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1、建筑热工学主要任务1 绪论2.建筑热工学的研究范围室外热湿参数及其对室内热环境的影响建筑材料热物理性能房屋热稳定性建筑热工测试的技术特殊建筑热工：如空调房间热工设计、地下建筑传热等研究范围章节结构2主要任务1 绪论3.建筑热工学的章节结构研究范围章节结构3第1.1章.室内外热环境学习重点室内热环境的组成要素、影响因素、室内热环境的评价室外热环境（气候）要素我国气候的特点及建筑热工气候分区改善室内热环境的建筑途径4室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境1.1.1 室内热环境人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素5室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境1.
2、室内热环境组成因素室内气温ti室内相对湿度i气流速度vi壁面的热辐射I不同的要素组成不同的室内热环境人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素6室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境1.室内热环境组成因素室内气温ti空气温度对人体的舒适感最为重要。室内最适宜的温度是20-24。在人工空调环境下，冬季控制在16-22，夏季控制在24-28，能耗比较经济，同时又比较舒适。人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素7室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境1.室内热环境组成因素室内相对湿度i空气湿度是指空气中含有水蒸气的量。在舒适
3、性方面，适度直接影响人的呼吸器官和皮肤出汗，影响人体的蒸发散热。一般认为最适宜的相对湿度为50%-60%。人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素8室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境1.室内热环境组成因素气流速度vi改变风速是改善热舒适的有效方法。舒适的风速随温度变化而变化。在一般情况下，令人体舒适的气流速度应小于0.3m/s。人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素9室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境1.室内热环境组成因素壁面的热辐射I周围环境中的各种物体与人体之间都存在辐射热交换，可以用平均辐射温度来评价。
4、人通过辐射从周围环境的热或失热。当人体皮肤温度低时，可以从高温物体辐射得热，而低温物体将对人体产生“冷辐射”。人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素10室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境2.人体热平衡与热舒适人体热平衡:产热量=散热量 人体健康基本条件人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素人体热天平人体热天平人体热天平人体热天平11室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境2.人体热平衡与热舒适人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素动态热平衡人体具有热调节方式:生理调节、主观调
5、节12室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境2.人体热平衡与热舒适人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素动态热平衡人体生理调节与衣着相结合使人适应四季气候变化、扩大生存范围 世界人口分布图世界人口分布图世界人口分布图世界人口分布图13室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境2.人体热平衡与热舒适人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素生理调节14室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境2.人体热平衡与热舒适人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素主观调节:活动15室内热环境组成因素1
