木质材料与居住环境.docx

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木质材料与居住环境

环境文化

大环境室内《木材学》尹恩7慈林业版

自然《木材料学》李坚东林版

温室效应：

地球大气阶段性逐渐变暖

误区：

砍伐成熟树木会降低木材吸收二氧化碳的量

木材成熟后几乎没有贮藏固定二氧化碳的能力

将原木制成使用寿命更长的产品例如建筑物可保证二氧化碳长期的保持固定

将树木伐倒代之以活跃生长的树木可保证二氧化碳的持续固定

误区：

建筑钢铁房屋不需要砍伐树木有利于二氧化碳的固定

炼钢过程中需要能源一般由煤的燃烧取得

建造一幢钢铁框架的房屋释放3.5吨碳而同样的木框房屋则能贮藏3.1吨碳

木材所贮存得碳=15*加工木材释放的碳

LCA：

lifecycleanalysis生命周期评价

公路运输所消耗能源=6*铁路运输所消耗能源=15*海路运输所消耗能源

通过木材利用对环境不会产生很大的危害

木材环境友好木材可循环使用生产加工使用中对环境没有负面冲击环境有亲和力

绿色材料：

原材的采取产品的制造使用再循环以及废料处理等等环节使地球环境增加的负荷最小而且有利于人类的健康也称环保材料

最贵的木材海南黄花梨1200万/吨

硬环境（天时地利）软环境（人和）

住房小区城市生活环境邻里关系

办公室工作环境同事关系工作效率

购物旅游社会环境公共道德经济水平

气候水空气地球环境历史文化宗教

人类活动的类型

A.必要性活动（与生存有关）生存繁衍；饮食睡眠工作上学购物（生活环境工作环境）

B,自发性活动兴趣自愿；娱乐游玩休闲旅游（生活环境公共环境）

C.社会性活动有利于其他社会成员共同参与的各种活动交友体育庆典宴会（公共环境）

视觉环境

光泽

光泽是指光在物体表面正反射的程度

光线入射到材料表面后，光线分成三部分：

一部分被反射，一部分被吸收，如果物体是透明的，则一部分被物透射。

镜面反射漫反射

对所有颜色的特性一样

内层反射

对光线具有选择性

内层反射显示木材的颜色，也就决定了木材固有颜色

镜面反射式产生光泽的主要因素

正反射光占入射光的百分率——光泽度

反射率：

平行、垂直、表面、内层共四种

若入射光方向与木材纹理方向一致入射角为30°则

R⊥＞R∥;RM⊥＞RM∥;RD⊥＜RD∥;（M：

表面反射；D：

内层反射）

油漆

涂饰与不涂饰比较（涂料是高光材料）

涂饰后RM↑；RD↓；R总↑

为什么涂饰能提高反射率？

涂饰相当于隔层，另外涂饰物在表面形成致密的高分子膜。

涂饰后只有表面反射，在涂饰表面形成镀膜。

（涂饰）色深——光泽好

色浅——光泽差些

人造材料无内层反射（原因：

马太效应产生光的衍射）

反射率的影响因素

树种桃花芯木：

颜色深浅随角度变化

切面及早晚材、心边材纵切面＞横切面

表面状态刨光的、锯切的、没有刨光的…

入射角光线与法线的角度I=0反射率最小

当I=60°时反射率最大

木材的光泽（与反射特性有关）

光泽具有方向性

木材反射后形成的光亮度——光泽

檫木、刺槐——浸填体高较强光泽

红橡无浸填体

白浸填体丰富制酒桶

当光与纤维（纹理）∥正反射率大光泽好

当光与纤维（纹理）⊥正反射率小光泽差

真实木材不同方向光泽不一样使得木材的颜色也有差异

贴薄木不同方向不同颜色

贴木纹纸不同方向无变化

浮雕可模仿木材的部分光泽不能模仿木材的内层反射

木材除正反射之外内层反射产生如丝般柔和的光泽

没经过油漆的木材：

光泽独特细胞腔与细胞壁有差别

木材三大素：

纤维素半纤维素木素

木材光泽与切面有关：

三切面的排序：

