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建筑物理2014.5.27物理环境概论：1人类影响环境的模式：人口数×人均使用资源的单位数×使用单位资源导致的环境恶化＝对环境影响。2城市区域是人工构筑的下垫面与天然下垫面得复杂组合，包括高低错落的房屋建筑，不同尺度的道路，广场，公园。以及天然的地形、湖泊、河川、港湾等；建筑热工篇第一章室内热环境1、人体与周围环境的换热方式有对流、辐射和蒸发三种。2、人体得热平衡是达到人体热舒适的必要条件。3、当达到热平衡状态时，对流换热约占总散热量的25%-30%，辐射散热量占45%-50%，呼吸和有感觉蒸发散热量占25%-30%时，人体才能达到热舒适状态，能达到这种适宜比例的环境便是人体热舒适的充分条件。4、气流速度对人体的对流换热影响很大，至于人体是散热还是得热，则取决于空气温度的高低。5、影响人体蒸发散热的主要因素是作用于人体的气流速度和环境的水蒸气分压力。6、影响人体热感的因素为：空气温度、空气湿度、气流速度、环境平均辐射温度、人体新陈代谢产热率和人体衣着状况。7、热环境的综合评价：1）有效温度：ET依据半裸的人与穿夏季薄衫的人在一定条件的环境中所反应的瞬时热感觉作为决定各项因素综合作用的评价标准。2）热应力指数：HSI根据在给定的热环境中作用于人体的外部热应力、不同活动量下的新陈代谢产热率及环境蒸发率等的理论计算而提出的。当已知环境的空气温度、空气湿度、气流速度和平均辐射温度以及人体新陈代谢产热率便可按相关线解图求得热应力指标。3）预测热感指数：PMV人体蓄热量是空气温度、空气相对湿度、气流速度和平均辐射温度4个环境参数及人体新陈代谢产热率、皮肤平均温度、肌体蒸发率、所着衣热阻的函数。8、室内热环境的影响因素：1）室外气候因素太阳辐射以太阳直射辐射照度、散射辐射照度及用两者之和的太阳总辐射照度表示。水平面上太阳直射照度与太阳高度角、大气透明度成正比关系。散射辐射照度与太阳高度角成正比，与大气透明度成反比。太阳总辐射受太阳高度角、大气透明度、云量、海拔高度和地理纬度等因素的影响。空气温度地面与空气的热交换是空气温度升降的直接原因，大气的对流作用也以最强的方式影响气温，下垫面的状况，海拔高度、地形地貌都对气温及其变化有一定影响。空气湿度指空气中水蒸气的含量。一年中相对湿度的大小和绝对湿度相反。风地表增温不同是引起大气压力差的主要原因降水2）室内的影响因素：热环境设备的影响；其他设备的影响；人体活动的影响9、城市区域气候特点：1）大气透明度较小，削弱了太阳辐射；2）气温较高，形成“热岛效应”；3）风速减小，风向随地而异；4）蒸发减弱、湿度变小；5）雾多、能见度差。10、建筑热工设计分区：严寒地区：11、被动式太阳能建筑原理：当太阳辐射热透过日光室玻璃照射到墙面上时，墙面吸收热能，温度升高，并通过对流方式将热量传给日光室内的空气，使之温度升高，由上部开口流入室内；室内的低温空气由下部开口流进日光室，不断循环流动的空气提高了室内气温，从而改善了室内热环境。注意点：1）日光室的朝向应选择当地日照时间长，太阳辐射强烈的方位，一般以东南、南、西南向为宜；2）日光室的玻璃应选择热光比大的玻璃，并应有较大的面积。这是因为玻璃是短波热射线的透射体，而又是长波热射线的非透射体，能阻挡日光室的热量辐射外逸；3）墙面对太阳辐射热的吸收至关重要，表面一定要用对太阳辐射热吸收系数大的材料；4）上下通风口尺寸应适当，过大、过小都会影响采暖效果5）在使用上，当一晚或无日辐射的时候，如日光室的气温低于室外气温，应关闭上下通风口，避免室内热量的损失。第二章传热基本知识1、导热是由温度不同的质点（分子、原子、自由电子）在热运动中引起的热能传递现象。导热系数：在稳定条件下，1m厚的物体，两侧表面温差为1℃，1h内通过1㎡面积传递的热量。导热系数的影响因素：材质的影响、材料干密度的影响、材料含湿量的影响。2、对流是由于温度不同的各部分流体之间发生相对运动，互相掺合而传递热能。