第一章 建筑热工学基础知识1.1 室内热环境Indoor Thermal and Humid Environment1.室内热湿环境构成要素与其对人体热舒适的影响〔1〕构成室内热湿环境的要素：室内空气温度、空气湿度、气流速度、环境辐射温度.〔2〕欲保持人体稳定的体温,体内产热量应与环境失热量相平衡.Δq =M±C±R-EΔq人体得失的热量Δq=36.5℃ 人体处于热平衡正常比例散热 对流换热C占总散热量 25%~30%辐射散热R占总散热量 45%~50%呼吸和无感觉蒸发散热 25%~30%Metabolic人体产热量〔取决于机体活动剧烈程度〕安静状态的成年人 95~115W/h重体力劳动成年人 580~700W/h东方人base metabolic 64W/h→根据人的活动不同,代谢不同.所以不同的功能空间设置,要根据满足的代谢需求不同进行适宜性设计.Met代谢率=general work metabolic/基础代谢量Convection人体对流换热量〔当人体表面与周围空气存在温差时的热交换值〕E值小于零,散热,感到凉爽或寒冷；E值大于零,得热,感到炎热或温暖.Radiation人体辐射换热量〔人体表面与周围墙壁、顶棚、地面以与窗玻璃之间进行的〕当人体表面温度高于周围表面温度时,辐射换热,失热,R负；反之得热,R正.Evaporation人体蒸发散热量未出汗,通过呼吸和无感觉的皮肤蒸发；大量出汗,随汗液蒸发E显著增加.2.室内热湿环境的评价方法和标准最简便、最广泛应用的指标是室内空气温度.〔1〕有效温度ET Effective Temperature包括因素有空气温度、空气湿度和气流速度.新有效温度所谓ET*,就是相对湿度为50%的假想封闭环境中相同作用的温度.该指标同时考虑了辐射、对流和蒸发三种因素的影响,因而受到了广泛的采用.等新有效温度曲线如图所示.〔2〕热感觉PMV-PPD指标将两个人体参数列入考虑：人的活动量和衣着情况-0.5~0.5 Index of Interior Heat Comfort服装热阻Icl是服装保温性能的一个指标,常用单位为m2·K/W 和clo,两者的关系为1clo= 0.155m2·K/W.1clo 的定义是一个静坐者在21 ℃空气温度、空气流速不超过0.05 m/s、相对湿度不超过50 % 的环境中感到舒适所需要的服装的热阻,相当于内穿衬衣外穿普通外衣时的服装热阻.3.湿空气的物理性质<1>水蒸气分压力根据道尔顿分压定律Pw=Pd+PPw湿空气总压力Pd干空气总压力P水蒸气分压力水蒸气压 Vapor Pressure饱和水蒸气压 Saturation Vapor Pressure饱和水蒸气压随温度升高增大〔2〕空气湿度绝对湿度 单位体积空气中所含水蒸气的重量相对湿度 Relative HumidityRH=Partial Vapor Pressure/ Saturation Vapor Pressure*100%对室内热环境 正常湿度范围大致是30%~60%湿空气线图〔3〕露点温度大气压力一定,空气含湿量不变的情况下,未饱和的空气因冷却而达到饱和状态时的温度.1.2 室外热湿环境Outdoor Thermal and Humid Environment1.地区性气候与其特征室外热气候构成要素：一个地区的气候状况是许多因素综合作用的结果,与建筑物密切相关的气候因素有：太阳辐射、室外空气温度、空气湿度、风、降水等.〔1〕空气温度影响室外空气温度的因素：A.太阳辐射热量<决定性作用> 空气温度的日变化、年变化,以与随地理纬度而产生的变化,都是由于太阳辐射热量的变化而引起的.B.