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建筑物理
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编辑于2024-05-21 18:34:25- 建筑物理
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- 大纲
建筑物理
建筑热工学基础知识
室内热湿环境
人体的得热和失热过程
人体热平衡公式
对人体热舒适有直接影响的四要素
空气温度 相对湿度 气流速度 环境的平均辐射温度
正常热平衡
正常比例散热，对流换热约占总散热量的25%～30%， 辐射散热约占45%~50%，呼吸和无感觉蒸发散热约占25%～30%
热平衡影响因素
人体新陈代谢产热量 蒸发散热量 对流换热量 辐射换热量
热感觉影响因素
空气温度 空气湿度 风速 平均辐射温度 人体活动量（代谢率）衣着
室内热环境的四要素
室内空气温度
空气湿度
气流速度
环境辐射温度
评价方法和标准
有效温度（ET ）
依据半裸的人和穿夏季长衫的人在一定条件环境所反映的瞬时热感觉
考虑因素：室内气温、室内空气湿度、室内气流速度
预计热感觉指数（PMV ）
-0.5 到0.5 ppd 小于等于10%
热应力指数（HSI ）
依据半裸的和穿夏季长衫的人在一定条件环境所反映的瞬时热感觉
室外热湿环境
组成
空气温度
定义
离地面1.5 米处空气温度
影响因素
太阳辐射照度
气流状况
地面覆盖情况
地形
太阳辐射
直接辐射
直射地面，平行
散射辐射
经大气散射，来自各个方向
空气湿度
定义
空气中水蒸气的含量
绝对湿度
1 千克空气中含有水蒸气的质量
相对湿度
一定温度及大气压力下，空气的绝对湿度与同温同压下饱和蒸汽量的比值
风
定义
水平方向的气流
组成部分
大气环流 地方风
降水
定义
水汽经过凝结后降到地面上的液态或固态水分
组成部分
降水量 降水时间 降水强度
影响因素
蒸发量、凝结核、水陆分布
城市气候
定义
是在不同区域气候的条件下，在人类活动特别是城市化的影响下形成的一种特殊气候
特点
太阳辐射弱
空气温度高，形成热岛效应
蒸发减弱，湿度减小
风速减弱，风向因地而异
雾大，能见度小
小气候
微气候
热岛效应
我国建筑热工设计分区及要求
原因
幅员辽阔，气候差异悬殊
不同的建筑设计对气候有不同要求
为了明确建筑设计与气候的关系，充分适用和利用气候
分区
严寒地区 寒冷地区 夏热冬冷地区 夏热冬暖地区 温和地区
建筑围护结构传热基础知识
三个分类
导热
定义
物体中有温差时，由于直接接触的物质质点做热运动而引起的热能传递过程
机理
傅立叶定律
均质物体内各点的热流密度与温度梯度的大小成正比
导热系数
导热系数是在稳定条件下，1m厚的物体，两侧表面温差为1K时，在单位时间内通过单位面积所传导的热量。导热系数越大，表明材料的导热能力越强。
影响因素
物质的种类 结构成分 密度 湿度 温度 压力
对流
定义
流体与流体之间，流体与固体之间发生相对位移时所产生的热量交换
条件
流体之间或固体表面与紧邻的运动流体之间
分类
自然对流
受迫对流
牛顿冷却定律
确定表面对流换热量
辐射
定义
把热量以电磁波的形式从一个物体传向另一个物体的现象
物体的辐射特性
分类
黑体 灰体 选择辐射体
斯蒂芬- 玻尔兹曼定律
物体表面对外来辐射的吸收与发射特性
物体之间的辐射换热
表面辐射换热量公式
三个过程
表面吸热--内表面从室内吸热(冬季)，或外表面从室外空间吸热(夏季)
结构本身传热--热量由高温表面传向低温表面
表面放热一-外表面向室外空间散发热量(冬季)或内表面向室内散热(夏季)
建筑围护结构的传热计算与应用（计算题）
恒定的热作用
室内温度和室外温度在计算期间不随时间而变，这种计算模型通常用于供暖房间冬季条件下的保温与节能设计
