0.2W遮全年9~16点太阳直射透5~8月9点前及16点后太阳直射270°38°④遮阳评价认知框架太阳轨迹与太阳辐射室内环境与室外气候建筑外遮阳设计玻璃遮阳设计对太阳（短波）辐射透射率高（0.8），吸收和反射率低对常温物体（长波）辐射吸收率高（0.90~0.95），透射和反射率低温室效应（寒冷地区冬季）：透太阳辐射，不透房间辐射短波辐射长波辐射普通平板玻璃透射：80%吸收：12%吸收后再辐射：5%传入室内：85%普通平板玻璃1008081275对太阳辐射的吸收率提高，透射率降低对常温物体辐射的接收性能变化不大可见光透射率≥50%可见光短波辐射长波辐射吸热玻璃吸热玻璃透射：31%吸收：64%吸收后再辐射：25%传入室内：56%100315643925对太阳辐射的反射率提高，透射率降低，反射型对常温物体辐射的接收性能变化不大可见光透射率≥50%可见光短波辐射长波辐射反射玻璃透射：7%反射：57%吸收：36%吸收后再辐射：14%传入室内：21%反射玻璃100757362214反射型背面对常温物体辐射的反射率提高，也即发射（吸收）率降低（Low-E）可见光透射率≥50%Low-E玻璃可见光短波辐射长波辐射玻璃室内侧发射率小于0.15Low-E玻璃透射：7%反射：57%吸收：36%吸收后再辐射：4%传入室内：11%10073632457玻璃室内侧发射率＜0.15Low-E玻璃可见光短波辐射长波辐射吸热型背面对常温物体辐射的反射率提高，也即发射（吸收）率降低（Low-E）可见光透射率≥50%玻璃普通铝合金窗框断热铝合金窗框PVC塑料窗框普通平板玻璃0.9~0.80.850.8吸热型玻璃0.7~0.650.650.65反射型玻璃0.55~0.250.5~0.250.5~0.25Low-E玻璃0.55~0.450.5~0.40.5~0.4中空玻璃0.750.70.7Low-E中空玻璃0.55~0.30.5~0.250.5~0.25常见外窗的遮阳系数建筑遮阳建筑自然通风认知框架空气流线与流动原理室内环境与室外气候建筑自然通风设计认知框架空气流线与流动原理室内环境与室外气候建筑自然通风设计空气流线风在建筑外绕行风影区取自“Airflowaroundbuildings”in2001ASHRAEHandbookFundamentals空气的惯性、粘性开窗位置和面积设计风在建筑内穿行

开窗高度和面积设计风在建筑内穿行

空气流动原理参考《流体力学》时刻内发生的流动111’1’2’2’22理想流体能量守恒伯努利原理一动能变化+势能变化=压力做功时刻内发生的流动111’1’2’2’22粘性流体能量守恒单位体积流体流经1-2时因流动阻力产生的能量损失动能变化+势能变化+能量损失=压力做功伯努利原理二风压通风原理风压系数屋面高度来流风速迎风面背风面屋面侧风面建筑表面风压室外来流风速越大建筑物前后压差越大房间流动阻力系数越小室内风速越大风压通风原理热压通风原理热压与进出风口高差和室内外温度差成正比热压通风（烟囱效应）持续冷却持续加热室内外温差越大进出风口高差越大房间的流动阻力系数越小室内风速越大热压通风原理认知框架空气流线与流动原理室内环境与室外气候建筑自然通风设计DAMcINTYRE.《IndoorClimate》，AppliedSciencePublishedLTD，1980风速（m/s）风感情景<0.1静风建筑中少有遇到0.2有感阈值头顶处人体自然对流风速0.25~0.5微风窗帘轻微摆动0.5~1.0有风头发飘动1.0~2.0轻风纸张在桌面上掀起，散步的相对风速风速与风感0.8m/s3℃GB/T5701-2008《室内热环境条件》适宜温度上升量（℃）风速（m/s）0.8m/s的风速可提升适宜温度3℃，也即27℃→30