6、.1.1 室内热环境2.人体热平衡与热舒适人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素主观调节:衣服16室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境2.人体热平衡与热舒适人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素人体热平衡方程：人体热舒适的必要条件：17室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境3.人体热平衡的影响因素人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素人体新陈代谢产热量18室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境3.人体热平衡的影响因素人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室
7、内热环境的影响因素对流换热量环境影响因素:空气温度、空气流速散热散热 得热得热19室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境3.人体热平衡的影响因素人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素辐射换热量环境影响因素:壁面温度散热散热 得热得热20室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境3.人体热平衡的影响因素人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素蒸发散热量包括呼吸、无感觉蒸发、出汗 环境影响因素:空气温度、湿度21室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境3.人体热平衡的影响因素人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综
8、合评价室内热环境的影响因素影响人体热感觉的因素:6个因素的不同组合产生不同的热环境，各因素之间具有互补性。6个因素的组合达到热舒适时,皮肤温度及汗液蒸发率处于舒适的范围，或称按正常比例散热：对流25%30%，辐射45%50%，呼吸和无感蒸发25%30%。22室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境4.室内热环境综合评价人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素23室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境4.室内热环境综合评价人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素单因素评价:空气温度室内热环境标准是建筑热工设计的基本依据之一
9、 居住建筑室内舒适性标准:夏季2628，冬季1820可居住性标准:夏季不高于30，冬季不低于12 空气温度空气温度 感觉感觉 34 100%的人感到热,42.3%的人难以忍受3034 84%的人感到热,14.5%的人难以忍受2830 30%的人感到热,但可以忍受25 舒适18 5%坐着的人感到冷12 80%坐着的人感到冷,20%活动的人感到冷 24室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境3.人体热平衡的影响因素人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素有效温度(ET*)有效温度（E.T)是依据半裸的人与穿夏季薄衫在一定的环境中所反映的瞬时热感觉作为决定各项因素
10、综合作用的评价标准。该指标是以空气温度、空气湿度和气流速度为影响因素而制定的综合评价图。25室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境3.人体热平衡的影响因素人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素有效温度(ET*)人的状态：薄衣、走动热感觉相同热感觉相同(有效温度)26室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境4.室内热环境综合评价人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素多因素综合评价方法:有效温度指标图：空气温度点与湿球的连线与气流速度线的交点则为等感温度。27室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境4.室内热环境综合评价
