建筑物理

建筑物理知识总结，包括建筑热工学基础知识、建筑围护结构的传热计算与应用（计算题）、建筑的保温与节能（计算）、建筑围护结构的传湿与防潮（计算）等内容。

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
      • 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%
    • 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
    • 评价方法和标准
      • 严寒地区居住建筑冬季采暖居室内基准设计温度为18℃， 托幼建筑采暖设计温度为20℃；夏热冬冷地区冬季居住 建筑室内热环境设计温度为16～18℃，夏季居住建筑室内热环境设计温度26～28℃
      • 有效温度ET
        • 空气温度 空气湿度 气流速度
          • 25摄氏度适中
      • 热感觉PMV-PPD指标
        • PMV＝0 PPD在±0.5之间 最舒适
      • 水蒸气分压力
        • 湿空气的总压力＝干空气分压力+水蒸气分压力
      • 空气湿度
        • 绝对湿度：单位体积空气中所含水蒸气的重量 f为真实存在的量，fm为饱和时的量，单位：g/m3
        • 相对湿度
        • 水蒸气的实际分压力：P＝0.461Tf Pa T：空气温度，K f：与P对应的绝对湿度，g/m3
      • 露点温度
  • 室外热湿环境
    • 热岛效应
      • 城市区域空气平均温度、瞬时温度的空间公布均大于郊区，形成众所周知的城市热岛效应
  • 建筑围护结构传热基础知识
    • 导热
      • 温度场 温度梯度 热流密度
        • 温度场：在某一时刻物体内各点的温度分布，称为温度场 温度场中同一时刻由相同温度各点连成的面叫做“等温面”
        • 温度梯度：温度差△t与沿法线方向两等温面之间距离△n的比值的极限
        • 热流密度：通过等温面上单元面积的热量 （设单位时间内通过等温面上微元面积dF的热量为dQ）
      • 傅立叶定律（热流强度）
        • 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
        • 1m厚的物体，两侧表面温差为1℃时， 在1h内通过1m2面积所传导的热量
        • 物质的导热系数还与温度有关，实验证明，大多数材料的入值与温度的关系近似直线关系
    • 对流
      • 只发生在流体中，因温度不同的各部分流体之间发生相对运动， 互相掺合而传递热能的
    • 辐射
    • 围护结构的传热过程
      • 表面换热
        • 对流换热量与辐射换热量之和
        • 表面换热系数定义
          • 反应了对流传热的快慢，对流传热系数越大，表示对流传热越快
      • 结构传热
        • “平壁”不仅包括平直的墙壁、层盖、地板，也包括曲率半径较大的墙、穹顶等结构
• 建筑围护结构的传热计算与应用（计算题）
  • 稳定传热
    • 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
    • 单层匀质平壁导热
    • 多层平壁的导热与热阻
    • 组合壁的热阻
    • 平壁的稳定传热过程
      • 内表面吸热
      • 平壁材料层的导热
      • 外表面的散热
        • 传热系数
        • 平壁的传热阻
    • 封闭空气间层的热阻
      • 热空气向上飘
      • 贴单面反射材料更好保温
    • 平壁内部温度的计算
      • 通过平壁的热流量与通过平壁各部分的热流量都相等
  • 建筑保温与节能计算
    • 建筑采暖耗煤量（名词解释）
      • 采暖耗煤量是指在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度， 单位建筑面积在一个采暖期内消耗的标准煤量，单位kg/m2
  • 周期性不稳定传热
    • 谐波热作用下 材料和围护结构的热特性指标
      • 材料的蓄热系数
        • 把一匀质无限大的壁体（足够厚度的单一材料层） 一侧受到谐波热作用时，迎波面（即直接受到外界热作用的一侧表面） 上接受的热流波幅Aq与该表面温度波幅A0之比称为材料的蓄热系数
        • 对同一种材料来说，热作用的波动周期越长，材料的蓄热系数越小， 因此引起壁体表面的温度的波动也越大
      • 材料层的热惰性指标
        • 热惰性指标是表征材料层或围护结构受到波动热作用后，背波面（若波动热作用在外侧，则指其内表面） 上对温度波衰减快慢程度的无量纲指标，也就是说明材料层抵抗温度波动能力的一个特性指标，用D表示。
        • 多层材料热惰性指标就是各材料层热惰性指标之和
• 建筑的保温与节能（计算）
  • 策略（简答题）
    • 充分利用太阳能
    • 防止冷风的不利影响
    • 选择合理的建筑体形与平面形式
      • 体形系数（S）
