建筑热工学.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,建筑热工学,ARCHITECTURAL THERMOPHYSICS,山东建筑大学 建筑城规学院,Shandong Jianzhu University School of Architecture and Urban Planning,主要任务,1,绪论,1.,建筑热工学的主要任务,建筑热工学是研究,建筑物室内外热湿作用对建筑围护结构和室内热环境的影响,，是建筑物理的组成部分。,建筑热工学的主要任务是研究如何创造适宜的室内热环境，以满足人们工作和生活的需要。,研究范围,章节结构,2,主要任务,1,绪论,2.,建筑热工学的研究范围,室外热湿参数及其对室内热环境的影响,建筑材料热物理性能,房屋热稳定性,建筑热工测试的技术,特殊建筑热工：如空调房间热工设计、地下建筑传热等,研究范围,章节结构,3,主要任务,1,绪论,3.,建筑热工学的章节结构,研究范围,章节结构,4,第,1.1,章,.,室内外热环境,学习重点,室内热环境的组成要素、影响因素、室内热环境的评价,室外热环境（气候）要素,我国气候的特点及建筑热工气候分区,改善室内热环境的建筑途径,5,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,1.1.1,室内热环境,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,6,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,1.,室内热环境组成因素,室内气温,t,i,室内相对湿度,i,气流速度,v,i,壁面的热辐射,I,不同的要素组成不同的室内热环境,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,7,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,1.,室内热环境组成因素,室内气温,t,i,空气温度对人体的舒适感最为重要。,室内最适宜的温度是,20-24,。在人工空调环境下，冬季控制在,16-22,，夏季控制在,24-28,，能耗比较经济，同时又比较舒适。,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,8,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,1.,室内热环境组成因素,室内相对湿度,i,空气湿度是指空气中含有水蒸气的量。,在舒适性方面，适度直接影响人的呼吸器官和皮肤出汗，影响人体的蒸发散热。,一般认为最适宜的相对湿度为,50%-60%,。,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,9,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,1.,室内热环境组成因素,气流速度,v,i,改变风速是改善热舒适的有效方法。,舒适的风速随温度变化而变化。,在一般情况下，令人体舒适的气流速度应小于,0.3m/s,。,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,10,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,1.,室内热环境组成因素,壁面的热辐射,I,周围环境中的各种物体与人体之间都存在辐射热交换，可以用平均辐射温度来评价。,人通过辐射从周围环境的热或失热。当人体皮肤温度低时，可以从高温物体辐射得热，而低温物体将对人体产生“冷辐射”。,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,11,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,2.,人体热平衡与热舒适,人体热平衡,:,产热量,=,散热量,人体健康基本条件,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,人体热天平,12,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,2.,人体热平衡与热舒适,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,动态热平衡,人体具有热调节方式,:,生理调节、主观调节,13,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,2.,人体热平衡