1028建筑物理教案

1、第一篇建筑熱工學教學任務：介紹建筑熱工學原理，論述如何通過建筑規(guī)劃和設計上的相應措施，有效地防護和利用室內外熱濕作用，合理地解決房屋的保溫、防熱、防潮、節(jié)能等問題，以創(chuàng)造良好的室內熱環(huán)境并提高圍護結構的耐久性。教學內容：工業(yè)與民用建筑的熱工設計，包括建筑保溫設計、防潮設計、防熱設計和建筑節(jié)能設計以及建筑日照設計等。I太陽輻射I建筑熱環(huán)境室內熱濕作-室外熱濕作用空氣的溫濕度風、雨、雪等空氣溫濕度生產和生活發(fā)生得熱量與水分等第1章建筑熱工學基礎知識11室內熱濕環(huán)境建筑內部環(huán)境室內物理環(huán)境屬于（生理環(huán)境）建筑物理學室內心理環(huán)境室內物理環(huán)境：室內那些通過人體感覺器官對人的生理發(fā)生作用的影響的物理因素。

2、室內物理環(huán)境組成：由室內熱濕環(huán)境、室內光環(huán)境、室內聲環(huán)境以及室內空氣質量環(huán)境等組成。其中室內熱濕環(huán)境是建筑熱工學必須研究的內容。111室內熱環(huán)境構成要素及其對人體熱舒適的影響構成室內熱環(huán)境的因素：室內溫度室內濕度氣流速度壁面輻射溫度建筑熱環(huán)境的設計目標：舒適、健康、高效人體熱平衡方程：4q=qmqe±qr±qc/q人體得失的熱量，w；qm人體產熱量，w；qe-人體蒸發(fā)散熱量，W；qr人體輻射換熱量，W；qc人體對流換熱量，W。Aq=0體溫恒定不變Qw=25-30%正常熱平衡Qc=25-30%（舒適的）Qr=45-50%負荷熱平衡Aq>0體溫上升（可以忍受的）AqVO體

3、溫下降使用采暖、空調設備不同的人對舒適的差異瞬感現象衣著狀況個體狀況適應性種族差異年齡差異恒定與變化（不能忍受的）睡黨閱讀負車0.7rn&-t1met2.1met體操下樓先歩3. 5me±&.29met代謝率單位lmet=58.2W/m2，其定義為人靜坐時的代謝率。人體的能量代謝率受多種因素影響，如肌肉活動強度、環(huán)境溫度、性別、年齡、神經緊張程度、進食后時間的長短。112室內濕熱環(huán)境的評價方法和標準室內濕熱環(huán)境標準是建筑熱工設計的基本依據之一。最簡單、方便且應用最為廣泛的指標是室內空氣濕度。目前我國很多建筑設計規(guī)范和標準中，仍以室內空氣溫度作為設計控制指標，如在嚴寒地

4、區(qū)居住建筑冬季采暖居室內基準設計溫度為18°C。1）有效溫度ET有效溫度是19231925年由美國Yangion等人提出的一種熱指標。包含因素：空氣溫度、空氣濕度、氣流速度以受試者的主觀反應為評價依據。八卩.、七均為可變任意組合房間新有效溫度：用黑球溫度代替空氣溫度，稱為新有效溫度。新有效溫度與新感覺之間的關系如下：有效溫度434035343130252019161510主觀允許酷熱炎熱熱稍熱適中稍冷冷寒冷嚴寒熱感覺上限VeryhhotwarmSlighneutralslightccoolcoldVeryotwarmoolcold2）熱感覺PMV-PPD指標由丹麥學者房格爾（Fang

5、er）提出。建立在熱舒適平衡方程基礎上。六項參數：人的活動量衣著情況四個熱環(huán)境要求。熱舒適平衡方程/Q=QmQe±Qr±Qc1.1.3濕空氣的物理性質-3寒冷(cold)-2涼(cool)1稍涼(slightcool)0熱舒適(neutral)+1稍熱(slightwarm)+2暖(warm)+3熱(hot)1）水蒸氣分壓力干空氣水蒸氣Vi>=i%>H1xkp.V濕空氣是指干空氣與水蒸氣的混合物。在一定溫度和壓力的條件下，一定容積的干空氣所能容納的水蒸氣，是有一定限度的。所產生的水蒸氣分壓力用P表示；處于飽和狀態(tài)的濕空氣中的水蒸氣所呈現的壓力，叫飽和蒸氣壓Ps。

6、單位Pa。飽和蒸汽壓隨著溫度升高而變大。2）空氣濕度濕度表示空氣的干濕程度。有絕對濕度和相對濕度兩種表達方法。絕對濕度（f）：每立方米空氣中所含水蒸氣的重量，叫空氣的絕對濕度（g/m3）。飽和狀態(tài)下的絕對濕度則用飽和水蒸氣量fmax（g/m3）表示。絕對濕度表示單位體積空氣中所含水蒸氣的真實數量。相對濕度（©）：定溫度，一定大氣壓力下，濕空氣的絕對濕度與同溫同壓下的飽和蒸氣量的百分比。即f申二X100%fmax水蒸氣實際分壓力P：P=0.46廳可近似地認為是空氣的水蒸氣分壓力與同溫同壓下飽和蒸氣壓的百分比。P申沁x100%PS3）露點溫度在大氣壓力一定、含濕量不變的情況下，未飽和的空

