建筑熱工學(xué)基本知識(shí)課件

1、1建筑熱工學(xué)第一章 建筑熱工學(xué)基本知識(shí)第二章 圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱與計(jì)算第三章 建筑保溫第四章 外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的濕狀況第五章 建筑防熱熱第六章 建筑日照2第一章 建筑熱工學(xué)基本知識(shí)3建筑熱工學(xué)建筑熱工設(shè)計(jì)方法是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)、太陽(yáng)能建筑設(shè)計(jì)、建筑氣候設(shè)計(jì)、生態(tài)綠色建筑設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)；建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范是相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)規(guī)范；建筑熱工設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，是建筑熱工學(xué)。4 第一節(jié) 熱環(huán)境概述一、概述1、熱工學(xué)研究對(duì)象：建筑熱環(huán)境 -影響人體冷熱感 的環(huán)境 2、熱環(huán)境：-室內(nèi)熱環(huán)境（熱氣候） -室外熱環(huán)境（熱氣候）5 3、熱工學(xué)的任務(wù)。 。 A、創(chuàng)造良好的健康舒適熱 環(huán)境 _本課程的研究任務(wù) 。 B、創(chuàng)造滿足使用要求的熱

2、環(huán)境 4、描述熱環(huán)境的參數(shù)體系： （你將如何考慮?)67三、室外熱環(huán)境構(gòu)成1、日照環(huán)境2、風(fēng)環(huán)境3、溫濕度環(huán)境這些環(huán)境既相聯(lián)系又相互獨(dú)立，這些環(huán)境常常分開來(lái)研究。室外熱環(huán)境好壞的評(píng)價(jià)常與室內(nèi)熱環(huán)境的需求相聯(lián)系。8四、室內(nèi)熱環(huán)境構(gòu)成1、溫濕度、風(fēng)、輻射構(gòu)成的熱氣候環(huán)境2、空氣質(zhì)量環(huán)境，與前述熱氣候息息相關(guān)9五、城市熱環(huán)境特點(diǎn)1、風(fēng)特點(diǎn)（如區(qū)域風(fēng)、巷道風(fēng)、高樓風(fēng)、庭 院風(fēng)等）2、溫濕度特點(diǎn)（如熱島效應(yīng)等）3、熱輻射、日照特點(diǎn)（光熱污染等）10六、影響室外熱環(huán)境的建筑規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)因 素。1、重點(diǎn)考慮日照規(guī)劃設(shè)計(jì)、風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)2、綠化水景設(shè)計(jì)3、建筑外飾面設(shè)計(jì)4、溫濕度環(huán)境設(shè)計(jì)，一般需借助計(jì)算機(jī)模擬

3、。11七、室內(nèi)熱環(huán)境研究?jī)?nèi)容1、室內(nèi)熱環(huán)境的氣候因素和空氣質(zhì)量因素2、室內(nèi)熱環(huán)境的評(píng)價(jià)3、建筑的得熱與失熱4、建筑的傳熱規(guī)律5、影響室內(nèi)熱環(huán)境的設(shè)計(jì)因素6、危害室內(nèi)熱環(huán)境的設(shè)計(jì)方法1213八、 熱環(huán)境氣候氣候可以看作圍繞建筑物的媒介，通過(guò)建筑物的開口與室內(nèi)相通或通過(guò)不透氣的外殼傳熱；而室內(nèi)人員周圍的環(huán)境則是室外環(huán)境的延續(xù)。全球氣候系統(tǒng)以太陽(yáng)能、加熱的陸地和水體為動(dòng)力。大氣中空氣團(tuán)在陸地與水體的上空對(duì)流，形成了水的蒸發(fā)和降雨過(guò)程，導(dǎo)致空氣溫度和大氣壓力發(fā)生變化，所有這些組成了以空間和時(shí)間變化為特征的氣候系統(tǒng)。14有關(guān)氣候的因素很多，包括風(fēng)、雨、雪、霧、氣溫、陽(yáng)光、輻射、濕度等本文中僅涉及與舒適及

