导图社区 建筑热工笔记
- 140
- 14
- 1
- 举报
建筑热工笔记
建筑热工笔记，包括室内热环境，室外气候与建筑密切有关的气候要素、建筑日照、传热基础、建筑保温、建筑防热等内容。
编辑于2022-01-06 22:27:04- 建筑物理
- 建筑热工
- 相似推荐
- 大纲
建筑热工
室内热环境
概念：热环境、热平衡、热感觉
热环境：由于太阳辐射、气温、周围物体表面温度、相对湿度与气流速度等物理因素作用于人，影响人的冷热感觉和健康的环境
室内热环境主要由室内气温、湿度、气流、壁面热辐射等因素综合而成的室内微气候
热平衡（热舒适必要条件）：人体内产生的热量与向环境散发的热量相等，即保持人体的热平衡
Δq（人体热量得失）=qm（人体产热量）±qc（人体与外界对流换热量）±qr（人体与环境间辐射换热量）-qw（人体蒸发散热量）
热舒适是人们对所处室内气候环境满意程度的感受
热感觉：
有效温度（ET）
表征室内气温（后修正为黑球温度）、室内空气湿度、室内气流湿度三者对人体综合影响的指标
采暖、制冷、空调
热应力指数（HSI）
人体所需的蒸发量与室内环境条件下最大可能的蒸发散热量之比，一般用百分比表示
HSI=（qreq/qmax）*100%
qreq：人体所需的蒸发散热量，其值有人体热平衡方程而定
qreq=qm（人体产热量）±qc（人体与外界对流换热量）±qr（人体与环境间辐射换热量）
qmax=最大可能的蒸发散热量，其值决定于室内空气湿度、气流速度以及人体衣着等因素
只适用于20-25℃：用于评价夏季。
预计热感觉指数PMV：
Δq的影响因素：
环境因素：气温t，相对湿度φ，环境表面平均辐射温度θ，气流速度v
人体因素：人体活动量（或新陈代谢率）m，皮肤平均温度tsk，汗液蒸发率qsw，衣服热阻Rcl
PMV曲线：可以依据房间的用途，求得在不同衣着及活动量时，确保人体热舒适状态下的气候因素的组合，作为设计依据
PMV-PDD曲线：可以获得不同着装、从事不同工作的人在不同环境中的热感觉。
不满意百分比PPD
-0.5-0.5为热舒适指标，但是如果身体一部分暖而另一部分冷，就会感觉不舒适（对流冷、不对称热辐射、垂直温差、暖或冷地板）
心理适应性模型：
室内热中性温度与室外月平均气温之间的关系。
以热中性温度为中心，以90%可接受的温度变化5℃、和80%人可接受7℃变化定义为自然通风建筑的热舒适区。
人体散热方式
对流（25%-35%）
辐射（45%-50%）
蒸发（25%-30%）
热调节方式
生理调节（皮肤温度，出汗）
主观调节（活动量，衣着）
热适应方式
生理（温度调节反射：蒸发）
心理（温差）
行为（加减衣，开关窗）
室外气候
与建筑密切有关的气候要素
太阳辐射：
地球热量的基本来源
决定气候的主要因素
建筑物外部最主要的气候条件之一
分为直接辐射（平行入射）和散射辐射（各个方向）
直接辐射与太阳高度角、大气透明度成正比
散射辐射照度与太阳高度角成正比，与大气透明度成反比
太阳高度角越高，紫外线及可见光成分就越高（短波吸收少），红外线减少（长波散射少）
气温：
地面与空气的热量交换时气温升降的直接原因
影响因素：
入射到地面上的太阳辐射热量
大气对流作用
下垫面情况
空气湿度：表达方式：绝对湿度、相对湿度、露点湿度
绝对湿度
相对湿度：绝对湿度/饱和湿度
日变化受地面性质、水陆分布、季节寒暑、天气阴晴等因素影响。
一般大陆大于海面，夏季大于冬季，晴天大于阴天
相对湿度日变化与气温日变化趋势相反
露点湿度：相对湿度=100%
降水：
性质：降水量、降水时间、降水强度
大气环流、地形、海陆分布的性质及洋流等对降水规律都有影响
风：风吹来的方向为风的方向
风的流向规律：
高空：热-冷
地面：冷-热
风的类型
按成因
大气环流（太阳辐射热不均匀）
地方风
水陆
地势
表面覆盖
...