11、人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素热应力指数(HSI)热应力指标是根据人体平衡的条件，先求出一定热环境中人体所需的蒸发散热量，然后再计算在该环境中最大可能的蒸发散热量，以这二者的百分比作为热应力指标。数值上等于需要的蒸发散热量与人体最大蒸发散热量之比乘以100；由于该指标以蒸发为依据，只适用于空气温度偏高，即20-50，并且衣着单薄的情况.28室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境4.室内热环境综合评价人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素热应力指数(HSI)热应力指数机体反应及影响-20微冷0没有热应力10-3
12、0微热。对脑力劳动者有一定影响，对体力劳动者没有影响40-60高热。身体不好的人不能忍受。70-90很高热。少数人能适应。100最大能忍受8小时大于100暴露时间受体内温度将升高的限制29室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境4.室内热环境综合评价人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素热应力指数(HSI)30室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境4.室内热环境综合评价人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素预计热感觉指数(PMV-PPD)由丹麦学者P.O.Fanger在1960年代提出；被ISO采纳为国际标准ISO
13、7730基于下列方程：热平衡方程舒适的充要条件 实际环境的舒适度 PMV的影响因素：环境变量：气温、辐射温度、相对湿度和气流速度人体条件：人体活动状况、人体衣着最为全面的评价方式，广为采用31室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境4.室内热环境综合评价人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素预计热感觉指数(PMV-PPD)32室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境4.室内热环境综合评价人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素预计热感觉指数(PMV-PPD)PMV-PPD的局限ISO推荐适用范围：PMV：-22新陈代谢率
14、M：46232 W/m2(0.84Met);衣着热阻：00.31 m2K/W(02Clo)气温：1030;平均辐射温度：1040;气流速度：01.0 m/s;水蒸气分压力：02700 Pa不同人种的体质差异人体的局部不舒适33室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境5.室内热环境的影响因素人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素室外气候热环境设备的影响其它设备的影响人体活动34室内热环境组成因素1.1.1 室内热环境室内热环境小结人体热平衡与热舒适人体热平衡的影响因素室内热环境综合评价室内热环境的影响因素人体热平衡:产热量=散热量人体散热方式:对流,辐射,蒸
15、发热平衡调节方式:生理调节(皮肤温度,出汗)主观调节(活动量,衣着)热感觉影响因素:环境因素(空气温度、流速、湿度、壁面温度)主观因素(新陈代谢率、衣服热阻)热环境综合评价方法35太阳辐射1.1.2 室外气候1.1.2 室外气候气温空气湿度风降水36太阳辐射1.1.2 室外气候1.太阳辐射气温空气湿度风降水太阳辐射是地球的基本热量来源，也是决定地球气候的主要因素。太阳辐射属于电磁波辐射，其光谱范围很广，能量主要集中在紫外线、可见光及红外线三个波段，波长在0.23.0m（1m=10-6m）的能量占全部辐射的98%。37太阳辐射1.1.2 室外气候1.太阳辐射气温空气湿度风降水包括直接辐射和间接辐
16、射。38太阳辐射1.1.2 室外气候1.太阳辐射气温空气湿度风降水直接辐射：与太阳高度角、大气透明度成正比的关系云量少的地方，直接辐射的日总量和年总量都较大海拔愈高，直接辐射愈强低纬度地区的直接太阳辐射照度高于高纬度地区城市区域的直接太阳辐射照度比郊区弱39太阳辐射1.1.2 室外气候1.太阳辐射气温空气湿度风降水直接辐射：40太阳辐射1.1.2 室外气候1.太阳辐射气温空气湿度风降水间接辐射：与太阳高度角成正比，与大气透明度成反比有云天的散射辐射较无云天大高层云的散射辐射照度高于低层云41太阳辐射1.1.2 室外气候1.太阳辐射气温空气湿度风降水辐射量的表征：太阳辐射强度:表示太阳辐射强弱的
