房屋建筑学-第二章建筑物理环境基础.ppt

第二章建筑物理环境基础第二章建筑物理环境基础建筑物理环境是指建筑室内空间与人体相关建筑物理环境是指建筑室内空间与人体相关的各个物理要素的总和，包括的各个物理要素的总和，包括建筑热环境、建筑建筑热环境、建筑声环境和建筑光环境三部分内容声环境和建筑光环境三部分内容。创造舒适的建。创造舒适的建筑物理环境是人对建筑的基本要求，利用适宜的筑物理环境是人对建筑的基本要求，利用适宜的手段和方法，来创造良好的建筑物理环境，不仅手段和方法，来创造良好的建筑物理环境，不仅关系到人的舒适性要求，还直接影响建筑的能源关系到人的舒适性要求，还直接影响建筑的能源资源的消耗，进而影响建筑与环境的关系，影响资源的消耗，进而影响建筑与环境的关系，影响人类社会的可持续发展。人类社会的可持续发展。2.1建筑热环境建筑热环境建筑热环境的主要内容有建筑保温、建筑建筑热环境的主要内容有建筑保温、建筑防潮、建筑防热、建筑中的太阳能利用等。建筑防潮、建筑防热、建筑中的太阳能利用等。建筑热环境控制就是为了在节约资源的前提下，满足热环境控制就是为了在节约资源的前提下，满足人们的热舒适要求。人们的热舒适要求。建筑热环境基础建筑热环境基础建筑物及房间各面的围挡物称为建筑物及房间各面的围挡物称为建筑围护建筑围护结构结构。同室外空气直接接触的围护结构称为外围。同室外空气直接接触的围护结构称为外围护结构，如外墙、屋顶、外门和外窗。由于室内护结构，如外墙、屋顶、外门和外窗。由于室内外空气温度的差别，通过建筑外围护结构必然有外空气温度的差别，通过建筑外围护结构必然有传热现象。传热的基本方式分为传导、对流和辐传热现象。传热的基本方式分为传导、对流和辐射三种。射三种。1）稳定传热）稳定传热如果室内外空气温度都不随时间变化，通过围护如果室内外空气温度都不随时间变化，通过围护结构的传热过程称为稳定传热。稳定传热计算是建筑保结构的传热过程称为稳定传热。稳定传热计算是建筑保温设计的基础，也是我国严寒和寒冷地区采暖居住建筑温设计的基础，也是我国严寒和寒冷地区采暖居住建筑节能设计的基础。节能设计的基础。按照稳态传热计算通过围护结构的传热量公式为按照稳态传热计算通过围护结构的传热量公式为Q=K(ti-te)F(2-1)式中：式中：Q单位时间的传热量，单位时间的传热量，W;F垂直于围护结构的计算传热面积，；垂直于围护结构的计算传热面积，；K围护结构的传热系数，围护结构的传热系数，W/(K)；ti和和te分别为室内、外空气温度，分别为室内、外空气温度，C。传热系数传热系数K由下式确定：由下式确定：式中：式中：围护结构的传热阻，围护结构的传热阻，K/W；内表面换热阻，内表面换热阻，=0.11K/W;外表面换热阻，外表面换热阻，=0.05K/W;d材料厚度，材料厚度，m；材料导热系数，材料导热系数，W/（mK）。）。2）非稳定传热）非稳定传热夏天，室内外空气温度都随时间变化，通过围护夏天，室内外空气温度都随时间变化，通过围护结构的传热过程称为非稳定传热。非稳定传热计算是建结构的传热过程称为非稳定传热。非稳定传热计算是建筑防热设计基础，也是夏热冬冷和夏热冬暖地区建筑节筑防热设计基础，也是夏热冬冷和夏热冬暖地区建筑节能设计基础。能设计基础。（A）室外综合温度：室外综合温度是室外空气温）室外综合温度：室外综合温度是室外空气温度与太阳辐射当量温度之和。度与太阳辐射当量温度之和。