        • 建筑物与室外大气接触的外表面积F0（不包括地面和不采暖楼梯间隔墙与户门的面积） 与其所包围的体积V0之比，即S＝F0/V0 S越小越好
        • 严寒、寒冷地区公共建筑的体形系数应小于或等于0.4；在严寒地区居住建筑的体形系数， 3层或3层以下不应大于0.55，4～6层的建筑不应大于0.3，7～9层建筑不应大于0.26，10 层以上的建筑不应大于0.24等
    • 房间具有良好的热工特性、建筑具有整体保温和蓄热能力
    • 建筑保温系统科学、节点构造设计合理
      • 在严寒地区对建筑节能构造设计要求
    • 建筑物具有舒适、高效的供热系统
  • 建筑保温与最小传热阻法
  • 保温材料与构造
    • 保温系统
      • 胶能粒保温砂浆（泡沫）
      • 喷涂pu外保温系统（防热桥）
      • 改性pu保温系统（聚氨酯）
      • 酚醛泡沫（可燃、有毒氰化物）
    • 通常把导热系数小于0.3，并能用于绝热工程的，叫做绝热材料
    • 保温构造的类型
      • 单设保温层
      • 封闭空气间层
      • 保温与承重相结合
      • 混合型构造
    • 外保温优点
      • 使外墙或屋顶的主要结构部分收到保护， 大大降低温度应力的起伏，提高结构的 耐久性
      • 对结构及房间的热稳定性有利
      • 对防止或减少保温层内部产生水蒸气凝结有利
      • 使热桥处的热损失较少，并能防止热桥内表面局部结露
      • 对旧房的节能改造效果好
    • 外窗的保温设计
      • 提高气密性，减少冷风渗透
      • 提高窗框保温性能
      • 改善玻璃的保温能力
  • 被动式太阳能利用设计方式
    • 直接受益式
    • 集热墙式
    • 附加日光间式
    • 与建筑设计相结合
• 建筑围护结构的传湿与防潮（计算）
  • 外围护结构受潮主要决定
    • 用于结构中材料的原始湿度
    • 施工过程中进入结构材料的水分
    • 毛细管作用，从土地渗透到围护结构中的水分
    • 雨、雪作用而渗透到围护结构中的水分
    • 使用管理中的水分
    • 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
  • 围护结构的传湿
    • 材料的吸湿特性
      • 低湿度时单分子吸湿
      • 中湿度多分子吸湿
      • 高湿度毛细吸湿
    • 围护结构中的水分转转
      • 当材料湿度低于最大吸湿湿度时，材料中的水分尚属吸附水，这种吸附水分的迁移， 是先经蒸发，后以气态形式沿水蒸气分压力降低的方向或沿热流方向扩散迁移
      • • 水蒸气渗透系数
    • 内部冷凝的检验
      • 解题步骤
        • 计算各分层的热阻和水蒸气渗透阻
        • 计算内外空气的水蒸气分压力
        • 计算围护结构内部各层的温度和水蒸气分压力（实际和饱和状态）
        • 计算冷凝强度
  • 围护结构的防潮
    • 防止和控制内部冷凝
      • 合理布置材料层的相对位置
        • 利用渗透系数达到在水蒸气渗透的通路上做到“进难出易”
      • 设置隔汽层
  • 夏季结露与防止措施
    • 夏季结露的原因
      • 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S小的材料
      • 表面材料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
      • 腰门和门槛
      • 室外空气湿关窗，反之开窗
      • 使地表面温度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
  • 屋顶和外墙的隔热设计
    • 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
  • 窗口遮阳
    • 要求
      • 夏天防止日照，冬天不影响必需的房间日照
      • 晴天遮挡直射阳光，阴天保证房间有足够的照度
    • 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
  • 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
• 建筑日照
  • 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
    • 求太阳高度角hs
    • 中午太阳高度角
    • 太阳方位角As
    • 求日出、日落的时刻和方位角
  • 地方时与标准时
    • 4是4分钟，不用带进去乘度数
• 建筑光学（计算）
  • 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
    • 明视觉是指在明亮环境中，主要由视网膜的椎体细胞起作用的视觉
    • 暗视觉是指在暗环境中，主要由视网膜杆体细胞起作用的视觉 暗视觉只有明暗感觉而无颜色感觉，也无法分辨物件的细节，对外部变化的适应能力低
