建筑物理与建筑设备知识汇总文档格式.docx
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Iσ=dΦ/dΩ
照度
被照面接收的光通量
E
勒克斯1lx=1lm/1m2
E=dΦ/dA
亮度
光源或被照面的明亮程度
La
坎德拉每平方米
La=Ia/（A.cosa）
反射比
被照面反射光通量和入射广通量之比
ρ
无量纲
ρ=ΦP/Φ
透射比
被照面透射光通量和入射广通量之比
=Φτ/Φ
吸收比
被照面吸收光通量和入射广通量之比
a
a=Φa/Φ
几个基本数据：
1.在Φ=Km中，Km=6831m/W，即1光瓦=683流明（lm）。
2.球面的立体角Ω球=4π=12.57球面度（sr）。
3.照度和发光强度的关系：
E=Iacosi/r2（lx）（15-1）
4.1fc（英尺坎德拉）=10.761x。
5.40W白炽灯的光通量约为3501m，40W荧光灯光通量约为22001m，比白炽灯高6倍多。
6.夏季中午日光下，地平面上的照度可达105lx。
40W白炽灯台灯下，桌面上平均照度约为200~300lx。
7.40W白炽灯的平均光强为350/4π=28cd，加一个搪瓷罩后，正下方光强为70cd~80cd。
8.亮度的单位1熙提（sb）=lcd/cm2，1尼特（nt）=1cd/m2，lsb=104nt。
9.太阳的亮度为2x109cd/m2，白炽灯丝的亮度为（3~5）x106cd/m2，40W荧光灯亮度为（6~8）x103cd/m2。
10.照度和亮度之间的关系：
E=L.Ω.cosi（lx）（15-2）
其中Ω=S.cosa/r2（sr）。
即某发光面在被照面形成的照度和发光面的亮度成正比，与发光面在被照面上的立体角投影成正比，上式也叫立体角投影定率。
11.ρ+τ+a=1。
12.白乳胶漆表面的反射比为0.84，灰色水泥砂浆面的反射比为0.32。
13.3rran普通玻璃的透射比为0.82，3mm磨砂玻璃的透射比为0.6。
14.安装压花玻璃时压花面应朝外，安装磨砂玻璃时毛面朝内。
15.点光源：
光源的尺寸小于光源至计算点距离的1/5时，将该光源称为点光源。
二、材料的光学性质
（一）定向反射和透射
1.定向反射：
光线照射到玻璃镜、磨光的金属等表面会产生定向反射。
这时在反射角的方向能清楚地看到光源的影像，入射角等于反射角，入射光线、反射光线和法线共面。
它主要用于把光线反射到需要的地方，如灯具;
扩大空间，如卫生间、小房间;
化妆;
地下建筑采光等。
2.定向透射：
光线照射玻璃、有机玻璃等表面会产生定向透射，这时它遵循折射定律。
用平板玻璃能透过视线采光;
用凹凸不平的压花玻璃能隔断视线采光。
经定向反射和定向透射后光源的亮度和发光强度，比光源原有的亮度和发光强度有所降低：
Lρ=L*ρ或Lτ=L*τ（15-3）
Iρ=I*ρ或Iτ=I*τ（cd）（15-4）
式中Lρ,Lτ-----经过反射或透射后的光源亮度;
Iρ,Iτ——经过反射或透射后的发光强度;
L,I--光源原有亮度或发光强度;
ρ,τ--材料的反射比或透射比。
（二）扩散反射和透射
1.均匀扩散反射：
光线照射到氧化镁、石膏、粉刷、砖墙、绘图纸等表面时，这些材料将光线向四面八方反射或扩散，各个角度亮度相同，看不见光源的影像。
2.均匀扩散透射：
光线照射到乳白玻璃、乳白有机玻璃、半透明塑料等表面时，透过的光线各个角度亮度相同，看不见光源的影像。
经过均匀扩散反射或透射后的亮度为：
L（cd/m2）=E（1x）*ρ/π（15-5）
L（cd/m2）=E（1x）*τ/π（15-6）
如果用另一个亮度单位阿熙提（asb）表示，则：