17、物理量，即在单位时间内垂直投射到单位面积上的太阳辐射能量。日照时数:一天内太阳直射光线照射地面的时间。以小时为单位。42太阳辐射1.1.2 室外气候2.气温气温空气湿度风降水气温是常用的气候评价指标,单位:,(F=32+9/5 C)主要指距地面1.5m高，背阴处的空气温度。室外气候分类的主要因素，热工设计的主要依据升温过程:43太阳辐射1.1.2 室外气候空气温度的主要影响因素气温空气湿度风降水太阳辐射：影响空气温度的核心因素大气对流:高、低温空气混合地面状况:下垫面对空气温度的影响也很重要。（草原、森林、水面、沙漠）地球表面温度是决定其上层空气温度的直接因素。地表与空气的热交换是影响空气温度
18、的基本途径。海拔高度、地形地貌都有一定影响。44太阳辐射1.1.2 室外气候气温变化滞后气温空气湿度风降水时刻45太阳辐射1.1.2 室外气候气温的空间变化气温空气湿度风降水温度的空间分布状况以纬度的影响最为明显。在水平方向上，空气温度随纬度变化，高纬度地区每移动200-300km，年平均温度降低1度。在垂直方向上，通常情况下高度每增加1000m，气温平均下降5-6。西藏高原：十里不同天西藏高原：十里不同天46太阳辐射1.1.2 室外气候2.气温气温空气湿度风降水空气温度的变化特点周期性变化日周期年周期日较差和年较差日较差年较差47太阳辐射1.1.2 室外气候2.气温气温空气湿度风降水空气温度
19、的日变化一天中最高气温一般出现在下午23时，最低气温一般出现在凌晨45时48太阳辐射1.1.2 室外气候2.气温气温空气湿度风降水空气温度的年变化一年中最热月一般在7、8月份，最冷月一般在1、2月份。49太阳辐射1.1.2 室外气候2.气温气温空气湿度风降水日较差：亦称气温日振幅。是一天中气温最高值与最低值之差。一般规律：大陆性气候海洋性气候；晴天阴天。气温日较差的大小与地理纬度、季节、地表性质和天气状况等因素都有关系。早穿皮袄午穿纱，围着火炉吃西瓜50太阳辐射1.1.2 室外气候2.气温气温空气湿度风降水年较差：一年内最冷月和最热月的月平均气温差。年变化（北半球）：气温在一年之中也有一个最高
20、值和一个最低值，分别被称为年最高气温和年最低气温。一般来说，年气温最高值在北半球大陆出现在7月份，在海洋上出现在8月份；年气温最低值在北半球大陆出现在1月份，在海洋上出现在2月份。气温年较差：大陆性气候海洋性气候；高纬度低纬度51太阳辐射1.1.2 室外气候3.空气湿度气温空气湿度风降水空气中水蒸汽的含量，常用相对湿度或绝对湿度来表示52太阳辐射1.1.2 室外气候3.空气湿度气温空气湿度风降水来源 水体蒸发 植物蒸发 影响因素 地面性质 水体分布 季节 阴晴53太阳辐射1.1.2 室外气候3.空气湿度气温空气湿度风降水空气湿度日变化绝对湿度一日中相对稳定 相对湿度与气温变化反相 54太阳辐射
21、1.1.2 室外气候3.空气湿度气温空气湿度风降水空气湿度年变化内陆和沿海地区差别较大55太阳辐射1.1.2 室外气候空气湿度的空间分布气温空气湿度风降水因此在地球上赤道区空气湿度最大，向两极逐渐变小。竖向高度上，水蒸汽含量随海拔高度而降低。我国受海洋气候的影响，南方地区相对湿度夏季最大，秋季最小。所以在春夏之交时气候较为潮湿，形成梅雨季节，应采用通风除湿设计。56太阳辐射1.1.2 室外气候4.风气温空气湿度风降水由于大气压力差所产生的大气的运动，一般以水平方向运动为主，地表增温不同是产生大气压力差的主要原因。风的根本成因在于太阳辐射的不均匀所导致的地表增温的不同高空气流:地面气流:57太阳
22、辐射1.1.2 室外气候风的主要形式气温空气湿度风降水58太阳辐射1.1.2 室外气候大气环流气温空气湿度风降水赤道得到太阳辐射大于长波辐射散热，极地正相反。是各地气候差异的主要原因。地表温度不同是大气环流的动因，风的流动促进了地球各地能量的平衡。59太阳辐射1.1.2 室外气候季风气温空气湿度风降水因海陆间季节性气温的差异而引起,冬季由大陆吹向海洋，夏季则相反；60太阳辐射1.1.2 室外气候地方风气温空气湿度风降水由于地方性条件（如水陆分布、地势起伏、表面覆盖等）的不同所形成的风，如山谷风、水陆风、巷道风及庭院风等.61太阳辐射1.1.2 室外气候风的表征气温空气湿度风降水风速:一般用m/
23、s表示，在气象上也用“级”来表示，一般分12级风向:则描述来风的方位，粗略表示8个方位，细则16方位或更多62太阳辐射1.1.2 室外气候4.风气温空气湿度风降水风速63太阳辐射1.1.2 室外气候风向气温空气湿度风降水风玫瑰图风向频率玫瑰图：是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。最常见的风向玫瑰图是一个圆，圆上引出16条放射线，它们代表16个不同的方向，每条直线的长度与这个方向的风的频度成正比。静风的频度放在中间。风的吹向从外面吹向地区中心。64太阳辐射1.1.2 室外气候风向气温空气湿度风降水风玫瑰图风频风速玫瑰图，每一方向上既反映风频大小（线段的长度），又反
