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1、建筑物理基础知识和范畴,2020/1/6,绪论,建筑物理概述 一、为什么要学习建筑物理知识？ 二、建筑物理知识包括那些范畴？ 三、如何通过建筑物理知识的应用解决工程技术问题？,建筑物理,建筑物理是建筑学专业的选修课，通过本课程的教 学，使学生把建筑艺术与建筑技术有机的融为一体，使之掌 握室内物理环境基本设计原理与方法、处理与设计有关的技 能和措施。它是建筑设计理论组成部分，并且为建筑设计和 建筑创作提供必要的基础。目的在于使学生理解并掌握建筑 物中的热环境、声环境、光环境设计的基本知识，充分利用 自然能源，确保室内环境的质量，以满足人们生活质量不断 提高的要求。,一、课程性质与目的,第一章 筑
2、热工学基本知识 第二章 围护结构的传热原理及其计算 第三章 建筑保温设计 第四章 外围护结构的湿状况 第五章 建筑防热 第六章 建筑日照 第七章 建筑光学基础知识 第八章 天然采光 第九章 建筑照明 第十章 建筑声学基础知识 第十一章 室内声学原理 第十二章 吸声材料与吸声结构 第十三章 室内音质设计 第十四章 噪声控制与建筑隔音,32学时,18学时,10学时,二、课程教学内容：,三、课程教学的基本要求： 1.要求学生在理解建筑传热、声音传播等物理规 律的基础上，懂得客观物理现象“是什么”？ “为什 么” ？； 2.结合相应的设计实践，懂得“做什么”？ “怎么做”？能运用理论知识解决设计中所碰
3、到的一些技术问题，以提高今后工作中的后劲。 四、教学要求 ： 教学要求：通过学习，学生应较好的掌握热工学、光学，了解声学 相关的基本理论知识，并能运用这些知 解决工程实际问题，尤其是建筑节能设计问题。,五、与其它相关课程的关系： 本课程的前续课程，主要与建筑材料、建筑构造紧密联系，要求后续课程：住宅设计（保温、防热），影剧院设计、陈展馆（博物馆）设计相配合。,第一篇 建筑热工学 （32学时） 本篇主要内容： 建筑热工学基本知识 围护结构的传热原理及其计算 建筑保温设计 外围护结构的湿状况 建筑防热 建筑日照,第一章 建筑热工学基础知识, 1-1 建筑中的传热现象 热量的传递称为传热，只要存在温
4、差， 就会有传热现象。 一、热传导的几种方式： 导热传热分子热运动 对流传热相对位移 辐射传热电磁波,1-2围护结构传热基础知识 一、导热 概念：导热是指物体中有温差时由于直接接触的物质的质点 作热运动而引起的热量传递过程。 固体 平衡位置不变的质点振动 气体 分子的无规则运动相互碰撞 液体 平衡位置间歇移动着的分子振动 1.温度场、温度梯度和热流密度 温度 t与空间坐标x，y，z和时间的函数关系： t =f（ x，y，z ，） （1-1） 温度场：在某一时刻物体内各质点的温度分 布，称为温度场 等温面：温度场中同一时刻由相同温度连成 的面叫“等温面” 温度梯度： （1-2）,热流密度:通过等
5、温面上单位面积的热量称为热流密度。设单位时间内通过等温面上微元面积dFm2的热量为dQW则热流密度可表示为： (1-3) 由式（13)得： 或： (1-4) 如果热流密度在面积F上均匀分布，则热流量为： (1-5),w/m2,2.傅立叶定律 法国数学物理学家傅立叶于1822年最先发现提出的导热规律：匀质材料物体内各点的热流密度与温度梯度的大小成正比，即 （1-6） 式中是个比例常数，恒为正数，叫做材料的导热系数。负号是表示热量传递只能沿温度降低的方向进行。 3.导热系数 定义：当温度梯度为1C/m时，在单位时间内通过单位面积的导热量。 由式（1-6） w/(m .k) (1-7),一般来说,以
6、金属的最大,非金属和液体次之,气体的最小。工程上通常把导热系数小于0.25的材料，作为绝热材料。,导热系数还与温度有关，即： = 0+bt,式中00C时的导热系数 b 实验测定常数,二、对流 对流传热只发生在流体之中。,概念：温度不同的各流体之间发生相对运动、互相掺合而传递热能的一种传 热方式。分为两种： 自然对流本来温度相同的流体，因其中一部分受热（或冷）而产生温差，形成对流运动。 受迫对流受外力作用迫使流体运动。 在建筑热工中所涉及的主要是空气沿围护结构表面流动时，与壁面之间所产生的热交换过程（表面的对流换热），包括： 1）空气流动时所引起的对流传热； 2）空气分子间和相接触的空气分子与壁