与热舒适,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,动态热平衡,人体生理调节与衣着相结合使人适应四季气候变化、扩大生存范围,14,世界人口分布图,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,2.,人体热平衡与热舒适,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,生理调节,环境变冷,(,热,),皮肤毛细血管收缩,(,膨胀,),血流量减少,(,增加,),皮肤温度下降,(,上升,出汗,),保持热平衡,15,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,2.,人体热平衡与热舒适,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,主观调节,:,16,活动,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,2.,人体热平衡与热舒适,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,主观调节,:,17,衣服,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,2.,人体热平衡与热舒适,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,人体热平衡方程：,人体热舒适的必要条件：,18,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,3.,人体热平衡的影响因素,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,人体新陈代谢产热量,19,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,3.,人体热平衡的影响因素,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,对流换热量,环境影响因素,:,空气温度、空气流速,20,散热 得热,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,3.,人体热平衡的影响因素,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,辐射换热量,环境影响因素,:,壁面温度,21,散热 得热,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,3.,人体热平衡的影响因素,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,蒸发散热量,包括呼吸、无感觉蒸发、出汗,环境影响因素,:,空气温度、湿度,22,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,3.,人体热平衡的影响因素,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,影响人体热感觉的因素,:,6,个因素的不同组合产生不同的热环境，各因素之间具有互补性。,6,个因素的组合达到热舒适时,皮肤温度及汗液蒸发率处于舒适的范围，或称按正常比例散热：对流,25%30%,，辐射,45%50%,，呼吸和无感蒸发,25%30%,。,23,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,4.,室内热环境综合评价,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,24,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,4.,室内热环境综合评价,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,单因素评价,:,空气温度,室内热环境标准是建筑热工设计的基本依据之一,居住建筑室内舒适性标准,:,夏季,26,28,，冬季,18,20,可居住性标准,:,夏季不高于,30,，冬季不低于,12,25,空气温度,感觉,34,100%,的人感到热,42.3%,的人难以忍受,3034,84%,的人感到热,14.5%,的人难以忍受,2830,30%,的人感到热,但可以忍受,25,舒适,18,5%,坐着的人感到冷,12,80%,坐着的人感到冷,20%,活动的人感到冷,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,3.,人体热平衡的影响因素,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,有效温度,(ET*),有效温度（,E.T),是依据半裸的人与穿夏季薄衫在一定的环境中所反映的瞬时热感觉作为决定各项因素综合作用的评价标准。