对流换热的强弱主要取决于：层流边界层内的换热与流体运动发生的原因、流体运动状况、流体与固体壁面温度差、流体的物性、固体壁面的形状、大小及位置等因素。自然对流换热受迫对流换热3、辐射热射线的传播过程叫做热辐射，通过热射线传播热能就称为辐射传热。辐射传热特点：1）在辐射传热过程中伴随着能量形式的转化；2）电磁波的传播不需要任何中间介质；3）凡是温度高于绝对零度的一切物体，不论它们的温度高低都在不间断地想外辐射不同波长的电磁波，辐射传热是物体之间相互辐射的结果，不受温度高低的影响。凡能将辐射热全部反射的物体称为绝对白体，能全部吸收的称为绝对黑体，能全部透过的则称为绝对透明体或透热体。吸收系数接近于1的物体近似地当作黑体。单位时间内在物体单位表面积上辐射的波长从0到∞范围的总能量，称作物体的全辐射本领，通常用E表示，单位为W/㎡。单位时间内在物体单位表面积上辐射的某一波长的能量称为单色辐射本领。灰体：辐射光谱曲线的形状与黑体辐射光谱曲线的形状相似，且单色辐射本领不仅小鱼黑体同波长的单色辐射本领，两者的比例为不大于1的常数。选择性辐射体：只能吸收和发射某些波长的辐射能，并且其单色辐射本领总小于同温度黑体同波长的单色辐射本领。4、封闭空气间层的传热特点铝箔贴在温度高的一侧的原因：减小间层表面的辐射系数，并防止间层内结露。第三章建筑保温1、建筑保温的途径：1）建筑体形的设计，应尽量减少外围护结构的总面积。2）围护结构应具有足够的保温性能。3）争取良好的朝向和适当的建筑物间距。4）增强建筑物的密闭性，防止冷风渗透的不利影响。5）避免潮湿、防止壁内产生冷凝。2、围护结构最小阻热设计的依据：3、围护结构保温构造形式：1）保温、承重合二为一；2）单设保温层；3）复合构造4、围护结构的蒸汽渗透及冷凝：某一状态下的空气，在含湿量不变的情况下，冷却到它的相对湿度达到100%时所对应的湿度，称为该状态下空气的露点温度。由于温度降到露点温度以下，空气中水蒸气液化析出的现象称为冷凝。当室内、外空气的水蒸气含量不等时，在围护结构的两侧，就存在水蒸气分压力差，水蒸气分子将从压力较高的一侧通过围护结构向较低一侧渗透扩散，这种现象称为蒸汽渗透。5、防止和控制冷凝的措施1）防止和控制表面冷凝正常湿度的采暖房间：围护结构内表面层宜采用蓄热系数较大的材料，利用它蓄存的热量起调节作用，减少出现周期性冷凝的可能。高湿房间：围护结构内表面采用不透水材料层，在构造上采取措施将表面冷凝睡滴导流，并有组织地排除。南方地区：地面应具有一定的热阻，减少地面对土层的传热量；地面表层材料的虚热系数要小；表面材料有一定的吸湿作用。2）防止和控制内部冷凝材料层次的布置应符合“难进易出”的原则；设置隔气层；设置通风间层或泄气沟道。第四章建筑防热1、建筑防热的途径：减弱室外热作用；窗口遮阳；围护结构的隔热与散热；合理地组织自然通风；尽量减少室内余热。2、当量温度：3、围护结构隔热措施：1）屋顶隔热：采用浅色外饰面，减少当量温度；增大热阻与热惰性；通风隔热屋顶；水隔热屋顶；种植隔热屋顶。2）墙体隔热：砌块；钢筋混凝土大板，钢筋混凝土空心板，复合大板；4、自然通风的组织：1）建筑朝向、间距及建筑群的布局：错列式、斜列式较行列式、周边式好2）建筑的平面布置与剖面设计：详见P106第五章建筑日照与遮阳1、太阳高度角、太阳方位角：太阳方位角：指太阳直射光线在地平面上的投影线与地平面正南向所夹的角。太阳高度角：指太阳直射光线与地平面间的夹角。2、遮阳形式及适用朝向水平式遮阳：在北回归线以北地区适用于南向附近窗口；在北回归线以南地区既适用于南向窗口又可用于北向窗口。垂直式遮阳：适用于北向、东北向和西北向附近的窗口综合式遮阳：适用于东南向或西南向附近窗口，适应范围较大挡板式遮阳：适用于东向、西向附近窗口3、遮阳设施构造设计要点1）遮阳的板面组合与构造：用不同的板面组合以便选择对采光、通风、视野、立面造型和构造等要求都更加有利的形式。2）遮阳板的安装位置：安装位置对防热和通风的影响很大。