式中：式中：tsa室外综合温度，室外综合温度，；I太阳辐射照度，太阳辐射照度，W/;围护结构表面的太阳辐射吸收系数；围护结构表面的太阳辐射吸收系数；ac围护结构外表面换热系数，通常取围护结构外表面换热系数，通常取ac=19.0W/(K)。室外综合温度是一个假想温度，可用它来室外综合温度是一个假想温度，可用它来表征建筑室外热作用的强弱。表征建筑室外热作用的强弱。Tsa是随时间变化是随时间变化的，建筑各个朝向的的，建筑各个朝向的tsa不同。在我国总纬度地区不同。在我国总纬度地区夏季建筑物各个朝向夏季建筑物各个朝向tsa由大到小的次序为水平面由大到小的次序为水平面东西向东西向南向南向北向。这表明，夏季建筑物防热北向。这表明，夏季建筑物防热设计应优先考虑屋顶防热和防东、西晒。设计应优先考虑屋顶防热和防东、西晒。（B）热惰性指标表征围护结构对温度波）热惰性指标表征围护结构对温度波动衰减快慢的程度。热惰性指标动衰减快慢的程度。热惰性指标D=RS,式中式中R为材料层的热阻，为材料层的热阻，S为材料层的蓄热系数，其值为材料层的蓄热系数，其值为为D值越大，温度波在围护结构中衰值越大，温度波在围护结构中衰减越快，围护结构的热稳定性越好。为了抵抗室减越快，围护结构的热稳定性越好。为了抵抗室外热作用的波动，要求外围护结构具有足够的热外热作用的波动，要求外围护结构具有足够的热惰性指标。惰性指标。（2）建筑热工设计分区）建筑热工设计分区我国幅员辽阔，各地气候差异较大。为了使建筑设计能够我国幅员辽阔，各地气候差异较大。为了使建筑设计能够较好适应气候，我国较好适应气候，我国民用建筑热工设计规范民用建筑热工设计规范提出了建筑热工提出了建筑热工分区的概念。具体分区和设计要求见表分区的概念。具体分区和设计要求见表2-1。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表表2-12.1.2建筑保温设计建筑保温设计严寒与寒冷地区的民用建筑为了保证冬季室严寒与寒冷地区的民用建筑为了保证冬季室内的气温、湿度、气流速度和室内热辐射在一定内的气温、湿度、气流速度和室内热辐射在一定允许范围内，建筑围护结构内表面温度不低于室允许范围内，建筑围护结构内表面温度不低于室内露点温度，必须进行建筑保温设计。建筑保温内露点温度，必须进行建筑保温设计。建筑保温就是减少由室内（高温）流向室外（低温）的热就是减少由室内（高温）流向室外（低温）的热流。建筑保温设计包括建筑方案设计中的保温综流。建筑保温设计包括建筑方案设计中的保温综合处理和外围护结构保温的构造设计。合处理和外围护结构保温的构造设计。（1）建筑保温的综合处理措施）建筑保温的综合处理措施1）控制体形系数：体形系数是指一栋建筑）控制体形系数：体形系数是指一栋建筑物的外表面积物的外表面积F0与其所包围的体积与其所包围的体积V0指比。如果指比。如果建筑外表凹凸过多，体形系数变大，则建筑物传建筑外表凹凸过多，体形系数变大，则建筑物传热耗热量增大。热耗热量增大。2）合理布置建筑朝向：建筑应朝正南向，）合理布置建筑朝向：建筑应朝正南向，建筑立面应避开当地冬季主导风向。建筑立面应避开当地冬季主导风向。3）防止冷风渗透：冬季通过外围护结构缝）防止冷风渗透：冬季通过外围护结构缝隙的冷风渗透使建筑物热损失增大。应提高窗户隙的冷风渗透使建筑物热损失增大。应提高窗户密封性；建筑立面避开冬季主导风；设置避风措密封性；建筑立面避开冬季主导风；设置避风措施；利用地形、树木来挡风。