,该指标是以,空气温度,、,空气湿度,和,气流速度,为影响因素而制定的综合评价图。,26,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,3.,人体热平衡的影响因素,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,有效温度,(ET*),人的状态：薄衣、走动,27,热感觉,1,空气温度,1,湿度,1,流速,1,热感觉,2,空气温度,2,湿度,100%,流速,0,热感觉相同,(,有效温度,),室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,4.,室内热环境综合评价,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,多因素综合评价方法,:,有效温度指标图：空气温度点与湿球的连线与气流速度线的交点则为等感温度。,28,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,4.,室内热环境综合评价,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,热应力指数,(HSI),热应力指标是根据人体平衡的条件，先求出一定热环境中人体所需的蒸发散热量，然后再计算在该环境中最大可能的蒸发散热量，以这二者的百分比作为热应力指标。,数值上等于需要的蒸发散热量与人体最大蒸发散热量之比乘以,100,；,由于该指标以蒸发为依据，只适用于空气温度偏高，即,20-50,，并且衣着单薄的情况,.,29,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,4.,室内热环境综合评价,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,热应力指数,(HSI),30,热应力指数,机体反应及影响,-20,微冷,0,没有热应力,10-30,微热。对脑力劳动者有一定影响，对体力劳动者没有影响,40-60,高热。身体不好的人不能忍受。,70-90,很高热。少数人能适应。,100,最大能忍受,8,小时,大于,100,暴露时间受体内温度将升高的限制,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,4.,室内热环境综合评价,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,热应力指数,(HSI),31,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,4.,室内热环境综合评价,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,预计热感觉指数,(PMV-PPD),由丹麦学者,P.O.Fanger,在,1960,年代提出；被,ISO,采纳为国际标准,ISO 7730,基于下列方程：,热平衡方程,舒适的充要条件,实际环境的舒适度,PMV,的影响因素：,环境变量：气温、辐射温度、相对湿度和气流速度,人体条件：人体活动状况、人体衣着,最为全面的评价方式，广为采用,32,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,4.,室内热环境综合评价,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,预计热感觉指数,(PMV-PPD),33,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,4.,室内热环境综合评价,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,预计热感觉指数,(PMV-PPD),PMV-PPD,的局限,ISO,推荐适用范围：,PMV,：,-2,2,新陈代谢率,M,：,46232 W/m,2,(0.84Met);,衣着热阻：,00.31 m,2,K/W(02Clo),气温：,1030,;,平均辐射温度：,1040,;,气流速度：,01.0 m/s,;,水蒸气分压力：,02700 