建筑热环境物理环境概论

室外热环境室外热环境:指建筑气候，要素主要有气温、指建筑气候，要素主要有气温、空气湿度、风速与风向、降水、日照与太阳空气湿度、风速与风向、降水、日照与太阳辐射、蒸发等辐射、蒸发等 。室内热环境室内热环境:指室内空气温度、室内湿度、室指室内空气温度、室内湿度、室内空气流动的速度以及维护结构内表面之间内空气流动的速度以及维护结构内表面之间的辐射热等因素综合组成的一种室内环境。的辐射热等因素综合组成的一种室内环境。主要内容：建筑保温、建筑室内湿环境控制、主要内容：建筑保温、建筑室内湿环境控制、建筑日照、建筑防热、建筑中的太阳能利用、建筑日照、建筑防热、建筑中的太阳能利用、建筑节能等。建筑节能等。热环境控制的目的：如何在节约资源和能源的热环境控制的目的：如何在节约资源和能源的前提下，满足人们的室内热舒适需求。前提下，满足人们的室内热舒适需求。第九章 热工基本知识1 1温度：表征物体冷热程度的物理量，温度温度：表征物体冷热程度的物理量，温度使用的单位为使用的单位为K或或2 2温度场：温度场：某一瞬间，物体内所有各点的温度分布为温度场。某一瞬间，物体内所有各点的温度分布为温度场。稳定温度场：稳定温度场：温度场内各点温度不随时间变化。温度场内各点温度不随时间变化。不稳定温度场：温度场内各点温度随时间发生变化。不稳定温度场：温度场内各点温度随时间发生变化。3 3等温面等温面:温度场中同一时刻由温度相同的各点相连所形成的面，温度场中同一时刻由温度相同的各点相连所形成的面，使用等温面可以形象表示温度场内的温度分布。使用等温面可以形象表示温度场内的温度分布。不同温度的等温面绝不相交。不同温度的等温面绝不相交。4 4温度梯度：温度梯度：温度差温度差t t与沿法线方向两个等温面之间距离与沿法线方向两个等温面之间距离n n的比的比值的极限。值的极限。5 5热流密度（热流强度）：热流密度（热流强度）：单位时间内，通过等温面上单位面积的热量，单位为单位时间内，通过等温面上单位面积的热量，单位为w/mm。热环境热环境室外热环境（室外热气候）室外热环境（室外热气候）太阳辐射、气温、湿度、风、降雨太阳辐射能是地球上热量的基本来源，是决定室外热环境的主要因素。太阳辐射的组成：到达地球表面的太阳辐射分两个部分，一部分是太阳直射到地面的部分，称直射辐射；另一部分是经过大气层散射后到达地面的部分，称为散射辐射。影响太阳辐射照度的因素：大气中射程的长短、太阳高度角、海拔高度、大气质量（二）室外温度（二）室外温度 室外温度：指距离地面1.5m处百叶箱内的空气温度。变化规律：室外温度由于受到太阳温度的影响，它的年变化、日变化规律都是周期性的。年变化规律：北半球最高气温出现在7月（大陆）8月（海洋、岛屿）日变化规律：日最低温度出现在6：007：00左右，日最高气温出现在14：00左右。（三）空气湿度（三）空气湿度 湿度：空气中水蒸气的含量。通常使用相对湿度表示空气中的湿度。变化规律：年变化规律：最热月相对湿度最小，最冷月相对湿度最大，季风区例外。日变化规律：晴天时，日相对湿度最大值出现在4：005：00左右，日相对湿度最小值出现在13：0015：00左右。（四）风（四）风（四）风 风：指由大气压力差所引起的大气水平方向运动。风的类型：大气环流：由于太阳辐射在地球上照射不均匀，使得赤道和两极之间出现温差，从而引起大气在赤道和两极之间产生活动，即大气环流。地方风：局部地区受热不均引起的小范围内的大气流动。如海陆风、山谷风、林原风等。