以一昼夜为周期
风向
风吹来的方向
风玫瑰图：描述各风向频率和风速
按照1月、7月风玫瑰图分
季节变化
主导风向
双主导风向
无主导风向
准静止风
风向规划原则：
不同风向类型的区域要采取不同的对策。
决定气候的因素：太阳辐射、地面状况、大气环流
调节气候的因素：人工改变五个因素的方式
植被
城市密度等
气候分区：5个热工设计分区，4个被动式气候设计策略
热工设计分区：
严寒地区：累年最冷月平均温度-10℃-0℃：充分考虑冬季保温，不考虑夏季放热
寒冷地区：累年最冷月平均温度0℃-10℃：满足冬季保温，部分地区适当兼顾夏季放热
夏热冬冷地区：累年最冷月平均温度0℃-10℃，最热月平均温度25℃-29℃的地区：必须满足夏季放热，适当兼顾冬季保温
夏热冬暖地区：累年最冷月平均温度高于10℃，最热月平均温度25℃-29℃的地区：必须充分满足夏季放热，可以不考虑冬季保温
温和地区：累年最冷月平均温度0℃-13℃，最热月平均温度18℃-25℃的地区：部分地区考虑冬季保温，一般不考虑夏季防热。
被动式气候设计策略：
被动式太阳能设计
自然通风设计
建筑蓄热/冷设计
城市气候：
城市气候特点
太阳直接辐射减小，散射辐射增多
气温偏高，出现城市热岛现象
风速减小
湿度减小
城市热岛
影响：
对环境：
形成热岛环流，把城市边缘区域工厂排放的污染带进工业区
酷热天气增多，寒冷天气减少；空调能耗增多，采暖能耗减少
对人：
污染聚集影响人的健康等
高温影响人的情绪健康工作效率等
原因
城市下垫面
人工热源
水气影响
空气污染
绿地减少
城市热岛效应是指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素，造成城市“高温化”
建筑日照
日照规律基本参数：太阳赤纬角δ、太阳时角Ω、地面位置φ
日照规律：书p132
变化范围：δ=23.45*sin[360*（n-28）/370] n：从元旦日开始计算的天数
典型值：66°33'，23°27'
日照设计基本参数：太阳高度角hs，太阳方位角As
sinhs=sinΦ*sinδ+cosΦ*cosδ*cosΩ
cosAs=(sinhs*sinΦ-sinδ)/(coshs*cosΦ)
Φ :观察点的地理位置
地方时与标准时
T0=Tm+4（L0-Lm）+Ep
T0：标准时间：h：min
Tm：地方平均太阳时：h：min
L0：标准时间子午线经度：deg
Lm：当地时间子午线的经度：deg
4（L0-Lm）：时差，min
Ep：均时差：min（一般可忽略）
日照标准：指标及要求，对建筑规划设计的影响
指标：大寒日、冬至日（书p138-139）
传热
传热基础
方式
导热
导热是由不同温度的质点（分子、原子、电子）在热运动中引起的热能传递现象。（微观）
固液气
材料导热系数Q（搭配热热量）=λ（导热系数）（θi-θe）（两侧温度差）*F（壁体截面积）/d（壁体厚度）
q（热流强度）=λ*Δθ/d
在单位面积、单位时间内透过该壁体的导热热量称为热流强度
导热系数λ反映了
壁体材料的导热能力
当材料层单位厚度的温度差为1k时，在单位时间内通过1㎡表面积的热量
工程上把λ＜0.3w/（m·kj）的材料称为绝热材料
材料导热影响因素
材料性质（λ）
材料固有属性
不同物质导热系数各不相同；相同物质的导热系数与其的结构、密度、湿度、温度、压力等因素有关。同一物质的含水率低、温度较低时，导热系数较小。
材料干密度
内部孔隙越少，导热性能越强
干密度降低到一定值，再降低，导热系数也会增大
材料含湿量
湿度大，导热性能强
对流
温度不同各部分流体之间的相对运动、互相掺和传递热能（宏观）
只能发生在流体之中或者固体表面和与其紧邻流体之间
qc（对流换热强度）=αc（对流换热系数）（θ（壁面温度）-t（流体主体部分温度））
辐射
热辐射分类：短波、长波
λ=0.8-600nm：红外线：可以产生热效应
0.4-40nm：可产生显著热效应：可见光和红外线短波部分
热射线
通过热射线传播热能的过程被称为辐射传热
物体接收热辐射性能参数：吸收系数、反射系数、透射系数
影响因素
材质
材料的分子结构
表面的光洁度
物体表面颜色
物体发射热辐射性能参数
灰体辐射能力