L（asb）=E（1x）*ρ（15—7）
L（asb）=E（1x）*τ（15-8）
Iasb/π=二1cd/m2
均匀扩散反射或透射后，其最大发光强度在表面法线方向，其他方向的发光强度遵循朗伯余弦定律：
Ii=I0*cosi（cd）（15—9）
式中I0——法线方向的发光强度;
i—法线和所求方向的夹角。
（三）定向扩散反射和透射
定向扩散反射材料如油漆表面、光滑的纸、粗糙金属表面等大部分材料，在反射方向能看到光源的大致影像;
定向扩散透射材料如毛玻璃等，透过它，可以看到光源的大致影像。
二、采光窗种类、特性及使用范围
（一）侧窗：
侧窗构造简单，布置方便，造价低，光线的方向性好，有利于形成阴影，适于观看立体感强的物体，并可通过窗看到室外景观，扩大视野，在大量的民用建筑和工业建筑中得到广泛的应用。
侧窗的主要缺点是照度分布不均匀，近窗处照度高，往里走，水平照度下降速度很快，到内墙处，照度很低，离内墙lm处照度最低。
侧窗采光房间进深不要超过窗口上沿高度的2倍，否则需要人工照明补充。
侧窗分单侧窗、双侧窗和高侧窗三种，高侧窗主要用于仓库和博览建筑。
（二）天窗：
随着建筑物室内面积的增大，只用侧窗不能达到采光要求，需要设计天窗。
天窗分为以下几种类型：
1.矩形天窗：
这种天窗的突出特点是采光比侧窗均匀，即工作面照度比较均匀，天窗位置较高，不易形成眩光，在大量的工业建筑，如需要通风的热加工车间和机加工车间应用普遍。
为了避免直射阳光射入室内，天窗的玻璃最好朝向南北，这样阳光射人的时间少，也易于遮挡。
天窗宽度一般为跨度的一半左右，天窗下沿至工作面的高度为跨度的0.35-0.7倍。
2.横向天窗（横向矩形天窗）：
这种天窗比避风天窗采光系数高，均匀性好，省去天窗架，造价低，能降低建筑高度。
设计时，车间长轴应为南北向，即天窗玻璃朝向南北。
3.锯齿形天窗：
这种天窗有倾斜的顶棚作反射面，增加了反射光分量，采光效率比矩形天窗高，窗口一般朝北，以防止直射阳光进入室内，而不影响室内温度和湿度的调节，光线均匀，方向性强，在纺织厂大量使用这种天窗，轻工业厂房、超级市场、体育馆也常采用这种天窗。
4.平天窗：
这种天窗的特点是采光效率高，是矩形天窗的2-3倍。
从照度和亮度之间的关系式召E=L.Ω.cosa看出，对计算点处于相同位置的矩形天窗和平天窗，如果面积相等，平天窗对计算点形成的立体角大，所以其照度值就高。
另外乎天窗采光均匀性好，布置灵活，不需要天窗架，能降低建筑高度，在大面积车间和中庭常使用平天窗。
设计时应注意采取防止污染、防直射阳光影响和防止结露措施。
5.井式天窗：
采光系数较小，这种窗主要用于通风兼采光，适用于热处理车间。
设计时，可用以上某一种采光窗，也可同时使用几种窗，即混合采光方式。
三、视觉的基本特性
（一）光量效应
人眼感到房间照度变化差值和照度水平之比，它总是个常数，（ΔE/E）：
K（常数）。
例如，照度为10lx的房间，增加1k的照度就觉得照度变了;
而在照度为100k的房间，则要增加10k照度才能觉察出照度发生变化，两者比率都是0.1。
（二）视角、视力和视野
被观看物体的大小对眼睛形成的张角叫视角。
观看物体的距离一定时，视角大表示被观看的物体的尺寸大。
a=d/l*3440（分）（15—10）
式中a--视角，分;
d——物体的尺寸;
l——观看距离。
在医学上观看细小物体的视角大小的能力叫视力。
它是所观看最小视角的倒数，即：
视力=1/amin。
在5m远看视力表视标，当视标为1.46mm时，视角正好为1分，医学上把能识别1分视角的视标的视力作为1.0，识别2分视标的视力等于0.5（1/2）。
