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1、第一篇、建筑热工学,第五章、 建 筑 防 热,建筑科学与工程学院 栾 蓉,第一节、室外热环境和防热途径之一 室外热环境,构成室外热环境的主要气候因素：太阳辐射、温度、湿度和风等。,1、太阳辐射:,太阳辐射是房屋外部的主要热源：如下图 到达地面的太阳辐射 又可分为： 直接辐射 散射辐射。,影响太阳辐射强度的因素： 太阳高度角 大气透明度 地理纬度 云量和海拔高度等,太阳辐射图解,第一节、室外热环境和防热途径之一 室外热环境,2、风,风：就是大气的流动。大气环流是各地气候差异的原因。地球的自转把赤道上空向两极流动的气流变成西风,第一节、室外热环境和防热途径之一 室外热环境,1）风的种类 季候风：由
2、大气环流形成的风，在一年内随季节不同而有规律变换方向。例如：我国气候特点之一就是季风性强。,地方风：由于地面上水陆分布，地势起伏，表面覆盖等地方性条件不同而引起小范围内的大气环流。如：水陆风，山谷风，庭院风，巷道风，这些都是由于局部受热不均而引起的，其特点是日夜交替变向。,2）风的描述风玫瑰图 风通常是以水平运动为主的空气运动。风的描述包括风向和风速。风玫瑰图能直观反映一个地方的风速和风向。如下图。,某地的风向频率分布 实线为全年，虚线为7月份,某地一年的风速频率分布,第一节、室外热环境和防热途径之一 室外热环境,海陆风和山谷风,第一节、室外热环境和防热途径之一 室外热环境,3、气温:,气温：
3、指空气的温度。一般气象学上所指气温是距地面1.5m高处的空气温度。 影响气温的主要因素：入射到地面上的太阳辐射热量，地形与地表面的覆盖以及大气环流的热交换作用等。其中，太阳辐射起决定作用。 气温变化：四季变化 （年变化）、日变化和随 地理纬度的变化。,空气温度的日变化 武汉九月初一天的气象数据（由图可知，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）,第一节、室外热环境和防热途径之一 室外热环境,3、气温:,空气温度的年变化 武汉某年的气象数据 一年中最热月一般在7、8月份，最冷月一般在1、2月份。,第一节、室外热环境和防热途径之一 室外热环境,、空气湿度:,空气湿度：表示
4、大气湿润程度。一般用相对湿度表示。 相对湿度的日变化通常与气温的日变化相反：如下图 我国各地的相对湿度： 受海洋气候影响，南方大部分地区相对湿度一年内夏季最大，,秋季最小；华南和东南沿海一带因春季海洋气团入侵，且此时温度还不高，形成较大相对湿度，大约以35月为最大，秋季最小，南方地区在夏季之交气候潮湿，室内地面常出现泛潮现象。,第一节、室外热环境和防热途径之一 室外热环境,、空气湿度:,相对湿度的年变化 内陆和沿海地区差别较大,第一节、室外热环境和防热途径之一 室外热环境,、降水:,指从地球表面蒸发出去的大量水汽进入大气层，经凝结后又降到地面上的液态或固态水分。如：雨、雪、冰、雹等。,降水强度
5、：24小时的降水总量，单位 mm (或cm) 影响因素：气温；地形；大气环流；海陆分布。,我国降水分布：基本集中在夏季，长江流域在夏初有“梅雨”；降雪则集中在北纬35以北地区。,第一节、室外热环境和防热途径之二 防热途径,1、室内过热的原因:,室内过热的原因：主要是强烈的太阳辐射和较高的室外气温，室外风速、风向，空气湿度及环境特点也在某种程度上起作用。 夏季室内热量的主要来源：如图示。,第一节、室外热环境和防热途径之二 防热途径,2、防热途径:, 减弱室外热作用：主要办法是正确选择房屋朝向和布局，防止日晒；同时绿化周围环境，降低环境辐射和气温，并对热风起冷却作用；外围护结构表面采用浅色，减少对
6、太阳辐射吸收，从而减少结构的传热量。 外围护结构的隔热和散热：对屋面、外墙（特别是西墙）进行隔热处理，减少传进室内的热量，降低围护结构的内表面温度。 房间自然通风：自然通风是排除房间余热、改善人体舒适感的主要途径。房屋朝向要力求接近夏季主导风向；选择合理布局形式，正确设计房屋的平面和剖面、房间开口的位置和面积，以及采用各种通风构造设施，以利房间通风散热。, 窗口遮阳：主要是阻挡直射阳光从窗口透入，减少对人体的辐射，防止室内墙面、地面和家具表面被晒而导致室温升高。遮阳方式：利用绿化（中树或攀缘植物）；结合建筑构件处理（入出檐、雨蓬、外廊等）；采用临时性的布篷和活动的合金百叶；采用专门的遮阳板设施
7、等。 几种途径要综合处理，但主要是屋面、西墙隔热、窗口防辐射和房间自然通风，同时也必须同环境绿化等一起综合考虑。,第一节、室外热环境和防热途径之三 气候条件和地理环境对建筑的影响,无论在房屋布局，细部处理和建筑形式等方面，都因气候条件和地理环境不同而具有不同的手法和地方特点。,例2、干热地区的传统住宅,例1、云南省西双版纳一带民居,第一节、室外热环境和防热途径之三 气候条件和地理环境对建筑的影响,云南干阑竹楼：防雨，防湿和防热。,湿热地区的中国民居,第一节、室外热环境和防热途径之三 气候条件和地理环境对建筑的影响,用干雪沏成厚度500mm的墙体可以提供较好的保温性能。当室外平均温度-30时可维