24、映这一方向上的平均风速65太阳辐射1.1.2 室外气候5.降水气温空气湿度风降水大地蒸发的水分进入大气层，凝结后又回到地面，包括雨、雪、冰雹等.表征：降水量降水强度影响因素：气温 地形 大气环流 海陆分布66太阳辐射1.1.2 室外气候5.降水气温空气湿度风降水降水量就是指从天空降落到地面上的液态和固态(经融化后)降水,没有经过蒸发、渗透和流失而在水平面上积聚的深度。它的单位是毫米。67太阳辐射1.1.2 室外气候5.降水气温空气湿度风降水降水强度：是指单位时间内的降水量，通常取10min、1h或1d为时间单位68我国的建筑热工设计分区及设计要求1.1.3 我国的建筑热工设计分区及设计要求分区
25、目的我国气候有三大特点：显著的季风特色、明显的大陆性气候和多样的气候类型。分区目的明确建筑与气候两者的科学联系，使建筑更能充分利用和适应气候条件；可根据分区对各分区的建筑热工设计提出明确的、恰当的要求；有利于本区示范建筑的推广69我国的建筑热工设计分区及设计要求1.1.3 我国的建筑热工设计分区及设计要求分区指标分区指标主要指标最冷月平均温度和最热月平均温度辅助指标日平均温度5(或25)的天数70我国的建筑热工设计分区及设计要求1.1.3 我国的建筑热工设计分区及设计要求建筑热工设计分区及设计要求分区名称分区指标设计要求主要指标辅助指标严寒最冷月平均温度10日平均温度5的天数145必须充分满足
26、冬季保温冬季保温要求，一般可不考虑夏季防热寒冷最冷月平均温度010日平均温度5的天数90145应满足冬季保温冬季保温要求，部分地区兼顾夏季防热夏热冬冷最冷月平均温度010,最热月平均温度2530日平均温度5的天数090日平均温度25的天数40110必须满足夏季防热夏季防热要求，适当兼顾冬季保温夏热冬暖最冷月平均温度10,最热月平均温度2529日平均温度25的天数100200必须充分满足夏季防热夏季防热要求，一般可不考虑冬季保温温和最冷月平均温度013,最热月平均温度1825日平均温度5的天数090部分地区应考虑冬季保温，一般可不考虑夏季防热71我国的建筑热工设计分区及设计要求1.1.3 我国的
27、建筑热工设计分区及设计要求建筑热工设计分区72城市气候1.1.4 城市气候和微气候城市气候的成因微气候道路纵横、建筑密度大、高低错落、硬性下垫面高密度的人群、高强度的经济活动，产生大量的人为热、人为汽73城市气候1.1.4 城市气候和微气候城市气候的特征微气候大气透明度差，雾多，能见度差,削弱了太阳辐射气温较高，形成“热岛效应”风速减小，风向随地而异蒸发减弱，湿度变小74城市气候1.1.4 城市气候和微气候城市气候的特征微气候大气透明度差，雾多，能见度差,削弱了太阳辐射75城市气候1.1.4 城市气候和微气候城市气候的特征微气候气温较高，形成“热岛效应”76城市气候1.1.4 城市气候和微气候
28、城市气候的特征微气候风速减小，风向随地而异79城市气候1.1.4 城市气候和微气候城市气候的特征微气候蒸发减弱，湿度变小:城市大部分为不透水的硬化表面，降雨后水分迅速被人工排水管道排走，导致城市可供蒸发的水分少，空气湿度小80城市气候1.1.4 城市气候和微气候2.微气候微气候特定环境下的小气候我们称之为微气候。微气候不仅影响着人们的生产、生活和健康的方方面面，并且在很大程度上决定了人们生活质量的优劣。微气候的影响因素微气候的影响因素微气候的影响因素微气候的影响因素81城市气候1.1.4 城市气候和微气候2.微气候微气候下垫面的不同是造成微气候的主要原因82城市气候1.1.4 城市气候和微气候
29、2.微气候微气候建筑外表面对太阳辐射反射增强，从而使得上空的空气温度有所上升.83城市气候1.1.4 城市气候和微气候2.微气候微气候气流的影响.84城市气候1.1.4 城市气候和微气候2.微气候微气候气流的影响.塔楼被高度为22m和28m的较矮的建筑物所环绕；与其他建筑物等高，使得街道和人行道不会受到向下气流的影响85传统地方建筑的气候策略结合气候的设计策略寒冷地区建筑：爱斯基摩的冰屋气候作为重要的环境因素是形成建筑地方性的重要原因。气候要素在传统地方建筑上的反应是十分敏锐的。因纽特人的圆因纽特人的圆顶雪屋顶雪屋现代建筑适应气候的探索86传统地方建筑的气候策略结合气候的设计策略寒冷地区建筑：