Pa,不同人种的体质差异,人体的局部不舒适,34,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,5.,室内热环境的影响因素,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,室外气候,热环境设备的影响,其它设备的影响,人体活动,35,室内热环境组成因素,1.1.1,室内热环境,室内热环境小结,人体热平衡与热舒适,人体热平衡的影响因素,室内热环境综合评价,室内热环境的影响因素,人体热平衡,:,产热量,=,散热量,人体散热方式,:,对流,辐射,蒸发,热平衡调节方式,:,生理调节,(,皮肤温度,出汗,),主观调节,(,活动量,衣着,),热感觉影响因素,:,环境因素,(,空气温度、流速、湿度、壁面温度,),主观因素,(,新陈代谢率、衣服热阻,),热环境综合评价方法,36,太阳辐射,1.1.2,室外气候,1.1.2,室外气候,气温,空气湿度,风,降水,37,太阳辐射,1.1.2,室外气候,1.,太阳辐射,气温,空气湿度,风,降水,太阳辐射是地球的基本热量来源，也是决定地球气候的主要因素。,太阳辐射属于电磁波辐射，其光谱范围很广，能量主要集中在紫外线、可见光及红外线三个波段，波长在,0.2,3.0m,（,1m=10,-6,m,）的能量占全部辐射的,98%,。,38,太阳辐射,1.1.2,室外气候,1.,太阳辐射,气温,空气湿度,风,降水,包括直接辐射和间接辐射。,39,太阳辐射,1.1.2,室外气候,1.,太阳辐射,气温,空气湿度,风,降水,直接辐射：,与,太阳高度角、大气透明度,成正比的关系,云量少,的地方，直接辐射的日总量和年总量都较大,海拔,愈高，直接辐射愈强,低纬度,地区的直接太阳辐射照度高于高纬度地区,城市,区域的直接太阳辐射照度比郊区弱,40,太阳辐射,1.1.2,室外气候,1.,太阳辐射,气温,空气湿度,风,降水,直接辐射：,41,太阳辐射,1.1.2,室外气候,1.,太阳辐射,气温,空气湿度,风,降水,间接辐射：,与,太阳高度角成正比,，与,大气透明度成反比,有云天的散射辐射较无云天大,高层云的散射辐射照度高于低层云,42,太阳辐射,1.1.2,室外气候,1.,太阳辐射,气温,空气湿度,风,降水,辐射量的表征：,太阳辐射强度,:,表示太阳辐射强弱的物理量，即在单位时间内垂直投射到单位面积上的太阳辐射能量。,日照时数,:,一天内太阳直射光线照射地面的时间。以小时为单位。,43,太阳辐射,1.1.2,室外气候,2.,气温,气温,空气湿度,风,降水,气温是常用的气候评价指标,单位,:,(F=32+9/5 C),主要指距地面,1.5m,高，,背阴,处的空气温度。,室外气候分类的主要因素，热工设计的主要依据,升温过程,:,44,太阳辐射,1.1.2,室外气候,空气温度的主要影响因素,气温,空气湿度,风,降水,太阳辐射：影响空气温度的核心因素,大气对流,:,高、低温空气混合,地面状况,:,下垫面对空气温度的影响也很重要。（草原、森林、水面、沙漠）,地球表面温度,是决定其上层空气温度的直接因素。,地表与空气的热交换,是影响空气温度的基本途径。,海拔高度、地形地貌都有一定影响。,45,太阳辐射,1.1.2,室外气候,气温变化滞后,气温,空气湿度,风,降水,46,时刻,太阳辐射,1.1.2,室外气候,气温的空间变化,气温,空气湿度,风,降水,温度的空间分布状况以纬度的影响最为明显。,在水平方向上，空气温度随纬度变化，高纬度地区每移动,200-300km,，年平均温度降低,1,度。,在垂直方向上，通常情况下高度每增加,1000m,，气温平均下降,5-6,。,47,西藏高原：十里不同天,太阳辐射,1.1.2,室外气候,2.,气温,气温,空气湿度,风,降水,空气温度的变化特点,周期性变化,日周期,年周期,日较差和年较差,日较差,年较差,48,太阳辐射,1.1.2,室外气候,2.,气温,气温,空气湿度,风,降水,空气温度的日变化,一天中最高气温一般出现在下午,2,3,时，最低气温一般出现在凌晨,4,5,时,49,太阳辐射,1.1.2,室外气候,2.,气温,气温,空气湿度,风,降水,空气温度的年变化,一年中最热月一般在,7,、,8,月份，最冷月一般在,1,、,2,月份。,50,太阳辐射,1.1.2,室外气候,2.,气温,气温,空气湿度,风,降水,日较差：亦称气温日振幅。是一天中气温最高值与最低值之差。,一般规律：大陆性气候,海洋性气候；晴天,阴天。,气温日较差的大小与地理纬度、季节、地表性质和天气状况等因素都有关系。,51,早穿皮袄午穿纱，围着火炉吃西瓜,太阳辐射,1.1.2,室外气候,2.,气温,气温,空气湿度,风,降水,年较差：一年内最冷月和最热月的月平均气温差。,年变化（北半球）：气温在一年之中也有一个最高值和一个最低值，分别被称为年最高气温和年最低气温。