灰体：辐射特性是其辐射光谱曲线和黑体的形状相似，且单色辐射本领E不仅小于黑体同波长的单色辐射本领Eb，λ，两者比值为不大于1的常数q
E：灰体的辐射本领W/㎡
C：灰体的辐射系数（＜5.68W/（㎡*K4））
T：灰体的绝对温度K
发射率ε
原理
动力：温度差
维护结构
稳态传热
空间中各点的温度分布为“温度场”，如果温度场不随时间的变化而变化，则称为稳态传热过程
平壁传热
稳定传热特性：温度不变、各层热流相等，热流=温差/热阻
周期传热特性：衰减、延迟
平壁R、D作用及计算
传热过程
表面吸热
与空气对流换热
与室内相对表面辐射换热
平壁内表面换热系数αi=平壁内表面辐射系数αir+平壁内表面对流换热αic
材料层导热
热阻R
R=Δθ/q=d/λ
外表面层放热
对流换热αec
辐射换热αer
外表面换热系数αe=αec+αer
三个过程q相等，所以q=（ti-te）/（1/α+d/λ+1/α2）） q=（ti-te）/（Ri+R+Re）=（ti-te）/R0（总热阻：加运算）
平壁总传热系数：K0=1/R0
K0表示平壁的总传热能力，在数值上是当室内、外空气温度相差1℃时，单位时间内通过平壁单位面积所传出的热量。
总热阻R0和总传热系数K0都是衡量平壁稳定传热条件下的重要的热工性能指标
维护结构总热阻：R0=Ri+R+Re，传热系数：K=1/R0
维护结构传热强度：q=（Δt/R0）=K0*Δt
空气间层传热
方式
辐射（主要，对于一般建筑材料，占70%以上）
取决于
辐射系数（黑度）
间层的温度状态
一般建筑材料的辐射系数：4.65-5.23W/（㎡*K＾４）
减少方法
用铝箔（辐射系数０.２９－１.１２）
一面贴和两面贴差别不大，因此在应用中常以一个表面贴反射材料为宜
对流
垂直空气间层
热表面（导热）
边界导热
中间（对流）
由于空气间层导热性能差，空气层温度降落大，随后附近空气将上升，冷表面空气则下降，进入自然对流状态，温度变化较为平缓
冷表面（导热）
边界导热
水平空气间层
上表面温度高
间层空气难以对流
下表面温度高
间层可形成自然对流
对流换热比上表面温度高强一点
对流换热的强度和间层的
厚度
位置
形状
...
有关
导热
导热性差
纯导热量随空气层厚度的增加而迅速减少，尤其在4cm处变化最明显
应用注意
在建筑维护结构中采用空气间层可增加热阻，并且材料省，重量轻，是一项有效而经济的建筑措施
如果构造技术可行，在维护结构中用一个“厚”空气层不如用几个“薄”空气层
为了减少空气间层的辐射传热量，可以在间层涂贴反射材料，一般在一个表面并且是温度较高一侧的表面，可以防止间层间结露
周期传热
定义
各点温度都随时间按照同样周期变化
不稳定传热
简协热运动
温度随时间呈正弦函数或余弦函数的规律变化
半无限厚壁
外界的热作用不能影响到另一面
传热特征
平壁任意一点ｘ处的温度，都会出现和介质温度周期Ｚ相同的简谐波动
从介质到壁体表面及内部，温度波动的振幅逐渐减少（称为波的衰减）
从介质到壁体表面及内部，温度波动的相位逐渐向后推延（称为相位延迟）
即从外到内各个面出现最高温度的时间向后推迟
热惰性指标
蓄热系数Ｓ
建筑材料在周期性波动下，均有蓄存热量的能力，借以调节材料层表面温度的波动。
把半无限厚壁表面热流波动的振幅Ａｑ０与温度波动振幅Ａｆ的比值称为物体在简谐热运动作用下的“材料蓄热系数”
计算式：Ｓ＝Ａｑ０／Ａｆ
正比与根号下材料的导热系数、材料的比热容、材料的密度之乘积
反比于根号下温度波周期
热惰性Ｄ＝Ｒ（热阻）＊Ｓ
描述维护结构在简谐波热作用下反抗温度波动的能力
求平均：先用各层平行于热流划分的各个传热面积Ｆ算Ｒ和Ｓ的平均
Ｄ越大，越能蓄热，空气层的Ｄ忽略不计
有限厚壁
双向温度波
保温材料和蓄热材料特点
保温材料
蓄热材料
建筑传湿
含有水蒸气的空气就是湿空气，湿空气压力等于干空气和水蒸气分压力之和
绝对湿度
单位容积空气含水蒸气的重量：不能直接说明空气的干湿程度
单位g/m³
相对湿度
一定温度和大气压下，空气的绝对湿度f与同温同压下饱和蒸汽量fmax的比值
φ=P/Pmax*100%
表达空气某一温度时所含水蒸气分量接近饱和的程度
可以直接判断干湿
露点温度；
某一状态的空气，在含湿量不变的情况下，冷却到它相对湿度达到100%时所对应的湿度。
td
