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建筑物理与建筑设备辅导之建筑热工学(1)第一章建筑热工学建筑热工学的主要任务是以热物理学、传热学和传质学作为理论基础，应用已揭示的传热、传质规律，通过规划和建筑设计上的手段有效地防护和利用室内、外气候因素，合理地解决建筑设计中围护结构的保温、隔热和防潮等方面的间题，以创造良好的室内气候条件，节约能源并提高围护结构的耐久性第一节建筑热工学基本原理一、传热方式热量的传递称为传热。
根据传热机理的不同，传热的基本方式分为导热、对流和辐射。
(一)导热(热传导)导热是指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体直接接触而发生的传热现象1.傅立叶定律导热基本定律，即傅立叶定律的数学表达式为：式中 q——热流密度(热流强度)，单位时间内，通过等温面上单位面积的热量，单位为W/m2——温度梯度，温度差△t与沿法线方向两个等温面之间距离△n的比值的极限，单位为K/mλ——材料的导热系数，单位为W/(m·K)均质材料物体内各点的热流密度与温度梯度成正比，图1-1 等温面示意图但指向温度降低的方向。
式(1-1)中的负号表示热量的传递方向和温度梯度的方向相反。
2.导热系数表征材料导热能力大小的量是导热系数，单位是W/(m·K)。
其数值是物体中单位温度降度(即1m厚的材料的两侧温度相差1oC时)，单位时间内通过单位面积所传导的热量。
各种材料导热系数入的大致范围是：气体： 0.006～0.6 W/(m·K)液体： 0.07～0.7 W/(m·K)金属： 2.2～420 W/(m·K)建筑材料和绝热材料：0.025～3 W/(m·K)空气在常温、常压下导热系数很小，所以围护结构空气层中静止的空气具有良好的保温能力。
材料的导热系数不但因物质的种类而异，而且还和材料的温度、湿度、压力和密度等因素有关。
而影响导热系数主要因素是材料的密度和湿度。
(1)密度。
一般情况下，密度小的材料导热系数就小，反之就大。
（整理）建筑热⼯学基础第⼀章建筑热⼯学基础⼀、传热的基本知识⼆、平壁的稳定传热过程三、封闭空⽓间层的传热四、周期性不稳定传热五、湿空⽓的概念及蒸汽渗透阻的概念第⼆章建筑热⼯设计⼀、建筑热⼯设计中常⽤名词的解释⼆、建筑热⼯设计中常⽤参数的计算第三章、建筑节能设计⼀、建筑节能设计的意义⼆、建筑节能设计的⼀般要求第⼀章建筑热⼯学基本知识⼀、传热的基本知识1、为什么会传热？传热现象的存在是因为有温度差。
凡是有温度差存在的地⽅就会有热量转移现象的发⽣，热量总是由⾃发地由⾼温物体传向低温物体。
2、传热的三种基本⽅式及其区别导热—指温度不同的物体直接接触时，靠物质微观粒⼦的热运动⽽引起的热能转移现象。
它可以在固体、液体和⽓体中发⽣，但只有在密实的固体中才存在单纯的导热过程。
对流—指依靠流体的宏观相对位移，把热量由⼀处传递到另⼀处的现象。
这是流体所特有的⼀种传热⽅式。
⼯程上⼤量遇到的流体留过⼀个固体壁⾯时发⽣的热流交换过程，叫做对流换热。
单纯的对流换热过程是不存在的，在对流的同时总是伴随着导热。
辐射—指依靠物体表⾯向外发射热射线（能显著产⽣热效应的电磁波）来传递能量的现象。
参与辐射热换的两物体不需要直接接触，这是有别于导热和对流换热的地⽅。
如太阳和地球。
实际上，传热过程往往是这三种传热⽅式的两种或三种的组合。
3、温度场的概念实际的温度往往都是变化的，各点的温度因位置和时间的变化⽽变化，即温度是空间和时间的函数。
在某⼀瞬间，物体内部所有各点温度的总计叫温度场。
若温度是空间三个坐标的函数，这样的温度场叫三向温度场；当物体只沿⼀个⽅向或两个⽅向变化时，相应地称做⼀向或⼆向温度场。
物体的温度随时间变化的温度场叫不稳定温度场，反之为稳定温度场。
⼆、平壁的稳定传热过程室内、外热环境通过围护结构⽽进⾏的热量交换过程，包含导热、对流及辐射⽅式的换热，是⼀种复杂的换热过程，称之为传热过程。
温度场不随时间⽽变化的传热过程叫做稳定的传热过程。
第一篇 建筑热工学第1章 建筑热工学基础知识1.室内热环境构成要素：室内空气温度、空气湿度、气流速度和环境辐射温度构成。
2.人体的热舒适①热舒适的必要条件：人体内产生的热量=向环境散发的热量。
m q ——人体新陈代谢产热量e q ——人体蒸发散热量r q ——人体与环境辐射换热量 c q ——人体与环境对流换热量②充分条件：所谓按正常比例散热，指的是对流换热约占总散热量的25-30% ，辐射散热约为45-50%，呼吸和无感觉蒸发散热约占 25-30%。