,一般来说，年气温最高值在北半球大陆出现在,7,月份，在海洋上出现在,8,月份；年气温最低值在北半球大陆出现在,1,月份，在海洋上出现在,2,月份。,气温年较差：大陆性气候,海洋性气候；高纬度,低纬度,52,太阳辐射,1.1.2,室外气候,3.,空气湿度,气温,空气湿度,风,降水,空气中水蒸汽的含量，常用相对湿度或绝对湿度来表示,53,太阳辐射,1.1.2,室外气候,3.,空气湿度,气温,空气湿度,风,降水,来源,水体蒸发,植物蒸发,影响因素,地面性质,水体分布,季节,阴晴,54,太阳辐射,1.1.2,室外气候,3.,空气湿度,气温,空气湿度,风,降水,空气湿度日变化,绝对湿度一日中相对稳定,相对湿度与气温变化反相,55,太阳辐射,1.1.2,室外气候,3.,空气湿度,气温,空气湿度,风,降水,空气湿度,年,变化,内陆和沿海地区差别较大,56,太阳辐射,1.1.2,室外气候,空气湿度的空间分布,气温,空气湿度,风,降水,因此在地球上赤道区空气湿度最大，向两极逐渐变小。,竖向高度上，水蒸汽含量随海拔高度而降低。,我国受海洋气候的影响，南方地区相对湿度夏季最大，秋季最小。所以在春夏之交时气候较为潮湿，形成梅雨季节，应采用通风除湿设计。,57,太阳辐射,1.1.2,室外气候,4.,风,气温,空气湿度,风,降水,由于大气压力差所产生的大气的运动，一般以水平方向运动为主，地表增温不同是产生大气压力差的主要原因。,风的根本成因在于,太阳辐射的不均匀所导致的地表增温的不同,58,高空气流,:,冷,热,冷,热,地面气流,:,太阳辐射,1.1.2,室外气候,风的主要形式,气温,空气湿度,风,降水,59,太阳辐射,1.1.2,室外气候,大气环流,气温,空气湿度,风,降水,赤道得到太阳辐射大于长波辐射散热，极地正相反。是各地气候差异的主要原因。地表温度不同是大气环流的动因，风的流动促进了地球各地能量的平衡。,60,太阳辐射,1.1.2,室外气候,季风,气温,空气湿度,风,降水,因海陆间季节性气温的差异而引起,冬季由大陆吹向海洋，夏季则相反；,61,太阳辐射,1.1.2,室外气候,地方风,气温,空气湿度,风,降水,由于地方性条件（如水陆分布、地势起伏、表面覆盖等）的不同所形成的风，如山谷风、水陆风、巷道风及庭院风等,.,62,太阳辐射,1.1.2,室外气候,风的表征,气温,空气湿度,风,降水,风速,:,一般用,m/s,表示，在气象上也用,“,级,”,来表示，一般分,12,级,风向,:,则描述来风的方位，粗略表示,8,个方位，细则,16,方位或更多,63,太阳辐射,1.1.2,室外气候,4.,风,气温,空气湿度,风,降水,风速,64,太阳辐射,1.1.2,室外气候,风向,气温,空气湿度,风,降水,风玫瑰图,风向频率玫瑰图：,是一个给定地点一段时间内的风向分布图。通过它可以得知当地的主导风向。,最常见的风向玫瑰图是一个,圆,，圆上引出,16,条,放射线，,它们代表,16,个不同的方向，每条直线的,长度,与这个方向的风的,频度,成正比。静风的频度放在中间。,风的吹向从外面吹向地区中心,。,65,太阳辐射,1.1.2,室外气候,风向,气温,空气湿度,风,降水,风玫瑰图,风频风速玫瑰图，每一方向上既反映风频大小（线段的长度），又反映这一方向上的平均风速,66,太阳辐射,1.1.2,室外气候,5.,降水,气温,空气湿度,风,降水,大地蒸发的水分进入大气层，凝结后又回到地面，包括雨、雪、冰雹等,.,表征：,降水量,降水强度,影响因素,：,气温,地形,大气环流,海陆分布,67,太阳辐射,1.1.2,室外气候,5.,降水,气温,空气湿度,风,降水,降水量就是指从天空降落到地面上的液态和固态,(,经融化后,),降水,没有经过蒸发、渗透和流失而在水平面上积聚的深度。它的单位是毫米。,68,太阳辐射,1.1.2,室外气候,5.,降水,气温,空气湿度,风,降水,降水强度：是指单位时间内的降水量，通常取,10min,、,1h,或,1d,为时间单位,69,降雨,小雨,：,雨点清晰可见,没漂浮现象；,12,小时内 降水量小于,5mm,或,24,小时内降水量小于,10mm,的降雨过程,。,中雨,：,雨落如线，雨滴不易分辨；,12,小时内降水量,5,15mm,或,24,小时内降水量,10,25mm,的降雨过程。,大雨,：,雨降如倾盆,12,小时内降水量,15,30mm,或,24,小时内降水 量,25,50mm,的降雨过程,暴雨,：凡,24,小时内降水量超过,50mm,的降雨过程统称为暴雨。根据暴雨的强度可分为：暴雨、大暴雨、特大暴雨三种。,降雪,小雪,：,12,小时内降雪量小于,1.0mm(,折合为融化后的雨水量,),或,24,小时内降雪量小于,2.5mm,的降雪过程。,中雪,：,12,小时内降雪量,1.0,3.0mm,或,24,小时内降雪量,2.5,5.0mm,或积雪深度达,3,CM,的降雪过程。