分类
一维稳定传热特征
通过平壁的热流强度q处处相等
同一材质的平壁内部各界面温度分布呈直线关系
平壁的导热和热阻
热阻是表征围护结构本身或其中某层材料阻抗传热能力的物理量
围护结构总热阻
平壁的稳定传热过程
两个表格p25-26
平壁材料层的计算
封闭空气间层的热阻
上间层厚度较薄时，上升和下沉的的平均温度，可减少辐射换热量，但效果不显著。最有效的是在间层壁面上涂贴辐射系数小的反射材气流相互王扰，此时气流速度虽小一但形成局部环流而使边界层减薄
间层厚度增大时，上升成分和加工质量的不同,它的辐射系数介于029~1.12气流与下沉气流相互干扰的程度越来越小
当厚度达到一定程度时，就与开敞空间中沿垂直壁面所产生的自然对流状况相似
围护结构内部温度的计算
公式＋例题p29-30
稳定传热及其相关指标的应用
周期热作用
根据室内外温度波动的情况，又分单向周期热作用和双向周期热作用两类
当外界热作用随时间而变时，围护结构内部的温度和通过围护结构的热流量亦将发生变化，这种传热过程，称为不稳定传热。若外界热作用随着时间呈现周期性的变化，则叫作周期性不稳定传热。
室外综合温度
为了计算方便，常将室外空气温度和太阳短波辐射加热外围护结构的共同作用综合成一个单一的室外气象参数，这个假想的参数用“室外综合温度”
建筑的保温与节能
充分利用太阳能
利用太阳能
主要途径是太阳能的吸收和积蓄
利用地热能
地下建筑，地景建筑
防止冷风的不利影响
防止冷风渗透的措施
应争取不使大面积外表面朝向冬季主导风向
应在迎风面上尽量少开门窗或其他孔洞
尽可能增加门窗的气密性
严寒和寒冷地区还应该设置门斗，以减少冷风的不利影响
选择合理的建筑体型及平面形式
体形系数
提高房屋的整体保温性能以及蓄热性能
合理的节点部位保温设计
选择舒适、高效的供热系统等
建筑保温与节能，一是保证室内环境的热舒适性，尽可能降低建筑物的供暖能耗;二是提高能源的利用效率，在供暖建筑中配置高效率的供热系统从而实现建筑节能这一根本目标:
建筑围护结构的传湿与防潮
外围护结构受潮的原因
用于结构中材料的原始湿度高
施工过程中水分进入结构材料
毛细管作用，水分从土地渗透到围护结构中
雨、雪作用，水分渗透到围护结构中
使用管理中的水分渗入
由于材料的吸湿作用，从空气中吸收的水分
空气中的水分在围护结构表面和内部发生冷凝
道尔顿分压定律
湿空气的总压力等干空气的分压力和水蒸气分压力之和
露点温度
露点温度是指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。
湿球温度
在定压绝热的情况下，空气与水直接接触，达到稳定热湿平衡时的绝热饱和温度
建筑围护结构的传湿
材料的吸湿特性
平衡湿度
当材料试件与某一状态(一定的空气温度和一定的相对湿度)的空气处于热湿平衡时亦即材料的温度与周围空气温度一致(热平衡)向试件的重量不再发生变化(湿平衡)，这时的材料空湿度称为平衡湿度
材料的吸湿机理分三种状态
在低湿度时为单分子吸湿
在中等湿度时为多分子吸湿
在高湿度时为毛细吸湿
围护结构中的水分转移
原因
当材料内部存在压力差，湿度差和温度差时，均能引起材料内部所含水分的迁移
三种形态
气态(水蒸气)、液态(液态水)和固态(冰)
两种相态
一种是以气态的扩散方式迁移(又称水蒸气渗透)
一种是以液态水分的毛细渗透方式迁移
水蒸气渗透强度
围护结构内任一层内界面上的水蒸气分压力
公式p76
内部冷凝的检验
p77例题及解题步骤
围护结构的防潮
防止和控制表面冷凝
高湿房间措施
设防水层
设饰面层或涂层
设吊顶
使用机械技术加强通风
防止和控制内部冷凝
合理布置材料层
利用渗透系数达到在水蒸气渗透的通路上做到“进难出易”
蒸汽渗透系数，有小到大
导热系数由大到小
设置隔汽层
设置通风间层和泄气沟道
