建筑熱工學(日照防潮) 重慶大學

1、1第5章 建筑熱工學5.1 建筑保溫5.2 建筑防熱5.3 建筑日照5.4 建筑防潮25.3 建筑日照 本節(jié)要點：本節(jié)要點： 1. 日照基本規(guī)律； 2. 日照標準; 3. 日照設計方法。 35.3.1日照基本規(guī)律 一一、 地球運行規(guī)律地球運行規(guī)律 公轉, 自轉4 (1) 地球公轉 一年365天 黃道面: 地球繞太陽運行的軌道平面 地軸與黃道面成 6633傾斜。 太陽赤緯角 : 太陽光線與赤道平面的夾角。5 夏至日 太陽赤緯角 =2327 6 夏至日 太陽赤緯角 =2327 7 夏至日 太陽赤緯角 =2327 北半球晝長夜短 南半球晝短夜長 8 夏至日 太陽赤緯角=2327 北半球晝長夜短 南半

2、球晝短夜長 北極圈永晝 南極圈長夜 910 冬至日 太陽赤緯角 =2327 北半球晝短夜長 南半球晝長夜短 北極圈長夜 南極圈永晝 11 春分、秋分 太陽赤緯角 =0 南北半球晝夜等長 12 地球公轉的日期 赤緯角 : 2327 2327 13季 節(jié)日 期赤 緯 日期季節(jié)夏 至6月21日或22日2327芒種6月6日左右22307月7日左右小暑小滿5月21日左右20007月21日左右大暑立夏5月6日左右15008月8日左右立秋谷雨4月21日左右11008月21日左右處暑清明4月5日左右6009月8日左右白露春分3月21日或22日09月22日或23日秋分驚蟄3月6日左右60010月8日左右寒露雨水

3、2月21日左右110010月21日左右霜降立春2月4日左右150011月7日左右立冬大寒1月21日左右200011月21日左右小雨小寒1月6日左右223012月7日左右大雪232712月22日或23日冬至 一年二十四節(jié)氣的太陽赤緯角 14 (2) 地球自轉 一天24小時 太陽時: 以太陽位于正南向為12時規(guī)定的時間系統(tǒng) 時角: 0 360 15 (3) 日照規(guī)律基本參數 地球公轉: 赤緯角 (2327 2327) 地球自轉: 時角 (0 360) 地面位置: 緯度 (0 90) 16 二二、 太陽在天空中的位置太陽在天空中的位置 太陽高度角hs 太陽方位角As 17 一天中: 正午 As =0

4、 , hs 最大 上午、下午 As , hs 對稱分布 hs18 一年中: 春分、秋分: 90As 90 As 范圍: 180 hs19 一年中: 春分、秋分: 90As 90 As 范圍: 180 hs20 一年中: 冬至日: 90 As 90 As 范圍: 180 hs22 三三、 太陽太陽高度角高度角hs和和方位角方位角As計算計算 sinhs=sin sin + coscoscos位置 日期 時間hs , As 23 1.太陽高度角hs計算 (1) 南向hs 南向: = 0sinhs=sin sin+cos coscossinhs=sin sin+cos cos =cos () =co

5、s ( )hs =90 24 (1) 南向hs : hs =90 重慶(=2935) 冬至日 = 2327 hs =90 2935( 2327) =3658 夏至日 = 2327 hs =90 2935 2327 =8352 秋、春分 = 0 hs =90 2935 0 =602525 (1) 南向hs : hs =90 重慶(=2935) 冬至日 = 2327 hs =90 2935( 2327 ) =3658 夏至日 = 2327 hs =90 2935 2327 =835226sinhs=sin sin+cos coscos = 0 (2) 日出、日沒時間T 日出、日沒: hs = 0

6、日出、日沒 時角 : cos =tan tan 日出、日沒 時間 T :12時0時 時間360 24小時 15 1小時 1 4分27 日出、日沒時角 : cos =tan tan 重慶(=2935) 冬至日 = 2327 cos =tan 2935 tan (2327)=0.246 = 75.728 日出、日沒時角 : cos =tan tan 重慶(=2935) 冬至日: = 75.7 T=6時57分12時0時 =75.7 75.7 5時3分296時57分6時57分(17時3分)12時 日出、日沒時角 : cos =tan tan 重慶(=2935) 冬至日 : T=6時57分 0時30 日

7、出、日沒時角 : cos =tan tan 重慶(=2935) 春、秋分 : = 0, = 90 T=6時 6時6時(18時)12時0時31 日出、日沒時間T : 重慶(=2935) 冬至日 : T=6時57分 春、秋分 : T=6時 夏至日 : T=5時3分 12時0時特點: T春+T秋= T冬+T夏=1232 2.太陽方位角As計算 日出、日沒 : hs = 0 cossincossA33 日出、日沒 As: 重慶(=2935) 冬至日 = 2327 As= 62.8= 6248 cossincossA4575. 03529cos) 2723sin(cossAs62486248冬至34 日

