建筑物理課件

建筑物理課件第一頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日建筑物理學建筑熱環(huán)境建筑聲環(huán)境建筑光環(huán)境第二頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日建筑物理學對建筑設計師的作用建筑物理學是培養(yǎng)高級建筑設計人才不可缺少的專業(yè)基礎課程。建筑設計人員必須掌握一定的建筑物理知識，否則就不可能完滿的解決有關熱、光、聲環(huán)境的設計問題，也就不可能保證現(xiàn)代建筑應有的設計質量。第三頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日序言一、什么是建筑熱環(huán)境為人們創(chuàng)造良好的室內環(huán)境是建筑設計的任務之一，其中熱環(huán)境則是評價室內環(huán)境優(yōu)劣的一個重要方面。建筑熱環(huán)境第四頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日室內熱環(huán)境主要包括室內溫度、濕度、空氣流動速度和熱輻射強度。創(chuàng)造良好的室內熱環(huán)境可以用建筑（即建筑規(guī)劃和設計）的手段和設備（即采暖、空調）的手段來實現(xiàn)。第五頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日根據(jù)國內外學者對已有建筑的熱環(huán)境分析研究表明：在針對不同的室外氣候條件創(chuàng)造良好的室內熱環(huán)境方面，建筑設計起著主導作用，設備的配合對創(chuàng)造適宜環(huán)境雖不可忽視，但畢竟是第二位的；特別是當建筑設計考慮不周、只靠設備來解決時，不僅消耗更多能源，而且也達不到最佳效果。同時過去一些優(yōu)秀的建筑實例使我們看到，如果建筑處理得好，即使在很不利的室外氣候條件下，仍然能夠創(chuàng)造出較為舒適的室內熱環(huán)境。第六頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日二、建筑環(huán)境在建筑設計中的應用必須認識到，從建筑規(guī)劃、設計到局部的構造設計，甚至施工管理，自始自終都涉及建筑環(huán)境的有關知識和技能。如：第七頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日1、在建筑規(guī)劃設計中，如不考慮噪聲的危害，而將有強烈噪聲的工廠布置在居住區(qū)內，必將嚴重影響居民的生活和休息。房間的朝向間距不合理，則在炎熱地區(qū)必將加重室內過熱現(xiàn)象；而在寒冷地區(qū)，又會因得不到應有的日照而影響室內衛(wèi)生。第八頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日2、在單體設計中，由于大多數(shù)建筑物都有對熱、光、聲的具體要求，且在許多情況下，這些要求對房屋的使用質量具有重大甚至是決定性意義，當然就更離不開建筑物理技術。第九頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日三、課程要求理論課部分：1、重點掌握基本概念和設計原則2、重視材料的有關性能和構造設計技能3、了解計算公式的物理意義并能進行計算實驗部分：1、課前預習，課后寫出實驗報告2、遵守實驗規(guī)則第十頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日本篇主要內容建筑熱工學基礎知識建筑圍護結構的傳熱原理及計算建筑保溫設計外圍護結構的濕狀況建筑防熱建筑日照第十一頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日第一章建筑熱工學基礎知識建筑中的傳熱現(xiàn)象圍護結構傳熱基礎知識濕空氣的物理性質室內熱環(huán)境室外熱環(huán)境第十二頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日第一節(jié)建筑中的傳熱現(xiàn)象熱量的傳遞稱傳熱。在自然界中，只要存在著溫差，就會有傳熱現(xiàn)象，而且熱能是由溫度較高的部位傳至溫度較低的部位，其方式有輻射、對流和導熱三種。第十三頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日

輻射傳熱，是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(xiàn)象。

對流傳熱，是指流體與流體之間、流體與固體之間發(fā)生相對位移時所產(chǎn)生的熱量交換現(xiàn)象。導熱是指同一物體內部或相接觸的兩物體之間由于分子熱運動，熱量由高溫處向低溫處轉換的現(xiàn)象。

第十四頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日建筑物的傳熱并非以某一種傳熱方式單獨進行，而大多是輻射、對流、導熱三種方式綜合作用的結果。圖1—1為當屋頂上被太陽照射時的受熱情況。圖1—2為室內供暖設備與室內空氣的熱交換情況。第十五頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日第十六頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日第十七頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日正常情況下的人體溫度約為36.5℃，為了保持體溫，人體不間斷地向周圍環(huán)境散發(fā)熱量。人體與室內環(huán)境的換熱也是同時以三種方式進行，室內空氣溫度、風速和圍護結構內表面溫度共同決定著人體的散熱量。這正是在相同室內空氣溫度下，夏季與冬季人體熱感覺完全不同的原因。第十八頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日第二節(jié)圍護結構傳熱基礎知識熱量傳遞有三種基本方式，即導熱、對流和輻射。自然界中的傳熱過程無論多么復雜和多種多樣，都是這三種方式的不同組合。因此為了有的放矢地解決建筑中的熱工問題，必須首先分別研究這三種方式各自的傳熱機理和規(guī)律，再考慮它們的一些典型組合過程。第十九頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日一、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。在固體、液體和氣體中都存在導熱現(xiàn)象，但在不同的物質中導熱的機理是有區(qū)別的。

在熱工計算中，可以認為在固體建筑材料中的熱傳遞僅僅是導熱過程。第二十頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日1．溫度場、溫度梯度和熱流密度在物體中，熱量傳遞與物體內溫度的分布情況密切相關。物體中任何一點都有一個溫度值，一般情況下，溫度t是空間坐標x，y，z和時間τ的函數(shù)，

t=f(x，y，z，τ)這種物體內各點的溫度分布，稱為溫度場。第二十一頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日若溫度場隨時間而變，則稱為不穩(wěn)定溫度場。如果溫度場不隨時間而變化，就稱為穩(wěn)定溫度場即

t=f(x，y，z，)

若溫度只沿一個方向變化（如x軸），則此溫度場稱為一維穩(wěn)定溫度場即

t=f(x)。

第二十二頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日溫度場中同一時刻由相同溫度各點相連成的面叫做“等溫面”。等溫面圖就是溫度場的形象表示。因為同一點上不可能同時具有多于一個的溫度值，所以不同溫度的等溫面絕不會相交，參見圖1—3。沿與等溫面相交的任何方向上溫度都有變化，但只有在等溫面的法線方向上變化最顯著。溫度差Δt與沿法線方向兩等溫面之間距離Δn的比值的極限，叫做溫度梯度，表示為：第二十三頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日顯然，導熱不能沿等溫面進行，而必須穿過等溫面。在單位時間內，通過等溫面上單位面積的熱量稱為熱流密度或熱流強度。設單位時間內通過等溫面上微元面積dF[m2]的熱量為dQ[W]則熱流密度可表示為:第二十四頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日

2．傅立葉定律在各向同性的物體中，任何地點的熱流都是向著溫度較低的方向傳遞的。法國數(shù)學家傅立葉Fourier)在研究固體導熱現(xiàn)象時提出：一個物體在單位時間、單位面積上傳遞的熱量與在其法線方向的溫度變化率成正比。用公式表示為：式中：λ-----表示材料導熱能力的系數(shù)，稱導熱系數(shù)，Ｗ／（ｍ·Ｋ）；負號是因為熱流有方向性，是以從高溫向低溫方向流動為正值；溫度也是一個向量，以從低到高為正，二者相反，如圖1－3。第二十五頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日t＋Δttnt－Δtq圖1－3溫度梯度與熱流方向第二十六頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日3．導熱系數(shù)導熱系數(shù)（λ）的物理意義是，在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下當材料層厚度為1m、兩表面的溫差為1℃時，在1小時內通過1m2截面積的導熱量。它是反映材料導熱能力的主要指標。第二十七頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日氣體導熱系數(shù)最小，例如空氣在常溫、常壓下的導熱系數(shù)為0.029Ｗ／(ｍ·Ｋ)，靜止不流動的空氣具有很好的保溫能力；液體的導熱系數(shù)則一般大于氣體，如水在常溫常壓下，其導熱系數(shù)為0.58Ｗ／(ｍ·Ｋ)，為空氣的２０倍；金屬的導熱系數(shù)最大，如建筑鋼材的導熱系數(shù)為58.2Ｗ／(ｍ·Ｋ)；非金屬固體材料，如大部分建筑用材料，其導熱系數(shù)一般均低于金屬材料。工程上常將λ<0.25的材料稱為隔熱保溫材料，如礦棉、泡沫塑料、膨脹珍珠巖等等。第二十八頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日各種建筑材料的“λ”值相差很大，就是同一材料的“λ”值，還要受溫度、濕度和密度等因素的影響，現(xiàn)分述如下：