风的特性：风向：E、S、W、N、SE、NE、SW、NW（8个方位和16个方位）风向频率图（风向玫瑰图）：一定时间内在各方位刮风次数的统计图，可由此了解当地风向，尤其不同季节的主导风向。（四）风（四）风（2）风速 0 无风无风 0.0-0.2 烟直上烟直上 平静平静 0.01 软风软风 0.3-1.5 烟示风向烟示风向 微波峰无飞沫微波峰无飞沫 0.12 轻风轻风 1.6-3.3 感觉有风感觉有风 小波峰未破碎小波峰未破碎 0.23 微风微风 3.4-5.4 旌旗展开旌旗展开 小波峰顶破裂小波峰顶破裂 0.64 和风和风 5.5-7.9 吹起尘土吹起尘土 小浪白沫波峰小浪白沫波峰 1.05 劲风劲风 8.0-10.7 小树摇摆小树摇摆 中浪折沫峰群中浪折沫峰群 2.06 强风强风 10.8-13.8 电线有声电线有声 大浪到个飞沫大浪到个飞沫 3.07 疾风疾风 13.9-17.1 步行困难步行困难 破峰白沫成条破峰白沫成条 4.08 大风大风 17.2-20.7 折毁树枝折毁树枝 浪长高有浪花浪长高有浪花 5.59 烈风烈风 20.8-24.4 小损房屋浪峰倒卷小损房屋浪峰倒卷 7.010 狂风狂风 24.5-28.4 拔起树木拔起树木 海浪翻滚咆哮海浪翻滚咆哮 9.011 暴风暴风 28.5-32.6 损毁普遍损毁普遍 波峰全呈飞沫波峰全呈飞沫 11.512 飓风飓风 32.7-摧毁巨大海浪滔天摧毁巨大海浪滔天 14.0 本表所列风速是指平地上离地本表所列风速是指平地上离地10米处的风速值米处的风速值（四）风（四）风（五）降水（五）降水 降水量(单位：mm)：降落到地面的雨以及雪、雹等融化后，未经蒸发或渗透流失而累积在水平面上的水层厚度。降水强度(单位：mm/d)：小雨102529100200必须满足夏季防热要求，一般可不考虑冬季保温温和地区0131825090部分地区应注意冬季保温，一般可不考虑夏季防热导热指物体中有温差时由于直接接触的物质质点作热运动而引起的热能传递过程。两个关键（温差、质点）材料的导热系数导热系数是表征材料导热能力大小的物理量，单位为W/(mK)。它的物理意义，当材料层厚1m，材料层两表面的温差为1K时，在单位时间内通过1m截面积的导热量。常用建材导热系数气体0.0060.6；液体0.070.7；建筑材料和绝热材料0.0253；金属2.2420导热导热(热传导热传导)导热系数的影响因素:材质、干密度、含湿量（解释这几个名词）材质对导热的影响:值小于0.3W/(mk)材料称为绝热材料,可作保温、隔热之用，以充分发挥其材料的特性。干密度对导热的影响：干密度越大导热性越好，即越大。（最佳干密度的概念）含湿量：含湿量加大则导热系数值增大。导热导热(热传导热传导)对流指由流体（液体、气体）中温度不同的各部分相互混合的宏观运动而引起的热传递对象。由于引起流体的对象不同，对流类型可分为：自由对流：由温度差形成的对流。受迫对流：由外力作用形成的对流。受迫对流在热传递热量的强度方面要大于自由对流。注意：对流系数c不是常数，而是一个取决于许多因素：气流的状况（自然对流还是受迫对流）构件的状态（水平还是竖直）（竖直小于水平）传热方向（由下而上还是由上而下）（由上而下小于由下而上）对流对流辐射指物体表面对外发射热射线在空间传递能量的现象。凡是温度高于绝对零度(0K)的物体都能发射辐射能。辐射传热的特点物体对外来辐射的反射、吸收和透射（理解其含义）h h+h h+h=1 反射系数r rh h：被反射的辐射能I Ir r与入射辐射能的I Io o比值。吸收系数h：被吸收的辐射能I与入射辐射能的Io比值。透射系数?h：被透射的辐射能I与入射辐射能的Io比值。