7、氣因冷卻而達到飽和狀態(tài)時的溫度。用td（°C）表示。例1-1用干溫球溫度計測得某采暖居室空氣溫度ti=18C,相對濕度©=61.1%,試求該居室空氣的露點溫度td。解：首先要求出該居室的實際水蒸汽分壓力P。查附錄2,當t=18C時，飽和水蒸氣壓Ps=2062.5Pa，從公式可反求出P為：P=Ps©=2062.5X0.611=1260Pa其次，按露點溫度的定義，當該室氣溫下降到Ps=1260Pa時所對應的溫度，即為該室空氣露點溫度。從附錄2中,查得Ps=1260Pa對應的溫度為：td=10.4C即該居室的露點溫度為10.4Co1.2室外熱濕環(huán)境室外熱濕環(huán)境：指作用在

8、建筑外圍護結構上的一切濕熱物理量的總稱。組成室外熱濕氣候的要素：空氣溫度、空氣濕度太陽輻射風、降水、積雪、日照以及凍土1.2.1地區(qū)性氣候及其特征1）空氣溫度一般氣象學上所指的氣溫是距地面1.5米高處的空氣溫度。影響氣溫的主要因素有：入射到地面上的太陽輻射熱量。地形與地表面的覆蓋。大氣環(huán)流的熱交換作用。2）太陽輻射太陽輻射是地表大氣熱過程的主要能源。針對太陽輻射熱，建筑設計要考慮日照和遮陽。到達地面的太陽輻射有：直接輻射影響太陽輻射強度的因素:太陽高度角大氣透明度地理緯度云量出屋月份（月）散射輻射海拔高度3）空氣濕度即室外空氣中含水蒸氣量的多少。也采用絕對濕度和相對濕度兩個物理量來描述。4）風

9、：即水平方向的氣流。按風的形成機理，可分為：大氣環(huán)流地方風風向和風向頻率圖海陸風出罷時和（特oDs-C93n-T?4-在白天，陸上的空氣溫度較同一緯度海上的空氣溫度為高，熱氣上升，海上的冷氣流即吹向內陸。在夜間,此過程相反。山谷風在山區(qū)，局部的溫差會造成局部地風型。也複間十熱稈視間水陸風1.2.2建筑氣候分區(qū)以及對建筑設計的基本要求分區(qū)名稱分區(qū)指標設計要求主要指標輔助指標嚴寒地區(qū)最冷月平均溫度W-10°C日平均溫度W5C的天數±145d必須充分滿足冬季保溫要求，一般可不考慮夏季防熱寒冷地區(qū)最冷月平均溫度0-10C日平均溫度W5C的天數90-145d應滿足冬季保溫要求，部分地

10、區(qū)兼顧夏季防熱夏熱冬冷地區(qū)最冷月平均溫度0-10C,最熱月平均溫度25-30C日平均溫度W5C的天數0-90d,日平均溫度225C的天數40-110d必須滿足夏季防熱要求，適當兼顧冬季保溫。夏熱冬暖地區(qū)最冷月平均溫度10C，最熱月平均溫度25-29C日平均溫度三25C的天數100-200d必須充分滿足夏季防熱要求，一般可不考慮冬季保溫。溫和地區(qū)最冷月平均溫度0-13C,最熱月平均溫度18-25C日平均溫度W5C的天數0-90d部分地區(qū)考慮冬季保溫，一般可不考慮夏季防熱1.2.3城市氣候及其成因城市氣候的基本特征表現為：1）空氣溫度和輻射溫度城市區(qū)域空氣平均溫度、瞬時溫度值均大于郊區(qū)，形成眾所周

11、知的城市熱島現象。2）城市風和紊流特征:在大環(huán)境天氣系統背景風速很大時：平均風速明顯小于郊外風向分布基本無規(guī)律可循部分區(qū)域形成風影區(qū)和強風區(qū)在大環(huán)境天氣系統背景風速很小時：城市風場即為由城市熱島現象引起的熱力紊流，成為“城市風”。這種風常認為是“污染風”。3）濕度和降水城區(qū)自然蒸發(fā)量小，空氣絕對濕度和相對濕度較郊區(qū)略低，日波動模式也與郊區(qū)有所不同；但因城區(qū)空氣中的塵埃濃度較高，所以霧和云量也高，城區(qū)及下風區(qū)的降水量較郊外更多。4）太陽輻射與日照城市氣候產生差異的原因：1）高密度的建筑物改變了地表層性態(tài)由粗糙度改變引起表面材料性質改變2）高密度的人口分布改變了能源與資源消費結構向空氣中排放大量溫

12、室氣體，增加了城市區(qū)域的溫室效應；向城市覆蓋層內排放大量人為熱量1.3建筑圍護結構傳熱基礎知識熱量傳遞有三種基本方式：導熱對流輻射tn.rha1.3.1導熱導熱是指物體中有溫差時由于直接接觸的物質質點作熱運動而引起的熱能傳遞過程。在氣體中是通過分子做無規(guī)則運動時互相碰撞而導熱；在液體中是通過平衡位置間歇移動的分子振動引起的；在固體中，除金屬外，都是由平衡位置不變的質點振動引起，在金屬中,主要是通過自由電子的轉移而導熱。()1)溫度場、溫度梯度和熱流密度溫度場：在某一時刻物體內各點的溫度分布。熱量傳遞與物體內部溫度的分布密切相關。溫度t是空間坐標x、y、Z和時間T的函數即：t=f(X,y,Z,T

13、)不穩(wěn)定溫度場：溫度分布隨時間而變穩(wěn)定溫度場：溫度分布不隨時間而變一維溫度場：溫度只沿x一個坐標軸發(fā)生變化t=f(x)二維溫度場：溫度沿x和y兩個坐標軸發(fā)生變化t=f(x,y)溫度梯度：溫度差At與沿法線方向兩等溫面之間距離的比值的極限。等溫面：溫度場中同一時刻有相同溫度各點連成的面。導熱不能沿等溫面進行,必須穿過等溫面。Atdtlim=AnoAndn熱流密度(q)：單位時間內，通過等溫面上單位面積的熱量等溫面上面積元dF(m2)，單位時間內通過的熱量為dQ(w)。如果熱流密度在面積F上均勻分布則熱流量為右式:Q=qFdQ=qdFQ=JqdFFdQdF2) 傅立葉定律內容：勻質材料內各點的熱流

