建筑物理复习提纲.docx

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建筑物理复习提纲

Ø传热的基本方式

❑传热产生的原因

温差导致热量从温度高的地方流向温度低的地方

❑传热的三种方式——导热、对流、辐射

❑温度场的概念及表示温度的常用符号

t,T,θ

❑稳态温度场与非稳态温度场

❑稳态传热与非稳态传热

❑

不同温标之间的转换

⏹

⏹导热：

同一物体内部或相互接触的两物体之间由于分子热运动，热量由高温处向低温转移的现象。

⏹对流：

流体与流体之间、流体与固体之间发生相对位移时所产生的热量交换现象。

⏹辐射：

把热量以电磁波的形式从一个物体传向另一个物体的现象。

凡温度高于绝对零度的物体，都可以发射同时也可以接受热辐射。

❑材料的导热系数及热阻

v在稳定传热状态下当材料厚度为1m两表面的温差为1℃时，单位时间内通过1m2截面积的导热量（W/m.K）。

v热阻是衡量材料抵抗热量传递能力的指标；

v热阻与材料本身的导热系数成反比，和材料的厚度成正比；

v不同状态的物质，导热系数相差很大

•气态：

导热系数最小0.006~0.6W/m.K

常温下空气为0.026W/m.K；

•液态：

0.07~0.7,水约为0.58W/m.K；

•固态：

非金属约为0.03~3.5W/m.K

金属约为2.2~420W/m.K

v同一种材料厚度不同，热阻也不同

v导热系数低于0.3W/m.K的材料为绝热材料

v导热系数的影响因素

v材质的影响；

v材料干密度的影响；

v一般密度（容重）越大，导热系数也越大

v有些材料如玻璃棉有一个最佳容重

v材料含湿量的影响；

v材料的防潮问题

v其它的影响

v温度、材料内部结构、纤维走向等

v对流换热的大小主要取决于：

v层流层的厚度（流体运动状况、温差、流体本身特性、表面状况及倾斜程度等）

v辐射换热的特点

v辐射换热过程中伴随着能量形式的转化

v物体的内能——电磁能——内能

v电磁波的传播无需任何介质，也不需要冷、热物体直接接触

v辐射换热是物体之间互相辐射的结果。

v综合的结果：

温度高的物体净失热，温度低的物体净得热。

v辐射换热的计算

v显然，辐射换热量的大小与表面温度、材料的辐射能力、对辐射的吸收能力（这两项可归结为黑度）以及两表面之间的温差和相对位置等因素有关

v辐射换热的强化与削弱

❑强化辐射换热的主要途径有两种：

（1）增加发射率；

（2）增加角系数。

❑削弱辐射换热的主要途径有三种：

（1）降低发射率；

（2）降低角系数；

（3）加入遮热板。

⏹平壁的稳态传热

⏹封闭空气间层的传热

⏹提高围护结构热工性能的有效方法

⏹三种基本传热方式都存在

⏹主要传热为辐射，约占70%

⏹提高空气间层热阻的主要方法：

⏹表面贴强反射材料，如铝箔等

⏹将空气间层布置在低温一侧

⏹一个“厚”的间层不如几个“薄”的间层

⏹平壁的稳态传热>>平壁的总传热阻的计算

⏹平壁的总传热阻和传热系数

⏹R0和K0是建筑保温、隔热性能的重要指标

⏹与建筑的能耗有着非常密切的对应关系