8、出、日沒 As: 重慶(=2935) 冬至日: As= 6248 春、秋分 : As= 90 夏至日 : As= 11712 s冬至夏至秋、春分特點: As春+As秋= As冬+As夏=18035s冬至夏至 終年陰影區(qū)終日陰影區(qū)365.3.2日照標準 一一、 背景背景 工業(yè)革命以來出現了城市擁擠, 居住條件惡化, 流行病漫延等環(huán)境問題。 城市改造, 城市環(huán)境建設, 田園城市 1932年第四屆國際建筑師大會提出: 居住建筑在冬季至少應有2小時的日照 美國公眾健康協(xié)會要求: 至少有一半的居住用房在冬至日中午有12小時日照 各國制定了相應法規(guī), 規(guī)定了居住建筑日照要求。 37 二二、 日照標準日照標

9、準 城市居住區(qū)規(guī)劃設計規(guī)范GB5018093 住宅建筑規(guī)范GB 503682005 住宅建筑日照標準建筑氣候區(qū)劃、氣候區(qū)氣候區(qū)、氣候區(qū)大城市中小城市大城市中小城市日照標準日大寒日冬至日日照時數（h）231有效日照時間（h）816915計算起點底層窗臺面38 建筑氣候分區(qū) 39 建筑日照分區(qū) 大寒日日照時數: 2(大城市) 3(中小城市) 日照時數: 3 (大城市大寒日) 1(中小城市冬至日) 冬至日日照時數: 1 40 日照標準特點: (1) 按不利原則規(guī)定 日照標準日: 冬至日, 大寒日 計算起點: 底層窗臺面 建筑氣候區(qū)劃、氣候區(qū)氣候區(qū)、氣候區(qū)大城市中小城市大城市中小城市日照標準日大寒日大

10、寒日冬至日冬至日日照時數（h）231有效日照時間（h）816915計算起點底層窗臺面底層窗臺面41 日照標準特點: (2) 在經濟、人口集中的I, II, III, IV, VII氣候區(qū), 大城市的日照要求低于中小城市 比較: 日照時數 建筑氣候區(qū)劃、氣候區(qū)氣候區(qū)氣候區(qū)氣候區(qū)、氣候區(qū)大城市中小城市大城市中小城市日照標準日大寒日冬至日日照時數（h）231有效日照時間（h）816915計算起點底層窗臺面42 日照標準特點: (2) 在經濟、人口集中的I, II, III, IV, VII氣候區(qū), 大城市的日照要求低于中小城市 比較: 日照有效時間帶(太陽時) 建筑氣候區(qū)劃、氣候區(qū)氣候區(qū)氣候區(qū)氣候區(qū)

11、、氣候區(qū)大城市中小城市大城市中小城市日照標準日大寒日冬至日日照時數（h）231有效日照時間（h）816915計算起點底層窗臺面43 三三、 太陽時與標準時太陽時與標準時 太陽時T 與位置有關: 經度相同的位置, 太陽時相同44 時區(qū)劃分: 按經度每15為一個時區(qū), 共24個時區(qū),每個時區(qū)以其中央子午線所在處的太陽時為標準時,每兩個相鄰時區(qū)的標準時相差1小時 45 0時區(qū)標準時: 英國倫敦格林威治時間 中國: 東5時區(qū) 東9時區(qū) 中國標準時=北京時間=東8時區(qū)標準時46 標準時與太陽時的關系: 經度L 太陽時T 北京時間T 120 T = T 北京市11617 ? 12時 L T 1 4分 47

12、 標準時與太陽時的關系: 經度L 太陽時T 北京時間T 120 T = T 北京市11617 11時45分12秒 12時 L T 1 4分 3.7 14.8分48 標準時與太陽時的關系: 經度L 太陽時T 北京時間T 120 T = T 北京市11617 11時45分12秒 12時 太陽時T與北京時間T 的換算: T = T +4(L120) 分 495.3.3日照設計 內容: 確定建筑的日照間距 計算建筑的日照時間 方法: (1) 棒影日照圖 (2) 日照模型實驗 (3) 日照分析軟件 50 (1) 棒影日照圖 51 (1) 棒影日照圖 52 (2) 日照模型實驗 53 (2) 日照模型實驗

13、 54 (2) 日照模型實驗 55 (3) 日照分析軟件 56 (3) 日照分析軟件 詳見第8章介紹 57 5.3 建筑日照復習： 日照三參數: 赤緯角, 時角,緯度 太陽高度角hs和方位角As的變化特點及計算 日照標準及其特點 日照設計方法58思考題： 地球上哪些位置日照規(guī)律相同? 哪些位置太陽時相同? 一年中太陽方位角的變化范圍在高緯度地區(qū)和低高緯度地區(qū)有何差別?59第5章 建筑熱工學5.1 建筑保溫5.2 建筑防熱5.3 建筑日照5.4 建筑防潮605.4 建筑防潮 本節(jié)要點：本節(jié)要點： 1. 圍護結構熱濕分布； 2. 圍護結構內部冷凝控制。 615.4.1建筑中的濕問題濕問題 (1)