14、密度與溫度梯度的大小成正比?；颍阂粋€物即:ATtt體在單位時間、單位面積上傳遞的熱量于在其法線方向的溫度變化率成正比。dtq=九-dn3) 導熱系數在穩(wěn)定條件下，兩側表面溫差為1°C時，在1h內通過lm2面積所傳導的熱量。導熱系數大，表明材料的導熱能力強。各種物質的導熱系數，均由試驗確定。以金屬的導熱系數最大，非金屬和液體次之，氣體最小。各種材料的入值大致范圍是：氣體為0.006-0.6；液體為0.07-0.7；建筑材料和絕熱材料為0.025-3；金屬為2.2-420。導熱系數小于0.25的材料叫隔熱材料（絕熱材料），如石棉制品，泡沫混凝土，不流動的空氣等。影響導熱系數數值的因素：物

15、質的種類、結構成分、密度、濕度、壓力、溫度等。其中主要影響因素是密度和濕度。大多數材料的導熱系數入與溫度的關系近似直線關系，即：0+bt式中：入0材料在0°C條件下的導熱系數；b經實驗測定的常數。1.3.2對流對流傳熱只發(fā)生在流體之中，它是因溫度不同的各部分流體之間發(fā)生相對運動，互相摻合而傳遞熱能的。產生對流有的原因1）自然對流：由于流體冷熱部分的密度不同而引起的流動?？諝獾淖匀粚α魇强諝鉁囟扔呙芏扔?。當環(huán)境存在空氣溫差時，低溫密度大的空氣與高溫密度小的空氣之間形成壓力差（熱壓），產生自然對流。垂直表面:a2.04Atc水平表面（熱流向上）:a2.54Atc水平表面（熱流向下）:

16、a1.34Atc2）受迫對流由于外表面用饑依2吹3泵壓）而迫使流體產生對流。外力愈大，對流速度愈大。外表面：a=2+3.6v（冬季）ca=5+3.6v（夏季）c特點：單純的對流換熱過程是不存在的，對流的同時總伴隨著導熱。對流傳熱和對流換熱對流傳熱：只發(fā)生在流體之間，流體之間發(fā)生相對運動傳遞熱能。對流換熱：包括流體之間的對流傳熱，也包括流體與固體之間的導熱過程。表面對流換熱量取決因素：空氣流動狀況、結構所在的位置、壁面狀況、熱流方向等。表面對流換熱量的表示式：牛頓公式。即:表面對流換熱量取決于“邊界層”。指由壁面到氣溫恒定區(qū)之間的區(qū)域，包括層流區(qū)、過渡區(qū)、紊流區(qū)。在層流區(qū)內以空氣導熱傳遞熱量。1

17、.3.3輻射指熱量以電磁波的形式把熱量由一個物體傳向另一個物體的現象。熱能輻射能熱能1）物體的輻射特性按物體的輻射光譜特性，可分為黑體、灰體和選擇性輻射體三大類。黑體：能發(fā)射全波段的熱輻射能力，在相同的溫度條件下，輻射能力最大?；殷w：其輻射光譜具有與黑體輻射光譜相似的形狀，且對應每一波長的單設輻射能力與同溫同波長的黑體的比值為一常數.用“發(fā)射率”或“黑度”表示。C=£Cb選擇性輻射體：其輻射光譜與黑體光譜截不同,甚至有的只能發(fā)射某些波長的輻射線。一般建筑材料都可看作灰體。一個物體對外來的入射輻射可以有反射、吸收、和透射3種情況，他們與入射輻射的比值分別叫作物體對輻射的反射系數Y、吸收

18、系數P、透射系數T。以入射輻射為1,則Y+p+t=1。白體：對外來輻射全反射的物體，Y=1透明體：對外來輻射全透過的物體，T=1黑體和灰體的全輻射能力與其表面的絕對溫度的四次冪成正比，即:(T4E=C1100丿黑體不但能將一切波長的外來輻射完全吸收，也能向外發(fā)射一切波長的輻射。黑體單色輻射力的最大值隨著黑體溫度升高而向波長較短一邊移動，對應于這一輻射力為最大值的波長與黑體絕對溫度的關系用公式表示：2898九=maxT2) 物體表面對外來輻射的吸收與反射特性Y+p=1；對于任一特定的波長，P=£玻璃對太陽輻射中的大部分波長的光可以透過，而對一般常溫物體所發(fā)射的輻射(多為遠紅外線)則透射

19、率很低。3) 物體之間的輻射換熱任何物體都具有發(fā)射輻射和對外來輻射吸收反射的能力，所以在空間任意兩個相互分離的物體，彼此間就會產生輻射換熱。ATRr1.3.4圍護結構的傳熱過程通過圍護結構的傳熱要經過三個過程:表面吸熱結構本身傳熱表面放熱兩表面間的輻射量主要取決于表面的溫度，表面發(fā)射和吸收輻射的能力,以及它們之間的相互位置。q-qc+qr-ac(°t)+a”(0-t)表面換熱量是對流換熱量與輻射換熱量之和，即：二(a+a)(0t)二a(0t)2）結構傳熱“單層均質平壁”僅在x方向有熱流傳遞，即一維傳熱或單向傳熱。q=（0_0）die第2章建筑圍護結構的傳熱計算與應用建筑圍護結構r透明