R径切面＞T弦切面＞C横切面——主要受木射线的影响

测量木材光泽度时注意要标明光线入射角及方向

光泽平行纹理针叶材＞阔叶材

光泽平行纹理＞垂直纹理

提高光泽度的方法

浸蜡

板式家具中肥皂水打磨

涂饰：

中国漆（通过切割漆树树皮得到）人工漆（高分子）

人工漆＞中国漆

木材对光线的作用特性

材料对光线的吸收

反射的选择性

木材可以吸收阳光中的紫外线（波长短的光）

木材可以反射阳光中的红外线（波长长的光）所以木材给人温暖的感觉

光泽度的应用

通过判断光泽度的高低可判断出物体的光滑度、软硬及冷暖

颜色

颜色是由光线所形成的，光指不同波长的光（电磁波）辐射，可见光的波长380-770μm

透明体颜色——透射光谱所形成（决定）

不透明体颜色——反射光谱所形成（决定）

波长越长频率越小

色度学基础

颜色的属性由物体发射、发射或透射的光波通过视觉所产生的印象称为颜色

分类：

彩色&非彩色

非彩色：

（黑白系列）（黑白及深浅不同的组合，即灰色）

物体颜色的感觉三要素：

光源物体视觉

颜色的表示方法1.孟赛尔Munsell表色系

2.L*a*b*表色系

3.L*c*h*表色系

4.XYZ表色系

孟赛尔Munsell表色系色相明度/彩度色相对应于主波长

HV/C明度对应于亮度

彩度对应于纯度

色度学颜色的三变数：

主波长亮度纯度

亮度：

反射光中三原色的比例

对于单色光：

色相决定于该色光的波长

对于复色光：

色相决定于该复色光中各波长色光的比例

孟赛尔色相环色相Hue10个色相各色相再分为10等分

同样颜色明度不同名称也不一样

饱和度指颜色的纯洁性

室内装修设计：

色相必须接近明度可以变化原则

GB3181-82漆膜颜色标准

3977-83颜色表示

明度——L*a*b*色品指数

木材颜色总论

心材颜色深边材颜色浅

新鲜材颜色浅陈材颜色深

树种间颜色有差别

颜色从深到浅的木材都存在

以褐色为主色

橡胶、枫香易蓝变。

体育馆地板最佳用材：

硬槭（槭木、枫木）Maple

干燥温度增大，木材颜色变深。

木材花纹木材表面因细胞、组织、材色、结疤、斜纹理等产生的自然图案、花样典型标记及斑纹等。

具有装饰价值。

特点：

不可重复、独特的效果、与人的节奏合拍。

分类：

正常组织形成（年轮、木射线、轴向薄壁组织）

非正常组织形成

1）年轮形成的花纹早晚才差异，造成细胞大小的差异，在不同的切面上呈不同的形态。

直纹板、花纹板。

2）木射线形成的花纹宽木射线较易形成。

常见于壳斗科树种、法国梧桐、山龙眼科、猴子果、花梨（老虎斑）。

3）轴向薄壁组织形成的花纹

4）导管及导管内含物形成的花纹

5）颜色差异形成的花纹

木材纹理：

简称木纹，指木材细胞轴向排列。

波浪状纹理

鸟眼花纹

树瘤花纹

瘿木

鬼脸花纹任何木材都可能有鬼脸花纹

形成：

1）木质部变异2）枝桠3）外伤4）树瘤

古夷苏木，有花生壳纹（市场上直径最大的木材）。

花梨，有麦穗纹。

酸枝，有黑色条纹。

小鞋木豆（乌金木）

喃喃果（黄紫檀）

条纹乌木（斑马木、黑檀）

软硬感

木材硬度随树种部位不同，有很大变化。

1.硬度：

材料抵抗其它物体压入或刻划的能力。

硬度测定的方法：

刻划法、压入法、冲击法。

压入法多用于木材硬度测定。

用d=11.28mm的半钢球压头，压入木材中5.64mm，半球完全压入到木材中，所需的力就是木材的静力硬度。

2.变异

轻木Balsa最软的木材softwood：

软材——针叶材——硬度较小

愈疮木最硬的木材hardwood：

硬材——阔叶材——硬度较大

一般不要选硬重的木材

1.00：

0.83:

0.80

同种木材硬度：

端面>弦切面>径切面

弦面略大于径面是因为木射线起作用，木材的弦切面就是射线的端面。

3.应用

在漆膜中，油漆漆膜与木材硬度有关。

木材硬度升高——漆膜硬度增大——抗冲击性能增大

家具划痕的原因：

漆膜硬度不够，或基材硬度不够。

4.软硬感与冷暖感

软——暖——孔隙率大，空气流动差，热量不容易散发。

硬——冷

5.软硬感与压缩弹性系数有关

木材的抗冲击性较强，安全感较强

木材还能产生弹性和塑性变形，可让人有舒服感

Sapele沙比栎Wenge鸡翅木

Tauri纤皮玉蕊Kenpas刚巴豆

WhiteOak白橡Doussie缅茄

Beech山毛榉Hickory山核桃

Rubberwood橡胶木Cumaru二翅豆

Moabi山榄Chechen白梧桐

Bubinga古夷苏木Merbau印茄（波罗格）

Teak柚木Hornbeam鹅耳枥

Willow柳

粗滑感

由材料表面的微小的凹凸程度所决定的。

受木材切削、刨削、砂光、涂饰等表面加工质量的影响。

对于木材来说，主要是木材的组织构造决定其粗滑的感觉。

粗糙度与粗滑感

木材细胞裸露在外，木材表面总有凹凸——有粗糙度。

粗糙度也叫不平度。

微细凹凸——由细胞引起。

木材的粗糙度：

木材整体粗糙度的测定：

尺上带有石膏粉，多次触及木材表面，最后凸的有粉，凹的无粉。

针叶材较光滑：

管胞，细胞大小均匀，决定针叶材粗滑感的是早晚材。

阔叶材较粗糙：

导管直径大，和细胞分布（不均匀）、细胞类型（不同）、细胞排列有关。

细胞最大的是导管，导管决定木材的粗滑感。

对于有孔材，散孔材较光滑，环孔材较粗糙。

粗糙度的测定：

触针法。

1）最大深度dmax2）均方根深度drms越小越好

测定量与粗滑感：

针叶材的粗糙度引起的因素：

主要是年轮宽度中的早晚材引起。

阔叶材的粗糙度引起的因素：

主要是导管。

交叉纹理、木射线起次要作用。

表面的光滑性

取决于摩擦阻力：

R升高——粗糙；R下降——光滑。

晚材光滑性比早材光滑性好

针叶材软——粗糙顺纹方向：

晚材光滑性>早材光滑性

阔叶材硬——光滑

光滑性与纹理有关

表面光滑性与颜色的关联：

色深——光滑——阻力小

色浅——粗糙——阻力大

木质地板难于结露，难发生事故。

《体育馆用木质地板》

范围：

0.4-0.6

定义：

运动员运动时与地板面层间的摩擦力和正压力的比值。

触觉特性

冷暖感皮肤与材料表面间发生热传递所表现出的感觉称为冷暖感

木材的颜色以橙色为中心5YR-10YR

属暖色调，这是视感，触觉特性受视觉特性影响

木材吸收部分紫外光，反射部分红外光，所以有温暖的感觉。

木材属温暖感强的一种材料，讲温暖感就牵涉到木材的热物理特性。

热物理的参数

热导率（导热系数）入

材料的比热容：

单位材料的物体升高或降低1℃所吸收或释放的热。

热扩散率：

热量在材料内部穿透的动力或温度均衡的能力。

蓄热系数：

对两个材料冷暖感的反应。

热物性系数的影响因素:

（1）分子结构和化学成分

（2）密度（包括材料的孔隙率及孔隙的状态与形状，密度越大，越会涉及到孔隙率）

（3）材料的湿度

（4）材料的温度

二．冷暖感的影响因素

人接触材料的热感觉来源于皮肤与材料界面间的温度变化以及人体与材料热交换对感觉器官的刺激。

可将人与木材的接触分为瞬间接触（接触初期）、长时间接触，两个阶段。

（1）瞬间接触：

同样温度、不同材料、冷暖感不同。

A.接触发生热交换B.材料内部的热扩散

木材的纵切面比横切面温暖感略强一些。

顺纹入=2.5横纹入

在入=0.23以下是不导热的或是热得不良导体

木材作为有机高分子材料且多孔

可将木材看成三个部分的组合：

木材的实质物质、空气与水的复合。

入＞10入=1入＞20

实木地板比复合地板的温暖感好

柚木地板Teak

越重、越硬、强度越高，感觉越冷。

含水率：

水↑入↑人冷

涂饰及贴面材料对冷暖感的影响

（1）涂漆一般油漆＜10um，无影响

（2）贴面单板＞17mm时，掩盖基材对我们的影响

地板最小厚度为18mm

国际宽9mm

密度最大的木材蚬木

人的听觉特性

一．振动及声音的产生

振动：

物体周期性地通过平衡位置所作的往复运动。

振动导致周伟空气发出声波，声波达到人耳，人耳对声波产生反映，从而产生声音的感觉。

声音：

听觉对空气（媒介）振动产生的反映，是能量在运动。

振幅A周期T频率f

机械振动式物体在平衡位置附近作的往复运动。

共振与固有频率

听觉：

人对声音的主观响应。

人耳对声音的方位、响度、音调及音色的敏感程度不同，差异较大。

人能感觉到的声音频率：

16-20000Hz称之为声

次声波＜20Hz超声波＞20000Hz

人对声音的灵敏度在2000-4000Hz最强

f＜1000Hz随频率下降，人灵敏度下降

f＞4000Hz随频率上升，人灵敏度下降

（1）方位感

倍频程的频率范围（倍数）1.20-402.40-803.80-160

（2）响度感

（3）音调感

（4）音色感

1）记忆力2）辨别力3）音色感

聚焦效应：

精神集中在书本上时，听不到外界吵闹。

声音的物理量

1.声压——声音在媒质中引起的附加压强。

所谓声压就是有声波存在时，在单位面积上大气压的变化部分。

Po=2×10-5Pa为基准声压（闻域声压）

符号P单位帕（Pa）或微巴（ubar）1Pa=10ubar

人听到最弱的声音的声压2×10-5Pa

2.声功率：

单位（与声压的平方成正比）

3.声强I：

分贝dB

响度级phon（方）

隔声

1）宁静的场所与噪声声源隔绝

2）通过结构构件降低声音的透射（牵涉到材料的隔声）

3）在一定范围内吸收声音（与材料的吸声有关）

木材的声学

木材产生声音分二类：

纵向振动（类似于作用在短柱材上的动态的轴向应力）

横向振动（相对静曲的挠曲振动，例如游泳跳板的振动）

木材中的声速v=（E/p）1/2

制酒桶：

白橡

乐器用材的首选树种：

云杉（钢琴音板）古筝：

桐天梓地

公认最重的木材：

愈疮木（生命之树）lignumvitae

含水率增加，大大降低木材中的声速

顺纹：

径向：

横向=15:

5:

3

含水率绝干增大到纤维保和点音速降低7-10%

绝干增大到80%音速降低18-25%

声阻抗w辐射衰减率

w=pv=（pE）1/2

板自由振动的衰减，部分由于内摩擦而产生热，部分由于声波辐射。

声波辐射的衰减

为什么木材顺纹声速=金属但是木材的密度远远小于金属？

因为木材声阻抗小于金属材料

木质材料的吸音性

隔声需要重而刚性大的气密性材料

吸声需要软而多孔的材料

室内声音的混响时间

声音的混响是按照重复反射结果的延长而定的。

这个性质决定了室内的音响特性。

如间隔时间太长，干扰使说话声不清楚。

如间隔时间太短，则显得寂静。

混响时间T=0.049V/【-Sln（1-x）】x整个房间的表面材料的平均吸音率

沙兵公式S房间表面积

木质材料装修的房间，音响效果较好。

多孔型材料声波于小孔中摩擦声能转化为热能而消耗。

板振型

共鸣型吸音

吸声板安装：

1）紧贴墙壁

2）吸声材料与墙壁间留空气层

铺地板倒U型空间浮筑

龙骨地楞

声音传入围护结构的三种途径：

空气传声

（1）经空气直接传播。

（2）透过围护结构传播。

固体传声（3）由于建筑物中机械的撞击或振动的直接作用，使围护结构产生振动而发声。

对空气传声和固体传声控制方法是有区别的。

透声系数与隔声量

透声系数（0<<1）

WtItpt

WIp

TL=10lg

隔声量或透射损失TL

用隔声量来衡量构件的隔声性。

同一隔声墙对不同频率的声音隔音效果不同。

TLo=20lgm+20lgf-43dB（理想状态）——TLTLo-5dB

理想：

单位面积质量越大，隔声效果越好，单位面积质量每增加一倍，隔声量增加6dB。

这一规律称为质量定律。

实际：

m每增加一倍，TL增加4—5dB

f每增加一倍。

TL增加3—5dB

吻合效应吻合谷

木质材料在1000—3000Hz间有吻合效应

钢铝板，刷阻尼材料（沥青）增加阻尼损耗，使吻合谷变浅。

木材的隔声性能并不好

双层墙的隔声性能

两层匀质墙与中间所夹一定厚度的空气层所组成的结构称为双层墙。

空气层起到吸声效果。

一般情况下，双层墙比单层均质墙隔声量大5—10dB

单纯依靠增加结构的重量来提高隔声效果既浪费材料，隔声效果也不理想。

一般，空气层为10—12cm。

乐器的发音与木材

木琴或响板等打击乐器：

木材本身就是发声体。

小提琴或钢琴等弦乐器或弹拨乐器：

音板共鸣，使振幅提高。

对木材要求1）内摩擦要小2）辐射衰减大

乐器用木材影响因素：

水分、涂饰、年份（陈材较好）、胶粘剂（骨胶）。

小提琴：

表板：

云杉spruce吉他：

表板：

云杉、侧柏

背板：

槭木背板：

非洲桃花心木、槭木

木琴：

音板：

洪都拉斯酸枝、非洲紫檀、辽东桦木

琵琶：

表板：

桐木月琴：

桐木

背板：

紫檀、花梨木筝：

表板（龙骨）：

桐木

木鱼：

樟木拍子木：

紫檀、黑檀、樫木

木材的调湿特性

概述

木材的缺点（从木材稳定性）：

吸湿、解吸

从内装修家具讲（有时是优点）：

吸湿、解吸

吸湿、解吸是木材的特点

木材的调湿特性是木材具备的独特性能之一，也是其作为室内装修材料、家具材料的优点所在。

调湿特性是靠材料自身的吸湿及解吸作用，直接缓和室内空间的湿度变化。

调湿作用靠木材自身吸湿、解吸&室内湿度变化来完成。

温度↑相对湿度↓木材解吸

温度↓相对湿度↑木材吸湿

绝对湿度：

单位体积湿空气里包括水蒸汽的质量。

饱和湿度：

单位体积湿空气里能容纳水蒸气的最大质量。

相对湿度：

湿空气中绝对湿度与饱和绝对湿度之比。

P实际水蒸气压力

H（%）=Po×100%

饱和蒸汽压

干湿球温度计干——露在空气中

湿——用湿布包裹

相对湿度越高湿度差越小

相对湿度越低湿度差越大

室内环境相对湿度变化来源

1.温度变化使室内空气中水蒸汽的饱和蒸汽压（Po）发生变化。

2.由于开门、窗等产生水分流入或流出，实际水蒸气压力（P）发生变化。

湿度与居住特性

温度低对相对湿度影响小

温度高对相对湿度影响大

相对湿度对热环境的影响并不直接影响温度，但会影响人对气温高低的感觉。

夏天相对湿度↑人感觉到更热。

冬天相对湿度↑人感觉到更冷。

夏天T=20℃H=70%最优

T=22℃H=70%

T=27.5℃H=40%优

T=18℃H=70%

T=19℃H=40%舒服

T=27.5℃H=40%

居住环境H=60%死亡率最小H=40-70%

人体舒适的相对湿度为T=40-60%

当H高值，病菌生存率低，不易发生流感。

调湿指数MC

MC20指使用该种材料可调节水分20%

木材表层和心层含水率同样受室内湿度变化的影响，但水分传导需要一定时间，心层将滞后于表层。

相对湿度温度上升过程，木材对室内RH的调节过程

木材调节过程（略有上升）

时间t

木质材料的厚度和调湿效果

要使室内温度保持长期恒定，木材的厚度要较大。

5cm左右可调节一年

水蒸汽引起的湿度变化

利用木材多孔性——解吸与吸湿

X——木材湿度升高的值

Y——环境中湿度的变化值

H（b）——进气开始到进气结束值

X越小，木材吸湿性能好（调湿性能好），响应快

X轴反映木材吸湿性，对外界吸湿快慢

调湿性能的评定方法

气积比（体积率）

所有调湿性能性能材料的表面积——A/V——室内体积

A/V＜1时，调湿性能不是很好

A/V≥1.5时，明显感到调湿性能最好

树种密度↑伴随吸湿性的增加尺寸是不稳定的

木材表面处理，涂料的性能有影响