大气环流作用 无论是水平方向还是垂直方向的空气流动,都会使高、低温空气混合,从而减少地域间空气温度的差异.C.下垫面状况 草原、森林、水面、沙漠等不同的地面覆盖层对太阳辐射的吸收与与空气的热交换状况各不相同,对空气温度的影响不同,因此各地温度也就有了差别.D.海拔高度、地形地貌等.室外气温有明显的日变化与年变化规律.日较差:一日内气温的最高值与最低值之差,用来表示气温的日变化.对北半球来说,最高月平均气温出现在7月或8月,而最低月平均气温出现在1月或2月.年较差:一年内最热月与最冷月的平均气温差.〔2〕太阳辐射太阳辐射热的影响因素：A.太阳高度角 由于大气层对不同波长的太阳辐射具有选择性的反射与吸收作用,因此在不同的太阳高度角下,光谱的成分不同.太阳高度角愈高,紫外线与可见光成分就愈多,红外线成分则减少.散射辐射强度与太阳高度角成正比,与大气透明度成反比,云天的散射辐射照度较晴天大.B.大气透明度 大气透明度的影响随大气中的烟雾、灰尘、水汽与二氧化碳等造成的混浊状况而异.城市上空的大气较农村混浊,透明度较差,因此城市区域的太阳直射辐射照度比农村弱.C.海拔高度 海拔愈高,太阳光线所透过的大气层愈薄,同时大气中的云量与尘埃也就愈少,所以在海拔高的地区,太阳直射辐射照度较大.在海拔高的地方散射辐射照度低.D.纬度 因为高纬度地区的太阳高度角小,太阳辐射透过的大气层较厚,所以太阳直射辐射随纬度的增加而减小.太阳辐射热交换示意图〔3〕空气湿度我国因受海洋气候的影响,南方大部分地区相对湿度以夏季为最大,秋季最小.〔4〕风大气环流：由于太阳辐射热在地球上照射不均匀,引起赤道和两极间出现温差,从而引起大气从赤道到两极和从两极到赤道的经常性活动.它是造成各地气候差异的主要原因.地方风：由于地表水陆分布、地势起伏、表面覆盖等地方性条件的不同而引起的风叫,如海陆风、季风、山谷风、庭院风与巷道风等.除季风外,都是由局部地方昼夜受热不均引起的,所以都以一昼夜为周期,风向产生昼夜交替的变化.风特性指标：风向、风速.通常用风玫瑰图来表示.2.建筑气候分区以与对建筑设计的基本要求建筑热工设计分区与设计要求全国建筑热工设计分区图3.城市气候与其起因〔1〕空气温度和辐射温度〔2〕城市风和紊流城市房屋、街道的高低、纵横交错,使城市区域下垫面粗糙程度增大,市区内风速减小.〔3〕温度和降水道路硬质铺装 导致自然蒸发量减小 绝对湿度和相对湿度较郊外略低降水并不能增加城区地表储水量 而是又排水设备迅速输送至城外〔4〕太阳辐射与日照由于城市中的大气污染程度要比郊区大,大气中具有丰富的凝结核,一旦条件适宜就产生大量的雾.1.3 建筑围护结构传热基础知识Basic Knowledge of Heat Transmission for Envelope Structure热量传递三种基本方式：导热、对流、辐射1.导热〔1〕温度场、温度梯度和热流密度〔2〕傅立叶公式Formula of Thermal Transmissionq=λ/d〔3〕导热系数影响因素：物质种类、结构成分、密度、湿度、压力、温度等.金属的导热系数最大,非金属和液体次之,气体最小.空气的导热系数很小,不流动的空气就是一种很好的绝热材料；故如果材料中有很多空隙,就会大大降低λ值.2.对流分为自然对流natural convection和受迫对流forced convection.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.一般情况下在壁面附近,存在着层流区、过渡区、紊流区三种流动情况.3.辐射一般建筑材料看做灰体〔1〕物体表面对外来辐射的吸收与反射特性短波辐射,颜色起主导作用,白色对可见光反射能力最强长波辐射,材性起主导作用〔2〕物体之间的辐射换热4.