4、能耗有關(guān)的人居環(huán)境問(wèn)題，因此只討論影響建筑物熱狀態(tài)和舒適性的氣候特征。這些特征包括太陽(yáng)輻射、空氣溫度、濕度和風(fēng)。15第二節(jié) 室外熱環(huán)境(熱氣候)參數(shù)16到達(dá)地球上的太陽(yáng)光輻射超短波輻射線，通過(guò)電離層時(shí)被吸收；大部分紫外線（0.290.38m）被臭氧層吸收；波長(zhǎng)超過(guò)2.5 m的輻射強(qiáng)度較低且基本被大氣吸收只有波長(zhǎng)為0.380.76 m的可見光部分能比較完整地到達(dá)地面在地面上利用太陽(yáng)能可只考慮0.282.5 m的射線171、太陽(yáng)輻射中的熱輻射（電磁輻射能）（E（w/）： 1）太陽(yáng)輻射（熱輻射）構(gòu)成： 可見光0.380.76m(52%)紅外線0.763m 紫外線0.280.38 -熱輻射（0.283

5、m）問(wèn)題：在建筑設(shè)計(jì)中那些地方需要考慮太陽(yáng)輻射？2、輻射照度在各朝向表面的變化規(guī)律：冬季：E南E水E東西E北夏季：E水E東西E南E北1819問(wèn)題：圖中有什么規(guī)律？為什么南向房子好？ 夏季建筑防熱的重點(diǎn)部位在什么地方？2021222、室外空氣溫度 通常指距地面1.5米高、背陰處的空氣溫度。影響室外溫度的因素： 太陽(yáng)輻射照度（主要因素），氣流狀況，地面覆蓋情況，地形，地理緯度等。2324氣溫的變化： 大氣能大量地吸收地面的長(zhǎng)波輻射使大氣增溫，所以，地面與空氣的熱量交換是氣溫升降的直接原因。特點(diǎn)：1、室外氣溫與室內(nèi)氣溫不同；2、接近地面的部分與高空的部分的溫度不同3、在草地與泥地上相同高度點(diǎn)的氣溫亦

6、有差 別。5、白天與晚上不同。4、為什么？25氣溫的日變化： 白天地表因受到光照日射而溫度上升，然后會(huì)放熱使大氣獲得熱量而增溫。而夜間因?yàn)槿丈湎В沟乇砝鋮s，因此氣溫也跟著下降。氣溫的日變化如圖1-31所示，呈正弦曲線2627從圖1-31氣溫日變化曲線可以看出：1、氣溫日變化中有一個(gè)最高值和最低值。 最高值與日平均值的差值稱為日較差或 日振幅。2、最高值通常出現(xiàn)在午后2時(shí)(即14時(shí))左 右，而不是在中午太陽(yáng)高度角最大的時(shí) 刻；3、最低氣溫一般出現(xiàn)在日出前后，而不 是在午夜。這是由于空氣與地面間因輻射換熱而增溫或降溫都需要經(jīng)歷一段時(shí)間。28日變化的特征 主要是以最高氣溫與最低氣溫的差(或以日較

7、差或日振幅)來(lái)表示。1、緯度愈低日較差愈大（我國(guó)情況并非如 此），為什么？2、自海岸開始愈深入內(nèi)陸日較差也愈大。3、在高山或高空中日較差很小，4、草地上的日較差小，而砂地上的日較差 則大。 29一般而言：1、日照強(qiáng)烈，氣候干旱地區(qū)，溫度日較 差較大；2、日照溫和，氣候潮濕地區(qū)，溫度日較 差較??；3、其他情況處于二者之間。 這種變化規(guī)律，是由太陽(yáng)輻射熱與長(zhǎng)波輻射的日夜平衡所引起的30一日的氣溫還受到大氣中云層的影響。由于水蒸氣凝結(jié)成云，能夠阻斷并吸收相當(dāng)多的輻射熱，因此在多云的日子，白天的太陽(yáng)日射被遮蔽使氣溫不會(huì)上升。夜間自地表放出的熱為云層所吸收，部分又會(huì)射回地表面，因此氣溫下降不大。所以多云

8、的日子日較差較小。31氣溫的年變化 與日變化相同，因日射的不同，通常也是呈正弦曲線的情形。一年中的太陽(yáng)輻射量變化： 冬至最低，夏至最高，一年中的氣溫變化： 氣溫最低值應(yīng)在12月，比冬至晚1-2個(gè)月。 氣溫最高值則在78月。比夏至晚12個(gè)月。32一年間的最高氣溫與最低氣溫的差值叫做氣溫年較差。年較差受緯度影響很大， 在低緯度地區(qū)年較差很小，而緯度愈高則年較差愈大(見圖1-32)。 3334我國(guó)各地氣溫分布1、日較差一般從東南向西北遞增。2、一年中，我國(guó)年最高氣溫出現(xiàn)的時(shí)間： 內(nèi)陸一般是在7月份， 沿海或島嶼一般是在7月下旬或8月上旬； 年最低氣溫一般出現(xiàn)在1-2月。3、我國(guó)氣溫的年較差自南到北、