14、內表面凝結 潮濕表面容易滋生霉菌及其他微生物繁殖，并會散布到室內空氣中和物品上，使物品變質，影響環(huán)境衛(wèi)生, 危害人體健康。 解決辦法: 圍護結構保溫達到最小熱阻要求 62 (2) 圍護結構內部凝結 建筑材料受潮, 導致強度降低、變形、腐爛、脫落，降低使用質量，影響建筑物的耐久性。圍護結構中的保溫材料受潮，導致導熱系數增大，保溫能力降低。P室外室外 P室內室內635.4.2 圍護結構內部冷凝圍護結構內部冷凝 一、圍護結構內部冷凝判定依據一、圍護結構內部冷凝判定依據 凝結條件: P Ps 不凝結 凝結64 二、圍護結構內部溫度分布二、圍護結構內部溫度分布 根據 計算 e321qqqqqe32i,6

15、5 iiiei011tRttRei0iiittRRt1qq 66ei01ii2ttRRRtei0iiittRRtei021ii3ttRRRRtei0eeettRRt67 溫度分布圖解法 材料層的熱阻越大，溫度分布直線降落越陡 68 根據溫度 得到飽和水蒸氣分壓力:e32i,se3s2ssi,PPPP69 三、圍護結構內部水蒸汽分壓力分布三、圍護結構內部水蒸汽分壓力分布 穩(wěn)定傳熱傳濕比較: 傳熱 傳濕 熱流強度q 單位:W/m2 蒸汽滲透強度 單位:g/(m2h) q =溫差熱阻R=d 熱阻: 材料的導熱系數 =蒸汽壓力差蒸汽滲透阻H=d 蒸汽滲透阻: 材料的蒸汽滲透系數一般密實材料小,多孔透氣

16、材料大700eiHPP 3210HHHH =蒸汽壓力差蒸汽滲透阻12i1HPP 2322HPP 3e33HPP 71 計算 Pi 、P2 、 P3 、 Pe : (1) 由ti、te和i、 e ，計算出Pi 、Pe ti、te Psi 、Pse Pi = i Psi Pe =e Pse (2) 根據 = 1 1 = 2 2 = 3 3 計算 P2, P3 72PiP2 H1 = = P2P3 H2PiPe H0ei01i2PPHHPPei021i3PPHHHPP = 1 1 = 2 2 73 四、四、 圍護結構濕分布計算步驟圍護結構濕分布計算步驟 (1) 由ti、te ，計算i 、 1 、 e

17、 ; (2) 由i、1 、 e , 查表得Psi， Ps1 , Pse, (3) 由ti、te和i、 e ，計算Pi 、P1, Pe (4) 在圍護結構剖面圖上，以壓力為縱坐標，連接Psi Ps1 , Pse 各點為一折線，即為飽和水蒸汽分壓力Ps分布；同理，連接Pi 、P1, Pe各點為一折線，即為水蒸汽分壓力P分布。 74 【例5-8】檢查下圖所示外墻是否會產生冷凝。 已知: ti=16，i =60%， te =4， e =50% 外墻構造： 120mm厚石灰砂漿內粉刷； 250mm厚加氣混凝土（密度500kg/m3）； 3120mm厚磚墻。 【解】步驟如下: （1）計算各層熱阻和水蒸汽滲

18、透阻 （2）計算室內、外空氣的水蒸汽分壓力 （3）計算各層的溫度和水蒸汽分壓力 （4）作出P與Ps分布圖 75序號材料層d(m)RH1石灰粉刷0.020.810.0250.00012166.672加氣混凝土0.050.190.2630.000199251.513磚墻0.120.810.1480.00006671799.10 （1）計算各層熱阻和水蒸汽滲透阻436. 0R28.2217Hm2.K/Wm2hPa /g586. 004. 0436. 011. 00Rm2K/W28.22170Hm2hPa /g76 （2）計算室內、外空氣的水蒸汽分壓力 ti=16， Psi =1817 Pa 則 Pi

19、 = i Psi =181760%=1090.3 Pa te =4， Pse=437.3 Pa 則Pe =e Pse =437.350%=218.7 Pa77 （3）計算各層的溫度和水蒸汽分壓力 , Psi =1419.9 Pa , Ps2 =1347.9 Pa , Ps3 =726.6 Pa , Pse =492.0 Pa Pa Pa2 .12)416(586. 011. 016i4 .11)416(586. 0025. 011. 01624 . 2)416(586. 0263. 0025. 011. 01636 . 2)416(586. 004. 0586. 016e78.1024)7 .

20、2183 .1090(28.221767.1663 .10902P92.925)7 .2183 .1090(28.221751.25167.1663 .10903P78 （4）作出P與Ps分布圖 P曲線與Ps曲線相交，說明墻體內部將出現冷凝 Psi =1419.9 Pa Ps2 =1347.9 Pa Ps3 =726.6 Pa Pse =492.0 Pa Pi = 1090.3 Pa P2 = 1024.8 Pa P3 = 925.9 Pa Pe =218.7 Pa79 五、五、 冷凝量估計冷凝量估計 冷凝界面: 最易出現冷凝，而且凝結最嚴重的界面 位于材料的蒸汽滲透系數由大變小的界面80 冷凝強度: 采暖期內總的冷凝量: 采暖期內保