20、部分不透明部分:周期熱作用<«><*)窗玻璃幕墻陽臺門上部墻屋頂樓板2.1穩(wěn)定傳熱2.1.1一維穩(wěn)定傳熱特征一維傳熱：有一厚度為d的單層均質材料，當其寬度與高度的尺寸遠遠大于厚度時，則通過平壁的熱流可視為只有沿厚度一個方向。一維穩(wěn)定傳熱：當平壁的內、外表面溫度保持穩(wěn)定傳熱時，則通過平壁的傳熱情況亦不會隨時間變化，這種傳熱稱為一維穩(wěn)定傳熱。一維穩(wěn)定傳熱的特征：1）通過平壁的熱流強度處處相等。2）同一材質的平壁內部各個界面溫度分布呈直線關系。2.1.2勻質平壁的傳熱計算1、單層平壁傳熱1）內表面吸熱q=q+q=a(0一t)+a(0一t)=(a+a)(0一t)=a(0一t

21、)iq二a(t-0)iiiit-0ii1ai2）結構傳熱ATRiR=0.11(m2K)/Wi.0-0=九一i3）外表面放熱-0ATR=-(m2K)/W九九_(0、_0-1ATqe一ae(0e一9RR二Ogm2K)/Weeae熱流強度處處相等q二q二q、二qi入eATttiec-廠R+于+Rl九et-00-00-1iiteeiRRRi九e0二t-q（R+R）2、多層平壁傳熱q=Rttieddd,垸PF+Re123ttieR+R1+R2+R+R120=tqRiii0=tq(R+R)ii)10=t一q-(R+R+R)3ii)1丄20二t一q(R+R+R+R)ii九1)2K=1=0Ro丄+頁+丄a入a

22、ieKo平壁的傳熱系數物理含義：當ti-te=1°C時，單位時間內通過平壁單位表面積的傳熱量,W/(m2K)3、組合平壁傳熱組合壁：在建筑工程中，維護結構內部個別材料層常出現兩種以上材料組成的組合材料層。FR=T-(R+R用FFFie1-+2+.+nRRR0,10,20,n02.1.4封閉空氣間層的熱阻建筑設計中常用封閉空氣層作為圍護結構的保溫層?？諝忾g層中的傳熱方式:1導熱、對流和輻射2主要是對流換熱和輻射換熱封閉空氣層的熱阻取決于間層兩個界面上的邊界層厚度和界面之間的輻射換熱強度。在有限空間內的對流換熱強度與間層的厚度、間層的設置方向和形狀、間層的密閉性等因素有關。當熱面在上方時

23、，間層內可視為不存在對流。垂直空氣間層中口當間層厚度較薄時熱氣流和冷氣流相互干擾，形成局部環(huán)流，使邊界層減薄。口當間層厚度很薄時(dv05cm)氣流的流動困難，氣流近似為靜止，對流換熱很弱口當間層厚度增加(d>10cm)上升氣流和下降氣流干擾程度逐漸減小當厚度達到一定程度時，就與自然對流情況類似。水平空氣間層中當熱面在下方時，熱氣流的上升和冷氣流的下沉相互交替形成自然對流，此時自然對流換熱最強。SrfiiV4通過間層的輻射換熱量與間層表面材料的輻射性能和間層的平均溫度高低有關。1 純導熱換熱量2 對流換熱量3 總換熱量4 間層內有一表面貼有鋁箔5 間層內兩表面都貼有鋁箔可見：普通空氣間層

24、的傳熱量中輻射換熱占很大比例，要提高空氣間層的熱阻須減少輻射傳熱量。增大空氣層熱阻的措施:減小輻射換熱量（1）貼鋁箔（若單面貼，應貼在高溫一側）;（2）將空氣層設在低溫側。2.2建筑保溫與節(jié)能計算在嚴寒和寒冷地區(qū)，采暖建筑物耗熱量指標是建筑圍護結構熱工性能權衡判斷的依據，也是評價采暖建筑節(jié)能設計的一個重要指標。建筑物耗熱量指標：是指在采暖期室外平均溫度條件下，采暖建筑為保持室內計算溫度，單位建筑面積在單位時間內消耗的、需由室內采暖設備供給的熱量，單位W/m2。1）計算單位建筑面積通過圍護結構的傳熱耗熱量qH.T：（、qH廠（Le）乞£.KF1-1-1/A<i=1丿0在不同地區(qū)、

25、不同朝向的圍護結構，因受太陽輻射和天空輻射的影響，使得其在兩側空氣溫度同樣為1K情況下，在單位時間內通過單位面積圍護結構的傳熱量有改變，故需要修正圍護結構傳熱系數。2）計算單位建筑面積的空氣滲透耗熱量qINF：q=(t-1)(C-P-N-V)/AINFieP03）建筑物耗熱量指標計算建筑物耗熱量指標計算式：|qH=qHT+qINF-qH采暖耗煤量：是指在采暖期室外平均溫度條件下，為保持室內計算溫度，單位建筑面積在一個采暖期內消耗的標準煤量，單位kg/m2。建筑采暖耗煤量：|q二24-Z-q/HqqcHC122.3周期性不穩(wěn)定傳熱不穩(wěn)定傳熱當外界熱作用隨時間而變時，圍護結構內部的溫度和通過圍護結

26、構的熱流量也將發(fā)生變化，這種傳熱過程，稱為不穩(wěn)定傳熱。周期性不穩(wěn)定傳熱外界熱作用隨著時間呈現周期性的變化，叫做周期性不穩(wěn)定傳熱。平壁在諧波熱作用下具有以下幾個基本傳熱特征：1）室外溫度和平壁表面溫度、內部任意截面處的溫度都是同一周期的諧波動，亦即均可用諧量表示。2）從室外空間到平壁內部，溫度波動振幅逐漸減小溫度波動的衰減。3）從室外空間到平壁內部，溫度波動的相位逐漸向后推延溫度波動的相位延遲。諧波熱作用下材料和圍護結構的熱特性指標材料的蓄熱系數（S）:指均質半無限大體，在一側受諧波熱作用時，迎波面（即直接受到外界熱作用的一側表面）上熱流振幅與溫度振幅的比值：（2）材料層的熱惰性指標（D）：表征