8、持室内-5以上。,寒冷地区建筑,爱斯基摩雪屋的外观和室内布置,第一节、室外热环境和防热途径之三 气候条件和地理环境对建筑的影响,将兽皮衬在雪屋内表面，通过鲸油灯采暖，可使室内温度达到15,爱斯基摩（因钮特）人的雪屋,第一节、室外热环境和防热途径之三 气候条件和地理环境对建筑的影响,干热地区建筑,埃及的民居：,第一节、室外热环境和防热途径之三 气候条件和地理环境对建筑的影响,巴格达地区的传统建筑 墙厚340-450mm，屋面厚度460mm，利用土坯热惯性。室外日夜温差24，室内不到 6。,第一节、室外热环境和防热途径之三 气候条件和地理环境对建筑的影响,土窑洞借助土壤大热惯性，达到冬暖夏凉的目的
9、。,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。,第一节、室外热环境和防热途径之三 气候条件和地理环境对建筑的影响,中国四合院：座北朝南的典范 利用太阳高度角的特点，仅在北方出现,第二节、外围护结构的隔热设计原则和措施之一 外围护结构的隔热设计原则,1、屋顶隔热。 外围护结构外表面受到的日晒时数和太阳辐射强度以水平面为最大，东西向其次，东南和西南又次之，南向较小，北向最小，所以屋顶隔热极为重要，其次是西墙和东墙。 2、降低室外综合温度。 其办法有: 结构外表面采用浅色平滑的粉刷和饰面材料。如：马赛克、小瓷砖等，以减少对太阳辐射的吸收。 在屋顶或墙面的外侧设置
10、遮阳设施，可有效降低室外综合温度。,3、在外围护结构内部设置通风间层。 通风间层与室外或室内相通，利用风压和热压的作用带走进入空气层内的一部分热量，从而减少传热室内的热量。,4、合理选择外围护结构的隔热能力。主要根据地区气候特点，房屋的使用性质和结构在房屋中的部位等因素来选择。,第二节、外围护结构的隔热设计原则和措施之一 外围护结构的隔热设计原则,5、利用水的蒸发和植被对太阳能的转化作用降温。如：蓄水屋顶，植被屋顶。这些屋顶具有很好的隔热能力，但也增加了结构的荷载，而且如果蓄水屋顶防水处理不当，还可能漏水、渗水。,6、屋顶和东、西外墙的内表面温度应通过验算，要求内表面最高温度应低于当地夏季室外
11、计算最高温度，保证满足隔热设计标准。,第二节、外围护结构的隔热设计原则和措施之二 外围护结构的隔热措施,（一）屋顶隔热：,1、实体材料层屋顶隔热：是一种从提高围护结构本身热阻和热惰性来提高隔热能力的处理方法。要注意材料层层次的排序，因排序不同也会影响衰减度，必须进行比较选择。如图（a）、（b）、（c）,（a）无隔热层，热工性能差。,（c）加一层蓄热系数大的粘土方砖（或混凝土板）。其粘土方砖外表面Tmax比卷材屋面降低20oC左右。但自重大，傍晚蓄热层蓄存的热量仍继续向室内散发。,第二节、外围护结构的隔热设计原则和措施之二 外围护结构的隔热措施,2、封闭空气间层隔热：采用空心板屋面，利用封闭空气
12、间层隔热，可减轻自重，解决隔热和散热矛盾。 封闭空气间层内传热方式主要是辐射换热，可在间层内铺设反射系数大，辐射系数小的材料，如铝箔。 左图 间层设铝箔后，结构内表面温度比右图降低7oC，效果较显著。,下图外表面铺白色光滑的无水石膏，结果结构内表面温度比上左图低12oC，比上右图低7oC，说明选择屋顶面层材料和颜色的重要性。,第二节、外围护结构的隔热设计原则和措施之二 外围护结构的隔热措施,（二）通风屋顶：,1、通风屋顶隔热性能及其作用： 我国南方地区气候炎热多雨，为了隔热防漏，创造了双层瓦通风屋顶和大阶砖通风屋顶。如图,以大阶砖通风屋顶为例。如教材图 是一个对比性实测结果。,第二节、外围护结
13、构的隔热设计原则和措施之二 外围护结构的隔热措施,（二）通风屋顶：,2. 通风屋顶传热过程与影响隔热的因素： 通风屋顶是当室外空气流经间层时，带走部分从面层传下的热量，从而减少透过基层传入室内的热量。如下图所示, 间层通风量愈大，带走的热量愈多。通风量大小与空气流动的动力，通风间层高度和通风间层内的空气阻力等因素有关。,第二节、外围护结构的隔热设计原则和措施之二 外围护结构的隔热措施,（二）通风屋顶：, 风压和热压是间层内空气流动的动力。,试验表明：在同样风力作用下，通风口朝向与风向的偏角（即风的投射角）愈小，间层的通风效果愈好，故应尽量使通风口面向夏季主导风向。由于风压愈风速的平方成正比，所以风速大的地区，利用通风屋顶效果显著。 试验还表明，将间层面层在檐口处适当向外挑出一段，能起兜风作用，可提高间层的通风效果。,第二节、外围护结构的隔热设计原则和措施之二 外围护结构的隔热措施,（二）通风屋顶：, 通风间层高度,试验表明：间层高度增高，对加大通风量有利，但增高到一定程度后，其效果渐趋缓慢。如图几种通风屋顶在不同高度的空气间层情况下的热工效果。,由图可见，间层高度以2024cm左右为好。因此，一般情况下，采用矩形截面通风口，房