,大雪：,12,小时内降雪量,3.0,6.0mm,或,24,小时内降雪量,5.0,10.0mm,或积雪深度达,5,CM,的降雪过程。,暴雪,：,12,小时内降雪量大于,6.0 mm,或,24,小时内降雪量大于,10.0mm,或积雪深度达,8,CM,的降雪过程。,我国的建筑热工设计分区及设计要求,1.1.3,我国的建筑热工设计分区及设计要求,分区目的,70,我国气候有三大特点：,显著的,季风特色,、明显的大陆性气候和多样的气候类型。,分区目的,明确建筑与气候两者的科学联系，使建筑更能充分利用和适应气候条件；,可根据分区对各分区的建筑热工设计提出明确的、恰当的要求；,有利于本区示范建筑的推广,我国的建筑热工设计分区及设计要求,1.1.3,我国的建筑热工设计分区及设计要求,分区指标,71,分区指标,主要指标,最冷月平均温度和最热月平均温度,辅助指标,日平均温度,5(,或,25),的天数,我国的建筑热工设计分区及设计要求,1.1.3,我国的建筑热工设计分区及设计要求,建筑热工设计分区及设计要求,72,分区,名称,分区指标,设计要求,主要指标,辅助指标,严寒,最冷月平均温度,10,日平均温度,5,的天数,145,必须充分满足,冬季保温,要求，一般可不考虑夏季防热,寒冷,最冷月平均温度,0,10,日平均温度,5,的天数,90,145,应满足,冬季保温,要求，部分地区兼顾夏季防热,夏热冬冷,最冷月平均温度,0,10,最热月平均温度,25,30,日平均温度,5,的天数,0,90,日平均温度,25,的天数,40,110,必须满足,夏季防热,要求，适当兼顾冬季保温,夏热冬暖,最冷月平均温度,10,最热月平均温度,25,29,日平均温度,25,的天数,100,200,必须充分满足,夏季防热,要求，一般可不考虑冬季保温,温和,最冷月平均温度,0,13,最热月平均温度,18,25,日平均温度,5,的天数,0,90,部分地区应考虑冬季保温，一般可不考虑夏季防热,我国的建筑热工设计分区及设计要求,1.1.3,我国的建筑热工设计分区及设计要求,建筑热工设计分区,73,城市气候,1.1.4,城市气候和微气候,城市气候的成因,微气候,道路纵横、建筑密度大、高低错落、硬性下垫面,高密度的人群、高强度的经济活动，产生大量的人为热、人为汽,74,城市气候,1.1.4,城市气候和微气候,城市气候的特征,微气候,大气透明度差，雾多，能见度差,削弱了太阳辐射,气温较高，形成,“,热岛效应,”,风速减小，风向随地而异,蒸发减弱，湿度变小,75,城市气候,1.1.4,城市气候和微气候,城市气候的特征,微气候,大气透明度差，雾多，能见度差,削弱了太阳辐射,76,城市气候,1.1.4,城市气候和微气候,城市气候的特征,微气候,气温较高，形成,“,热岛效应,”,77,城市气候,1.1.4,城市气候和微气候,城市热岛产生的原因,微气候,人为热排放,:,人们生产和生活以及新陈代谢中排放出来的废热。城市输入的各种能量最终是以热量形式散发到大气中。,地面状态改变,:,立体化的下垫面,通风不良,吸热多,散热难。不透水的硬化表面多,蒸发散热小,表面温度高。,78,城市气候,1.1.4,城市气候和微气候,城市热岛对环境的影响,微气候,形成热岛环流,把城市边缘区工厂排放的污染带进市区。,酷热天气增多,寒冷天气减少,;,空调能耗增多,采暖能耗减少,。,79,城市气候,1.1.4,城市气候和微气候,城市气候的特征,微气候,风速减小，风向随地而异,80,城市气候,1.1.4,城市气候和微气候,城市气候的特征,微气候,蒸发减弱，湿度变小,:,城市大部分为不透水的硬化表面，降雨后水分迅速被人工排水管道排走，导致城市可供蒸发的水分少，空气湿度小,81,城市气候,1.1.4,城市气候和微气候,2.,微气候,微气候,特定环境下的小气候我们称之为微气候。,微气候不仅影响着人们的生产、生活和健康的方方面面，并且在很大程度上决定了人们生活质量的优劣。,82,微气候,下垫面,建筑物,气流,微气候的影响因素,城市气候,1.1.4,城市气候和微气候,2.,微气候,微气候,下垫面的不同是造成微气候的主要原因,83,城市气候,1.1.4,城市气候和微气候,2.,微气候,微气候,建筑外表面对太阳辐射反射增强，从而使得上空的空气温度有所上升,.,84,城市气候,1.1.4,城市气候和微气候,2.,微气候,微气候,气流的影响,.,85,城市气候,1.1.4,城市气候和微气候,2.,微气候,微气候,气流的影响,.,86,塔楼被高度为,22m,和,28m,的较矮的建筑物所环绕；与其他建筑物等高，使得街道和人行道不会受到向下气流的影响,传统地方建筑的气候策略,结合气候的设计策略,寒冷地区建筑：爱斯基摩的冰屋,气候作为重要的环境因素是形成建筑地方性的重要原因。气候要素在传统地方建筑上的反应是十分敏锐的。