⏹建筑节能设计的首要考虑因素

⏹建筑节能的其他因素（围护结构总热损耗因素K）

⏹数值上，R0等于：

❑K0为的R0倒数

❑具体如何求平壁的热阻或传热系数？

❑平壁总传热阻的计算

❑由三大部分组成：

内表面的换热热阻、平壁本身的热阻以及外表面的换热热阻

❑内、外表面的换热热阻主要与室内外环境以及表面的状况有关。

❑表面换热包括对流部分和辐射部分。

工程计算中，一般合二为一，采用不同表面状况、不同季节的表面换热阻或表面换热系数。

❑壁体本身的传热阻主要是导热热阻，也包括空气间层产生的热阻。

❑壁体本身的导热热阻可分为单一材料层、多层匀质材料层以及组合材料层等。

不同的构造方式的热阻需要不同的公式加以计算

❑

单一材料层的热阻：

v

多层匀质材料层的热阻：

❑组合材料层的热阻

❑热桥问题

❑围护结构中传热较多的部位；

❑相对的概念，一般称面积较小、传热较多的部位，如梁、柱等为热桥部位

❑如果热桥部位处理不当，会带来很大的问题

❑

平壁内部温度的确定

⏹建筑保温的目的和意义

⏹名词解释

⏹采暖期、采暖地区

⏹采暖期：

日均气温≤5℃

⏹采暖地区：

一年内日均气温≤5℃的天数超过90天的地区，一般为秦岭-淮河一线以北地区

⏹采暖度日数（HeatingDegreeDay,HDD）

⏹体形系数

⏹换气次数（AirChangeRate,ACR）

⏹窗墙面积比

Ø建筑保温的途径

❑提高围护结构本身的保温性能

❑建筑的体形设计，尽量减少外围护结构的面积

❑争取良好的朝向和适当的建筑间距

❑提高建筑的气密性，防止冷风渗透

❑避免潮湿，防止围护结构表面及内部产生冷凝

❑建筑保温的最低要求及最小总热阻的计算

❑建筑保温设计的最低要求

❑为使建筑外围护结构内表面不产生结露，外围护结构的总热阻必须大于一定的值，这个值称为“最小总热阻”。

❑最小总热阻由室内外的计算温度差以及室内计算温度与内表面的允许温差所决定

❑建筑保温的最低要求及最小总热阻的计算

❑

最小总热阻R0,min的计算

❑最小总热阻R0,min计算中应注意的问题

v室外计算温度的取值，根据墙体的热惰性指标确定

v具体的材料的导热系数及蓄热系数应根据构造、施工等不同状况加以不同的修正

vn温差修正系数

vΔt室内空气与围护结构内表面之间的允许温差

v轻质材料外墙的最小总热阻附加值

Ø传热异常部位的保温措施

❑窗户的保温

存在的主要问题：

v集中了隔热、保温、采光、通风、日照、遮阳、隔声、视觉、建筑造型甚至私密等诸多矛盾；

v从建筑保温的角度看，是保温性能最差的部件；

v窗户内表面结露的问题；

v冷风感问题

v不仅窗户本身（包括玻璃、窗框和窗樘等）的热阻太小，而且缝隙的冷风渗透对能耗的影响也很大。

v窗户的保温

改善措施：

v控制各向墙面的开窗面积；

•一般以窗墙面积比（简称“窗墙比”）来表示，北方采暖地区要求：

•北向≤0.20（OLD）or0.25（NEW）；

•东西向≤0.25（OLD_SINGLE）or0.30（OLD_DOUBLE,NEW）

•南向≤0.35

v提高窗的气密性，减少冷风渗透；

v提高窗框的保温性能；