℃对于夏季着装和轻量活动风速提升适宜温度室外气候自然界的风是怎样形成的？分几种？各有什么特点？用什么指标来描述风的特性？跟建筑自然通风有关的气候参数有哪些？参考教材第64~67页，附录5风之成因广州大气环流造成全球各地的差异由赤道和两极的温差和地转偏向力造成季风造成季节性差异，以年为周期由海洋和陆地的温差造成地方风造成局部差异，以一昼夜为周期如海陆风、山谷风、庭院风、巷道风等由地方性地貌条件不同引起的温差造成风由温差造成，温差由太阳辐射引起风之特性—风向（风玫瑰图）广州夏季主导风东南风，全年主导风北风夏季风排序：东南风（16%），东风，南风广州建筑气候广州室外综合温度过热211天（58%），过冷31天（9%），适中123天（33%）充分满足夏季防热，可不考虑冬季保温广州室外综合温度过热132天（36%），过冷31天（9%），适中123天（55%）利用自然通风可解决夏季80天（40%）的过热问题30℃建筑热工设计要求热环境设计气候建筑人目标室内热环境处于舒适范围工况自然调节，由热平衡形成室内环境关系室内气温为各围护结构室外综合温度、外窗太阳辐射得热和室外气温加权平均设计①降低室外综合温度；②减小围护结构传热系数；③减小外窗综合遮阳系数；④增大室内通风量（室外气温适宜时）26℃节能设计气候建筑人目标建筑（空调）能耗较低工况开启空调，室温26℃，传入室内的热量形成空调能耗关系空调能耗与各围护结构总传热量、外窗太阳辐射得热和通风换热成正比设计①降低室外综合温度；②减小围护结构传热系数；③减小外窗综合遮阳系数；④增大室内通风量（室外气温适宜时）广州节能设计JGJ75-2012《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》群体布局建筑群的总体规划应有利于自然通风单体设计建筑的平面、立面设计应有利于自然通风细部设计每户至少应有一个居住房间通风开口和通风路径的设计满足自然通风要求细部设计外窗（包括阳台门）的通风开口面积不应小于房间地面面积的10%或外窗面积的45%广州节能设计GB50189-2005《公共建筑节能设计标准》群体布局建筑总平面的布置和设计宜利用夏季自然通风细部设计建筑中庭夏季应利用通风降温细部设计外窗的可开启面积不应小于窗面积的30%认知框架空气流线与流动原理室内环境与室外气候建筑自然通风设计群体布局建筑群布局形式有哪些？从哪些方面评判建筑群布局在促进自然通风方面的优劣？哪种布局有利于通风，哪种不利？平面布局分类并列式行列式空气流动形式独立流（高宽比<1/3)尾迹干扰流（高宽比1/3~3/4）滑流（高宽比>3/4）平面布局设计错列式、斜列式、自由式优于并列式和周边式空间布局设计架空通风设计单体设计建筑单体设计的哪些方面会影响通风？优秀的建筑通风作品有哪些？各有什么特点？如何评价建筑单体通风设计的优劣？朝向减少太阳辐射照射、避免西晒利于夏季引风导风防暴风雨广州建筑最佳朝向南偏西5°~南偏东10°朝向兼顾室内自然通风和室外风影区影响建筑主立面与主导风成20°~30°风向投射角室内风速降低（%）风影区长度0°03.75H30°133H45°301.5H60°501.5H汉诺威梅斯26号展厅天然采光自然通风+-北汉诺威梅斯26号展厅-三间两廊日间夜间德国科学园（Kiessier）冬季白天夏季白天夏季夜晚细部设计房间设计中哪些因素影响通风？门窗等开口的通风设计要注意什么？房间内各空间的连接设计要注意什么？交通流线~风之流线是否可以类比？开口水平位置设计进、出风口不应过分接近进、出风口不应布置在同一侧进、出风口不宜布置在相邻墙面进、出风口宜布置在相对墙面且流线经过人主要活动区域开口垂直位置设计进、出风口不应同时开在较高处进、出风口宜布置在人所在高处进、出风口不宜设计为低进风口、高出风口开口不应设计为高进风口