施；利用地形、树木来挡风。4）合理选择窗墙面积比：窗墙面积比（窗）合理选择窗墙面积比：窗墙面积比（窗墙比）是指窗洞口面积与房间立面单元墙面积之墙比）是指窗洞口面积与房间立面单元墙面积之比。为了利用太阳能，南向窗墙比最大，北向窗比。为了利用太阳能，南向窗墙比最大，北向窗墙比最小，东、西向窗墙比介于其间。墙比最小，东、西向窗墙比介于其间。2）合理布置建筑朝向：建筑应朝正南向，建筑）合理布置建筑朝向：建筑应朝正南向，建筑立面应避开当地冬季主导风向。立面应避开当地冬季主导风向。3）防止冷风渗透：冬季通过外围护结构缝）防止冷风渗透：冬季通过外围护结构缝隙的冷风渗透使建筑物热损失增大。应提高窗户隙的冷风渗透使建筑物热损失增大。应提高窗户密封性；建筑立面避开冬季主导风；设置避风措密封性；建筑立面避开冬季主导风；设置避风措施；利用地形、树木来挡风。施；利用地形、树木来挡风。4）合理选择窗墙面积比：窗墙面积比（窗）合理选择窗墙面积比：窗墙面积比（窗墙比）是指窗洞口面积与房间立面单元墙面积之墙比）是指窗洞口面积与房间立面单元墙面积之比。为了利用太阳能，南向窗墙比最大，北向窗比。为了利用太阳能，南向窗墙比最大，北向窗墙比最小，东、西向窗墙比介于其间。墙比最小，东、西向窗墙比介于其间。复合保温结构由保温层和承重层复合而成。复合保温结构由保温层和承重层复合而成。复合结构按保温层所处的位置可分为内保温（保复合结构按保温层所处的位置可分为内保温（保温层在室内一侧）、外保温（保温层在室外一侧）温层在室内一侧）、外保温（保温层在室外一侧）和中间保温（保温层夹在中间）三种。外保温优和中间保温（保温层夹在中间）三种。外保温优点较多：点较多：减小热桥处的热损失；减小热桥处的热损失；有利于防有利于防止保温层内部产生凝结水；止保温层内部产生凝结水；房间的热稳定性房间的热稳定性好；好；降低墙和屋顶的主要部分的温度应力起降低墙和屋顶的主要部分的温度应力起伏；伏；有利于旧房节能改造。外保温是我国建有利于旧房节能改造。外保温是我国建筑节能的发展方向。筑节能的发展方向。3）围护结构异常部位的保温设计）围护结构异常部位的保温设计（A)窗户的保温：可选用木材、塑料和塑钢窗户的保温：可选用木材、塑料和塑钢窗框；使用断热金属窗框。寒冷地区，可采用多窗框；使用断热金属窗框。寒冷地区，可采用多层窗；使用新型节能窗户，如低辐射玻璃窗（即层窗；使用新型节能窗户，如低辐射玻璃窗（即LOW-E窗）、中空玻璃窗等。窗）、中空玻璃窗等。低辐射能玻璃，即低辐射能玻璃，即low-E玻璃，是利用真空玻璃，是利用真空沉积技术的在玻璃表面沉积一层低辐射涂层，一沉积技术的在玻璃表面沉积一层低辐射涂层，一般由若干金属或金属氧化物薄层和衬底组成。普般由若干金属或金属氧化物薄层和衬底组成。普通玻璃的长波热辐射发射率约为通玻璃的长波热辐射发射率约为0.8左右，左右，low-E玻璃长波热辐射发射率最低可达到玻璃长波热辐射发射率最低可达到0.04，对长波，对长波热辐射光谱有很强的反射作用。并可调整制造工热辐射光谱有很强的反射作用。并可调整制造工艺制造出各种不同光学性能的产品，如对太阳光艺制造出各种不同光学性能的产品，如对太阳光有不同透过率的高透过有不同透过率的高透过low-E玻璃、低透过玻璃、低透过low-E玻璃等，但一般来说，都对可见光透过率影响玻璃等，但一般来说，都对可见光透过率影响不大。不大。