9、自沿海到 內(nèi)陸逐漸增大。 華南和云貴高原為10-200C， 長(zhǎng)江流域增到20-300C， 華北和東北的南部為30-400C， 東北的北部和西北部則超過(guò)400C。35因受地理環(huán)境、海陸分布和氣候條件的影響，我國(guó)夏季氣溫的變化有其特點(diǎn)：1)一般氣溫日變化隨緯度增加而減少。可是，我國(guó)東南沿海，多云濕潤(rùn)，草木茂盛；西北地處內(nèi)陸晴朗干燥，植物稀少。因此，氣溫變化受緯度影響的因素不很顯著，以致出現(xiàn)日較差隨緯度增加而由南向北遞增的反?，F(xiàn)象。36例如1、沿海地區(qū)的廈門地處北緯20027， 日較差年平均為540C；同樣沿海的上海地處北緯31012 ，而日較差年平均為920C。2、再如，內(nèi)陸地區(qū)的長(zhǎng)沙處于北緯28

10、015 ， 日較差年平均為77；南京地處北緯 31012，而日較差年平均卻為87。372) 隨季節(jié)由冷變熱，日溫變化逐漸增大，一般夏季 日較差大于冬季?？墒俏覈?guó)受地理和季風(fēng)氣候的 調(diào)劑，夏季日較差反比冬季減少。3) 日溫變化與地面的熱容量和水陸分布率有關(guān)， 還與天氣的狀況和大氣云量以及地形的凹凸等因 素有關(guān)。例如：1、如水面日溫變化小于陸地，2、粘土日溫變化小于沙土。3、日溫的變化值，陰天小于晴天，潮濕的天氣小于 干燥天氣。384、小盆地白天太陽(yáng)輻射較盛，夜晚冷空氣下 降形成低溫，日較差大。5、山峰的空氣與地面接觸面少，日溫變化 小。6、日溫變化還因高度的增加而急劇減少，這是由于高度越高，受地

11、面影響越小的緣故。3940414243Relative HumidityWhat is 100% RH? Fog44此規(guī)律有何用途？455）、露點(diǎn)溫度： 空氣氣壓和水蒸氣含量一定的情況下: 當(dāng)空氣相對(duì)濕度剛好達(dá)到=100% 對(duì)應(yīng)的溫度。特點(diǎn)： 如果從露點(diǎn)溫度往下繼續(xù)降溫，空氣就容納不了原有的水蒸氣，而迫使一 部分凝成水珠析出結(jié)露。 4647結(jié)露的危害4849露點(diǎn)溫度計(jì)算作業(yè)： 設(shè)室溫為18度，相對(duì)濕度為70%， 求該環(huán)境下的露點(diǎn)溫度。505152C、風(fēng)的方向表示： 風(fēng)向頻率圖或稱風(fēng)玫瑰圖。 風(fēng)向頻率圖： 它是按照逐時(shí)實(shí)測(cè)的各個(gè)方位風(fēng)向出現(xiàn)的次數(shù)，分別計(jì)算出每個(gè)方向風(fēng)的出現(xiàn)次數(shù)占總次數(shù)的百分比，

12、并按一定的比例在各方位線上標(biāo)出，最后連接各點(diǎn)而成。5354555657TopographyWarm air risesCool air dropsMorning and afternoon “diurnal winds” are intensified in canyons and on sloped surfaces and diverted by hills and ridges 58Sea Breeze EffectOnshore winds occur when water temperature is lower than adjoining air temperature over

13、 land.Offshore winds are the reverse process.596061第三節(jié) 建筑熱氣候分區(qū)一、建筑氣候區(qū)劃： 進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)之前， 最先應(yīng)考慮的因素 氣候特點(diǎn)6263 4、 夏熱冬暖地區(qū)： 最冷月平均溫度10， 最熱月平均溫度25-29。 5、 溫和地區(qū)： 最冷月平均溫度0-13， 最熱月平均溫度18-25。64656667 3、干熱氣候區(qū)： 高溫、高輻射、干燥。風(fēng)大。 4、濕熱氣候區(qū)： 溫度高、溫差小、濕度大 （約80%左右）、降雨量大。68各地區(qū)建筑物的形式、風(fēng)格受氣候條件的影響。697071727374753）、大氣透明度較小，太陽(yáng)輻射比郊區(qū) ??；4）、蒸