30、爱斯基摩的冰屋现代建筑适应气候的探索 用干雪沏成，厚度用干雪沏成，厚度用干雪沏成，厚度用干雪沏成，厚度500500的墙体可以提供较好的保温性的墙体可以提供较好的保温性的墙体可以提供较好的保温性的墙体可以提供较好的保温性能。当室外平均温度能。当室外平均温度能。当室外平均温度能。当室外平均温度3030时可维持室内温度时可维持室内温度时可维持室内温度时可维持室内温度5 5以上。以上。以上。以上。87传统地方建筑的气候策略结合气候的设计策略干热地区建筑：埃及的民居埃及和中东地区的土坯建筑埃及和中东地区的土坯建筑“冬暖夏凉冬暖夏凉”现代建筑适应气候的探索墙厚340-450mm，屋面厚度460mm，利用土
31、坯热惯性。室外日夜温差24，室内波动不到 6。88传统地方建筑的气候策略结合气候的设计策略大陆气候的中国民居现代建筑适应气候的探索气候干燥少雨、冬季寒冷，土窑洞借助土气候干燥少雨、冬季寒冷，土窑洞借助土气候干燥少雨、冬季寒冷，土窑洞借助土气候干燥少雨、冬季寒冷，土窑洞借助土壤大热惯性，达到冬暖夏凉的目的。壤大热惯性，达到冬暖夏凉的目的。壤大热惯性，达到冬暖夏凉的目的。壤大热惯性，达到冬暖夏凉的目的。89传统地方建筑的气候策略结合气候的设计策略大陆气候的中国民居现代建筑适应气候的探索四合院建筑冬季有效地利用了太阳能采暖和抵御北风侵袭，四合院建筑冬季有效地利用了太阳能采暖和抵御北风侵袭，四合院建筑
32、冬季有效地利用了太阳能采暖和抵御北风侵袭，四合院建筑冬季有效地利用了太阳能采暖和抵御北风侵袭，屋顶设计避免了夏季室内过热。屋顶设计避免了夏季室内过热。屋顶设计避免了夏季室内过热。屋顶设计避免了夏季室内过热。90传统地方建筑的气候策略结合气候的设计策略湿热地区的中国民居现代建筑适应气候的探索云南干阑竹楼：防雨，防湿和防热。91传统地方建筑的气候策略结合气候的设计策略现代建筑适应气候的探索在现代化和全球化的趋势下，建筑与气候之间的关系受到人在现代化和全球化的趋势下，建筑与气候之间的关系受到人们的思想观念（如现代建筑运动）和滥用技术（如大规模使用们的思想观念（如现代建筑运动）和滥用技术（如大规模使用
33、空调）的影响而被忽视。缺乏地方特色的建筑大量建造，不仅空调）的影响而被忽视。缺乏地方特色的建筑大量建造，不仅导致了建筑形象的单调，也造成了能源的浪费。导致了建筑形象的单调，也造成了能源的浪费。一些建筑师致力于从传统地方建筑中汲取精华并用之于现代一些建筑师致力于从传统地方建筑中汲取精华并用之于现代建筑实践，如埃及建筑师哈桑建筑实践，如埃及建筑师哈桑法赛、印度建筑师查尔斯法赛、印度建筑师查尔斯柯利亚、柯利亚、瑞典建筑师拉尔夫瑞典建筑师拉尔夫厄斯金。厄斯金。现代建筑适应气候的探索92传统地方建筑的气候策略结合气候的设计策略查尔斯柯里亚现代建筑适应气候的探索查尔斯查尔斯柯里亚对印度建筑的通风、遮阳作了
34、统一考虑，提出柯里亚对印度建筑的通风、遮阳作了统一考虑，提出“形式追随气候形式追随气候”的设计理念。的设计理念。利用周围的走廊和附属空间包围中央主要使用空间，提供利用周围的走廊和附属空间包围中央主要使用空间，提供气候防护。气候防护。在干燥而且夏热冬冷地区用平行承重墙，利用空气对流散在干燥而且夏热冬冷地区用平行承重墙，利用空气对流散热。热。利用建筑的中央部分作为通风管道从布置在周围的主空间利用建筑的中央部分作为通风管道从布置在周围的主空间拔风。拔风。在室内室外之间形成一个中间区域，遮挡下午的阳光。在室内室外之间形成一个中间区域，遮挡下午的阳光。在湿热气候区，将建筑的各个功能分解成一系列单元，保在
35、湿热气候区，将建筑的各个功能分解成一系列单元，保证通风顺畅。证通风顺畅。93传统地方建筑的气候策略结合气候的设计策略查尔斯柯里亚现代建筑适应气候的探索帕里克住宅帕里克住宅。建筑平面被设计成东西狭长的矩形。建筑平面被设计成东西狭长的矩形。为了避免东西向不利因素的影响，平为了避免东西向不利因素的影响，平面沿南北向被设计成三个平行开间，面沿南北向被设计成三个平行开间，夏季的活动区域夹在冬季活动区域和夏季的活动区域夹在冬季活动区域和服务区域之间，在保证了冬季活动区服务区域之间，在保证了冬季活动区域最大限度接受阳光的同时，在夏季域最大限度接受阳光的同时，在夏季仍能有较为凉爽的室内活动空间。仍能有较为凉爽
36、的室内活动空间。94传统地方建筑的气候策略结合气候的设计策略查尔斯柯里亚现代建筑适应气候的探索管式住宅管式住宅 平面为平面为18.2m x 3.6m，联排，联排模式节约用地，室内高差营造模式节约用地，室内高差营造私密性。利用烟囱效应缓解通私密性。利用烟囱效应缓解通风问题。风问题。95传统地方建筑的气候策略结合气候的设计策略查尔斯柯里亚现代建筑适应气候的探索干城章嘉公寓干城章嘉公寓充分利用了两层充分利用了两层花园平台构成的花园平台构成的“中间区域中间区域”，既防，既防止西晒，又获得较止西晒，又获得较好的景观。好的景观。96复习思考题：建筑热环境设计的目标是？并加以分析建筑热环境设计的目标是？并加