找相对湿度的露点温度： 查表： 先根据当前温度在表上找到对应的湿度点 再画一条水平线与相对湿度100%的线相交 然后找该点对应的温度。
围护结构的蒸汽渗透
当室内外水蒸气含量不等时，外围护结构的两侧就会存在水蒸气分压力差。水蒸气分子将从压力较高的一侧通过维护结构向低的一侧渗透扩散。如果设计不当，水蒸气在通过维护结构时，就可能在维护结构表面或内部凝结，使材料受潮。
建筑保温
保温与节能综合处理
充分利用太阳能
选择合理的建筑体形和平面布局
体型系数（接触室外空气的外表面积/体积）不宜过大
建筑平面不易过于松散
防止冷风的不利影响
避免大面积朝向冬季主导风向
加强门窗密闭性
房间的热特性应适合使用性质；选择合理的供热系统等
外围护结构的保温设计
外墙屋顶保温
自保温
既能承重又能保温
多孔砖，空心砖，空心砌块，加气混凝土砌块等
构造简单，施工方便
适用于保温要求不高的墙体
基本形式
单一轻质保温
热阻大，荷载小
热稳定性较差
轻钢结构龙骨易出现热桥
复合结构保温
采用轻质高效的保温材料与承重结构复合
适用于保温要求高的墙体
构造和施工比较复杂
类型
外保温
热稳定性好，适用于全天使用的房间
内保温
热稳定性差，适用于间歇使用的房间
存在热桥
中间保温
一半一半吧
原理：保温材料保温但是热稳定性差，承重结构材料热稳定性好。
门窗保温
门
提高门的保温性能
减少冷风渗透
门缝密封
加设门斗
窗（最薄弱）
控制窗墙面积比
提高窗户冬季太阳辐射热
取决于窗框窗栋比，太阳辐射条件，朝向，窗的特性
太阳辐射得热系数SHCC
提高气密性，减少冷风渗透
密封条
减压槽
提高窗户的保温性能
窗框
塑钢窗框
断热铝窗框
断热钢窗框
玻璃
中空玻璃
密封
提高气密性
和楼层高度有关，楼层越高，风速越大，气密性要求越高
挂窗帘
地面保温
作用
改善地面的热舒适性，减少传热
内容
面层材料选择
吸热指数B：越小越好
按照吸热指数B分为三类，适用于不同类型的建筑
地面周边保温
外墙周边地面加强保温
保温宽度：0.5-1.0m
在外墙周边温差很大
薄弱部位保温
维护结构交角处的保温设计
问题：散热面大于吸热面
外墙角
外墙与内墙交角
阻断
屋顶与外墙交角
保温层外延
楼板与外墙交角
阻断
热桥保温
概念：保温性能远低于主体部分的嵌入构建，如砖墙中的钢筋混凝土骨架，圈梁等
内表面温度比主体温度低，易结露
贯通式热桥
非贯通式热桥
一般用硬质泡沫塑料，不能太窄，一般是墙体的1.5-2倍
夹心保温和内保温格外注意在内墙加强保温
保温性能要求
依据：
保障室内环境健康
满足一定热舒适性
节能
传热系数K满足节能设计标准要求
规范
建筑热工设计规范：室内环境
建筑节能设计标准：能耗控制
最小总热阻R0min=（ti-te）*n*Ri/Δt
总能耗指标
建筑物
外墙
屋顶
外窗
地板
限制传热系数
设备
维护材料内部、内表面凝结
内表面
判定条件：P≥Ps
控制措施：保温
正常湿度采暖房间
主要由于外维护结构保温性能太差导致内表面温度低于室内空气露点温度
提高保温材料的保温性能
高湿度房间
冬季温度18-20℃以上，相对湿度75%
内表面设置防水层
暂时高湿：内表面布置吸湿耐潮面层
长时间高湿：内表面设置不透水面层
防止地面返潮
地面具有一定热阻
地面减少虚热性
表层材料有一定吸湿作用。
混凝土、水磨石等不适合，木地板、粘土地面、三合土材料好
内部
产生原因
当水蒸气通过外围护结构时，遇到结构内部温度达到或低于露点温度时，水蒸气即凝结形成结合水
检验：根据Pm=Pi-（热面开始到计算层前一层每一层的渗透阻/总渗透阻）（两界面水蒸气分压力差）得到各层水蒸气分压力P 画出各层温度下降对应的饱和水蒸气分压力Ps 先画的线如果不是一直在后画的线下方，就是有内部凝结
单层墙体内部不结露
控制措施
难进易出
温度高面——温度低面 渗透阻从大变小（渗透系数从小变大），热阻从小变大（导热系数从大变小）的布置方式
设置隔汽层
温度高的那面
适用于无法 “难进易出”的
设置通风间层或者泄气沟道
用于高湿度房间
从室内渗入的空气可以不断与室外空气交换的气流带出
太阳能采暖设计
主动式
集热器
表面吸热系数大
朝南倾角
保温
要求：集热多；储热材料热容大；保温
热容=材料比热*容重
材料越重，热熔越大：硅石...