（１）溫度的影響經(jīng)驗證明，對于大多數(shù)建筑材料在一定溫度范圍內，導熱系數(shù)與溫度間呈線性關系。即：λ＝λ0(1＋bt)第二十九頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日式中：λ0——0℃時的導熱系數(shù)；

t——材料所處的溫度，℃；ｂ——由實驗確定的常數(shù)。在一般工程中，導熱系數(shù)常取材料實際所處的溫度范圍內的算術平均值，并把它當作常數(shù)。圖1－4材料導熱系數(shù)表達圖示第三十頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日（２）濕度的影響各種材料與潮濕的空氣接觸后，材料表面總會吸收一些水分，在一定的大氣壓力和濕度條件下，材料的吸濕量為一常數(shù)。稱為自然環(huán)境下的平衡含濕率。材料的含濕率可以用重量濕度或體積濕度表示。平衡含濕率的大小則取決于材料的物質特性和孔隙比。各種材料的平衡含濕率可以有很大不同。如重混凝土長期在相對濕度為90％的空氣中，則其平衡含濕率以重量濕度表示約為2％，而紅磚在同樣情況下重量濕度只是在0.3％～0.7％之間。圖1－5及1－6為幾種材料以重量濕度表示的平衡含濕率。第三十一頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－5礦棉、紅磚在不同濕度環(huán)境中平衡含濕率曲線1、紅磚2、礦棉第三十二頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－6泡沫混凝土（ρ＝800kg/m3）中的平衡含濕率曲線第三十三頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日重量濕度ωw是指材料中所含水分的重量與絕干狀態(tài)下材料重量的百分比，即：式中：Ｇ1——濕材料的重量，kg；Ｇ2——絕干狀態(tài)時材料的重量，kg。體積濕度ωv是以材料中水分所占的體積與整個材料體積的百分比，即：第三十四頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日式中：V1一－材料中水分所占體積，ｍ3；V2－－整個材料的體積，ｍ3。重量濕度可以直接測定得出，體積濕度則需由重量濕度換算得出，換算公式為：式中：ρ一－材料的干密度，kg／ｍ3；1000－－水的密度，kg／ｍ3。第三十五頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日材料受潮后，其導熱系數(shù)將顯著增大，這是由于孔隙中有了水分以后，不但增加了水蒸汽擴散的傳熱量，還增加了毛細孔中液態(tài)水分所傳導的熱量，一般情況下水的導熱系數(shù)約為0.58Ｗ／(ｍ·

Ｋ)，冰的導熱系數(shù)約為2.33Ｗ／(ｍ·

Ｋ)，都遠大于空氣的導熱系數(shù)（約為0.03Ｗ／(ｍ·Ｋ)，因此水或冰取代孔隙中的空氣必然使其導熱系數(shù)加大。圖1－7和1－8分別表示磚砌體和加氣混凝土的導熱系數(shù)與濕度的關系。第三十六頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－7磚砌體重量濕度與導熱系數(shù)關系第三十七頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－8加氣混凝土(ρ＝800kg/m3)重量濕度與導熱系數(shù)關系第三十八頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日另外，通常干燥材料的導熱系數(shù)是隨溫度降低而減小。但當材料濕度較大時，當溫度在0℃以下，材料中的水分會隨著溫度下降而變成冰，這時材料的導熱系數(shù)也會加大。總之，對于建筑圍護結構所用材料,尤其是保溫材料，應特別注意其內部濕度狀況，控制材料內的含濕量。第三十九頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日（3）密度的影響密度即單位體積的材料重量，密度小的材料內部孔隙多，由于空氣導熱系數(shù)很小，故密度小的材料一般導熱系數(shù)也小，良好的保溫材料多數(shù)都是孔隙多、密度小的輕質材料。但輕質材料，尤其是纖維材料，存在著一個最低導熱系數(shù)的密度界限。第四十頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－9纖維材料導熱系數(shù)與密度關系1、瀝青礦棉；2、樹脂玻璃棉板；3、瀝青玻璃棉氈第四十一頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日二、對流和表面對流換熱自然對流和受迫對流表面對流換熱第四十二頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日1、自然對流和受迫對流對流換熱是指流體各微團分子作相對位移而傳遞熱量的方式。按促成流體產(chǎn)生對流的原因，可分為“自然對流”和“受迫對流”。自然對流是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骷从捎诳諝鉁囟扔咂涿芏扔?，如0℃時的干空氣密度為1.342kg／ｍ3，20℃時的干空氣密度為1.205kg／ｍ3。當環(huán)境中存在空氣溫度差時，低溫、密度大的空氣與高溫、密度小的空氣之間形成壓力差，稱為“熱壓”，使空氣產(chǎn)生自然流動。第四十三頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日例如當室內氣溫高于室外時，室外密度大的冷空氣將從房間下部開口處流入室內，室內密度較小的熱空氣則從上部開口處排出，形成空氣的自然對流。熱壓愈大，空氣流動的速度愈快。受迫對流是由于外力作用（如風吹、泵壓等）而迫使流體產(chǎn)生對流。對流速度取決于外力的大小。外力愈大，對流愈強?？諝獾膶α鲹Q熱對建筑熱環(huán)境有很大影響，將在后面“建筑的自然通風”中專門敘述。第四十四頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日表面對流換熱是指在空氣溫度與物體表面的溫度不等時，由于空氣沿壁面流動而使表面與空氣之間所產(chǎn)生的熱交換。其換熱量的多少除與溫度差成正比外，還與熱流方向（從上到下或從下到上，或水平方向）、氣流速度及物體表面狀況（形狀，粗糙程度）等因素有關。對平壁表面，當空氣與表面溫度一定時，表面對流換熱量主要取決于其“邊界層”的空氣狀況。2、表面對流換熱第四十五頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日邊界層指的是處于由壁面到氣溫恒定區(qū)之間的區(qū)域，如圖（1－10）所示。在一般情況下，邊界層是由層流區(qū)（又稱層流底層）、過渡區(qū)和湍流區(qū)３個部分組成。在緊貼壁體表面的一薄層內空氣流動速度很慢，并且保持層流狀態(tài)，如圖中Ａ－Ｂ部分，稱層流區(qū)；接近氣溫恒定區(qū)的部分如圖中的Ｃ一Ｄ部分為湍流區(qū)；介于層流和湍流二區(qū)之間的B一Ｃ部分是過渡區(qū)。第四十六頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－10壁面附近氣流狀況示意A－B層流區(qū)；B－C過渡區(qū)；C－D湍流區(qū)第四十七頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日在層流區(qū)內主要是以空氣導熱來傳遞熱量。層內的溫度按空氣導熱的導熱的規(guī)律，呈斜線分布。在其余兩層，溫度分布可近似地看作是拋物線（圖1－11中的t線）。在遠離壁面處的各點氣溫，可近似地認為是均勻一致的，所以溫度分布為一直線。第四十八頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日表面對流換熱所交換的熱量一般用下式表示，即：qc=αc(θ－t)式中：qc------單位面積、單位時間內表面對流換熱量，W/m2；αc------對流換熱系數(shù)，W/(m2·K4)，即當表面與空氣溫差為1K(1℃)時，在單位面積、單位時間內通過對流所交換的熱量；θ------壁面溫度，℃；t------氣溫恒定區(qū)的空氣溫度，℃。第四十九頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日曲線變化(t>θf)t邊界層直線變化邊界層直線變化曲線變化θft(t<θf)θf圖1－11邊界層溫度分布第五十頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日αc不是一個固定不變的常數(shù)，而是一個取決于許多因素的物理量。對于建筑圍護結構的表面則需考慮的因素有：氣流狀況（自然對流還是受迫對流），壁面所處位置（是垂直的，水平的，或是傾斜的），表面狀況（是否有利于空氣流動），熱的傳遞方向（由下而上還是由上而下）等。第五十一頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日由于對此的影響因素很多，目前αc值多是由模型實驗結果用數(shù)理統(tǒng)計方法得出的計算式。建議采用表1－1的公式。