14、發(fā)減弱、濕度變??；5）、霧多，能見度差，日照較郊區(qū)差；問(wèn)題：是什么原因造成城市氣候不同于郊 區(qū)氣候？城市氣候變化哪些是有益 的哪些是不利的？767778 C、夏季外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度過(guò)高， 會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱輻射，造成室內(nèi)過(guò) 熱，對(duì)人產(chǎn)生不舒適熱輻射。 冬季外圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度過(guò)低， 將對(duì)人體產(chǎn)生不舒適“冷輻射”問(wèn)題：冷輻射是物體表面向人體 輻射冷量嗎？79問(wèn)題1：冷輻射是物體表面向人體 輻射冷量嗎？問(wèn)題2：暖氣片為什么要放在窗臺(tái)下？放在 窗臺(tái)下，對(duì)節(jié)能和室內(nèi)熱環(huán)境各有 什么影響？暖氣片到底放在什么位 置最合適？8081825、室內(nèi)熱環(huán)境設(shè)計(jì)原則（1）將室內(nèi)4個(gè)氣候參數(shù)控制在前述舒適范圍內(nèi)（2）室

15、內(nèi)溫度場(chǎng)相對(duì)比較均勻，但不能絕對(duì)均 勻。（3）表面輻射溫度相對(duì)接近討論： 根據(jù)人體的熱感覺特征論述熱環(huán)境指標(biāo)體系的合理性。83848586 熱交換平衡關(guān)系： q=qm -q w qr -qc (w/m2) q = 0 對(duì)應(yīng)的室內(nèi)熱環(huán)境狀態(tài)： 1）、熱舒適狀態(tài)： q = 0 2）、可忍受狀態(tài)：q = 0 3）、不可忍受狀態(tài)：q0問(wèn)題：如果q 0 或 q 0將會(huì)出現(xiàn) 什么情況？8788新課題- 創(chuàng)造健康而舒適的熱環(huán)境8990 （三）、影響人體熱舒適感的熱環(huán)境評(píng)價(jià) 指標(biāo)： 1、作用溫度：綜合了室內(nèi)氣溫和平均輻射溫度對(duì)人體的影響。 2、有效溫度：為室內(nèi)氣溫和室內(nèi)濕度和室內(nèi)風(fēng)速在一定組合下的綜合指標(biāo)。

16、913、熱應(yīng)力指標(biāo)： 人體所需的蒸發(fā)散熱量 最大可能的蒸發(fā)散熱量 92 它是根據(jù)人體熱平衡的條件，先求出在一定熱環(huán)境中人體所需的蒸發(fā)散熱量，然后再計(jì)算在該環(huán)境中最大可能的蒸發(fā)散熱量，以這二者的百分比作為熱應(yīng)力指標(biāo)，它提供了一種按照人體活動(dòng)產(chǎn)熱、衣著及周圍熱環(huán)境對(duì)人的生理機(jī)能綜合影響的分析方法。93949596第五節(jié) 傳熱的基本方式97一、傳熱的基本方式：導(dǎo)熱、對(duì)流、輻射傳熱實(shí)質(zhì)：熱能轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。傳熱方向：高溫低溫。二、對(duì)流機(jī)理：由于流體中的各部分之間的 相對(duì)運(yùn)動(dòng)而傳遞熱量，發(fā)生在 氣體和液體中。 98方式：1、自然對(duì)流： 由于流體各部分的溫度不同而發(fā)生相 對(duì)運(yùn)動(dòng)形成。自然對(duì)流成因：存在溫差。問(wèn)題

17、：能舉出幾種通過(guò)設(shè)計(jì)手段形成自然 對(duì)流（自然通風(fēng)）的例子嗎2、受迫對(duì)流： 因外力作用（如風(fēng)吹、泵壓等），迫 使流體產(chǎn)生對(duì)流。993、 表面對(duì)流換熱： 工程上大量遇到的是流體流過(guò)一個(gè)固體壁面時(shí)發(fā)生的熱量交換。由于空氣與固體的溫度不等而發(fā)生熱交換。 1）、影響換熱量多少的因素： 溫度差、熱流方向、氣流 速度、表面狀況等。q t1 t2100101 影響c的因素: 氣流狀況(自然對(duì)流、受迫對(duì)流)，表面 位置(垂直、水平)，表面狀況（內(nèi)表面 外表面、粗糙度等）、熱流傳遞方向。注意：自然對(duì)流換熱和受迫（強(qiáng)制）對(duì)流換熱.102103問(wèn)題：從上述強(qiáng)制對(duì)流換熱系數(shù)計(jì)算公式 你能想到改善熱環(huán)境的某些方法嗎？三、