当头和眼睛不动时，人眼能看到的空间范围叫视野。
水平面为1800，垂直面为1300，其中向上为600，向下为700。
视线周围300的视觉范围，看东西的清晰度比较好。
（三）明适应、暗适应
人们从明亮环境到暗环境时，经过30-40分钟眼睛才能看到周围的物体，这个适应过程叫暗适应。
由暗环境到明亮环境的适应叫明适应，明适应约需1—2分钟。
（四）视度
视度就是观看物体时的清晰程度。
影响视度的主要因素有：
1.被看物体上的照度或亮度。
照度或亮度高，视度大，看得清楚。
视觉的最低亮度阈为10—5asb，亮度>
16sb时感到刺眼。
2.被看物体的尺寸大小。
物体大看得清楚，反之不易看清。
物体的大小用视角a表示。
3.被看物体的亮度与它的背景亮度（或颜色）的对比。
对比大，即亮度或颜色差异大时，视度就高，看得比较清楚。
亮度对比系数C=目标与背景的亮度差ΔL/背景亮度Lb。
4.试验表明，观看小尺寸物体，如精密零件，天然光照明比人工光照明的视度高。
5.观看时间的长短。
观看时间长（不大于1/10s），容易看清，也就是视度高。
观看时间短，例如观看传送带上的物体，因观看时间有限，所以要求比观看静态物体的照度高，才能达到相同的视度。
（五）眩光
眩光是指在视野内出现高亮度或过大的亮度对比而导致的视觉的不舒适或降低视度的现象，也就是晃眼的情况。
眩光分为直接眩光和反射眩光。
在采光和照明设计时，要尽量限制眩光的出现，若有眩光，也应把它限制在允许范围内。
直接眩光的控制方法是：
（1）限制光源亮度;
（2）增加眩光源的背景亮度，减少亮度对比;
（3）减小眩光源对观察者眼睛形成的立体角;
（4）尽可能增大眩光源的仰角，眩光光源或灯具的位置偏离视线的角度越大，眩光越小，超过印。
后就无眩光作用。
四、颜色的基本知识
（一）光源色和物体色
1.光源色
（1）光源色温：
当光源的颜色和一完全辐射体（黑体）在某一温度下发出的光色相同时，完全辐射体的温度就叫做光源的色温，符号Tc，单位为K（绝对温度）。
40W白炽灯色温为2700K，40W荧光灯色温为3000-7500K，普通高压钠灯为2000K，HID（高强度气体放电灯，如金卤灯等）为4000-6000K，日光为5300-5800K。
（2）光源显色指数：
物体在待测光源下的颜色和它在参考标准光源下颜色相比的符合程度叫做光源显色指数，符号Ra和Ri，Ra为一般显色指数，Ri为特殊显色指数。
普通照明光源用Ra作为显色性的评价指标。
Ra的最大值为100，100-80为显色优良，79-50为显色一般，小于50为显色较差。
例如：
500W白炽灯Ra为95-99，荧光灯为50-93，400W荧光高压汞灯为30-40，1000W镝灯为85-95，高压钠灯为20-25。
2.物体色
光被物体反射或透射后的颜色叫物体色。
物体色取决于光源的光谱组成和物体对光谱的反射或透射情况。
五、自然通风的组织
（一）影响自然通风的因素
1.空气压力差
造成空气压力差的主要原因是：
（1）风压作用：
风作用在建筑面上产生的风压差。
（2）热压作用：
室内外空气温差所导致的空气密度差和开口高度差产生的压力差。
2.风向投射角
风向投射角a：
风向投射线与墙面法线的夹角。
风向投射角愈小，对房间的自然通风愈有利。
但需要注意，风向投射角小时，由于屋后的漩涡区较大，对多排建筑就需要很大的间距。
从保证自然通风和节地的综合考虑，风向和建筑物应有一定的风向投射角。
表14-10表示了风向投射角对流场的影响，其中H为建筑物的高度。
风向投射角对流场的影响表14-10
风向投射角a
屋后涡旋区深度
室内风速降低值（％）
00
3．75H
300