v提高玻璃部分的保温性能。

v热桥的保温

存在的主要问题：

主要改善措施：

v尽量以非贯通式热桥替代贯通式热桥；

v热桥部位增加保温处理

v围护结构转角部位的保温

存在的主要问题：

v内表面的温度过低，容易产生表面凝结；

v能耗增大。

v地面的保温

v地面传热的特点：

吸热指数B

v人体的舒适要求：

头冷足热

v地面的热工性能的选择

⏹防风的重要性

Ø加快围护结构散热

Ø带走室内热量

Ø促进人体蒸发散热

⏹建筑防风的四项基本措施

Ø选择避风环境、

Ø尽可能减少散热面积、

Ø最大限度地提高围护结构的气密性

Ø尽量增加围护结构的热阻

Ø露点温度td和湿球温度tw

Ø结露现象

Ø露点温度

Ø干、湿球温度

Ø露点温度的计算

围护结构的湿状况

❑湿状况的主要决定因素

v材料的原始湿度

v施工过程中进入结构的水分

干法施工或装配式施工可大大减少水分的渗入

v由于毛细管作用，由土壤渗透到结构中的水分

一般要求围护结构作防潮层

v由于雨、雪作用而渗透到结构中的水分

v使用过程中的水分

v由于材料的吸湿作用，从空气中吸入的水分

v空气中的水分在围护结构表面或内部产生冷凝（学习重点）

v防止和控制冷凝的措施

v防止和控制表面凝结

v正常湿度的采暖房间

v高湿房间

v地面泛潮的防止

v防止和控制内部冷凝

v材料布置顺序应遵循“进难出易”的原则；

v设置隔汽层；

设置通风间层或泄汽沟道

⏹热气候特征与防热途径

⏹热气候的特征

⏹干热和湿热

⏹干热气候：

温度高、湿度小，我国新疆地区

⏹湿热气候：

温度高、湿度大，我国南方大部分地区

⏹湿热地区的热气候特征

⏹气温高而且持续时间长;

⏹太阳辐射强度大，水平的太阳辐射强度最高达930~1045W/m2;

⏹相对湿度大，年降水量大；

⏹季风旺盛。

多为东南和南风，风速一般在1.5~3.7m/s。

白天高于夜间。

除沿海地区外，夜间的静风率高

⏹夏热冬冷地区部分城市夏季气候状况

⏹湿热地区和干热地区传统建筑形式

湿热地区

干热地区

群体布置

争取通风良好的朝向，布局开敞

布局较密形成阴影巷道；建筑密集便于相互遮挡

建筑平面

外部开敞，设置凉台，设外廊或底层架空，进深较大。

外部封闭，内开敞，多设天井，庭院绿化

建筑措施

屋顶坡度较大以利排水；出檐较远以利遮阳、遮雨；底层架空利防潮

平顶为夜间凉台；墙体厚重利隔热，开窗小；风塔

建筑形式

开敞、通透

厚重密实、外闭内敞

可利用的技术

遮阳、通风、绿化、地冷

遮阳、被动蒸发冷却、夜间辐射、夜间通风、绿化、地冷

Ø防热途径

Ø夏季室内过热的原因

Ø室外热空气经窗户流入室内；

Ø太阳辐射通过窗户传入室内；

Ø经邻近建筑、地面反射的太阳辐射；

Ø围护结构的传热；

Ø室内余热

Ø建筑防热的途径

Ø减弱室外的热作用；

Ø窗口遮阳；

Ø建筑围护结构的隔热与散热；

Ø合理组织自然通风；

Ø尽量减少室内余热

Ø隔热设计标准

Ø《民用建筑热工设计规范》要求

Ø

房间在自然通风条件下，建筑物的屋顶和东、西墙面内表面最高温度不得高于室外计算温度的最高值，即:

Ø这一规定为建筑围护结构隔热的最低要求；

Ø对于空调建筑而言，建筑围护结构的热阻R0和热惰性指标D为基本的性能指标

Ø围护结构隔热措施

Ø屋顶的隔热措施

Ø降低太阳辐射当量温度

Ø提高屋顶实体材料的总衰减倍数

Ø通风空气间层屋顶

Ø蓄水屋顶

Ø植被屋顶

Ø墙体的隔热措施

Ø实体材料

Ø复合构造

Ø墙面绿化

Ø通风间层

Ø蒸发冷却

Ø土壤供冷

⏹房间的自然通风>>通风的作用

⏹通风的作用及自然通风的成因

⏹通风的作用

⏹人体生理健康的要求：

健康通风

⏹舒适通风

⏹可增加人体蒸发散热量，提高舒适度；

⏹可加强室内外空气交换，带走室内的热量

⏹通风的方式

⏹自然通风

⏹机械通风

⏹自然通风的成因

⏹风压作用

⏹热压作用

⏹建筑的平面布置与剖面设计

⏹房间布局调整

⏹主要房间应布置在迎风侧，辅助房间布置在下风侧

⏹开口位置及面积

⏹尽量使室内气流流经人的活动区域；

⏹进出气口相对位置以贯通为最好；

⏹室内气流速度以0.3~1.5m/s为宜，应保证一定的开口面积；

⏹尽量避免单侧通风；平开窗优于推拉窗

⏹设置导风装置

⏹利用周围环境及绿化改变气流状况

⏹竖向通风组织

⏹房间的开口和通风构造措施

⏹开口位置和面积

⏹一般开口宽度为开间宽度的1/3~2/3；开口面积约为地板面积的15%~25%时，通风效率最佳；

⏹一般为保证室内气流的速度，应加大出气口的面积；

⏹开口位置对房间流场及流速的影响非常大

⏹通风构造措施

⏹建筑构件的利用；

⏹窗户形式；

⏹专门的导风装置

Ø建筑对日照的要求

Ø对于一般建筑，应保证冬季室内有适宜的日照；对于夏季炎热的地区，应尽量避免日照的影响。

Ø对于一些对光线有特殊要求的建筑，应采取必要的措施，保证物品等不受日照的损坏或影响。

Ø建筑日照设计的任务

Ø城市规划中合理安排道路的走向和宽度；

Ø居住区设计中，合理安排建筑的布局、朝向、间距和建筑形式；

Ø建筑单体设计中，应根据周围环境状况，合理选择建筑朝向、体型和间距；

Ø建筑采光的要求和设计

Ø建筑遮阳的要求和设计

Ø建筑日照分析的主要方法和工具

Ø计算法

❑图表法

棒影日照图、极射（平）投影法、正投影法等

❑计算机分析

❑棒影日照图的原理与应用

❑棒影日照图的优缺点

优点：

v直观、容易制作

缺点：

v只能反映一天的太阳轨迹；

v需先计算太阳高度角hs和方位角As；

v不能直接从图中读出太阳高度角

❑棒影日照图的制作原理

v利用竖直的小棒在阳光下所形成的阴影的变化来描述太阳在一日的运行轨迹。

❑棒影日照图的应用

v求建筑物的阴影区；

v求建筑物室内日照面积；

v求建筑物的日照时间；

v求建筑物的日照间距

Ø建筑遮阳的作用和形式

Ø建筑遮阳的作用

Ø建筑遮阳的形式

Ø固定遮阳

Ø主要形式：

水平遮阳、垂直遮阳、综合遮阳及挡板遮阳

Ø各式遮阳板的效果及影响

Ø>遮阳系数（即得热率）；

Ø>对室内气温的影响：

气温有所下降；

Ø>对通风的影响：

风速减弱22%~47%；

Ø>对采光的影响：

可避免眩光，照度降低53%~73%

Ø建筑其它构件的利用

Ø>挑檐、长廊、旋窗等

Ø建筑遮阳设计

Ø遮阳板尺寸的计算

Ø遮阳设施构造

Ø遮阳板面组合和构造

Ø遮阳板的安装位置

Ø遮阳板材料与颜色

Ø固定遮阳板尺寸计算

Ø水平遮阳板

Ø

水平遮阳板挑出长度计算

气候建筑设计策略：

⏹就是根据当地气候特点来进行建筑的保温、隔热、防潮和通风等设计。

⏹具体来说，从建筑选址、体形、采光、遮阳、保温、隔热、蓄热集热、采暖与制冷、通风与防风、防潮与防结露等方面采用相应的技术手段，形成良好的室内热环境。

四种气候类型：

⏹湿热气候区、干热气候区、温和气候区和寒冷气候区。

⏹在太阳辐射、空气温度、空气湿度、空气流动和降水方面的鲜明特征，决定了各自不同的建筑设计策略，体现在建筑材料、围护结构、建筑体形、朝向和通风采光等方面。