37、以分析影响人体热舒适的物理参数有哪些？它们各自涉及哪些因素？影响人体热舒适的物理参数有哪些？它们各自涉及哪些因素？为什么人体达到了热平衡，并不一定是热舒适？为什么人体达到了热平衡，并不一定是热舒适？热环境的综合评价方式有哪些？各有什么特点？热环境的综合评价方式有哪些？各有什么特点？什么是风向玫瑰频率图？什么是风向玫瑰频率图？为了避免城市重大火灾的发生，城市中的燃气供应站的布局有什么要求？为为了避免城市重大火灾的发生，城市中的燃气供应站的布局有什么要求？为什么？什么？什么是热岛效应？（包括形成原因）热岛效应对城市环境的影响？什么是热岛效应？（包括形成原因）热岛效应对城市环境的影响？民用建筑热工设
38、计分区是怎样划分的？对于设计有何要求？民用建筑热工设计分区是怎样划分的？对于设计有何要求？每个气候分区列举五个城市每个气候分区列举五个城市结合实例谈谈结合气候的建筑设计理念结合实例谈谈结合气候的建筑设计理念97第1.2章.建筑传热与传湿学习重点了解传热的方式及传热机理稳态传热的特点及特性指标稳态传热的计算及应用周期性非稳态传热的特点及热特性指标湿空气的物理性质981.2.1 传热方式导热1.2.1 传热方式对流辐射99导热1.2.1 传热方式传热基本概念因温度差而产生热量从高温区向低温区的转移(heat transfer)。条件:温差,与物体的状态，物体间是否接触都无关方向:结果:温差消失，即
39、发生热传递的物体间或物体的不同部分达到相同的温度实质:能量转移 物质并未发生迁移，只是高温物体放出热量，温度降低，内能减少（确切地说是物体里的分子做无规则运动的平均动能减小），低温物体吸收热量，温度升高，内能增加。对流辐射100导热1.2.1 传热方式传热基本方式传导 Conduction对流 Convection 辐射 Radiation对流辐射101导热1.2.1 传热方式传热基本方式对流辐射辐射 无需介质导热 固固、气 液 对流 气、液 传热量:Q 单位:W;q 单位:W/m2 102导热1.2.1 传热方式传热的时间和空间概念空间中各个点上温度的集合称为温度场温度场有两大类。稳态温度场
40、 物体各点的温度不随时间变动,非稳态温度场 温度分布随时间改变,等温线(面):温度值相同各点的连线 热流指向温度梯度降低的方向对流辐射二维二维二维二维(三维三维三维三维)传热传热传热传热 一维传热一维传热一维传热一维传热(平壁传热平壁传热平壁传热平壁传热)103导热1.2.1 传热方式1.导热的机理指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。热传导是物质的基本属性，可以在固体、液体、气体中发生。单纯的导热只能在密实的固体中发生单纯的导热过程仅是在静止物质内的一种传热方式,也就是说没有物质的宏观运动。因为在有温差时，液体和气体
41、中难以维持单纯的导热。而在气体和液体内部,当各处温度不同时,必存在各处密度的差异,因此总是在发生导热的同时,必伴有因密度的差异所产生的对流。对流辐射104导热1.2.1 传热方式1.导热的机理导热的机理固体导热：相邻分子发生的碰撞和自由电子迁移所引起的热能传递液体导热：平衡位置间歇移动着的分子震动引起的气体导热：分子无规则运动是互相碰撞而导热热传导的特点：物体直接接触必须有温差依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动丽传递热量。对流辐射105导热1.2.1 传热方式平壁稳定传热对流辐射 q单位面积、单位时间的热流量(Wm2)R 平壁热阻(m2KW)d 平壁厚度(m)材料导热系数W(mK)1.导
42、热的机理106导热1.2.1 传热方式导热系数指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（K,C）,在1秒内，通过1平方米面积传递的热量，用表示，单位为W/（mK）。表示材料导热难易程度的基本参数,用实验测定对流辐射2.材料的导热系数及其影响因素107导热1.2.1 传热方式对流辐射2.材料的导热系数及其影响因素108导热1.2.1 传热方式材质不同状态的物质，导热系数相差很大气态：导热系数最小 0.0060.6 W/m.K，常温下空气为0.029 W/m.K；液态：0.070.7,水约为0.58 W/m.K；固态：非金属约为0.033.5 W/m，金属约为2.2420 W/m.K
43、对流辐射2.材料的导热系数及其影响因素材料名称材料名称 W(mK)钢筋混凝土 1.74砖砌体0.81加气混凝土 0.190.22聚苯乙烯泡沫塑料 0.042 0.047109导热1.2.1 传热方式密度一般密度（容重）越大，导热系数也越大有些材料如玻璃棉有一个最佳容重（粘结材料的影响）对流辐射2.材料的导热系数及其影响因素密度密度(kg/m3)W(mK)加气混凝土 500 1.74加气混凝土 7000.22110导热1.2.1 传热方式湿度随材料湿度增大而增大对流辐射2.材料的导热系数及其影响因素111导热1.2.1 传热方式温度温度升高时，分子运动加强，使实体部分的导热能力提高，同时材料孔隙