  • 基本光度单位及应用
    • 光通量
      • 标准光度观察者对光的感觉量为基准的单位——光通量来衡量 即根据辐射对标准光度观察者的作用导出的光通量
    • 发光强度
    • 照度
    • 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
      • 物理亮度
        • 我们主观所感受到的物体明亮程度
      • 表观亮度
        • 同一亮度的表面，分别放在明亮和黑暗的环境中
    • 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
      • 概念
        • 眩光就是在视野中由于亮度的分布或亮度范围不适宜，或存在着极端的对比， 以致引起不舒适感觉或降低观察细部或目标能力的视觉现象
      • 限制光源高度
      • 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视看面积，即减少眩光源对观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
      • 在全阴天空漫射光照射下，室内给定平面上的某一点由天空漫射光所产生的照度（En）与室内某一点照度同一时间、同一地点，在室外无遮挡水平面上由天空漫射光所产生的照度（Ew）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
        • 减少或避免直射阳光照射
        • 不宜以明亮的窗口作为视看背景
        • 可采用室内外遮挡设施降低窗亮度或减少对天空的视看立体角
        • 宜将窗结构的内表面或周围的内墙面做成浅色饰面
    • 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
    • 单侧采光计算点应选在离内墙1m处
    • Kc—该墙面上的总窗宽和建筑长度的比值
• 建筑照明
  • 电光源
    • 热辐射光源
    • 气体放电光源
    • 固体发光光源
  • 灯具
    • 灯具的光特性
      • 配光曲线（名词解释）
        • 灯具各方向的发光强度在三维空间里用矢量表示出来，把矢量的终端连接起来，则构成一封闭的光强体。当光强体被通过Z轴线的平面截割时，在平面上获得一封闭的交线。此交线以极坐标的形式绘制在平面图上，这就是灯具的配光曲线。
    • 灯具效率
  • 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
  • 照明计算
    • • 求Cu
    • 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
    • 射向天空的光
    • 射向附近区域的光
  • 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。
    • 具体内容
      • 照明节能
      • 采光节能
      • 管理节能
      • 污染防止
      • 安全舒适照明
    • 照明设计节能
      • 采用高光效长寿命光源
      • 选用高效灯具
      • 选用配光合理的灯具
      • 根据视觉作业要求，确定合理的照度标准值，并选用合适的照明方式
      • 室内顶棚、墙面、地面宜采用浅色装饰
      • 工业企业的车间，宿舍和住宅等场所的照明用电均应单独计算
      • 灯具附近单独装设补偿电容器；减少非线性电路元件
      • 室内照明线路宜分细、多设开关，位置适当，便于分区开关灯
      • 室外照明宜采用自动控制方式或智能照明控制方式等节点措施
      • 近窗灯具应单设开关，充分利用天然光
• 建筑声学
  • 声音的基本性质
    • 纵波
      • 媒质中质点的振动方向与传播的方向相平行
    • 横波
      • 垂直
  • 吸声系数
  • 声音的计量
    • 定义
    • 声压级、声强级、声功率级及其叠加
      • (前提）能引起正常人耳听觉的频率范围约为20～20000Hz
      • • 上限是20N/m2
      • 级的概念与声压级
      • 声强级
      • 声级的叠加
    • 听觉范围与听觉特性
• 室内声学原理（计算）
  • 室内声场
    • 特点
      • 距声源有一定距离的接收点上，声能密度 比在自由场中要大，常不随距离的平方衰减
      • 声源在停止发声以后，在一定的时间里，声场中还存在着来自各个界面的迟到的反射声，产生所谓的“混响现象”
    • 扩散声场的假定
    • 室内声音的增长、稳态和衰减
      • 一个室内吸声量大、容积大的房间，稳态前某一时间的声能密度，比一个吸声量或容积小的房间声能密度要小。
      • 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）
    • 赛宾的混响时间计算公式
    • 依林的混响时间计算公式
  • 室内声压级计算与混响半径
    • 室内声压级计算
    • 混响半径