第一章建筑热工学基本知识

1建筑物理环境学建筑热工学2建筑热工学第一章建筑热工学基本知识第二章围护结构传热与计算第三章建筑保温第四章外围护结构的湿状况第五章建筑防热热第六章建筑日照3第一章建筑热工学基本知识4建筑热工学建筑热工设计方法是建筑节能设计、太阳能建筑设计、建筑气候设计、生态绿色建筑设计的基础；建筑热工设计规范是相关设计标准的基础规范；建筑热工设计的理论基础，是建筑热工学。5第一节热环境概述一、概述1、热工学研究对象：建筑热环境----影响人体冷热感的环境2、热环境：-----室内热环境（热气候）-----室外热环境（热气候）63、热工学的任务。。。。。。。。。A、创造良好的健康舒适热环境____________本课程的研究任务。。。B、创造满足使用要求的热环境4、描述热环境的参数体系：（你将如何考虑?)7二、描述热环境的参数体系：（研究指标体系）1）、空气温度：T（K），t（℃）。2）、空气湿度：e（Pa），d(kg/kg),f（g/m3），φ（%）。3）、热辐射：E（w/㎡）。4）、风速：V（m/s）。◆上述参数与人体的冷热感直接相关。8三、室外热环境构成1、日照环境2、风环境3、温湿度环境这些环境既相联系又相互独立，这些环境常常分开来研究。室外热环境好坏的评价常与室内热环境的需求相联系。9四、室内热环境构成1、温湿度、风、辐射构成的热气候环境2、空气质量环境，与前述热气候息息相关10五、城市热环境特点1、风特点（如区域风、巷道风、高楼风、庭院风等）2、温湿度特点（如热岛效应等）3、热辐射、日照特点（光热污染等）11六、影响室外热环境的建筑规划、设计、建设因素。1、重点考虑日照规划设计、风环境设计2、绿化水景设计3、建筑外饰面设计4、温湿度环境设计，一般需借助计算机模拟。12七、室内热环境研究内容1、室内热环境的气候因素和空气质量因素2、室内热环境的评价3、建筑的得热与失热4、建筑的传热规律5、影响室内热环境的设计因素6、危害室内热环境的设计方法1314八、热环境气候♣气候可以看作围绕建筑物的媒介，通过建筑物的开口与室内相通或通过不透气的外壳传热；而室内人员周围的环境则是室外环境的延续。♣全球气候系统以太阳能、加热的陆地和水体为动力。大气中空气团在陆地与水体的上空对流，形成了水的蒸发和降雨过程，导致空气温度和大气压力发生变化，所有这些组成了以空间和时间变化为特征的气候系统。15♣有关气候的因素很多，包括风、雨、雪、雾、气温、阳光、辐射、湿度等♣本文中仅涉及与舒适及能耗有关的人居环境问题，因此只讨论影响建筑物热状态和舒适性的气候特征。这些特征包括太阳辐射、空气温度、湿度和风。16第二节室外热环境(热气候)参数17到达地球上的太阳光———辐射♣超短波辐射线，通过电离层时被吸收；大部分紫外线（0.29~0.38m）被臭氧层吸收；♣波长超过2.5m的辐射强度较低且基本被大气吸收♣只有波长为0.38~0.76m的可见光部分能比较完整地到达地面♣在地面上利用太阳能可只考虑0.28~2.5m的射线181、太阳辐射中的热辐射（电磁辐射能）（E（w/㎡））：1）太阳辐射（热辐射）构成：可见光——0.38—0.76μm(52%)红外线——0.76—3μm紫外线——0.28—0.38------------热辐射（0.28—3μm）问题：在建筑设计中那些地方需要考虑太阳辐射？2、辐射照度在各朝向表面的变化规律：冬季：E南〉E水〉E东西〉E北夏季：E水〉E东西〉E南〉E北1920问题：图中有什么规律？为什么南向房子好？夏季建筑防热的重点部位在什么地方？2122问题：在保温隔热设计中应如何运用上述规律？为什么南向房子好？2、室外空气温度：通常指距地面1.5米高、背阴处的空气温度。影响室外温度的因素：太阳辐射照度（主要因素），气流状况，地面覆盖情况，地形，地理纬度等。232、室外空气温度通常指距地面1.5米高、背阴处的空气温度。影响室外温度的因素：太阳辐射照度（主要因素），气流状况，地面覆盖情况，地形，地理纬度等。