27、材料從受到波動熱作用后，背波面（若波動熱作用在外側，則指其內表面）上溫度波動劇烈程度的指標：|d二r.s2.4 建筑隔熱設計控制指標計算2.4.1室外綜合溫度室外綜合溫度：|t=t亠PJ打saealret室外綜合溫度，9;sat室外氣溫，9;eP圍護結構外表面對太陽輻射熱的吸收系數；sI太陽輻射強度，W/m2；a外表面換熱系數，W/m2K；et外表面有效長波輻射溫度，°C。屋面t1r=35°C；外墻1r1rt,=35°C。1rEW12J-iJtiJEi2024甘出理時間d和桿盤劃韜射熱忤用卜'蕪建筑的燧幀蠱度實瀏結累不同朝向的室夕隊合醤度1-水平面2-東向

28、垂直曠西向垂言而厘季室外綜合溟度的組成1-室外綜合溫度2-室外空氣溫度3-丈陽輻射當量泡綜合溫度最大值:綜合溫度平均值:t二t+Asa:maxsatsaealr綜合溫度的晝夜波動振幅:A二(A+A)0tttsaes太陽輻射等效溫度振幅:(I-1)plmaxstsae2.4.2隔熱設計標準隔熱設計標準就是圍護結構的隔熱應當控制到什么程度？對于自然通風房間，外圍護結構的隔熱設計主要控制其表面溫度值，因此,要求外圍護結構具有一定的衰減度和延遲時間，保證內表面溫度不致過高，以免向室內和人體輻射過多的熱量引起房間過熱，惡化室內熱環(huán)境。隔熱設計標準一一隔熱控制指標1、通常情況下，屋頂和西（東）外墻內表面最

29、高溫度應滿足下式要求:9<t2、對于夏季特別炎熱地區(qū)，應滿足：0<ti,maxe,max3、當外墻和屋頂采用輕型結構（如加氣混凝土）時，應滿足：0Wt+0.5i,maxe,max4、當外墻和屋頂內側采用復合輕質材料（巖棉、泡沫塑料等）時，應滿足：0Wt+1i,maxe,maxi,maxe,max建筑中利用太陽能從節(jié)能角度考慮從衛(wèi)生角度考慮第3章建筑保溫與節(jié)能3.1建筑保溫與節(jié)能設計策略1）充分利用太陽能冷風對室內熱環(huán)境的影響：1、冷風滲透2、增大外表面的散熱量2）防止冷風的不利影響措施：1、應不使大面積外表面朝向冬季主導風向。2、應在迎風面上盡量少開門窗或其他孔洞。3、在嚴寒地區(qū)還

30、應設置門斗。3）選擇合理的建筑體形與平面形式外表面面積越大、曲折越多對建筑保溫與節(jié)能越不利。體形系數F建筑物與室外大氣接觸的外表面積建筑物與室外大氣接觸的外表面積所包圍的體積4）房間具有良好的熱工特性、建筑具有整體保溫和蓄熱能力。5）建筑保溫系統科學、節(jié)點構造設計合理。6）建筑物具有舒適、高效的供熱系統。3.2非透明圍護結構的保溫與節(jié)能3.2.1建筑保溫與最小傳熱阻法最小傳熱阻：指在建筑熱工的設計與計算中，容許采用的圍護結構傳熱阻的下限值。規(guī)定的目的：防止內表面冷凝，以及限制內表面與人體之間的輻射換熱量過大而是人體受涼。最小傳熱阻（低限熱阻）R=（ti）nRO，minAtiti一冬季室內計算溫

31、度，°C；te冬季室外計算溫度，C；n溫差修正系數；Ri內表面熱轉移阻，（m2K/W）t室內氣溫與外墻（或頂層）內表面之間的允許溫差，C。3.2.2建筑節(jié)能與傳熱系數限值法1）居住建筑的保溫與節(jié)能采暖居住建筑節(jié)能的三個階段：第一階段：1986年以后新建的采暖居住建筑，在1980-1981年當地通用集合式住宅設計能耗水平基礎上，普遍降低能耗30%。第二階段：1996年起在與第一階段相同的基礎上節(jié)能50%。第三階段：在達到第二階段要求的基礎上再節(jié)能30%，從而達到節(jié)能65%的目標。在不同的節(jié)能階段中，建筑圍護結構所承擔的節(jié)能比例分別是：20%、35%和50%。采暖區(qū)地居住建筑包括：住宅、

32、集體宿舍、招待所、旅館、托幼等95標準表3-1部分地區(qū)采暖居住建筑部分圍護結構的傳熱系數限制4.12-1嚴護結構熱工性能參數限值圍護結構部位'傳熱feffiKlW幾訐-K)瘡3層建筑IW）層前建筑工9層建筑屋面1).21)0.25ais外墻IJ.Z5M41)a5i)架空或外桃變樁.1).30(1.41)Ik4IF非采曜地下至頂板1).351).45ft45分宛罠隈與非裝暖空聞斕墉1.11.21.2頒朝S與非裝暖空間的戶門1.5J.5l.s陽臺門下聽門芯板1.11.1J.22）公共建筑的保溫與節(jié)能新建公共建筑節(jié)能：第一階段：節(jié)能50%。第二階段：在2010年以后新建的采暖公共建筑在第一階