第五十二頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日注：v表示風速，m/s；常數(shù)項表示自然對流換熱的作用。表1－1對流換熱系數(shù)的計算公式第五十三頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日三、輻射換熱基本知識兩表面之間的長波輻射換熱第五十四頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日1、基本知識凡溫度高于絕對零度的物體，都可以發(fā)射同時也接受熱輻射。從理論上說，物體熱輻射的電磁波波長可以包括電磁波的整個波譜范圍，然而在一般所遇到的物體的溫度范圍內，有實際意義的熱輻射波長在波譜的0.38～1000μｍ之間，而且大部分能量位于紅外線區(qū)段的0.76～20μｍ范圍內。紅外線又有近紅外和遠紅外之分，大體上以4μｍ為界限。波長4μｍ以下的紅外線稱為近紅外；4μｍ以上的紅外線稱為遠紅外。但因兩者的物理作用沒有本質的差異，這種區(qū)分的界限并無統(tǒng)一的規(guī)定。第五十五頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日Ib

100％γn

入射ρnτn圖1－12輻射熱的反射吸收與透射一個物體對外來的入射輻射可以有反射、吸收、和透過３種情況，它們與入射輻射的比值分別叫作物體對輻射的反射系數(shù)（又稱反射率）γ、吸收系數(shù)（又稱吸收率）ρ和透過系數(shù)（又稱透過率）τ，見圖1－12。以入射輻射為１，則有如下關系式：γ＋ρ＋τ＝1第五十六頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日由于多數(shù)不透明的物體的透過系數(shù)τ＝0，則對不透明物體上式可寫成：

γ＋ρ＝1

為了便于研究，在理論上將

ρ=1稱為黑體；

γ=1稱為白體；

τ=1稱透明體。但在自然界中沒有理論上所定義的絕對的黑體、白體或透明體，自然界中的不透明物體多數(shù)介于黑體與白體之間，近似稱為灰體。第五十七頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日（1）黑體輻射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。對黑體輻射基本規(guī)律的闡述主要有以下方面：

（A）斯蒂芬一波爾茲曼定律(Stafan－Boltzmanm’slaw)黑體單位表面積、單位時間以波長λ＝0～∞的全波段向半球空間輻射的全部能量，稱為黑體的全輻射力(Eb)，其單位為W/m2。根據(jù)斯蒂芬一波爾茲曼定律，黑體的全輻射力同它的絕對溫度4次方成正比。工程上可用公式表示為：第五十八頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日式中：Eb------黑體全輻射力，W/m2；Cb------黑體的輻射系數(shù)，常數(shù)。其值為5.68W/(m2·K4)；Tb------黑體表面的絕對溫度，K。第五十九頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日