,87,因纽特人的圆顶雪屋,现代建筑适应气候的探索,传统地方建筑的气候策略,结合气候的设计策略,寒冷地区建筑：爱斯基摩的冰屋,88,现代建筑适应气候的探索,用干雪沏成，厚度,500,的墙体可以提供较好的保温性能。当室外平均温度,30,时可维持室内温度,5,以上。,传统地方建筑的气候策略,结合气候的设计策略,干热地区建筑：埃及的民居,埃及和中东地区的土坯建筑“冬暖夏凉”,89,现代建筑适应气候的探索,墙厚,340-450mm,，屋面厚度,460mm,，利用土坯热惯性。室外日夜温差,24,，室内波动不到,6,。,传统地方建筑的气候策略,结合气候的设计策略,大陆气候的中国民居,90,现代建筑适应气候的探索,气候干燥少雨、冬季寒冷，土窑洞借助土壤大热惯性，达到冬暖夏凉的目的。,传统地方建筑的气候策略,结合气候的设计策略,大陆气候的中国民居,91,现代建筑适应气候的探索,四合院建筑冬季有效地利用了太阳能采暖和抵御北风侵袭，屋顶设计避免了夏季室内过热。,传统地方建筑的气候策略,结合气候的设计策略,湿热地区的中国民居,92,现代建筑适应气候的探索,云南干阑竹楼：防雨，防湿和防热。,传统地方建筑的气候策略,结合气候的设计策略,现代建筑适应气候的探索,在现代化和全球化的趋势下，建筑与气候之间的关系受到人们的思想观念（如现代建筑运动）和滥用技术（如大规模使用空调）的影响而被忽视。缺乏地方特色的建筑大量建造，不仅导致了建筑形象的单调，也造成了能源的浪费。,一些建筑师致力于从传统地方建筑中汲取精华并用之于现代建筑实践，如埃及建筑师哈桑,法赛、印度建筑师查尔斯,柯利亚、瑞典建筑师拉尔夫,厄斯金。,93,现代建筑适应气候的探索,传统地方建筑的气候策略,结合气候的设计策略,查尔斯,柯里亚,94,现代建筑适应气候的探索,查尔斯,柯里亚对印度建筑的通风、遮阳作了统一考虑，提出“,形式追随气候,”的设计理念。,利用周围的走廊和附属空间包围中央主要使用空间，提供气候防护。,在干燥而且夏热冬冷地区用平行承重墙，利用空气对流散热。,利用建筑的中央部分作为通风管道从布置在周围的主空间拔风。,在室内室外之间形成一个中间区域，遮挡下午的阳光。,在湿热气候区，将建筑的各个功能分解成一系列单元，保证通风顺畅。,传统地方建筑的气候策略,结合气候的设计策略,查尔斯,柯里亚,95,现代建筑适应气候的探索,帕里克住宅。,建筑平面被设计成东西狭长的矩形。为了避免东西向不利因素的影响，平面沿南北向被设计成三个平行开间，夏季的活动区域夹在冬季活动区域和服务区域之间，在保证了冬季活动区域最大限度接受阳光的同时，在夏季仍能有较为凉爽的室内活动空间。,传统地方建筑的气候策略,结合气候的设计策略,查尔斯,柯里亚,96,现代建筑适应气候的探索,管式住宅,平面为,18.2m x 3.6m,，联排模式节约用地，室内高差营造私密性。利用烟囱效应缓解通风问题。,传统地方建筑的气候策略,结合气候的设计策略,查尔斯,柯里亚,97,现代建筑适应气候的探索,干城章嘉公寓,充分利用了两层花园平台构成的“中间区域”，既防止西晒，又获得较好的景观。,复习思考题：,98,建筑热环境设计的目标是？并加以分析,影响人体热舒适的物理参数有哪些？它们各自涉及哪些因素？,为什么人体达到了热平衡，并不一定是热舒适？,热环境的综合评价方式有哪些？各有什么特点？,什么是风向玫瑰频率图？,为了避免城市重大火灾的发生，城市中的燃气供应站的布局有什么要求？为什么？,什么是热岛效应？（包括形成原因）热岛效应对城市环境的影响？,民用建筑热工设计分区是怎样划分的？对于设计有何要求？,每个气候分区列举五个城市,结合实例谈谈结合气候的建筑设计理念,建筑热工学,1.1,室内外热环境,1.2,建筑传热与传湿,1.2.1,传热方式,1.2.2,平壁的稳定传热,1.2.3,平壁的周期性传热,1.2.4,建筑传湿,1.3,建筑保温和节能,1.4,建筑隔热与通风,1.5,建筑日照和遮阳,第,1.2,章,.,建筑传热与传湿,学习重点,了解传热的方式及传热机理,稳态传热的特点及特性指标,稳态传热的计算及应用,周期性非稳态传热的特点及热特性指标,湿空气的物理性质,99,1.2.1,传热方式,100,1.,三种传热方式的特点,2,.,材料导热系数,3.,空气间层传热特点,导热,1.2.1,传热方式,对流,辐射,导热,1.2.1,传热方式,传热基本概念,因温度差而产生热量从高温区向低温区的转移,(heat transfer),。,条件,:,温差,与物体的状态，物体间是否接触都无关,方向,:,结果,:,温差消失,，,即发生热传递的物体间或物体的不同部分达到相同的温度,实质,:,能量转移,物质并未发生迁移，只是高温物体放出热量，温度降低，内能减少（确切地说是物体里的分子做无规则运动的平均动能减小），低温物体吸收热量，温度升高，内能增加。