33、段基礎上再節(jié)能30%,實現節(jié)能65%的目標。根據公共建筑節(jié)能設計標準GB50189-2005，建筑實現節(jié)能50%目標時，建筑非透明圍護結構的熱工設計要求：A、嚴寒、寒冷地區(qū)建筑的體形系數應0.4；B、在一定的氣候分區(qū)中，圍護結構傳熱系數不得大于限值。表4.2.2-1嚴寒地區(qū)A區(qū)圍護結構傳熱系數限值圉護結構韶位體形系數W0.3傳熱兼數KW/(L3町萍形系數荃0.4傳熱承數KW/(nr-Kj屋面外墻(包括非透明幕墻)0.40底直按融室外空氣的架空或外挑樓阪訥45W(L40非采履房間與采腹房間的隔體或摟板0.6窗墻面積比百山2冬3.047單一朝向外窗1包括透0.2窗墻面積比"32.8450

34、,3窗爛面積比$0.42.20.4窗墻面積比w山5毛20匕£窗艦面積比scl.7屋頂遶岀部分瑤233)非透明圍護結構的傳熱系數計算圍護結構的傳熱系數K應按下列公式計算:K=1/R;R=RQR+R(m2K)/W00ie外墻平均傳熱系數Km應按下列公式計算：KF+KF+KF+KFK=Ppblblb2b2bnbn'|W/(m2K)mF+F+F+Fpblb2bn3.2.3建筑能耗控制與圍護結構熱工性能權衡判斷法在居住建筑節(jié)能設計標準中，在控制圍護結構各部位最大傳熱系數的前提下，以最終控制建筑物折合在單位建筑面積上的耗熱量指標和耗煤量指標為目標。圍護結構熱工性能的權衡判斷是建立在控制建

35、筑物總能耗的基礎，是種性能化的設計方法。比較實際設計的建筑節(jié)能設計參數w標準要求，無需權衡判斷，實際建筑滿足節(jié)能規(guī)范要求。實際設計的建筑節(jié)能設計參數標準要求，應進行耗熱量指標的權衡判斷。3.2.4 樓地面的保溫節(jié)能與熱舒適性一方面從建筑節(jié)能的要求考慮，另一方面應從人體的健康、舒適以及采暖方式等綜合考慮。1）樓面的熱工設計吸熱指數B越大，從人腳吸取的熱量越多越快。木地面B=105，水磨石地面B=26.8。類別吸熱指數BW/(m2h-1/2K)適用的建筑類型代表性地面材料IV17高級居住建筑，托幼、醫(yī)療建筑等木地面、塑料II17-23一般居住建筑，辦公、學校建筑等水泥砂漿皿>23臨時逗留以及

36、室溫高于23°C的采暖建筑水磨石樓面的傳熱系數計算公式：K=1/R;R=R+工R+R(m2K)/W00ie當樓板上下為居室時，Ri=Re=0.11(m2K/W)；當樓板接觸室外空氣時，Ri=0.11(m2K/W)；Re=0.05(m2K/W)；當樓板是地下室或地下停車庫的頂部時，Ri=0.11(m2.K/W)；Re=0.08(m2.K/W)。2) 底層地面的熱工設計周邊地面是距外墻內表面2m以內的地面，其他地面均為非周邊地面。嚴寒地區(qū)公共建筑的周邊地面熱阻不小于2.0(m2K/W)，非周邊地面熱阻不小于1.8(m2K/W)。捲面溫度豊布舉例地面熱阻Rg應按下列公式計算：|r=工R十R

37、gi3.3保溫材料與構造3.3.1保溫材料絕熱材料：指導熱系數小于0.3,并能用于絕熱工程的材料。保溫材料：把用于控制室內熱量外流的材料叫保溫材料。隔熱材料：防止室外熱量進入室內材料的叫隔熱材料。影響材料導熱系數的因素：密實性內部空隙的大小、數量、形狀材料的濕度材料骨架部分的化學性質工作濕度常溫下，影響最大的是密度和濕度。1）密度對導熱系數的影響在干燥狀態(tài)下，材料的導熱系數主要取決于其骨架成分的性質以及孔隙中的熱交換規(guī)律。材料中孔隙所占的體積與材料整體體積的百分比，叫做材料的“孔隙率”，用N表示，則：VN=x100%V2Vl孔隙所占的體積，m3；V2材料整體體積，m3。妓理棉彳娛系較勺密發(fā)約關

38、系絕熱材料骨架成分的密度相差很小，因此,密度能很好地表明材料孔隙率的大小。密度越小，孔隙率越大。而導熱系數隨孔隙率的增加而減小，隨孔隙率的減少而增大。也就是說，密度越小，導熱系數也越小，反之亦然。2）濕度對導熱系數的影響材料中含水量的多少，以“重量濕度”或“體積濕度”來表示。重量濕度是指試樣中所含水分的重量與絕干狀態(tài)下試樣重量的百分比，即GgO=12X100%WG23W材料的重量濕度，%；G_濕試樣的重量，Kg;G2絕干狀態(tài)時試樣的重量，Kg。體積濕度是以濕試樣中水分所占的體積與整個試樣體積的百分比表示的，即Vw=1x100%VV2V體積濕度，%；V1試樣中水分所占的體積，m3；V2整個試樣的

39、體積，m3。重量濕度可以直接測定，而體積濕度則要由重量濕度按下式換算:時砌體導熱系數與重量濕度怖關系Vw=w%V1000Wr材料的干密度，Kg/m3；1000水的密度，Kg/m3。除密度和濕度外，溫度和熱流方向對材料導熱系數也有一定影響。溫度越高，導熱系數越大。熱流方向的影響主要表現在各向異性材料，如木材、玻璃纖維等，當熱流平行纖維方向時，導熱系數較大，當熱流垂直于纖維時，導熱系數較小。elBxyHzIEPieJE事3）保溫材料的選擇首先要考慮其物理性能；同時應了解材料的強度、耐久度、耐火及耐侵蝕性，是否滿足要求；經濟性要求；辟年聃林粘陽、采股費斗惺亞祐轉朋起的黃書3.3.2保溫構造的類型保溫