（B）普朗克定律(Planck’slaw)它表明了黑體的單色輻射力與其絕對溫度和波長之間的函數(shù)關系，可用公式表達為：第六十頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日式中：Eb------黑體的單色輻射力，指在某波長λ下間隔dλ范圍內所發(fā)射的能量，W/(m2·m)；C1,C2------普朗克常數(shù)；C1=3.743×10-16W·m2C2=1.4387×10-2m·Kλ------波長，m；T------黑體的絕對溫度，K。第六十一頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日根據(jù)普朗克定律可繪出不同溫度下黑體輻射能按照波長的分布情況如圖1－13。從圖中可看出：當波長λ＝0時，Ebλ＝0，隨著λ的增加Ebλ也相應增加；當λ增加到某一數(shù)值時，Ebλ為最大值；然后又隨著λ值的增加而減少，至λ＝∞時又重新降至0。普朗克定律證明：黑體單色輻射力Ebλ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可用公式表示為：（2－2）第六十二頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日式中：λmax------單色輻射力為最大值的波長，μm；T------＝黑體絕對溫度，K。黑體溫度愈高，其最大輻射力的波長愈短。如太陽相當于溫度為6000K的黑體輻射，其最大輻射力波長約為0.5μm；而16℃（289K）左右的常溫物體發(fā)射的最大輻射力波長約在10μm左右。第六十三頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－13黑體的輻射光譜第六十四頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日（2）灰體、黑度灰體的輻射特性與黑體近似，但在同溫度下其全輻射力低于黑體。在工程上將多數(shù)建筑材料均近似認為是灰體以便于計算?；殷w、黑體與實際物體在同溫度時的輻射波譜比較舉例如圖1－14?；殷w的全輻射力計算式為：（2－3）第六十五頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日式中：E——灰體全輻射力，Ｗ／ｍ2；Ｃ——灰體的輻射系數(shù)，Ｗ／（ｍ2·Ｋ4）；Ｔ——灰體的絕對溫度，Ｋ。輻射系數(shù)可以表征物體向外發(fā)射輻射的能力。各種物體（灰體）的輻射系數(shù)均低于黑體,其數(shù)值大小取決于物體表層的化學性質、光潔度、顏色等。各種物體的輻射系數(shù)是由實驗確定的。幾種物體在常溫下的輻射系數(shù)Ｃ可參照表1－2。第六十六頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－14同溫物體的輻射波譜1.實際物體2.灰體3.黑體第六十七頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日表1－2材料的ε、C、及ρs值ρsεC＝εCb第六十八頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日黑度，或稱發(fā)射率，是物體輻射系數(shù)與黑體輻射系數(shù)之比。用算式表達為：式中的ε為物體的黑度。黑體的黑度為１，其他物體黑度均小于１。根據(jù)克希荷夫定律，在一定溫度下，物體對輻射熱的吸收系數(shù)（ρn）在數(shù)值上與其黑度ε相等。也就是說，物體輻射能力愈大，它對外來輻射的吸收能力也愈大；反之，若輻射能力愈小，則吸收能力也愈小。（2－4）第六十九頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日應注意的是，物體對太陽輻射的吸收系數(shù)（ρｓ）并不等于其黑度，這是因為太陽表面溫度很高，主要發(fā)射短波輻射，最大輻射力波長為接近0.5μm的可見光，一般物體是在常溫下，發(fā)射最大輻射力的波長為4～20μｍ左右的紅外線（長波）輻射，二者的波譜相差很大，而常溫下物體表面的黑度是發(fā)射長波熱輻射的物理參數(shù)。第七十頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日為說明這種差別，在表1－2中列出了幾種常用材料在常溫下的輻射系數(shù)Ｃ，黑度ε（也是對常溫物體的熱輻射吸收系數(shù)），和對太陽輻射的吸收系數(shù)ρｓ。第七十一頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日（3）反射系數(shù)如前所述，對于多數(shù)不透明的物體來說，對外來入射的輻射只有吸收和反射，即吸收系數(shù)與反射系數(shù)之和為１。吸收系數(shù)愈大，則反射系數(shù)愈小。另外，不同物體不僅對外來輻射的總吸收系數(shù)不同，而且對各種波長輻射的單色吸收系數(shù)的差異也很大。可以說，不同物體表面的反射系數(shù)隨表面性質的不同而對人射的各種波長輻射呈現(xiàn)出各自的反射特性。第七十二頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－15給出幾種典型表面（光亮的鋁表面，白色表面，黑色表面）對各種波長輻射的反射系數(shù)。圖1－15表面對輻射熱的反射系數(shù)第七十三頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日由圖可見：擦光的鋁表面對各種波長的輻射反射系數(shù)都很大；黑色表面對各種波長輻射的反射系數(shù)都很?。话咨砻鎸ΣㄩL為2μm以下的輻射反射系數(shù)很大，而對波長為６μm以上的輻射反射系數(shù)又很小，其值接近黑色表面。這種現(xiàn)象對建筑表面顏色和材料的選用有一定影響。第七十四頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日（4）玻璃的透過特性常用的普通玻璃一般被認為是透明材料，但它只對波長為0.2～2.5μm的可見光和近紅外線有很高的透過率，而對波長為４μm以上的遠紅外輻射的透過率卻很低。圖1－16為普通玻璃對不同波長輻射的透過率，并與太陽光譜和溫度為35℃黑體的輻射光譜相對比。從中可以看出，玻璃對太陽輻射中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）則透過率很低。第七十五頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－16玻璃的透過率（a）3厚的玻璃的輻射透過率（％）（b）太陽輻射波譜：在空中；……在地面（c）35℃黑體的輻射波譜第七十六頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日這樣，在建筑中可以通過玻璃獲取大量的太陽輻射，使室內構件吸收輻射而溫度升高，但室內構件發(fā)射的遠紅外輻射則基本不能通過玻璃再輻射出去，從而可以提高室內溫度。這種現(xiàn)象稱為玻璃的溫室效應。在利用太陽能的建筑設計中，常應用這一效應為節(jié)能服務。第七十七頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日2、兩表面之間的長波輻射換熱（只作為了解）兩表面間在單位時間里的輻射換熱量主要取決于表面穩(wěn)定、發(fā)射和吸收輻射熱的能力和兩表面的面積及其相互位置關系。（1）角系數(shù)設有面積分別為F1和F2的兩表面之間有輻射熱作用（圖1－17），F(xiàn)1在單位時間內向外發(fā)射的全部輻射熱量為Q1(w)，F(xiàn)2向外發(fā)射的全部輻射熱為Q2(w)，則有：第七十八頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日F2F1圖1－17二表面之間輻射換熱第七十九頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日其中：C1，C2分別為表面F1，F(xiàn)2的輻射系數(shù)，W/(m2·K4)；T1，T2分別為表面F1，F(xiàn)2的絕對溫度，K。在Q1中只有一部分投到F2上，設為Q12；Q2中也只有一部分投到F1上，設為Q21。以：(2－5a)(2－5b)第八十頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日則：Ψ12稱為F1對F2的平均角系數(shù)，無量綱；Ψ21稱為F2對F1的平均角系數(shù)，無量綱。Ψ12表示在單位時間內F1投到F2的輻射熱量與向外輻射的總輻射熱量的比值。Ψ12越大，說明F1發(fā)射出去的總輻射中投射到F2上的越多；反之則越少。角系數(shù)反映了兩表面之間的位置關系，只由兩表面的面積和相互位置間的幾何關系確定，和輻射量的大小無關。角系數(shù)值在０與１之間。建筑中常見的處于典型位置兩表面間的角系數(shù)可在有關傳熱學的書及手冊中查出。第八十一頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日（2）黑體表面輻射換熱計算（2－7）（2－6）運用角系數(shù)可得到單位時間里表面F1給表面F2的輻射熱Q12的計算式：而單位時間里表面F2給表面F1的輻射熱為：第八十二頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日根據(jù)輻射換熱中的“互易定理”，相互進行輻射熱交換的兩表面之間存在如下關系為：Ψ12F1=Ψ21F2（2－8）當參與輻射的兩表面均為黑體時，由于C1=C2=Cb，且沒有反射作用，因此黑體兩表面的單位時間凈輻射換熱量Qb1-2可按下式計算：第八十三頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日（w）（2－9）第八十四頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日（3）灰體表面間輻射換熱計算當參與輻射的兩表面為灰體時，因為灰體對輻射熱的吸收系數(shù)均小于１，應考慮相互反射作用，其輻射換熱過程遠比黑體為復雜。尤其是對反射系數(shù)大的表面，需考慮多次反射，否則將產(chǎn)生較大誤差。除個別情況外，考慮多次反射的計算是很困難的。但經(jīng)研究，對于輻射系數(shù)大于4.7（即ε≥0.83）的表面，取一次近似而忽略二次以上的反射，其誤差在３％以內，一般是完全允許的。這樣，對任意相對位置且黑度均大于0.83的灰體表面F1及F2之間在單位時間的凈輻射換熱量Q1-2可表示為：第八十五頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日（2－10）（2－11）式中：C12為二灰體間的相當輻射系數(shù)；C1，C2分別為二灰體的輻射系數(shù)；F1，F(xiàn)2分別為二表面面積，m2。第八十六頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日（4）兩無限大平行表面的輻射換熱當參與輻射換熱的兩表面F1、F2為無限大平行平面時，可以認為一個表面發(fā)射的輻射熱全部投到另一表面上，所以它們之間的平均角系數(shù)都相等且都等于１，即Ψ12＝Ψ21＝1。這是一種特殊情況。在這種情況下，即使考慮灰體間的多次反射和吸收作用，計算也并不困難，并且由于其單位面積上的輻射換熱量均相等，可以計算出單位面積上單位時間的凈輻射換熱量q1－2。其計算式為：第八十七頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日W/m2（2－12）式中：W/(m2·K4)（2－13）在建筑中常在圍護結構內設置的空氣間層，其兩表面面積比兩表面間的距離大得多，因此一般均可按兩無限大平行表面計算其間的凈輻射換熱。第八十八頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日132q1-3q3-2T1C1T3C3T2C2圖1－18具有遮熱板的空氣間層（5）有遮熱板的空氣間層輻射換熱在圍護結構內設置的空氣間層中。用鋁箔或其他熱輻射系數(shù)小的板加以分隔，能有效地提高空氣間層的絕熱能力。用于這種構造的薄板稱為遮熱板（圖1－18）。如在空氣間層兩表面１、２之間加設遮熱板３，由于遮熱板很薄，其兩表面的溫度可近似地認為是同一個溫度T3，兩表面的輻射系數(shù)設為Ｃ3，當平面１的溫度T1高于平面２的溫度T2并在１與２之間的傳熱達到穩(wěn)定狀態(tài)后，熱量將從平面１傳到遮熱板平面３再傳到平面２，其中在單位時間單位面積上由平面１傳給平面３的凈輻射熱為：第八十九頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日(2－14)在單位時間內單位面積上由平面3傳給平面2的凈輻射熱為：(2－15)由于是在穩(wěn)定狀態(tài)，圍護結構各層間與單位時間單位面積上傳遞的熱量應相等。即：q1-3=q3-2=q’1-2從式（2－14）和（2－15）相等，可得：第九十頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日移項后得出：代入（2－14）或（2－15）式，得出：在兩表面1、2間設遮熱板后在單位時間單位面積上的凈輻射換熱為：（2－16）第九十一頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日其中：如前所述，當無遮熱板時，表面1傳給表面2的凈輻射熱量本來是q1-2,即：由于增加了一個遮熱板，傳熱量變?yōu)閝’1-2。將兩個傳熱量的公式相比，從中可以看出遮熱板的絕熱效果：第九十二頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日如C1=C2=C3,即當遮熱板的輻射系數(shù)與空氣間層兩壁面的輻射系數(shù)相同時，則C12=C13=C32，以其代入上式可得：亦即：當有一個材料熱輻射性質與空氣間層壁面１、２相同的遮熱板時，表面１傳給表面２的凈輻射換熱量將減少一半；當有ｎ個與表面１、２相同輻射性質的遮熱板時，則凈輻射換熱量將減少到原來的1/(n+1)。第九十三頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日（6）表面輻射換熱系數(shù)在建筑中有時需要了解某一圍護結構的表面（Ｆ）與所處環(huán)境中的其他表面（別的結構表面、家具的表面等）之間的輻射換熱，這些“其他表面”中往往包括了多種不同的不固定的物體表面，很難具體詳細計算。在工程中一般用以下公式粗略計算。第九十四頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日