18、導(dǎo)熱：1、導(dǎo)熱：由于分子熱運(yùn)動(dòng)引起分子、原子、 自由電子及離子等相互碰撞而引起的熱能 傳遞過(guò)程。發(fā)生在氣、液、固體中。104（1）溫度場(chǎng) 某一時(shí)刻物體內(nèi)各點(diǎn)的溫度分布 t=f（x，y，Z，） 穩(wěn)定溫度場(chǎng)特點(diǎn)？ 不穩(wěn)定溫度場(chǎng)特點(diǎn)？（2）熱流密度=熱流強(qiáng)度單位時(shí)間流過(guò) 垂直熱流方向單位面積的熱量 q ，Q=q F（3）等溫面105（4）溫度梯度對(duì)一維傳熱：溫度梯度=dt/dx106（5）導(dǎo)熱基本方程（基本規(guī)律） q- 熱流密度或熱流強(qiáng)度，單位時(shí)間、單位面 積上通過(guò)的熱量(w/m2）。-導(dǎo)熱系數(shù)，表示材料導(dǎo)熱能力的大小 w/(m.k)107一維導(dǎo)熱基本方程q = - dt/ dx（w/m2）q-熱流

19、密度或熱流強(qiáng)度，單位時(shí)間、單位面積上通過(guò)的熱量。 -導(dǎo)熱系數(shù)，表示材料導(dǎo)熱能力的大小。 108一維導(dǎo)熱基本方程（傅立葉導(dǎo)熱方）： q = - dt/ dx （w/m2） （在各向同性的介質(zhì)中即均勻介質(zhì)中 dt/dx-溫度梯度，從低溫到高溫為正。 公式中的負(fù)號(hào)表示熱流方向與溫 度梯度方向相反。 -導(dǎo)熱系數(shù)，表示材料導(dǎo)熱能力的 大小。109110 3）、濕度的影響： 濕度越大導(dǎo)熱系數(shù)越大。3） 4）、密度的影響： 一般來(lái)說(shuō)密度越小導(dǎo)熱系數(shù)越小。但當(dāng)小到一定程度后，如繼續(xù)降低 密度，導(dǎo)熱系數(shù)反而會(huì)升高。因此材料存在一最佳密度。111材料導(dǎo)熱系數(shù)W/(mK)特點(diǎn)氣體0.0060.6最小液體0.070.

20、7次之金屬2.2420最大非金屬0.33.5常用建材保溫隔熱材料0.25礦棉、泡沫塑料、珍珠巖、蛭石等不同狀態(tài)的物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)相差很大112113114115116117118問(wèn)題：空氣間層常用于圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫， 空氣間層中的傳熱70%以上都是 輻射，為減少空氣層的傳熱，空 氣層應(yīng)放在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷側(cè)還是 熱側(cè)？119進(jìn)入大氣上界的太陽(yáng)輻射100被氣體分子與塵埃吸收15云吸收 3因散射而反射5云反射21地面反射 6總反射：32總吸收：68地面吸收502、熱輻射的接受120121122123問(wèn)題：分析圖中各種表面的輻射特 性，白色表面和黑色表面的 輻射特性有何異同？拋光表 面有何輻射特性？在建筑保 溫和防熱設(shè)計(jì)中這些特性有 何用途？124（2）、溫室效應(yīng)： 玻璃對(duì)可見光幾乎是透明體，而 對(duì)長(zhǎng)波紅外線幾乎是不透明體， 因此用玻璃制作的溫室，能引進(jìn) 大量的太陽(yáng)輻射熱，卻能阻止室 內(nèi)的長(zhǎng)波輻射向外透射，產(chǎn)生所 謂的溫室效應(yīng)。問(wèn)題：溫室效應(yīng)有哪些用途和危害？ 請(qǐng)舉例說(shuō)明之125126127黑體輻射力和灰體輻射力無(wú)論是黑體還是灰體：需注意不同波長(zhǎng)的輻射力不一樣。128黑體全輻射力： Eb =Cb (T/100)4 斯蒂芬-波爾茲曼定律 Cb-黑體輻射系數(shù)； 灰體全輻射力： E =C (T/100)4 C-灰體輻射系數(shù)。黑度： =C/Cb 問(wèn)題： 黑度的大小反映了灰體的什么 能力？