40、構造大致可以分為以下幾種類型：單設保溫層：用導熱系數很小的材料作保溫層起主要保溫作用。封閉空氣間層保溫與承重相結合混合型構造3.3.3單設保溫層復合構造的形式及特點單設保溫層復合墻體分為以下幾種類型：內保溫：保溫層在承重層地室內側。外保溫：保溫層在承重層地室外側。夾芯保溫：保溫層設置在兩層密實結構層的中間。Ibde外保溫層設査丁內怖面層X承重層曠空氣層4棵溫層曠外怖面層外保溫的優(yōu)點：1、使圍護結構主要部分受到保護，以減小溫度應力的作用;2、對結構及房間的熱穩(wěn)定性有利；3、對防治圍護結構內部結露有利；4、減小熱橋的作用，并能防止熱橋內表面不結露；5、便于舊房改造。賣內一ii內保溫外諜絡3.3.5

41、倒鋪屋面即防水層不設在保溫層上邊，而是倒過來放在保溫層底下。簡稱USD構法。USD構造方法示例3.4透明圍護結構的保溫與節(jié)能建筑物的透明圍護結構是指有采光、通視功能的外窗、外門、陽臺門、透明玻璃幕墻和屋頂的透明部分等。3.4.1外窗與透明幕墻的保溫與節(jié)能窗戶保溫性能低的原因主要是縫隙空氣滲透和玻璃、窗框和窗樘等的熱阻太小。為了有效地控制建筑的采暖耗熱量，在建筑節(jié)能設計規(guī)范中，嚴格要求控制外窗（包括透明幕墻）的面積。其指標是窗墻面比，即：某一朝向的外窗洞口面積與同一朝向外墻面積之比。嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準JGJ26-2010中規(guī)定：窗墻面積比為窗戶洞口面積與房間立面單元面積（即建筑層

42、高與開間定位線圍成的面積）之比。嚴寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準JGJ26-2010表丘f.4嚴寒和寒冷地直居住蘿筑的窗墻面積比限值朝向窗惴面積比嚴寒地區(qū)寒冷地IZ北<kJll東、西仇3n1L3S南劉*4£淳：I敞開式陽臺的陽臺門上部諼明部升應計入窗戶面積，下部不透朋部井不應計入窗戶面積口2表中的窗墻面根比應按開間計算a表中的”北“代鬆從北偉東小于的"至北偏西小于石的范囲；”東、西”代表從東或西偽北小于等于主至儲南小于血的范國:：”南”代表從南幅塞小于等于帥"至館西小于等于應從以下幾方面做好外窗的保溫設計：1）提高氣密性，減少冷風滲透我國的有關規(guī)定，在窗兩

43、側空氣壓差為10Pa的條件下，單位時間內每米縫長的空氣滲透量ql的允許標準如下：在底層和多層建筑中應不大于2.5m3/（mh）在中、高層建筑中應不大于1.5m3/（mh）2）提高窗框保溫性能將薄壁實腹型材改為空心材，內部形成封閉空氣層，提高保溫能力。開發(fā)塑料構件和斷橋隔熱復合型窗框材料，有效提高窗的保溫性能。窗框與墻體之間的連接處理成彈性構造，其間的縫隙用防潮型保溫材料填塞，并采用密封膠、密封劑風密封。3）改善玻璃的保溫能力增加窗扇層數，提高窗玻璃部分的保溫能力。采用LowE中空玻璃、惰性氣體的LowE中空玻璃等，提高窗玻璃部分的保溫能力。3.4.2外門的保溫與節(jié)能外門包括戶門（不采暖樓梯間）

44、、單元門（采暖樓梯間）、陽臺門以及與室外空氣直接接觸的其他各式各樣的門。外門的空氣滲透耗熱量特別大，在建筑設計中，應當盡可能選擇保溫性能好的保溫門。嚴寒地區(qū)，外門窗、幕墻的細部構造設計應符合以下要求：1）門窗、幕墻的面板縫隙應采取良好的密封措施。玻璃或非透明面板四周應采用彈性好、耐久的密封條或密封膠密封。2）開啟扇應采用雙道或多道密封，并用彈性好、耐久的密封條。推拉窗開啟扇四周應采用中間帶膠片毛條或橡膠密封條密封。3）門窗、幕墻周邊與墻體或其他圍護結構連接處應為彈性構造，采用防潮型保溫材料填塞，縫隙應采用密封劑或密封膠密封。4）外窗、幕墻應進行結露驗算，在設計計算條件下，其內表面溫度不宜低于室

45、內的露點溫度。驗算應符合建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程的規(guī)定。5）玻璃幕墻與隔墻、樓板或梁之間的間隙以及幕墻的非透明部分內側，應采用高效、耐久、防火性能好的保溫材料進行保溫，保溫材料所在空間應充分隔氣密封，防止冷凝水進入保溫材料中。6）西向外窗、玻璃幕墻仍然需要設置一定的夏季遮陽構件。3.5被動式太陽能利用設計在建筑中利用太陽能的方式，根據運行過程中是否需要機械動力，分為：“主動式”：需要機械動力驅動才能達到采暖和制冷的目的?！氨粍邮健保翰唤柚跈C械動力，讓建筑本身作為一個利用太陽能系統。3.5.1直接受益式特點：升溫快，構造簡單。但需布置足夠的儲熱材料，保持比較穩(wěn)定的室內溫度。窗戶的夜間保溫裝