7、面分子之间的导热 对流换热量可用牛顿公式：,(1-8),Qc对流换热强度 t 流体的温度 ac 对流换热系 固体表面温度,w/m2,w/(m2 .k),1.自然对流（指围护结构内表面） 垂直表面 （1-9） 水平表面（热流由下而上） （1-10） 水平表面（热流由上而下） （1-11） 上式中 是壁面与室内空气的温度差,下面讨论对流换热系数,2.受迫对流 内表面 外表面,（1-12）,（1-13）,式中 是气流速度，m/s,三、辐射 概念：与导热和对流在机理有本 质的区别，它是以电磁波的形式 传递热能，凡是温度高于绝对零 度的物体都存在辐射。 1.物体的辐射特性 黑体：能发射全波段的热 辐射，
8、在相同的温度条件下， 辐射能力最大。,灰体：其辐射光谱具有与黑体辐射光谱相似的形状，且对应每一波长的单色辐射力 与同温同波长的黑体的 的比值 为一常数 ，即,比值 称为“发射率”或“黑度”,非灰体:其辐射光谱具有与黑体光谱截然不同,甚至有的只能发射某些波长的辐射线。 一般建筑材料都可看作灰体。 斯蒂芬波尔兹曼定律： 黑体和灰体的全辐射能力与其表面的绝对温度的四次幂成正比。即：,（1-14）,（1-15）,C物体的辐射系数 w/(m2.k4) T物体表面的绝对温度,K,黑体的辐射系数Cb=5.68是由实验测得的,由式（1-14）可得灰体的辐射系数：,(1-16),2.物体表面对外来辐射的吸收与反
9、射特性 任何物体不仅具有向外发射热辐射的能力，而且对外来的辐射具有吸收和反射的特性，某些物体还具有透射特性。,(1-18),3.物体之间的辐射换热,换热量按下式计算：,或,（1-19）,从上式可以看出，换热量与表面温度有关。,四、围护结构的传热过程 一般要经过三个过程,1）表面吸热 2）结构本身传热 3）表面放热,严格地讲，每一传热过程都是三种基本传热方式的综合过程。 1.表面换热,（1-20）,式中,2.结构传热 平壁厚度尺寸比另外两个方向尺寸小的多的构件称为平壁。单一 材料组成的平壁叫做单层平壁。 在工程上仅对均匀材料进行研究 设图1-11所示为单层匀质平壁,仅在X 方向有热量传递,既一维
10、传热,传热仅以导 热方式传热。,由式（1-6）得在单位时间内，通过单位面积的热流热流强度为：,（1-21）,材料的导热系数 w/(m.k),温度梯度 k/m,当平壁两侧的温度 不随时间变化时，此种传热称为“稳定传热”。,1-3湿空气的物理性质,一、水蒸气分压力 湿空气干空气和水蒸气的混合物 在温度、压力一定的条件下，一 定容积的干空气所能容纳的水蒸气量 是有限的，当水蒸气含量达到这一限 度时，该湿空气叫做“饱和”的。,根据道尔顿分压定律，湿空气的压力等于干空气的分压力和水蒸气分压力之和，即,处于饱和状态的湿空气中水蒸气所呈现的压力叫做“饱和水蒸气压”或最大水蒸气分压力，用PS表示 PS参见附录
11、2,PS与温度的关系,二、空气湿度 概念：表示空气的干湿程度。,（1-23）,相对湿度：在一定温度、一定大气压力下，湿空气的绝对湿度f与同温同压下饱和水蒸气量fmax的百分比。 相对湿度也可用公式：,（1-25）,水蒸气的实际分压力可近似按下式表示:,（1-24）,三、露点温度td 概念:本来不饱和的空气，因温度降低而达到饱和状态，这一特定的温度称为露点温度。,卫生标准:正常湿度:30%60%,例题 已知室内空气的温度t=20C,相对湿度=60.5%,试求该室空气的露点温度td。 解首先应求出该居室的实际水蒸气分压力P, 从附录2中查得Ps=2337.1Pa； 由式（1-25）得 P=PS=2
12、337.1x60.5% =1413.9Pa,从附录2中查得Ps=1413.9Pa对应的温度td=12.15 C,1-4室内热环境,室内环境包括：,一、室内热环境构成要素及对人体热舒适的影响 构成要素： 空气温度、空气湿度、气流速度、环境辐射温度 热平衡按下式：,qm人体产热量，w qe人体蒸发散热量，w qr人体辐射换热量，w qc人体对流换热量，w,人体得失的热量，w,(1-26),=0时，体温恒定不变； 0时，体温上升； 0时，体温下降。,二、室内热环境的评价方法和标准 有效温度 ET作为衡量一个房间热环境的指标,评价标准,有效温度ET 43 40 35 30 25 20 15 10,主观热感觉 允许上限 酷热 炎热 热 稍热 适中 稍冷 冷 寒冷 酷冷,1-5室外热环境,一、地区性气候及其特征 我国将整个地区划分为五个气候区： 严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区 1.室外气温： 一般按下式计算：,（1-32）,式中,2.太阳辐射,3.空气湿度 4.风 气象学上把水平方向的气流叫做风，分为左、右风。 在建筑总体布局和单体设计中，要充分考虑。,作业 P21: 题1-1、1-2、1-3,