3H
13
450
1．5H
30
600
50
（二）自然通风的组织
1.建筑朝向、间距及建筑群的布局
（1）朝向首先要争取房间的自然通风，同时综合考虑防止太阳辐射和防止暴风雨袭击。
（2）间距及建筑群的布局
一方面根据风向投射角确定合理的间距，另一方面通过选择建筑群的布局以达到减少间距的目的。
在建筑群的平面布局中有行列式（其中又分为并列式、错列式、斜列式）周边式和自由式，从通风效果来看，错列式、斜列式较并列式、周边式为好。
2.房间的开口位置和开口面积
（1）房间的开口位置
开口位置将决定室内流场分布。
开口位置设在中央，气流直通对流场分布均匀有利;
当开口偏在一侧时，容易使气流偏移，导致部分区域有涡流现象，甚至无风。
房间的开口位置一定要使气流能够经过人在室内经常活动的区域。
可在室内做漏空隔断或使用中轴旋转窗改变气流方向，调整气流分布。
（2）房间的开口面积
开口面积的大小既对室内流场分布的大小有影响，同时也对室内空气流速有影响。
开口面积大时，流场分布大，气流速度较小;
缩小开口面积，流速增加，但流场分布缩小。
3.门窗装置和通风构造
门窗装置对室内通风影响很大，窗扇的开启角度是否合适可起到导风或挡风的作用。
增大开启角度，可改善通风的效果。
使用通风构造，如挡风板、落地窗、漏空窗和折门都有利于自然通风。
4.利于绿化改变气流状况
室外成片的绿化能对室外气流起阻挡和导流作用。
合理的绿化布置可改变建筑周围的流场分布，引导气流进入室内。
六、自然能源利用与防热降温
（一）太阳能降温
使用太阳能空调，但目前尚未普及。
或者将用于热水和采暖的太阳能集热器置于屋顶或阳台护栏上，遮挡部分屋面和外墙，起到间接降温的目的。
（二）夜间通风——对流降温
全天持续自然通风并不能达到降温目的。
而改用间歇通风，即白天（特别是午后）关闭门窗、限制通风，可避免热空气进入，遏制室内温度上升，减少蓄热;
夜间则开窗，利用自然通风或小型通风扇（效果更佳），让室外相对干、冷的空气穿越室内，可达到散热降温的效果。
（三）地冷空调
夏季，地下温度总是低于室外气温。
可在地下埋人管道，让室外空气流经地下管道降温后再送人室内的冷风降温系统，既降低室温，又节约能源。
（四）被动蒸发降温
利用水的汽化潜热大的特点，在建筑物的外表面喷水、淋水、蓄水，或用多孔含湿材料保持表面潮湿，使水蒸发而获得自然冷却的效果。
（五）长波辐射降温
夜间建筑外表面通过长波辐射向天空散热，采取措施可强化降温效果。
如白天使用反射系数大的材料覆盖层以减少太阳的短波辐射，夜间收起，或者使用选择性材料涂刷外表面。
二、建筑节能设计标准的评价指标和节能设计
除了所设计的建筑能够全部满足建筑节能设计标准在强制性条文中所规定的指标，可不再进行节能计算外，设计人员需要按照建筑节能设计标准的要求进行节能计算，对建筑本身的节能设计进行综合评价，以确定该建筑是否满足节能的指标。
（一）《民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部分）》（JcJ26--95）
该标准适用于严寒和寒冷地区设置集中采暖的新建和扩建居住建筑建筑热工与采暖节能设计。
暂无条件设置集中采暖的居住建筑，其围护结构宜按本标准执行。
1.节能指标
该标准对使用稳态计算方法计算单位建筑面积的能耗，要求将建筑物和采暖能耗控制在规定的范围内。
（1）建筑物耗热量指标（qH）：
在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内消耗的、需由室内采暖设备供给的热量，单位：
W/m2。
（2）采暖耗煤量指标（qc）