qr=αr(θ1－θ2）（2－17）式中：qr——單位面積的表面與周圍各表面在單位時間內通過輻射的換熱量，Ｗ／ｍ2；

αr——表面輻射換熱系數(shù)，即當表面1與周圍其他表面的溫度差為1Ｋ（1℃）時，單位面積的表面與周圍各表面在單位時間內通過輻射的換熱量，Ｗ／（ｍ2·

Ｋ）；

θ1——表面F1的溫度，℃；

θ2——與F1進行輻射換熱的其他各表面平均溫度，℃。第九十五頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日上式中αr綜合了影響輻射換熱的各因素，其計算式為：（2－18）在實際計算中，當考慮一圍護結構的內表面與整個房間其他結構和家具等表面間的輻射換熱時，則取Ψ12＝1，并粗略地以室內氣溫（ti）代表所有對應表面的平均溫度θ2（輻射采暖房間例外）。當考慮外表面與室外環(huán)境輻射換熱時，可將室外空間假想為一平行于圍護結構外表面的無限大平面，則Ψ12仍等于1，并近似以室外氣溫（te）作為假想表面的溫度θ2。第九十六頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日第三節(jié)濕空氣的物理性質一、水蒸汽分壓力、露點溫度

在一定的氣壓和溫度條件下，空氣中所能容納的水蒸汽量有一飽和值；超過這個值，水蒸汽就開始凝結，變?yōu)橐簯B(tài)水。與飽和含濕量對應的蒸汽分壓力稱為飽和水蒸汽分壓力。飽和水蒸汽分壓力值隨空氣溫度的不同而改變。第九十七頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－19飽和水蒸氣壓力與溫度的關系圖1－19表示在常壓下空氣溫度與飽和水蒸汽分壓力的關系。在常壓下，不同溫度時的飽和蒸汽分壓力數(shù)值還可由附錄查出。第九十八頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日如前所述，空氣的相對濕度（φ），是空氣中實際的水蒸汽分壓力與該溫度下飽和水蒸汽分壓力（Ps）之比，即φ＝P／Ps×100％。而從圖4－l中可看出，飽和水蒸汽分壓力值隨空氣溫度的增減而加大或減??；因此，當空氣中實際含濕量不變，即實際水蒸汽分壓力e值不變，而空氣溫度降低時，相對濕度將逐漸增高；當相對濕度達到100％后，如溫度繼續(xù)下降，則空氣中的水蒸汽將凝結析出。相對濕度達到100％，即空氣達到炮和狀態(tài)時所對應的溫度，稱為“露點溫度”，通常以符號td表示。第九十九頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日二、空氣濕度空氣濕度是指空氣中水蒸汽的含量。水蒸汽主要來自水面和其他潮濕的表面以及植物的蒸發(fā)，經(jīng)風的攜帶遍布于空氣中。在一定溫度和氣壓下，空氣中所能容納的水蒸汽量有一定限度。在氣壓相同時，空氣溫度愈高它所能容納的水蒸汽量也愈多。水蒸汽量達到最高限度的空氣稱飽和空氣，這時的水蒸汽分壓力稱飽和水蒸汽分壓力。第一百頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日空氣濕度的大小一般可用其絕對值，也可用相對值來表示。用絕對值的表示方法又可分為：絕對濕度、空氣含濕量、空氣的實際水蒸汽分壓力３種；用相對值的表示方法稱相對濕度?，F(xiàn)分述如下：（1）絕對濕度（f），即每立方米濕空氣中所含水蒸氣量，其單位為g/m3（克/米3）。（2）空氣含濕量（d），即單位重量的干空氣重量所包含的水蒸氣量，其單位為kg/kg干空氣。第一百零一頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日（3）空氣的實際水蒸氣分壓力（P），即在整個大氣壓力中由水蒸氣所造成的部分壓力，單位為Pa（帕斯卡），過去工程上也用mmHg（毫米水銀柱）為單位。以上三種表示方法在數(shù)值上的換算關系為：式中：d------空氣含濕量（干空氣）；P------實際水蒸氣分壓力，Pa；Pd------大氣壓，Pa。一般標準大氣壓為101300Pa。第一百零二頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日P=0.461T·fPa式中：T------空氣絕對溫度，K；f------空氣的絕對濕度，g/m3。（4）相對濕度（φ），即在一定的溫度和氣壓下空氣中實際水蒸氣含量與飽和水蒸氣含量之比。在建筑工程中常用實際水蒸氣分壓力（P）與飽和水蒸氣分壓力（Ps）比值的百分數(shù)來表示相對濕度。飽和空氣的相對濕度為100％。相對濕度的表達式為：φ=P/Ps×100％第一百零三頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日相對濕度是隨空氣溫度和空氣中水蒸汽含量而變的一個值。在空氣中，當水蒸汽量不變，即實際水蒸汽分壓力（P）不變的情況下，如空氣溫度愈高，則其飽和水蒸汽分壓力（Ps）愈大，相對濕度(φ)也就愈小。通常在一天之內中午氣溫最高時相對濕度是最低，而氣溫降低時相對濕度增高（圖1－20）。第一百零四頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－20相對濕度的日變化在建筑物密集的城區(qū)，由于雨水可迅速排除，地面經(jīng)常比較干燥，水的蒸發(fā)量少，而且氣溫比郊區(qū)高，因此市區(qū)的相對濕度比郊區(qū)低，其降低幅度可達３％～９％。在建筑物中，相對濕度的大小對建筑材料的受潮、外圍護結構內表面的結露，以及人感覺的潮濕程度都有直接影響。第一百零五頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日