处于舒适状况的热平衡，可称之为“正常热平衡”。
（注意与“负热平衡区分”）③影响人体热舒适感觉的因素：1.温度；2.湿度；3.速度；4.平均辐射温度；5.人体新陈代谢产热率；6.人体衣着状况。
3.湿空气的物理性质①湿空气组成：干空气+水蒸气=湿空气②水蒸气分压力：指一定温度下湿空气中水蒸气部分所产生的压力。
⑴未饱和湿空气的总压力：w P ——湿空气的总压力（Pa ） d P ——干空气的分压力（Pa ） P ——水蒸气的分压力（Pa ）⑵饱和状态湿空气中水蒸气分压力：s P ——饱和水蒸气分压力注：标准大气压下，s P 随着温度的升高而变大（见本篇附录2）。
表明在一定的大气压下，湿空气温度越高，其一定容积中所能容纳的水蒸气越少，因而水蒸气呈现出的压力越大。
③空气湿度：表明空气的干湿程度，有绝对湿度和相对湿度两种不同的表示方法。
⑴绝对湿度：单位体积空气所含水蒸气的重量，用f 表示（g/m 3）。
饱和状态下的绝对湿度则用饱和水蒸气量max f （g/m 3）表示。
⑵相对湿度：一定温度，一定大气压力下，湿空气的绝对湿度f ，与同温同压下饱和水蒸气量max f 的百分比：⑶同一温度（T相对湿度又可表示为空气中P ——空气的实际水蒸气分压力 （Pa s P ——同温下的饱和水蒸气分压力 （Pa ）。
（注：研究表明，对室内热湿环境而言，正常湿度范围大概在30%~60%。
在南昌，住宅小区的规划和建筑设计中如何进行有效的热工学设计建筑热工学
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。
简介
建筑物常年经受室内外各种气候因素的作用。
属于室外的气候因素有太阳辐射、室外空气的温湿度、风、雨、雪和地下建筑物周围的土壤或岩体的温度和裂隙水等。
这些因素所起的作用，统称为室外热湿作用。
由于室外热湿作用经常变化，建筑物围护结构本身及由其围成的内部空间的室内热环境也随之产生相应的变化。
属于室内的气候因素有进入室内的阳光、空气温湿度、生产和生活散发的热量和水分等。
这些因素所起的作用，统称为室内热湿作用。
室内外热湿作用的各种参数是建筑设计的重要依据，它不仅直接影响室内热环境，而且在一定程度上影响建筑物的耐久性。
主要任务
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。
建筑物既要抗御严寒、酷暑，又要把室内多余的热量和湿气散发出去。
对于特殊建筑，如空调房间、冷藏库等不仅要考虑热工性能，而且还要考虑投资和节能等问题。
研究范围
建筑热工学的研究范围包括：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以及特殊建筑热工，如空调房间热工设计、地下建筑传热等。
现代人对居住、劳动生产场所的热环境要求不断提高，建筑技术和设备不断改进，建筑热工学的研究内容也不断深化。
早期的建筑热工设计一般都采用简化的稳定或非稳定传热理论计算，现在逐步被更精确的动态模拟计算所替代。
建筑热工学领域应用电子计算机技术后，又使过去若干难以计算的热工课题，如墙和屋顶等转角处三维温度场的计算、房间内部热环境变化等，都可以用电子计算机获得迅速和精确的计算结果。
此外，随着城市、乡镇建设的发展，以及城市热环境的改变，建筑热工学研究领域逐步扩大到建筑群体的热环境的改善和利用。
室内热环境
民用建筑设计都是以人为主体，使建筑物满足人们使用时的各项功能要求。
为此，除需研究各种建筑空间及其相互关系，也需要研究建筑环境以及环境与空间的相互关系。
因此，建筑空间与建筑环境在设计中是不可分割的。
建筑热环境是研究人们在建筑空间中的热舒适问题，以便采取合理、有效的技术措施改善建筑热环境、满足人们的热舒适要求。
人的肌体在正常条件下，可算是一个恒温体，为了维持这种状态，人体必须不停地与所处的环境进行热交换，使由新陈代谢过程所产生的热量向环境散发。
于是，肌体与环境之间的传热必然满足以下公式所表达的条件，人体与周围环境的换热方式有对流、辐射和蒸发3种，而换热的余量即为人体热负荷△Q。
据卫生学研究，厶Q值与人们的体温变化率成正比。
建筑热工规范
保证建筑热工质量的法定文件。
它对改善建筑物使用功能，提高室内热环境质量，延长建筑物使用寿命，发挥投资的经济效益和节约能源等方面具有重要意义。