被动式太阳房
直接受益式
对流环路式
散热：改构造
差别
直接受益晚上散热快，夏天特别热
附加阳光间
建筑防热
防热途径
微弱室外热作用
正确选择朝向和布局：避免主要使用空间受到东西晒
外表面浅色处理、蒸发冷却等措施减少太阳辐射得热量
利用环节绿化或周边水体等条件降低周围环境空气温度和辐射温度
窗口遮阳
维护结构隔热与散热
内表面出现高温的时间与房间的使用时间错开
白天隔热好，夜晚散热快
合理组织自然通风
尽量减少室内余热
湿度
闷热
防热设计和制冷设计必须考虑湿度
室外综合温度：tse=te+（ρs*I）/αe-tlr
影响因素
朝向
屋顶
西墙
表面反射
气温
维护结构热作用
太阳辐射热
室外空气传热
仅考虑这两项
维护结构温度升高后向外辐射一部分热量
解释
tse：室外综合温度
te：室外空气温度
I：太阳辐射照度W/㎡
ρs：维护结构外表面太阳辐射吸收系数
材料材质
粗糙度
吸收系数
αe：外表面吸收系数：19.0w/（㎡*K）
I*ρs/αe：当量温度：表示辐射热温度
自然通风建筑屋顶外墙隔热设计的基本要求：Θi，max≤te，max
隔热方式
屋顶隔热
采用浅色外墙面，减小当量温度
提高屋顶自身隔热性能
采用轻质的隔热层和重质的结构层复合的构造方式
隔热层布置在维护结构外侧
通风隔热屋顶
利用屋顶内部通风，达到隔热目的
可用于平屋顶和坡屋顶
取决于
气流速度
进气口温度
间层高度
通风面积
通风量
子主题
种植隔热屋顶
植物：热能转化为生化能 种植介质：热阻和热惰性
有土种植
荷载大，需要蓄水补水
无土种植
蛭石：密度小，保水性好，不腐烂，无异味
浅根植物
布置形式
整片式
周边式
水隔热屋顶
水热惰性强，夏天晚上热
外墙隔热
黏土实体砖
复合墙板
导热系数小的放在外侧，热容大的放在内侧
外侧设计垂直通风间层
外墙绿化遮阳
窗户遮阳形式
固定（4种）
水平式：适用南向：顶上加一个挡板
垂直式：适用北窗：两边加挡板
伯顿巴尔中央图书馆
综合式：适用南窗：两边和顶部都加挡板
挡板式：适用东、西窗：直接面前加挡板
活动
中空玻璃窗内置垂直百叶
可调节遮阳布置
玻璃遮阳膜
在玻璃表面贴（镀）反射膜成为热反射玻璃
特点：阻挡了太阳能通过，也阻挡了光的透过
Low-E玻璃：透自然光，不透热辐射（长波）
透光性能固定
电致变色玻璃
透光性能可调
结合建筑构建遮阳
千禧教堂
玻璃幕墙遮阳
遮阳性能参数：遮阳系数：透进有、无遮阳窗口的太阳辐射量的比值
自然通风
动力
热压
热空气向上跑
风压
流速大，压强小，形成负压
组织措施
充分利用当地风气候进行规划和设计
减少风影区，所以稍微斜一点建筑，一般45°就好因为倾斜会降低室内风速
导风：当房间开口处于不利位置时，进行导风处理
捕风墙
空气锁
流线式形体
幕墙
根据风向和朝向确定通风构造
综合措施
当建筑体量很大，进深很长，流动阻力大，房间通风就很困难
中庭天井竖向通风
冬天收到太阳辐射采暖
夏天通风散热
评价
换气
换气量
换气次数
空气龄
通风
风压差
风速
风速比
热压通风条件
温差
高差
方向
错题