【例1－1】求室內溫度18.5℃、相對濕度70％時的空氣露點溫度td。【解】查附錄2得18.5℃時的飽和水蒸汽分壓力為2129.2Pa，現(xiàn)相對濕度為70％，按公式φ＝P／Ps×100％，得實際水蒸汽分壓力為：P=2129.2×0.7=1490.44Pa再查附錄2得出當1490.44Pa成為飽和水蒸汽分壓力時所對應的溫度為12.9℃。即該環(huán)境下的空氣露點溫度為12.9℃。第一百零六頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日三、濕球溫度、空氣溫濕圖室內空氣的相對濕度，可用干濕球溫度計來測量。濕球溫度計的下端用浸水的紗布包裹，見圖1－21。由于紗布很潮濕，其周圍的水蒸汽分壓力大于空氣的水蒸汽分壓力，紗布中的水分向四周蒸發(fā)擴散，同時要吸收相應的汽化熱。從而使紗布溫度降低，低于周圍空氣溫度，這時周圍空氣將傳給紗布一定熱量，當紗布蒸發(fā)所消耗的汽化熱與空氣傳給紗布的熱量平衡時，濕球溫度計的溫度將不再降低，這時讀出的溫度稱濕球溫度（tw）。第一百零七頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日由于紗布上水分的蒸發(fā)速率和周圍空氣的干燥程度直接相關，在測得空氣的干、濕球溫度后即可從空氣溫濕圖中（圖1－22）粗略地得出空氣的相對濕度和水蒸汽分壓力。準確的計算時可用附錄2查表得出。顯然，干、濕球溫度差愈大，空氣的相對濕度愈小。圖1－21濕球溫度第一百零八頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－22空氣溫濕圖第一百零九頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日空氣溫濕圖是按照濕空氣的物理性質繪制的工具圖，它表示出在標準大氣壓下，空氣溫度（干球溫度）、濕球溫度、蒸汽分壓力、相對濕度之間的相互關系。使用方法舉例如下：【例1－2】設一居室測得干球溫度為20℃，濕球溫度15℃，求室內相對濕度、露點溫度、實際水蒸汽分壓力。【解】應用溫濕圖查得干球溫度為2O℃與濕球溫度為15℃的交點在相對濕度曲線為50％和60％之間，估計為59％，再由此點平行向左找到其與相對濕度100％曲線的交點，大約在濕球溫度為11℃與12℃之間，即其露點溫度約為11.8℃；再從交點向右找到其蒸汽分壓力在1300～1400Pa之間，估計為1360Pa，即實際水蒸汽分壓力約為1360Pa。第一百一十頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日第四節(jié)室內熱環(huán)境及評價方法室內熱環(huán)境人的熱舒適要求室內熱環(huán)境綜合評價方法室內熱環(huán)境由室內熱輻射、室內氣溫、空氣濕度和室內風速綜合形成，以人的熱舒適程度作為評價標準。第一百一十一頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日一、室內熱環(huán)境

1、室內熱輻射溫度對一般民用建筑來說，室內熱輻射主要指房間內各表面對人體的熱輻射作用（對工業(yè)建筑和有輻射采暖設備的房間還應計入設備的熱輻射）。室內熱輻射的強弱通常用“平均輻射溫度”（Ｔmrt）代表。平均輻射溫度即室內對人體輻射熱交換有影響的各表面溫度的平均值。但由于人在房間里的位置常不固定，房間里各表面的溫度也不相同，精確計算室內平均輻射溫度就很復雜，目前工程中一般常用粗略計算。其計算式為：(1－5)第一百一十二頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日式中：T1，T2，…－－為各表面溫度，K；A1，A2，…－－為各表面面積，m2；Tmrt－－房間的評價輻射溫度，K。平均輻射溫度也可用黑球溫度換算得出。黑球溫度（tg）是將溫計放在直徑為150mm黑色空心球中心測得的反映熱輻射影響的溫度。黑球溫度計的外形示意如圖1－12。第一百一十三頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日平均輻射溫度與黑球溫度間的換算關系可用貝爾丁經(jīng)驗公式：tmrt=tg+2.4V0.5(tg-ta)式中：tmrt－－平均輻射溫度，℃；tg－－室內黑球溫度，℃；ta－－室內空氣溫度，℃；V－－室內風速，m/s。溫度計直徑150mm黑色銅皮圖1－23黑球溫度第一百一十四頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日平均輻射溫度對室內熱環(huán)境有很大的影響。在炎熱地區(qū)，夏季室內過熱的原因除了夏季氣溫高外，主要是外圍護結構內表面的熱輻射，特別是由通過窗口進入的日輻射所造成。而在寒冷地區(qū)，如外圍護結構內表面的溫度過低，將對人產(chǎn)生“冷輻射”，也嚴重影響室內熱環(huán)境。第一百一十五頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日2、室內空氣溫度室內氣溫是表征室內熱環(huán)境的主要參數(shù)。對一般民用建筑，按房間的使用要求而對房間溫度有相應規(guī)定：冬季室內氣溫一般應在16～22℃；夏季空調房間的氣溫多規(guī)定為24～28℃，并以此作為室內計算溫度。而室內實際溫度則由房間內得熱和失熱、圍護結構內表面的溫度及通風等因素構成的熱平衡所決定，設計者的任務就在于使實際溫度達到室內計算溫度。另外，對一些有特殊要求的生產(chǎn)和實驗房間，不但需要滿足室溫要求，還需使溫度波動值控制在一定范圍之內。第一百一十六頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日３.室內空氣濕度空氣濕度直接影響人體的蒸發(fā)散熱，一般認為最適宜的相對濕度應為50％～60％。在多數(shù)情況下，即氣溫在16～25℃時，相對濕度在30％～70％范圍內變化，對人體的熱感覺影響不大。但如濕度過低（低于30％）則人會感到干燥、呼吸器官不適；濕度過高則影響正常排汗，尤其在夏季高溫時，如濕度過高（高于70％）則汗液不易蒸發(fā)，最令人不舒適。第一百一十七頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日4.室內風速室內氣流狀態(tài)影響人體的對流換熱和蒸發(fā)換熱，也影響室內空氣的更新。在一般情況下，對人體舒適的氣流速度應小于0.3ｍ/ｓ；但在夏季利用自然通風的房間，由于室溫較高，舒適的氣流速度也應較大。如廣州、上海等市對一般居室在夏季使用情況的調查測試結果為：室內風速在0.3～1m/s以內，多數(shù)人感到愉快；當室內風速大于1.5m/s時，多數(shù)人認為風速太大不舒適。第一百一十八頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日二、人的熱舒適要求人的熱舒適感主要建立在人和周圍環(huán)境正常的熱交換上，即人由新陳代謝的產(chǎn)熱率和人向周圍環(huán)境的散熱率之間的平衡關系（圖1－24），可以用公式表示如下；Δq＝H-qw±qr±qc(1-6)對流輻射蒸發(fā)圖1－24人體與周圍環(huán)境的熱交換第一百一十九頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日式中：H——人體新陳代謝產(chǎn)熱率W／ｍ2；ｑw——人體蒸發(fā)散熱率，Ｗ／ｍ2；ｑr——人體與周圍環(huán)境輻射換熱率，Ｗ／ｍ2；ｑc——人體與周圍環(huán)境對流換熱率，Ｗ／ｍ2；