技术经济较发达的国家大都订有建筑热工规范，其基本内容包括：建筑热工学的名词、定义、符号和单位；室内外热工计算参数和建筑气候分区；对围护结构保温、隔热、防潮和空气渗透的技术要求；设计标准、计算方法和构造措施的有关规定等。
建筑热工规范一般随着国家技术经济的发展不断修订、补充、完善。
总的发展趋势是在技术要求和规定中将功能、经济和节能结合起来。
常用保温材料：挤塑型聚苯乙烯泡沫塑料（挤塑板）、模压型聚苯乙烯泡沫塑料（普
通泡沫板）、现喷硬泡聚氨酯、硬泡聚氨酯保温板（制品）、泡沫玻璃、泡沫混凝土（泡沫砂浆）、轻骨料保温混凝土（陶粒混凝土等）、无机保温砂浆（玻化微珠保温砂浆）、聚苯颗粒保温砂浆、矿棉（岩棉）、酚醛树脂板、膨胀珍珠岩保温砂浆等等。
三、建筑防热设计
（一）形成自然通风的动力因素
热压和风压综合作用形成建筑物的自然通风。
从自然通风降温的角度来看，风压通风对改善室内气候条件的效果比较显著，应首先考虑如何组织风压通风来改善室内热环境。
1.热压通风
热压通风需要进风口低于出风口才能形成。
热压的大小取决于室内外空气温差所形成的
空气密度差，以及进出风口的高差。
2.风压通风
当风吹向建筑物时，在迎风面上形成正压区，而在建筑物屋顶、两侧及背风面形成负压区，负压区内的空气一般处于涡流状态，又称为涡流区。
如果建筑物上设有开口，气流就会从正压区流人室内，再从室内流向负压区，这就形成了风压通风。
风压的大小由风速以及空气动力系数（由建筑物外表面尺寸及与风向形成的夹角所决定，并随位置而异）决定。
（二）建筑朝向和建筑群布局与自然通风的关系
1.建筑朝向
选择建筑朝向时，首先要争取房间的自然通风，同时综合考虑防止太阳辐射及防止暴袭。
为争取房间的自然通风，房间的纵轴宜尽量垂直于夏季主导风向，主要房间应布置在夏季的迎风面。
2.建筑群布局建筑群的布局对组织好室内通风具有重要作用，要避免某一建筑处于涡流区内。
影响涡流区长度的主要因素是房屋的大小以及风向投射角。
涡流区的长度随房屋的高度及宽度的增大而增大，随房屋的深度增大而减少。
风向投射角是风向与房屋外墙面法线的交角。
一般建筑群的平面布局有行列式、周边式及自由式三种。
行列式又可分为并列式、错列式和斜列式，从通风效果来看，错列式和斜列式较并列式和周边式为好。
建筑高度对自然通风也有很大的影响，高层建筑对室内通风有利。
但是高层建筑也存在把城市上空的风引向地下，产生“楼房风”的危害。
在高层建筑的两侧及顶部绕流过去的风速比较大，如果高层建筑的底层为开敞式，通风效果会加强，但是在设计时如考虑不周也会道。
一、建筑防热设计基本原则
(一)室内过热的原因
在南方炎热地区的夏天，建筑物在强烈的太阳辐射和气温的共同作用下，通过房子的屋面、外墙，把大量的热量传进室内，通过开着的窗户和门透进太阳辐射热和热空气，周围地面和房屋将太阳辐射反射到建筑的墙面和窗口;此外，室内产生的生活的余热，如电器、照明和人体散发的热量和外面传进来的热量共同引起室内过热。
(二)建筑防热途径
建筑防热应采取自然通风、窗户遮阳、围护结构隔热、环境绿化等综合性措施，尽量减少传人室内的热量并使室内的热量尽快散发出去，改善室内的热环境。
1.减弱室外的热作用
合理地选择建筑的朝向和进行建筑群布局，防止过度日晒。
居住建筑物的朝向宜采用南北向或接近南北向。
尽量避免主要房间受到东、西向日晒。
同时要绿化周围环境，以降低环境辐射和空气温度。
对外围护结构的外表面，应采用浅颜色以减少对太阳辐射的吸收，降低综合温度，从而减少进入围护结构的传热量。
2.外围护结构的隔热和散热
对屋顶及东、西外墙等围护结构要进行隔热处理，达到节能所要求的热工指标，使内表面温度满足隔热设计标准的要求。
白天隔热好而夜间散热又快的隔热形式是最理想的，尤其适合在自然通风情况下采用。
通风屋面和通风墙是应用广泛而又有效的隔热方式。
3.良好的自然通风
自然通风是排除室内余热，改善室内热湿环境的主要途径之一。
组织自然通风的措施包括：使房间的进风口尽量接近夏季主导风向;居住区的总体规划和居住建筑的平面、立面设计及门窗的设置，应有利于自然通风，利于室内的风场分布;设置通风构造;利用绿化、地理环境组织通风等。
4.遮阳
建筑物的向阳面，尤其是东、西向窗户，宜优先采用活动或固定的建筑外遮阳设施。
在屋顶和西墙的外侧设置遮阳设施，可以降低它们的室外综合温度。
在建筑设计中，宜结合外廊、阳台、衫k檐等构件达到遮阳的目的。
利用绿化、设置其他活动的或固定的遮阳设施也可实现有效的遮阳。
5.利用自然能利用自然能主要包括建筑外表面的长波辐射、夜间对流、被动蒸发冷却、地冷空调、太阳能降温等防用结合的措施。