冷测设置密闭空气层
夏季结露与防止措施
夏季结露的原因（必须同时存在，缺一不可）
室外空气温度高、湿度大，空气饱和或者接近饱和
室内某些表面热惰性大，使其温度低于室外空气的露点温度
室外高温高湿空气与室内物体低温表面发生接触
防止夏季结露的措施
架空层防结露
空气层防结露
材料层防结露
呼吸防结露
密闭防结露
通风防结露
空调防结露
防止地面泛潮的措施
地面的面层采用蓄热系数小的材料
表面采用微孔较多的材料
加强垫层的隔潮能力，如采用粗沙、三合土等垫层
设置较高的腰门和门槛
开窗换气，加速水分蒸发
使地表面温度始终高于空气的露点温度
建筑防热与节能
室内过热的原因和防热措施
原因
围护结构向室内的传热
透近的太阳辐射热
通风带入的热量
室内产生的余热
防热的被动式措施
减弱室外的热作用
外围护结构的隔热
房间的自然通风和电扇调风
窗口遮阳
利用自然能
防热的主动式措施
机械通风降温
空调设备降温
窗口遮阳
通过遮挡有效的减少进入室内的太阳辐射
遮阳的形式
水平式遮阳
垂直式遮阳
综合式遮阳
挡板式遮阳
自然通风
建筑群的布局
错列式、斜列式较行列、周边式好
建筑平面布置与剖面处理基本原则
建筑布局采用交错排列或前低后高，或前后逐层加高的布置
正确选择平面的组合形式
利用天井、楼梯间等增加建筑内部的开口面积
开口位置的布置应使室内流场分布均匀
改进门窗及其他构造
屋顶与外墙的隔热设计
原则
隔热的重点在屋面，其次在东墙和西墙
降低室外综合温度
在围护结构内部设置通风间层
合理选择外围护结构的隔热能力
利用水的蒸发和植被对太阳能的转化作用降温
达到室内热环境和人体热舒适可以接受的最低要求
充分利用自然资源
空调建筑围护结构的传热系数符合国家标准
屋顶隔热
实体材料层和带有封闭空气层的隔热屋顶
通风屋顶
阁楼屋顶
植被隔热屋顶
蓄水屋顶
加气混凝土蒸发屋面
淋水玻璃屋顶
外墙隔热
空心砌块墙
钢筋混凝土空心大板墙
轻骨料混凝土砌块墙
复合墙体
建筑日照
日照就是物体表面被太阳光直接照射的现象
太阳位置常以太阳高度角和方位角表示
太阳高度角和方位角的确定
太阳高度角hs
太阳高度角
太阳方位角As
日出、日落的时刻和方位角
日照换算
高度角
sin太阳高度角=sin赤纬角sin地理纬度+cos赤纬角cos地理纬度cos时角
正午
高度角=90-/ 地理纬度- 赤纬角/
方位角
cos 方位角=sin 高度角sin 地理纬度-sin 赤纬角/cos 高度角cos 地理纬度
地方时与标准时
建筑光学
光是一种能直接引起视感觉的光谱辐射，其波长范围为380～700nm。 波长大于780nm的红外线、无线电波等，以及小于380nm的紫外线、X射线等。
人的视觉活动特点
明视觉、暗视觉和中间视觉
明适应、暗适应和色适应
光谱光视效率
普尔金耶效应
在不同亮光条件下人眼感受性不同的现象
基本光度单位及应用
光通量
依照光对人产生视觉的能力，来计算辐射能量流的速率
发光强度
光源给定方向上单位立体角内光通量的物理量
照度
其单位面积上的光通量多少来衡量它被照射的程度
发光强度和照度的关系
亮度
亮度就是单位投影面积上的发光强度
可见度
人眼辨认物体存在或形状的难易程度
照度和亮度的关系
立体角定律
可见度及其影响因素
避免眩光
限制光源亮度（增大面积，降低亮度)如加灯罩等
增加眩光源的背景亮度，减少二者之间的亮度对比
减少形成眩光的光源的视看面积（即光源对光测者眼睛形成的立体角）
尽可能增大眩光源的仰角
天然采光
光气候和采光系数
采光系数
指在全阴天空漫射光照射下，在室内参考平面上的一点，由直接或间接地接收来自假定和已知天空亮度分布的天空漫射光而产生的照度E)与同一时刻该天空半球在室外无遮挡水平面上由天空漫射光所产生的照度(E)的比值，
改善窗洞口采光
采光设计
采光质量
采光均匀度
I~IV级采光等级的采光均匀度不宜小于0.7