Δq——人體產(chǎn)效率與散熱率之差，即人體熱負荷，Ｗ／ｍ2。

Δq＝０時，體溫恒定不變；

Δq＞０時，體溫上升；

Δq＜０時，體溫下降。第一百二十頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日人體產(chǎn)熱率（Ｈ）主要取決于機體的活動狀況。在常溫下，處于一般狀態(tài)的成年人的每小時平均產(chǎn)熱率約為90～120Ｗ，而從事重體力勞動時短時間里的小時產(chǎn)熱率可達580～700Ｗ。根據(jù)國際標準（ISO7730）對幾種活動強度時人體皮膚表面每平方米表面積（ＡDu）的新陳代謝產(chǎn)熱率取值見表1－3。第一百二十一頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日表1－3人體單位皮膚表面積上新陳代謝產(chǎn)熱率2Du第一百二十二頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日蒸發(fā)散熱率（ｑw）：是在正常情況下，人通過呼吸和無感覺排汗，向外界環(huán)境放出一定的熱量。在勞動強度變大、環(huán)境變熱及室內相對濕度低時，ｑw隨著有感覺汗液蒸發(fā)而顯著增加。輻射換熱率（ｑr）：是在人體表面與周圍環(huán)境之間進行的輻射熱交換。當體表溫度高于周圍表面的平均輻射溫度時，人體失熱，ｑr為負值。反之則人體得熱，ｑr為正值。對流換熱（ｑc）：是當人體表面與周圍空氣之間存在溫度差時，通過空氣對流交換的熱量。當體表溫度高于氣溫時，人體失熱，ｑc為負值；反之，則人體得熱，ｑc為正值。第一百二十三頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日當面Δｑ=０時，人體處于熱平衡狀態(tài)，體溫可維持正常，這是人生存的基本條件。但是，Δｑ=０并不一定表示人體處于舒適狀態(tài)，因為各種熱量之間可能有許多不同的組合，都可使Δq=０；也就是說，人們會遇到各種不同的熱平衡，然而只有那種使人體按正常比例散熱的熱平衡才是舒適的。而正常的比例散熱因人的活動狀況和環(huán)境狀況的不同，而有不同的數(shù)值。通常情況下，大體上是對流換熱約占總散熱量的25％～30％，輻射散熱約為45％～50％，呼吸和無感覺蒸發(fā)散熱約占25％～30％，處于熱舒適狀態(tài)的熱平衡才稱為正常熱平衡。第一百二十四頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日由于人體有一定的熱調節(jié)機能，當環(huán)境過冷時，皮膚毛細血管收縮，血流減少，皮膚溫度下降以減少散熱量；當環(huán)境過熱時，皮膚血管擴張，血流增多，皮膚溫度升高以增加散熱量，甚至大量排汗使蒸發(fā)散熱qw加大，以達到熱平衡，這時的熱平衡稱為負荷熱平衡。在負荷熱平衡狀態(tài)下,雖然Δq仍然等于０，但人體已不處于舒適狀態(tài)，不過只要分泌的汗液量和皮膚表面的平均溫度仍在生理允許的范圍之內，則負荷熱平衡仍是可以忍受的。第一百二十五頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日人體的代謝調節(jié)能力具有一定限度，不可能無限制地通過減少輸往體表血量的方式來抵抗過冷環(huán)境，也不能無限制地靠蒸發(fā)汗液來適應過熱環(huán)境，因此，當室內熱環(huán)境惡化到一定程度之后，終將出現(xiàn)Δq≠0的情況，于是體溫開始發(fā)生升降現(xiàn)象，從生理衛(wèi)生方面來說，這是不能允許的。綜合上述，可見室內氣候大致可分為：舒適的、可以忍受的和不能忍受的３種情況。目前，對于多數(shù)房間均要求保證人體不受損害，即至少處于可以忍受的負荷熱平衡狀態(tài)來規(guī)定室內熱環(huán)境，并以此作為評價熱環(huán)境的標準。第一百二十六頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日三、室內熱環(huán)境綜合評價方法按人體熱舒適要求確定室內熱環(huán)境各因素的需要值，是評價室內熱環(huán)境的基礎。如前所述，熱環(huán)境各個因素是互不相同的物理量，但對人們的熱感覺來說，它們相互之間又有著密切的關系；改變其中一個因素往往可以補償其他因素的不足，如室內空氣溫度低而平均輻射溫度高，和室內空氣溫度高而平均輻射溫度低的房間就可以有同樣的熱感覺。另外，人感覺的熱舒適與否除了受熱環(huán)境４個因素的影響外，還與人的活動強度及著農(nóng)情況有密切關系。國內外對熱環(huán)境指標都進行了研究，先后提出了各種評價標準，這里只簡單介紹作用溫度、有效溫度、熱應力指標、預測平均熱感覺指標等幾種。第一百二十七頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日

1.作用溫度（operativetemperature）：它綜合了室內氣溫和平均輻射溫度對人體的影響，作用溫度可用公式表示為：(1-7)式中：to——作用溫度，℃；ti——室內空氣溫度，℃；第一百二十八頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日tmrt——室內平均輻射溫度，℃；αc——人體與室內環(huán)境的對流換熱系數(shù)；αr——人體與室內環(huán)境的輻射換熱系數(shù)。當室內空氣溫度（ｔi）與平均輻射溫度相等時，作用溫度與室內空氣溫度相等。第一百二十九頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日為室內氣溫、空氣濕度和室內風速在一定組合下的綜合指標，最早是由美國采暖通風協(xié)會于1923年推出。研究者認為，在同一有效溫度作用下，雖然溫度、濕度、風速各項因素的組合不同，但人體會產(chǎn)生同樣的熱舒適感覺。它以試驗為依據(jù)，受試者在熱環(huán)境參數(shù)組合不同的兩個房間走動，其中一個房間的平均風速為“靜止”狀態(tài)（Ｖ≈0.12m/s）、相對濕度達到“飽和”（φ≈100％），另一房間的各項參數(shù)（溫度、濕度、風速）均可調節(jié)，如多數(shù)受試者在兩個房間均能產(chǎn)生同樣的熱感覺，則可得出同樣的有效溫度。２．有效溫度（effectivetemperature）ET：第一百三十頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日有效溫度圖表如圖1－25。為了綜合熱輻射的影響也可以用黑球溫度（ｔg）代替空氣溫度（ti），相應得出“修正有效溫度”CET。有效溫度曾廣泛用于空調房間設計中，它的不足之處是由于實驗方法造成對濕度的影響可能估計過高。另外，這個指標主要針對休息和輕體力勞動狀態(tài)，并且是衣著輕薄時的熱感覺，不能概括各種不同情況。第一百三十一頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－25有效溫度(ET)和修正有效溫度(CET)指標第一百三十二頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日３．熱應力指標（heatstressindex）：它是根據(jù)人體熱平衡的條件，先求出在一定熱環(huán)境中人體所需的蒸發(fā)散熱量，然后再計算在該環(huán)境中最大可能的蒸發(fā)散熱量，以這二者的百分比作為熱應力指標，它提供了一種按照人體活動產(chǎn)熱、衣著及周圍熱環(huán)境對人的生理機能綜合影響的分析方法。人的生理反應以排汗率來顯示。熱應力指標全面考慮了熱環(huán)境4個參數(shù)的影響，但根據(jù)實驗范圍，它只適用于空氣溫度偏高即在20～50℃，并且在著較單薄的情況。第一百三十三頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日４．預測平均熱感覺指標（predictedmeanvote）PMV：這是在80年代初得到國際標準化組織（ISO）承認的一種比較全面的熱舒適指標。丹麥范格爾（）綜合了近千人在不同熱環(huán)境下的熱感覺試驗結果，并以人體熱平衡方程為基礎，認為人的熱感覺是熱負荷（產(chǎn)熱率與散熱率之差）的函數(shù)，而且人在舒適狀態(tài)下應有的皮膚溫度和排汗散熱率分別與產(chǎn)熱率之間存在相對應關系，－－即在一定的活動狀態(tài)下，只有一種皮膚溫度和排汗散熱率是使人感到最舒適的。它們之間的數(shù)值關系為：第一百三十四頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日式中：ｔs－－人體皮膚各部分平均溫度，℃；Ｅsw－－排汗散熱率，即從總的蒸發(fā)散熱率中減去由呼吸和正常的水分滲透造成的蒸發(fā)散熱，W；H/ADu－－人體新陳代謝產(chǎn)熱率（W/m2），見表１－４。第一百三十五頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日按上式計算，可得出對靜坐狀態(tài)（H/ADu＝５８）的人體排汗率應為０，平均皮膚溫度為３４℃左右為舒適。由范格爾推導出的熱舒適方程可以計算出人在多種衣著和活動狀態(tài)下對熱環(huán)境的舒適感覺，并將這種感覺分為７級，即“預測平均熱感覺指標”，以ＰＭＶ表示。指標與熱感覺的對應關系如下：第一百三十六頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日預測平均熱感覺指標與人對熱環(huán)境感覺的滿意程度又可用預測不滿意百分率表示，如圖1－26。目前在國內一般認為PMV值在一１至ｌ范圍內均可視為熱舒適環(huán)境。圖1－26預測熱感覺指標（PMV）與不滿意百分率第一百三十七頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日按照預測熱感覺指標的評價方法，研究者已制訂出一系列查找舒適溫度的應用圖表供工程技術人員使用。如圖１－27為室內空氣溫度與表面平均輻射溫度相等、環(huán)境相對濕度為50％時應用的圖表。其中圖１－27（ａ）為衣著0.5clo，圖1-27（ｂ）為衣著1clo時的應用圖。圖1-28為室內空氣溫度與平均輻射溫度不等、但相對濕度仍為50％時應用的圖表。圖1-29為相對濕度可以選擇,而室內空氣溫度等于平均輻射溫度時應用的圖表，其中衣著的clo值為衣著熱阻單位，見表1－4。第一百三十八頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－27熱舒適圖表（當相當濕度為50％，室內空氣溫度ta和平均輻射溫度tmrt相等時）第一百三十九頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－28熱舒適圖表（相對濕度50％，人體產(chǎn)熱1met，衣著（a）0.5clo（b）1clo）第一百四十頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－29熱舒適圖表（人體產(chǎn)熱1met，ta=tmrt，衣著（a）0.5clo（b）1clo）第一百四十一頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日表1－4各種典型衣著的熱阻（ISO-7730）2第一百四十二頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日應用舉例：