在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在一个采暖期内消耗的标准煤量，单位：
kg/m2。
2.术语
（1）采暖期室外平均温度：
在采暖期起止日期内，室外逐日平均温度的平均值。
（2）采暖期天数：
指累年日平均温度低于或等于50C的天数，day。
（3）采暖期度日数：
室内基准温度18℃与采暖期室外平均温度之间的温差与采暖期总天数的乘积，0C·
d。
（4）采暖能耗：
用于建筑物采暖所消耗的能量。
主要指建筑物耗热量和采暖耗煤量。
（5）围护结构传热系数的修正系数ε：
围护结构因受太阳辐射和天空辐射的影响，使其传热耗热量降低，降低后的传热耗热量与原有传热耗热量的比值即为围护结构传热系数的修正系数。
3.建筑物耗热量指标
qH=qH,T+qINF十qI,H（14-63）
式中qH,T--围护结构的传热耗热量指标，W/m2;
qINF——空气渗透的耗热量指标，W/m2;
qI,H--内部得热，住宅建筑取值为3.8W/m2。
（1）围护结构传热耗热量指标（qH,T）
围护结构传热耗热量是指在采暖期内，在室内、外平均计算温差条件下，建筑物单位建筑面积，在单位时间内，通过围护结构传热所消耗的热量。
qH,T=（ti-te）（）/Ao（14-64）
式中ti-全部房间平均室内计算温度，一般住宅建筑取160C，K;
te-采暖期室外平均温度，K;
Ki--某一围护结构的传热系数，W/m2·
K;
Fi—某一围护结构的传热面积，m2;
εi—某一围护结构传热系数的修正系数，可查表;
Ao--建筑面积，m2。
（2）空气渗透耗热量指标（qINF）
qINF=（ti-te）（Cp·
ρ·
N·
V）/Ao（14-65）
式中Cp——空气比热容，0.28W·
h/（kg·
K）
p--空气密度，kg/m3;
N--换气次数，住宅建筑取0.5/h;
V—挨气体积，m3：
楼梯间采暖V=0.65Vo
楼梯间不采暖V=0.60Vo
Vo为建筑体积，m3。
4.采暖耗煤量指标qc
采暖耗煤量指标也是评价建筑物耗能水平的一个重要指标，它的大小不仅与建筑耗热量指标有关，而且还与供热系统的效率有关。
qc=24Z·
qH/（Hc·
η1·
η2）（14-66）
式中Z--采暖期天数，day;
Hc——标准煤热量值，取8.14xm3W·
h/kg;
η1——室外管网输送效率;
η2-锅炉运行效率。
5.建筑和建筑热工设计
（1）朝向与布局：
建筑物应尽可能设在避风向阳地段，朝向宜采用南北向或接近南北向，主要房间宜避开冬季主导风向。
（2）体形系数：
宜控制在0.30及0.30以下;
超过0.30者，其屋顶和外墙应加强保温。
（3）楼梯间开敞与否影响耗热量指标，建筑物人口处设置门斗或采取其他避风措施，有利于节能。
楼梯间不采暖时，楼梯间隔墙和户门应采取保温措施。
（4）窗户设计
1）控制窗墙面积比
北向：
≤25%
东、西向：
≤30%
南向：
≤35%
2）提高门窗的气密性，保证达到规定要求
1-6层：
不低于Ⅲ级水平（每米缝长空气渗透量≤2.5m3/m·
h）;
7-30层：
不低于Ⅱ级水平（每米缝长空气渗透量≤1.5m3/m·
h）。
（5）围护结构设计
1）加强围护结构的保温，围护结构各部分的传热系数不应超过节能标准所规定的限值;
2）阳台门下部采取保温措施;
3）围护结构的热桥部位应采取保温措施;
4）采暖期室外平均温度低于—50C的地区，建筑物外墙在室外地坪以下的垂直墙面和周边直接接触土壤的地面应采取保温措施。
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