窗眩光
采光的设计步骤
搜集资料
了解设计对象对采光的要求
房间的工作特点以及精密度
工作面位置
工作对象的表面状况
工作中是否容许直射阳光进入房间
工作区域
了解设计对象其他要求
采暖
通风
泄爆
房间及其周围环境概况
选择窗洞口形式
确定窗洞口位置及可能开设窗口的面积
侧窗
天窗
估算窗洞口尺寸
布置窗洞口
采光计算
侧面采光计算
顶部采光计算
人工照明
电光源
热辐射光源
气体放电光源
固态光源
灯具的光学特性
配光曲线
光强分布就是用曲线或表格表示光源或灯具在空间各方向的发光强度值，通常把某一平面上的光强分布曲线称为配光曲线
亮度分布与遮光角
灯具效率
其值总是小于1
灯具分类
直接型灯具
半直接型灯具
直接--间接型灯具
一般漫射型灯具
半间接型灯具
间接型灯具
室内工作照明
照明方式
一般照明
分区一般照明
局部照明
混合照明
重点照明
照明计算
室空间比
顶棚空间比
房间内工作面上的平均照度
室外照明的光污染
人工照明造成的光污染危害
昼间天然光造成的光污染危害
绿色照明工程
绿色照明是节约能源、保护环境，有益于提高人们生产、工作、学习效率和生活质量，保护身心健康的照明
目的：使照明达到高效、节能、安全、舒适和有益于环境。
照明设计节能
建筑声学
定义
是研究机械波在介质中产生.传播.接收和效应的科学
吸声系数
公式p258
声音的计量(p260）
声功率W
声功率是指声源在，单位是 W/m’。单位时间内向外辐射的声能，记为 W,单位为瓦(W)(11-4)或微瓦(μW，10'W)
声强I
声强是衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量
声压P
所谓声压，是指介质中有声波传播时，介质中的压强相对于无声波时介质静压强的改变量
声能密度E
声强为I的平面波，在单位面积上每秒距离为c，则在这一空间中声能密度为
室内声学原理
室内声场
在封闭空间内，声波在传播时将受到封闭空间各个界面(墙壁、顶棚、地面等)的反射与吸收，声波相互重叠形成复杂声场，即室内声场，并引起一系列特有的声学特性
扩散声场的假定
声能密度在室内均匀分布，即在室内任一点上，其声能密度都相等
在室内任一点上，来自各个方向的声能强度都相同
室内声音的增长、稳态和衰减
室内总吸声量越大，衰减就越快；室容积越大，衰减越缓慢。
混响和混响时间计算公式（平均α小于0.2用依林）
混响，是指声源停止发声后，在声场中还存在着来自各个界面的迟到的反射声形成的声音“残留”现象
赛宾的混响时间计算公式p274
依林的混响时间计算公式p275
室内声压级计算与混响半径
室内声压级计算
混响半径
吸声材料和吸声构造
吸声系数
用以表征材料和结构吸声能力的基本参量通常采用吸声系数，以“α”表示
影响多孔材料吸声紊数的因素
材料的孔隙率
结构因子
空气流阻
当稳定气流通过多孔材料时，材料两面的静压差和气流线速度之比
亥姆霍兹共振吸声
隔声与隔声构造
透射系数
隔声量
隔声频率特性
计权隔声量
撞击声隔绝措施
面层处理
浮筑地板
弹性隔声吊顶
房中房
柔性连接
隔声量计算p314
噪声的危害及降低
听力损伤
对神经系统造成影响
对心血管系统造成影响
对消化系统.视觉器官.内分泌系统造成影响
控制噪声
对声源的具体噪声控制有两条途径
改进结构
利用声的吸收、反射、干涉等特性
在传声途径中的控制
在接收点，为了防止噪声对人的危害，可采取以下防护措施
噪声控制的工作步骤
调查噪声现状，确定噪声声级
确定噪声允许标准
选择控制措施
城市噪声的来源
交通噪声
工厂噪声
施工噪声
社会生活噪声
吸声降噪量的计算
厅堂音质设计
主观主标
合适的响度
较高的清晰度和明晰度
足够的丰满度
良好的空间感
没有声缺陷和噪声干扰
客观指标
声压级与混响时间
反射声的时间与空间分布
混响计算p354