【例1一3】某實驗室，室內風速０.５ｍ／ｓ，相對濕度５０％，工作人員衣著０.５clo，坐著工作（1.2ｍｅｔ，產(chǎn)熱量７０Ｗ／ｍ2），求室內舒適溫度。

【解】查圖１－27（ａ），以插入法找出風速0．5m／ｓ與活動強度為1.2ｍｅｔ的線相交，從橫坐標上找出其舒適的室內空氣溫度及平均輻射溫度應為26.5℃（見圖１－27（ａ）中虛線）。第一百四十三頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日【例１－4】其他條件同上，但為了節(jié)能，在冬季將工作人員衣著加厚為ｌclo，舒適溫度可降低到多少？【解】同上法，查圖ｌ－27（ｂ）得室內舒適溫度（ta=tmrt）應為23.3℃（見圖１－27（ｂ）中虛線）。第一百四十四頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日對熱舒適標準的研究，使設計者對熱環(huán)境的要求逐步建立在比較科學的基礎上；但也應看到，每一種指標都是以人體對熱舒適的主觀感覺為基礎的，而研究工作又只能以參與實驗的受試者感覺為準，難免帶有一些局限性。尤其是處于不同氣候區(qū)和生活習慣各不相同的人，對環(huán)境的熱舒適感覺可能存在著一定的差異。隨著研究工作的深入，熱舒適指標也在逐漸完善。第一百四十五頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日第五節(jié)室外熱環(huán)境參數(shù)及其

對建筑設計的影響熱環(huán)境是由空氣溫度、空氣濕度、熱輻射和氣流速度４個參數(shù)綜合組成，它們共同構成影響人體熱感覺的周圍環(huán)境，也是對建筑圍護結構產(chǎn)生熱作用的基本參數(shù)。對建筑來說，熱環(huán)境又可分為室外熱環(huán)境和室內熱環(huán)境。室外熱環(huán)境是室外氣候的組成部分，是建筑設計的依據(jù)；建筑外圍護結構的主要功能即在于抵御或利用室外熱環(huán)境的作用。室內熱環(huán)境則是建筑物需要滿足的使用要求，設計者應使建筑物能為人們提供良好的室內熱環(huán)境。第一百四十六頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日

1.日輻射日輻射是建筑物外部的主要熱源。日輻射波譜見圖1－30。在各種波長輻射中能轉化為熱能的主要是可見光和紅外線。日輻射照度中約有52％來自波長為0.38μm至0.76μm的可見光；其次為波長在0.76μm以上至3μm的近紅外線。在地球大氣層外，太陽與地球的平均距離處，與太陽光線相垂直的表面上、單位面積、單位時間里所接收到的太陽輻射能稱為太陽常數(shù)。太陽常數(shù)值由于觀測手段與推算方法的差異，在幾種文獻中略有不同，最近資料認為其值約為1367W/m2；并隨一年中太陽與地球之間距離的變化而有3.5％左右的變化率。一、室外熱環(huán)境參數(shù)第一百四十七頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－30太陽的輻射波譜第一百四十八頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日太陽輻射在透過大氣到地面的過程中又受到大氣層中臭氧、水蒸汽、二氧化碳等的吸收和反射而減弱。其中一部分穿過大氣層直接輻射到地面的稱直射輻射；被大氣層吸收后。再輻射到地面的稱散射輻射。直射與散射之和稱總輻射。物體表面在單位面積、單位時間所接收到的輻射能，一般以輻射照度（Ｅ）表示。第一百四十九頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日具體地區(qū)在地面上受到的太陽輻射照度隨當?shù)氐牡乩砭暥取⒋髿馔该鞫群图竟?jié)及時間的不同而變化。氣象部門一般可提供各地在不同日期和不同時間在水平面上的總輻射照度，或分別給出水平面上的直射和散射照度。在《民用建筑熱工設計規(guī)范》(GB50176—93）中給出了我國主要城市夏季各主要朝向上的太陽總輻射照度，可供設計者參考。第一百五十頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日在同一地區(qū)，建筑各朝向表面的日輻射照度隨季節(jié)的變化規(guī)律各不相同。圖1－31為北緯40o地區(qū)不同月份各朝向總輻射照度的比較。出現(xiàn)月份（月）圖1－31北緯40地區(qū)建筑各朝向總輻射照度第一百五十一頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日從圖中可以看到以下特點：（ｌ）水平面（如平屋頂）在夏季接受到的日輻射照度最大，其值遠遠超過垂直面的日輻射照度，即日輻射得熱最多。（２）垂直面輻射得熱，朝南的墻面與其他朝向墻面相比，冬季接受的日輻射最多而夏季的輻射得熱又比東、西向為少。第一百五十二頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日日輻射作用一方面是造成夏季室溫過高的重要原因、另一方面又是冬季改善室內熱環(huán)境和節(jié)省采暖能耗的天然能源，在建筑熱工設計中應給予充分注意。輻射照度的計量單位為“瓦特／平方米”，表示符號為W／m2；也可采用“千焦耳／（平方米·時）”為計量單位，表示符號為kJ／(m2·ｈ）。第一百五十三頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日２.室外空氣溫度和城市熱島現(xiàn)象室外氣溫通常是指距地面1.5m高、背陰處的空氣溫度，影響室外氣溫的主要因素有太陽輻射照度、氣流狀況、地面覆蓋情況以及地形等等。其中太陽輻射照度的影響最大，隨著輻射照度的不同，室外氣溫有明顯的年變化和日變化。第一百五十四頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日在建筑物及人群密集的大城市，由于地面覆蓋物吸收的輻射熱多、發(fā)熱體也多，形成市中心的溫度高于郊區(qū)，即“城市熱島”現(xiàn)象。以北京市為例：市中心區(qū)天安門附近的氣溫最高，隨著市區(qū)的擴展，溫度也依次向外遞減，如圖１－32為1982年7月份的平均氣溫。從中可以看出市區(qū)比郊區(qū)的平均溫度高1.5℃。熱島現(xiàn)象也有著明顯的日變化和年變化，一般情況是冬季強、夏季弱，夜晚強、白天弱。圖１－33為1983年1月26日實測的北京市區(qū)和郊區(qū)溫度的日變化情況，夜間城區(qū)與郊區(qū)的最大溫差已達５℃。第一百五十五頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－32北京1982年7月市區(qū)、郊區(qū)月平均氣溫表示當?shù)貫橐粺釐u第一百五十六頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日圖1－33城區(qū)和郊區(qū)空氣溫度的日變化示例（北京1983.1.26～27，晴天）第一百五十七頁，共一百七十八頁，2022年，8月28日城市熱島現(xiàn)象的存在，使城市里溫度較高的空氣由于質量較輕而向上升，郊區(qū)地面的較冷空氣則從四面八方流向城市，風向都指向熱