2425气温的变化：大气能大量地吸收地面的长波辐射使大气增温，所以，地面与空气的热量交换是气温升降的直接原因。特点：1、室外气温与室内气温不同；2、接近地面的部分与高空的部分的温度不同3、在草地与泥地上相同高度点的气温亦有差别。5、白天与晚上不同。4、••••••为什么？26气温的日变化：白天地表因受到光照日射而温度上升，然后会放热使大气获得热量而增温。而夜间因为日射消失，使地表冷却，因此气温也跟着下降。气温的日变化如图1-31所示，呈正弦曲线2728从图1-31气温日变化曲线可以看出：1、气温日变化中有一个最高值和最低值。最高值与日平均值的差值称为日较差或日振幅。2、最高值通常出现在午后2时(即14时)左右，而不是在中午太阳高度角最大的时刻；3、最低气温一般出现在日出前后，而不是在午夜。这是由于空气与地面间因辐射换热而增温或降温都需要经历一段时间。29日变化的特征主要是以最高气温与最低气温的差(或以日较差或日振幅)来表示。1、纬度愈低日较差愈大（我国情况并非如此），为什么？2、自海岸开始愈深入内陆日较差也愈大。3、在高山或高空中日较差很小，4、草地上的日较差小，而砂地上的日较差则大。30一般而言：1、日照强烈，气候干旱地区，温度日较差较大；2、日照温和，气候潮湿地区，温度日较差较小；3、其他情况处于二者之间。这种变化规律，是由太阳辐射热与长波辐射的日夜平衡所引起的31一日的气温还受到大气中云层的影响。由于水蒸气凝结成云，能够阻断并吸收相当多的辐射热，因此在多云的日子，白天的太阳日射被遮蔽使气温不会上升。夜间自地表放出的热为云层所吸收，部分又会射回地表面，因此气温下降不大。所以多云的日子日较差较小。32气温的年变化与日变化相同，因日射的不同，通常也是呈正弦曲线的情形。一年中的太阳辐射量变化：冬至最低，夏至最高，一年中的气温变化：气温最低值应在1—2月，比冬至晚1-2个月。气温最高值则在7—8月。比夏至晚1—2个月。33一年间的最高气温与最低气温的差值叫做气温年较差。年较差受纬度影响很大，在低纬度地区年较差很小，而纬度愈高则年较差愈大(见图1-32)。3435我国各地气温分布1、日较差一般从东南向西北递增。2、一年中，我国年最高气温出现的时间：内陆一般是在7月份，沿海或岛屿一般是在7月下旬或8月上旬；年最低气温一般出现在1-2月。3、我国气温的年较差自南到北、自沿海到内陆逐渐增大。华南和云贵高原为10-200C，长江流域增到20-300C，华北和东北的南部为30-400C，东北的北部和西北部则超过400C。36因受地理环境、海陆分布和气候条件的影响，我国夏季气温的变化有其特点：1)一般气温日变化随纬度增加而减少。可是，我国东南沿海，多云湿润，草木茂盛；西北地处内陆晴朗干燥，植物稀少。因此，气温变化受纬度影响的因素不很显著，以致出现日较差随纬度增加而由南向北递增的反常现象。37例如1、沿海地区的厦门地处北纬20027'，日较差年平均为5．40C；同样沿海的上海地处北纬31012'，而日较差年平均为9．20C。2、再如，内陆地区的长沙处于北纬28015'，日较差年平均为7．7℃；南京地处北纬31012，，而日较差年平均却为8．7℃。382)随季节由冷变热，日温变化逐渐增大，一般夏季日较差大于冬季。可是我国受地理和季风气候的调剂，夏季日较差反比冬季减少。3)日温变化与地面的热容量和水陆分布率有关，还与天气的状况和大气云量以及地形的凹凸等因素有关。例如：1、如水面日温变化小于陆地，2、粘土日温变化小于沙土。3、日温的变化值，阴天小于晴天，潮湿的天气小于干燥天气。394、小盆地白天太阳辐射较盛，夜晚冷空气下降形成低温，日较差大。5、山峰的空气与地面接触面少，日温变化小。6、日温变化还因高度的增加而急剧减少，这是由于高度越高，受地面影响越小的缘故。403、空气湿度：空气中水蒸气的含量1）、规律：A、在一定温度和气压下，空气中所能容纳的水蒸汽有一定限度。