,对流,辐射,101,高温,低温,导热,1.2.1,传热方式,传热基本方式,传导,Conduction,对流,Convection,辐射,Radiation,对流,辐射,102,导热,1.2.1,传热方式,传热基本方式,对流,辐射,103,辐射 无需介质,导热,固,、气 液,对流 气、液,传热量,:,Q,单位,:W,;,q,单位,:W/m,2,导热,1.2.1,传热方式,传热的时间和空间概念,空间中各个点上温度的集合称为温度场,温度场有两大类。,稳态温度场,物体各点的温度不随时间变动,非稳态温度场,温度分布随时间改变,等温线,(,面,):,温度值相同各点的连线,热流指向温度梯度降低的方向,对流,辐射,104,二维,(,三维,),传热,一维传热,(,平壁传热,),导热,1.2.1,传热方式,1.,导热的机理,指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体直接接触时，依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象。,热传导是物质的基本属性，可以在,固体,、液体、气体中发生。,单纯的导热只能在密实的固体中发生,单纯的导热过程仅是在静止物质内的一种传热方式,也就是说没有物质的宏观运动。,因为在有温差时，液体和气体中难以维持单纯的导热。,而在气体和液体内部,当各处温度不同时,必存在各处密度的差异,因此总是在发生导热的同时,必伴有因密度的差异所产生的对流。,对流,辐射,105,导热,1.2.1,传热方式,1.,导热的机理,导热的机理,固体导热：相邻分子发生的碰撞和自由电子迁移所引起的热能传递,液体导热：平衡位置间歇移动着的分子震动引起的,气体导热：分子无规则运动是互相碰撞而导热,热传导的特点：,物体直接接触,必须有温差,依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动丽传递热量。,对流,辐射,106,导热,1.2.1,传热方式,平壁稳定传热,对流,辐射,107,q,单位面积、单位时间的热流量,(W,m2),R,平壁热阻,(m,2,K,W),d,平壁厚度,(m),材料导热系数,W,(mK),1.,导热的机理,导热,1.2.1,传热方式,导热系数,指在稳定传热条件下，,1m,厚的材料，两侧表面的温差为,1,度,（,K,C,）,在,1,秒内，通过,1,平方米面积传递的热量，用,表示，单位为,W/,（,mK,）,。,表示材料导热难易程度的基本参数,用实验测定,对流,辐射,108,2.,材料的导热系数及其影响因素,导热,1.2.1,传热方式,对流,辐射,109,2.,材料的导热系数及其影响因素,导热,1.2.1,传热方式,材质,不同状态的物质，导热系数相差很大,气态：导热系数最小,0.0060.6,W/m.K,，常温下空气为,0.029,W/m.K,；,液态：,0.070.7,水约为,0.58,W/m.K,；,固态：非金属约为,0.033.5,W/m,，金属约为,2.2420,W/m.K,对流,辐射,110,2.,材料的导热系数及其影响因素,材料名称,W,(mK),钢筋混凝土,1.74,砖砌体,0.81,加气混凝土,0.19,0.22,聚苯乙烯泡沫塑料,0.042,0.047,导热,1.2.1,传热方式,密度,一般密度（容重）越大，导热系数也越大,有些材料如玻璃棉有一个最佳容重（粘结材料的影响）,对流,辐射,111,2.,材料的导热系数及其影响因素,密度,(kg/m,3,),W,(mK),加气混凝土,500,1.74,加气混凝土,700,0.22,导热,1.2.1,传热方式,湿度,随材料,湿度增大而增大,对流,辐射,112,2.,材料的导热系数及其影响因素,导热,1.2.1,传热方式,温度,温度升高时，分子运动加强，使实体部分的导热能力提高，同时材料孔隙中的对流、导热、和辐射都加强，从而使材料的导热系数,增加,。,经实验验证，大多数建筑材料在一定范围内导热系数与温度间呈线性关系。,其它,材料的导热系数的影响因素除材质、干密度、含湿量之外还有使用的温度状况（高温下导热系数增大）、某些材料的方向性（顺纤维方向的导热系数较大）。,对流,辐射,113,2.,材料的导热系数及其影响因素,导热,1.2.1,传热方式,热阻是衡量材料抵抗热量传递能力的指标；,热阻与材料本身的导热系数成反比，和材料的厚度成正比,对流,辐射,114,3.,热阻,R,平壁热阻,(m,2,K,W),d,平壁厚度,(m),材料导热系数,W,(mK),导热,1.2.1,传热方式,【,例,】,已知实心粘土砖的导热系数为,0.81W/(mK),，发泡型聚苯乙烯泡沫塑料（简称,EPS,板）的导热系数为,0.042W/(mK),。问多厚的,EPS,板的保温性能（热阻）与,240mm,厚砖墙相当？,对流,辐射,115,3.,热阻,导热,1.2.1,传热方式,【,例,】,已知实心粘土砖的导热系数为,0.81W/(mK),，发泡型聚苯乙烯