44、中的对流、导热、和辐射都加强，从而使材料的导热系数增加。经实验验证，大多数建筑材料在一定范围内导热系数与温度间呈线性关系。其它材料的导热系数的影响因素除材质、干密度、含湿量之外还有使用的温度状况（高温下导热系数增大）、某些材料的方向性（顺纤维方向的导热系数较大）。对流辐射2.材料的导热系数及其影响因素112导热1.2.1 传热方式热阻是衡量材料抵抗热量传递能力的指标；热阻与材料本身的导热系数成反比，和材料的厚度成正比对流辐射3.热阻 R 平壁热阻(m2KW)d 平壁厚度(m)材料导热系数W(mK)113导热1.2.1 传热方式【例】已知实心粘土砖的导热系数为0.81W/(mK)，发泡型聚苯乙烯
45、泡沫塑料（简称EPS板）的导热系数为0.042W/(mK)。问多厚的EPS板的保温性能（热阻）与240mm厚砖墙相当？对流辐射3.热阻114导热1.2.1 传热方式【例】已知实心粘土砖的导热系数为0.81W/(mK)，发泡型聚苯乙烯泡沫塑料（简称EPS板）的导热系数为0.042W/(mK)。问多厚的EPS板的保温性能（热阻）与240mm厚砖墙相当？【解】1.计算240mm厚砖墙的导热热阻 2.计算EPS板的厚度对流辐射3.热阻m2K/Wm115导热1.2.1 传热方式多层平壁热流 q=q1=q2=q3多层平壁热阻:R=R1+R2+R3 对流辐射3.热阻116导热1.2.1 传热方式指流体中（气
46、体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象。本质：分子的随机运动和流体的平均运动所产生能量传递的结果对流辐射对流(convection)117导热1.2.1 传热方式特点：热传导与热对流同时存在的复杂热传递过程；必须有直接接触（流体与壁面）和宏观运动，也必须有温差；由于流体的黏性和受壁面摩擦阻力的影响，紧贴壁面处会形成速度梯度很大的边界层。对流辐射对流(convection)118导热1.2.1 传热方式壁面空气对流传热方式:因受摩擦力的影响，在紧贴固体壁面处有一平行于固体壁面流动的流体薄层，称为层流边界层，其垂直壁面的方向主要传热方式是导热，它的温
47、度分布呈倾斜直线状；在远离壁面的流体核心部分，流体呈紊流状态，因流体的剧烈运动而使温度分布比较均匀，呈一水平线；在层流边界层与流体核心部分之间为过渡区，温度分布可近似看作抛物线。对流辐射对流(convection)119导热1.2.1 传热方式自然对流：本来温度相同的流体或与流体紧邻的固体表面，因其中某一部分受热或冷却，温度发生了变化，使流体各部分之间或者流体与紧邻的固体表面产生了温度差，形成了对流运动而传递热能。受迫对流换热：当流体各部分之间或者流体与紧邻的固体表面之间存在着温度差，但同时流体又受到外部因素如气流、泵等的扰动而产生传热的现象。对流辐射1.对流类型120导热1.2.1 传热方式
48、 换热强度对流换热系数:自然对流时与温差有关受迫对流换热主要取决于温差的大小、风速的大小与固体表面的粗糙度对流辐射2.对流换热计算 c 对流换热系数 壁面温度 t 空气温度121导热1.2.1 传热方式对流换热系数:自然对流垂直壁面：水平壁面热流由下而上热流由上而下受迫对流围护结构内表面：围护结构外表面：对流辐射2.对流换热计算122导热1.2.1 传热方式指物体转化本身的热能向外发射辐射能的现象。物体固有性质，绝对温度 T 0(K)的物体都会向外辐射电磁波,也会接收外来电磁波。对流辐射辐射T2T1T=273+t (K)()123导热1.2.1 传热方式本质受热的物体原子内部的电子会产生激烈振
49、动，并且受热体能以电磁波的形式向外发射能量，并以电磁波的方式向外传播。热辐射的波长在0.381000 m区段内，波长在0.3840 m范围内的电磁波产生的热效应最为显著，称为热射线。对流辐射1.热辐射的本质与特点124导热1.2.1 传热方式特点辐射换热过程中伴随着能量形式的转化物体的内能电磁能内能电磁波的传播无需任何介质，也不需要冷、热物体直接接触；辐射换热是物体之间互相辐射的结果。综合的结果：温度高的物体净失热，温度低的物体净得热。对流辐射1.热辐射的本质与特点125导热1.2.1 传热方式电磁波：反射、吸收和透射性能参数:反射系数,吸收系数,透过系数 +=1 白体:=1 黑体:=1 透热
50、体:=1一般建筑材料为非透明体。因此，+=1。即如果材料的反射能力越强，则吸收能力就越弱同一材料对不同波长的电磁波的反射能力会不一样。对流辐射2.辐射能的吸收、反射和透射126导热1.2.1 传热方式影响因素:表面材料:材质、分子结构、表面光洁度、热辐射波长。对流辐射2.辐射能的吸收、反射和透射127导热1.2.1 传热方式影响因素:表面材料:材质、分子结构、表面光洁度、热辐射波长。对流辐射2.辐射能的吸收、反射和透射 高 低温室效应温室效应温室效应温室效应 128导热1.2.1 传热方式辐射本领：物体向外辐射的能力全辐射本领单色辐射本领温度越高，辐射能力越强；辐射的电磁波短波的成分越多；最大