B、在气压相同时，空气温度愈高它所能容纳的水蒸汽量也愈多。C、饱和状态和饱和空气：空气中的水蒸汽含量达到最高限度的状态和空气。41D、当空气达到饱和状态后，如继续给空气增加水蒸汽或降低空气温度，多余的水蒸汽将变成液态水份析出。2）、湿度的计量法：A、绝对湿度（f）：每立方米湿空气所含水蒸汽量（g/m3）。B、空气含湿量（d）：在单位重量的干空气中所包含的水蒸汽量（kg/kg）。42C、空气的实际水蒸汽分压力（e）：在整个大气压力中由水蒸汽所造成的部分压力（PaormmHg）。◆饱和状态空气的水蒸汽分压力称饱和蒸汽压，表示为E。D、相对湿度（ф）：在一定的温度和气压下空气中实际水蒸汽分压力与饱和水蒸汽压力之比。即ф=e/E×%43◆前述三项湿度反映了水蒸气的绝对含量，这些值的大小与空气的干湿程度没有直接关系。◆相对湿度与空气的干湿程度直接相关。◆ф大--------潮湿◆ф小-----干燥44RelativeHumidityWhatis100%RH?Fog45此规律有何用途？465）、露点温度：空气气压和水蒸气含量一定的情况下:当空气相对湿度刚好达到ф=100%对应的温度。特点：如果从露点温度往下继续降温，空气就容纳不了原有的水蒸气，而迫使一部分凝成水珠析出——结露。47举例：1、冬季寒地窗玻璃内表面上的露水和冰霜。2、夏季某些地表面的泛潮。◆结露：表面出现冷凝水的现象。◆造成结露的原因：表面温度底于露点温度。48结露的危害49露点温度计算：已知室内温度t、相对湿度Ф，求td。1、由t查表求对应的室温下的饱和蒸汽压E，2、由Ф求实际水蒸气压e，3、如果室温降低到实际水蒸汽压达到饱和，则这时的对应温度即为露点温度，故令e=E’，查表求E’对应的t’即为露点温度。(p77)50露点温度计算作业：设室温为18度，相对湿度为70%，求该环境下的露点温度。514、风A、风的形成：1）、地球表面接受太阳辐射不均匀引起空气流动形成风，2）、局部空气受热不均，存在温差形成风，3）、人工机械扰动空气形成风。B、风的大小表示：风速（m/s），风可按风速大小分级。5253C、风的方向表示：风向频率图或称风玫瑰图。◆风向频率图：它是按照逐时实测的各个方位风向出现的次数，分别计算出每个方向风的出现次数占总次数的百分比，并按一定的比例在各方位线上标出，最后连接各点而成。5455D、建筑周围环境的影响产生：水陆风，山谷风，巷道风，高楼风等。思考题：根据你对城市环境的考察和自己的经验，讨论建筑周围环境有那些因素影响风速和风向，如何影响的？565758TopographyWarmairrisesCoolairdropsMorningandafternoon“diurnalwinds”areintensifiedincanyonsandonslopedsurfacesanddivertedbyhillsandridges59SeaBreezeEffectOnshorewindsoccurwhenwatertemperatureislowerthanadjoiningairtemperatureoverland.Offshorewindsarethereverseprocess.6061第三节建筑热气候分区一、建筑气候区划进行建筑设计之前，最先应考虑的因素：气候特点62第三节建筑热气候分区一、建筑气候区划：进行建筑设计之前，最先应考虑的因素气候特点63二、室外热气候分区《民用建筑热工设计规范》（GB50176—93）：1、严寒地区：最冷月平均温度≤-10℃。2、寒冷地区：最冷月平均温度-10---0℃。3、夏热冬冷地区：最冷月平均温度0---10℃，最热月平均温度25---30℃。644、夏热冬暖地区：最冷月平均温度10℃，最热月平均温度25--29℃。5、温和地区：最冷月平均温度0-----13℃，最热月平均温度18---25℃。656667◆英国斯欧克《建筑环境手册》：1、寒冷气候区：月平均气温小于-15℃，最低