3）材料与颜色：多采用坚固耐久的轻质材料；轻便、灵活；外表面颜色宜浅，以减少对太阳辐射热的吸收，内表面则应稍暗，以避免产生炫光，并希望材料的辐射系数较小。建筑光学篇第一章建筑光学基本知识1、能够引起人视觉感觉的电磁辐射波长范围为380-780nm2、光谱视效率：表示波长和波长的单色辐射，在特定光度条件下，获得相同视觉感觉时，该两个单色辐射通量之比。3、视野范围（视场）水平面180°，垂直面130°，上方为60°，下方为70°4、普尔钦效应：在不同的光亮条件下，人眼感受性不同的现象。5、光通量：人眼对光的感觉量公式：6、辐射通量：光源在单位时间内发射或接收的辐射能量或在某种介质中单位时间传递的辐射能量。7、发光效率：单位辐射通量产生的光通量。8、发光强度：光源在空间的光通量分布状况，就是光通量的空间分布密度。公式：9、照度：在被照面单位面积上的光通量多少，表示被照面上的光通量密度。公式：10、距离平方反比定律：计算点光源产生照度的基本公式，某表面的照度E与点光源在这方向的发光强度I成正比，与它至光源距离r的平方成反比，公式：11、亮度：视网膜上物像的照度是和发光体在视线方向的投影面积Acosα成反比，以发光体朝视线方向的发光强度成正比，公式：12、定向反射和透射定向反射：光线入射角等于反射角；入射光线、反射光线以及反射表面的法线处于同一平面。玻璃镜、很光滑的金属表面定向透射：如材料的两个表面彼此平行，则透过材料的光线方向和入射方向保持一致。窗玻璃13、扩散反射和透射均匀扩散材料：将入射光想均匀地向四面八方反射或透射，从各个角度看，其亮度完全想同，看不见光源形象。氧化镁、石膏、磨砂玻璃；完全均匀扩散透射材料：乳白玻璃、白纸、半透塑料；均匀漫反射材料：将反射光均匀分布在各个方向上，与入射方向无关，砖、混凝土、石膏定向扩散材料：在定向反射（透射）方向，具有最大的亮度，而在其他方向上也有一定亮度。光滑的纸、较粗糙的金属表面、油漆表面、釉瓷砖。14、视度：看物体的清楚程度，影响因素：适当的亮度、物件尺寸、对比、识别时间、避免炫光第二章天然采光1、采用天然采光的原因：人眼在天然光条件下比在人工光下具有更高的视觉功效；在天然光下感到舒适和有益于身心健康。2、光气候是由太阳直射光、天空扩散光和地面反射光形成的天然光平均状况。3、地面反射光：太阳直射光和天空扩散光射到地面后，经地面反射，并在地面与天空之间产生多次反射，使地面的照度和天空的亮度都有所增加，这部分称为地面反射光。4、全云天的地面照度取决于：太阳高度角、云状、地面反射能力、大气透明度5、晴天的地面照度由太阳照度和天空扩散光两部分组成。6、我国的光气候概况7、采光标准：室内给定水平面上某一点的由全阴天天空漫射光所产生的照度和同一时间同一地点，在室外无遮挡水平面上有全阴天天空漫射光所产生的照度的比值，公式：8、采光系数标准值临界照度：室内完全利用天然光进行工作时的室外天然光最低照度。我国规定为5000lx。四川、贵州4000lx。9、采光质量采光均匀度：室内照度最低值与室内照度平均值之比。防止眩光：作业区应减少或避免直射阳光；工作人员的视觉背景不宜为窗口；可采取室内外遮挡设施来减少窗亮度或减少窗的视域；窗结构的内表面和窗周围的内墙面宜采用浅色饰面。合适的光反射比防止紫外线的进入10、采光口侧窗缺点：照度不均匀；优点：构造简单，不受建筑物层数限制，布置方便，造价低廉，光线具有明确方向性。虽可用提高窗位置方法解决室内照度不均的问题，但受建筑物层高的限制。这种窗只能保证有限进深的采光要求。一般进深不超过窗高的1.5-3倍。天窗矩形天窗天窗架+窗扇课避免单侧窗照度变化大的缺点，使照度均匀。窗口位置高，一般处于视野范围外，不易形成眩光和受外面物体的遮挡。锯齿形天窗由于倾斜顶棚的反光，采光效率比纵向矩形天窗高，当采光系数相同时，锯齿形天窗的玻璃面积比纵向天窗少15%-20%。平天窗优点：采光效率高，面积大；缺点：积尘，易产生眩光。种类：采光天棚（中庭、市场、体育馆、温室）