46、置應盡可能放在窗戶的外側，并盡可能地嚴密。3.5.2集熱墻式特點：通過加熱夾層內的空氣，使夾層內的空氣與室內空氣密度不同，通過上陽光熱損失集熱曙萍下通風口形成自然對流，上通風口將熱空氣送進室內。同時，部分熱量也可通過集熱墻體導熱傳入室內。按照通風口的有無和分布情況分為三類：無通風口、在墻頂端和低端設有通風口和墻體均布通風口。3.5.3附加日光間式“附加日光間”是指那些由于直接獲得太陽能而使溫度產生較大波動的空間。暖廊式日光間抱合式附加陽光間的平面示意由日光間到房間的熱量傳遞方法：1、太陽能通過日光間與房間之間的玻璃門直接射入室內；2、日光間的熱量借助于自然對流或小的風扇直接傳送到房間；3、通過

47、日光間與房間之間的墻體傳導、輻射給房間。3.5.4被動式太陽能采暖與建筑設計相結合1、在設計時要布置足夠的蓄熱體，使太陽輻射能得到更好的儲存和放散,提高室溫。2、為保證南向主要房間能夠達到較高的太陽能供暖，房間的進深不宜太大，以進深不大于層高的1.5倍為宜。3、集熱墻體的厚度要適宜，保證最大的蓄熱量和夜間的供熱量。第4章外圍護結構的濕狀況決定外圍護結構的濕度狀況的主要因素用于結構中材料的原始濕度；施工過程中進入材料的水分；由于毛細管作用，從土壤滲透到圍護結構中的水分；由于受雨、雪的作用而滲透到圍護結構中的水分；使用管理中的水分；由于材料的吸濕作用，從空氣中吸收的水分；空氣中的水分在圍護結構表面

48、和內部發(fā)生冷凝。4.1建筑圍護結構的傳濕4.1.1 材料的吸濕特性材料的吸濕：把一塊干的材料試件置于濕空氣之中，材料試件會從空氣中逐步吸收水蒸氣而受潮。平衡濕度：處于熱濕平衡最大吸濕濕度：在相對濕度為100%條件下的平衡濕度。材料吸濕機理分三種狀態(tài):在低濕度時為單分子吸濕在中等濕度時為多分子吸濕在高濕度時為毛細吸濕020°C時不同相對濕度的平衡濕度平均值4.1.2 外圍護結構的水分遷移水分遷移的條件：壓力差、濕度差、溫度差材料內所包含的水分、可以以三種形態(tài)存在：氣態(tài)（水蒸汽）液態(tài)（液態(tài)水）固態(tài)（冰）在材料內部可以遷移的只有兩種相態(tài)： 一種是以氣態(tài)的擴散方式遷移（又稱水蒸汽滲透）當材料

49、濕度低于最大吸濕濕度時，材料中的水分尚屬吸附水，這種吸附水分的遷移，是先經蒸發(fā)，后以氣態(tài)形式沿水蒸汽分壓力降低的方向或沿熱流方向擴散遷移。 一種是以液態(tài)水份的毛細滲透方式遷移。當材料材濕度高于最大吸濕濕度時，材料內部就會出現自由水，這種液態(tài)水將從含濕量高的部位向低的部位產生毛細遷移。圍護結構的蒸汽滲透蒸汽滲透過程是物質即水蒸汽分子的轉移過程穩(wěn)態(tài)下水蒸汽滲透過程的計算與穩(wěn)定傳熱的計算方法相似，即在穩(wěn)態(tài)條件下、單位時間內通過單位面積圍護結構的蒸汽滲透量與室內外水蒸汽分壓力差成正比，與滲透過程中受到的阻力成反比ipi11051Hep375em-1一P=P®£Hmijj=1H=H+

50、H+H+.+H+HOi12ne=H+區(qū)丄+H工diLXeLXi=1ii=1i11因為：H=-（垂直表面）i卩125.3i11H=-（熱流向上）i卩150i11H=-（熱流向下）4.1.3內部冷凝的檢驗步驟(1) 根據室內外空氣的溫度和相對濕度，確定水蒸汽分壓力Pi和Pe,然后計算圍護結構各層的實際水蒸汽分壓力，并作出實際水蒸汽分壓(P)的分布線。(2) 根據室內外空氣溫度，確定圍護結構各層的溫度，按附錄查出相應的飽和水蒸汽分壓力Ps.并畫出曲線。(3) 根據Ps線和P線相交與否來判定圍護結構內部是否會出冷凝現象如P線與Ps線不相交，說明內部不會產生冷凝；若相交.則內部有冷凝。材料的水蒸氣滲透系

51、數出現由大變小的界面，因水蒸氣至此遇到較大的阻力，最易發(fā)生冷凝現象，把這個最易出現冷凝，而且凝結最嚴重的界面，叫做圍護結構內部的冷凝界面。M-*1-i.洌-''%外冷凝強度的計算®=®cP-PS,CBHO,e=24®Zc,ochP-P-®=AS,C2HO,i24®ZAw=c_lx100%1000dpii例4-1試檢驗如圖所示的外墻結構是否會產生內部冷凝。已知ti=16°C,©尸60%，米暖期室外平均氣溫te=-4.0C，平均相對濕度©e=50%。解：(1)計算各分層的熱阻和水蒸汽滲透阻口由此得：R0=0.11+0.461+0.04=0.611m2K/WH0=2517.13m2hPa/g(2)計算水蒸氣實際分壓力：P線滬16時，Ps=817.2Pa,Pi=1817.2x0.60=1090.3Pate=40C時，Ps=437.3PaAPe=437-3x0.50=218.7PaP-P1090.3-218.7八“廠=e=0.346H2517.130P=1090.3Pa1P=