围护结构的传热过程EmissionConductionAbsorption第二章 建筑围护结构的传热计算与应用2.1 稳定传热Steady Heat Transmission Phenomena1.一维稳定传热特征平壁：当宽度与高度远远大于厚度时,则通过平壁的热流可视为只有沿厚度一个方向,即一维传热.当内外表面温度保持稳定时,则通过平壁的传热情况亦不会随时间变化Heat Conduction of WallHeat Emission of Wall2.单层平壁的导热和热阻〔1〕单层匀质平壁的导热热阻越大 围护结构保温效果越好〔2〕多层平壁的导热与热阻多层平壁：由几种不同材料组成的平壁计算总热阻：算出每一层热流强度q1 q2 q3根据稳定传热特征q=q1=q2=q3联立,R=R1+R2+R33.平壁的稳定传热过程4.封闭空气间层的热阻建筑设计中常利用封闭空气间层作为围护结构的保温层对普通空气间层,提高其热阻,首要设法减少辐射换热量将空气间层布置在围护结构的冷层,降低间层平均温度；在间层壁面上图贴辐射系数小的反射材料,常用铝箔第三章 建筑保温与节能3,1建筑保温与节能设计策略〔1〕充分利用太阳能〔2〕防止冷风的不利影响〔3〕选择合理的建筑体形和平面形式〔4〕房间具有良好的热工特性、建筑具有整体保温和蓄热能力〔5〕建筑保温系统科学、节点构造设计合理〔6〕建筑物具有舒适、高效的供热系统3.2 非透明围护结构的保温与节能1.围护结构最小总传热阻的确定2.楼底面的保温节能3.3 保温材料与构造1、影响导热系数的因素〔1〕密度：密度小 孔隙率大孔隙率大 导热系数小〔2〕湿度：材料受潮后,其导热系数将显著增大.〔3〕保温材料的选择2、保温构造类型〔1〕保温、承重合二为一 如果承重材料或构件除具有足够的力学性能外,同时还具有足够的热阻值,就能二者合为一体,例如混凝土空心砌块、轻质实心砌块等.这种方式构造简单、施工方便,多用于低层或多层墙承式建筑.〔2〕单设保温层 在房屋建筑中,由于承重层必须采用强度高、力学性能好的材料或构件,但这些材料的导热系数大,在结构要求的厚度内,热阻远不能满足保温的需要.为此,必须用导热系数较小的材料作保温层,铺设或粘贴在承重层上.由于保温层与承重层分开设置,对保温材料选择的灵活性比较大,不论是板块状、纤维状以至松散颗粒材料,均可应用.〔3〕复合构造近些年来,新型、高效材料、新的技术不断出现,当单独用某一种方式不能满足功能要求<其中包含保温要求>时,或为达到这些要求而造成技术经济不合理时,或者施工甚为困难时,往往采用复合构造.这样既能充分利用各种材料的特性,又能经济、有效地满足包括保温性能要求在内的各项功能要求.虽然构造可能复杂些,但在方案比较中却有明显的技术和经济优势.在复合结构中常采用单层或多层封闭空气间层与带反射材料的封闭空气间层.这样既可有效地增大热阻、满足保温性能的需要,也可减轻围护结构的自重,使承重结构更经济合理.〔4〕封闭空气层3、保温层的位置〔1〕内保温——保温层设在承重层内侧〔2〕外保温——保温层设在承重层外侧〔3〕中保温或夹芯保温——保温层设在承重结构层中间三种保温构造的特点比较：4.倒铺屋面5.热桥保温在建筑热工学中,形象地将容易传热的构件或部分称为"热桥".下图为高效轻质保温材料制成的轻板,其中的薄壁型钢骨架,就是板材的热桥.从图中可以看出,以热桥为中心的一小部分,内表面层失去的热量比其他部位多,所以该处内表面温度比主体部分低一些.在外表面上则相反,由于传到热桥外表面处的热量比主体部分多,所以该处外表面温度要比主体部分外表面温度高一些.当然,这里所说的热量指的是热流强度,而不是总热量.〔1〕。