白体、黑体和完全透射体 白体(绝对白体)：能将外来辐射全部反射的物体，h=1 黑体(绝对黑体)：能将外来辐射全部吸收的物体，h=1 完全透热体：能将外来辐射全部透过的物体，h h=1=13 影响材料吸收率、反射率、透射系数与外来辐射的波长、颜色、材性、材料的光滑和平整度有关。物体对于不同波长的外来辐射的反射能力不同，对短波辐射，颜色起主导作用；但对长波辐射，材性起主导作用。玻璃建筑具有温室效应的原因：玻璃作为建筑常用材料，属于选择性辐射体，其透射率与外来辐射的波长有密切关系。辐射辐射室内热环境（室内热气候）室内热环境（室内热气候）热舒适：指人对环境的冷热程度感觉满 意，不因过冷或过热而感到不适。（人 体内产生的热量与向环境散发的热量相等。）在室内环境中所发生的热量有人体新陈代谢产生的热量qm、对流换热量qc、人体蒸发散热量qe、辐射换热量qr，得失热量q是上面四部分的综合结果。q=qm qc qr qe q0 体温将升高 q东西墙南墙北墙。根据热工规范的要求，屋顶、东西墙的内表面最高温度应低于当地夏季室外计算温度最高值。围护结构外表面宜用浅色处理。采用屋顶遮阳和外墙遮阳可有效降低室外热作用。通风屋面和通风墙可充分隔热，快速散热。用蓄水屋面和植被屋面隔热效果显著。屋顶隔热措施：屋顶隔热措施：炎热地区屋顶构造可分为绝热层隔热屋顶、通风间隔热屋顶、吊顶隔热屋顶、阁楼隔热屋顶、蓄水隔热屋顶和植被隔热屋顶等几类。屋顶为浅色表面，如浅色粉刷、涂层、面砖等，对实体绝热层应同时考虑热阻和热惰性指标。用单设铝箔的封闭空气间层作隔热层，铝箔应设置在高温一侧。通风屋顶长度不宜大于10m，间层高度以20cm左右为宜，基层上应有6cm隔热层，檐口应采用兜风构造。蓄水屋顶水面应有水生植物或浅色漂浮物，水深为1520cm。种植屋面可以是有土或无土植被屋面，有土覆盖时，土壤厚度为10cm左右。新动向：研究表明，用含水多孔材料常用加气混凝土，厚度为10cm左右。外墙外墙隔热措施：隔热措施：一般的自然通风建筑物，外墙隔热设计的重点应放在西墙上，而对空调建筑而言，南北外墙和东西外墙都是重要的。常见外墙类型：黏土外墙、砌块砖墙、大板砖墙、轻板砖墙、通风墙、通风遮阳墙等，墙面应为浅色饰面。墙体隔热层也要同时考虑热阻性和热惰性标准值，复合墙内侧应为10 cm厚的重材料层（砖或混凝土）通风墙间层一般为10cm，此外，东西外墙可采用花格构件或爬藤植物遮阳。围护结构的热质量设计围护结构的热质量设计 Thermal Mass新动向：国外文献中围护结构的热质量表示围护结构抵抗室外热作用波动的指标。围护结构的隔热设计时要考虑温度波动的延迟作用。对于干热地区，围护结构隔热的基本方法就是增大其热质量，即使用厚重围护结构。对于被动式太阳房，建筑内表面材料也应为热质量大的厚重材料，以增加建筑物对太阳辐射热的储存。自然通风降温设计自然通风降温设计自然通风的成因成因：热压成风：当较重的冷空气从进风口进入室内后，吸收了室内的热量后变成较轻的热空气上升从出风口排出室外，不断流入的冷空气在室内被加热后从建筑物的上部出风口排除就形成了自然通风，这称为热压风。热压大小取决于室内外空气温差所形成的空气密度差，以及进出风口的高差。风压通风:首先考虑如何组织风压通风来改善室内热环境首先考虑如何组织风压通风来改善室内热环境。自然通风设计自然通风设计1、建筑朝向的选择2、建筑群的布局3、房间开口与自然通风4、导风设计5、强化自然通风设计遮阳设计遮阳设计遮阳形式：绿化遮阳、结构构件遮阳和专门设置遮阳窗户玻璃：内遮阳：遮阳效果评价：遮阳系数SC、太阳辐射得热系数SHGC