（B）热桥保温：热桥是热量容易通过的地方（例如钢）热桥保温：热桥是热量容易通过的地方（例如钢或钢筋混凝土骨架、圈梁、过梁、板材的肋部等），热或钢筋混凝土骨架、圈梁、过梁、板材的肋部等），热桥处内表面温度低于主体。对热桥应进行内表面温度验桥处内表面温度低于主体。对热桥应进行内表面温度验算和保温处理。算和保温处理。（C）其他异常部位保温：外墙角、外墙与内墙交角、）其他异常部位保温：外墙角、外墙与内墙交角、楼地板或屋顶与外墙交角等应加强保温。靠近外墙楼地板或屋顶与外墙交角等应加强保温。靠近外墙0.51.0m宽的地面散热最大，因此，外墙周边地板采用宽的地面散热最大，因此，外墙周边地板采用局部保温措施。局部保温措施。地面材料热工特性可用地面吸热指数地面材料热工特性可用地面吸热指数B描述。描述。B值越值越大，则地面从人脚吸取的热量愈多愈快。地面划分为大，则地面从人脚吸取的热量愈多愈快。地面划分为3类：木地面、塑料地面等属于类：木地面、塑料地面等属于类（用于高级居住建筑、类（用于高级居住建筑、托儿所、幼儿所、医疗建筑等）水泥砂浆地面属于托儿所、幼儿所、医疗建筑等）水泥砂浆地面属于类类（用于一般居住建筑、办公建筑等）水磨石地面属于（用于一般居住建筑、办公建筑等）水磨石地面属于类（用于人们短时间逗留的房间，以及室温高于类（用于人们短时间逗留的房间，以及室温高于23的的采暖房间）。采暖房间）。建筑防潮设计建筑防潮设计（1）围护结构内部冷凝受潮判断）围护结构内部冷凝受潮判断围护结构内部水蒸气的迁移现象称为蒸汽渗透。根据稳态条围护结构内部水蒸气的迁移现象称为蒸汽渗透。根据稳态条件下蒸汽渗透理论，可以判别围护结构内部是否会出现冷凝现象。件下蒸汽渗透理论，可以判别围护结构内部是否会出现冷凝现象。其中左图水蒸气饱和压力其中左图水蒸气饱和压力Ps曲线与水蒸气分压力曲线与水蒸气分压力P线不相交，说明围护结构线不相交，说明围护结构不会产生内部冷凝。右图不会产生内部冷凝。右图中中Ps线与线与P线相交，则在线相交，则在Ps小于小于P部位围护结构内部位围护结构内部有冷凝产生。部有冷凝产生。（2）围护结构表面结露的防止和控制）围护结构表面结露的防止和控制控制表面冷凝的主要措施有：控制表面冷凝的主要措施有：利用保温材利用保温材料，增加围护结构传热阻，进而提高其内表面温料，增加围护结构传热阻，进而提高其内表面温度；度；保证室内表面空气气流畅通，加强自然保证室内表面空气气流畅通，加强自然通风；通风；选择具有一定调湿能力的内墙材料；选择具有一定调湿能力的内墙材料；高湿环境应考虑有组织引导表面冷凝水，比高湿环境应考虑有组织引导表面冷凝水，比如，房间吊顶具有一定坡度。如，房间吊顶具有一定坡度。（3）围护结构内部冷凝的防止和控制）围护结构内部冷凝的防止和控制控制内部冷凝的主要措施：控制内部冷凝的主要措施：利用保温材料利用保温材料提高围护结构内部温度，材料层次的布置应使水提高围护结构内部温度，材料层次的布置应使水蒸气渗透蒸气渗透“难进易出难进易出”；在保温层水蒸气流在保温层水蒸气流入的一侧设置隔气层（如沥青、卷材和隔气涂料入的一侧设置隔气层（如沥青、卷材和隔气涂料等）等）设置通风间层或泄汽沟道使进入保温层设置通风间层或泄汽沟道使进入保温层的水分有出路。的水分有出路。2.1.4建筑防热设计建筑防热设计建筑防热设计就是为了尽量减少传入室内的热量并建筑防热设计就是为了尽量减少传入室内的热量并使室内热量尽快散出。防热设计宜根据当地气候特点，使室内热量尽快散出。防热设计宜根据当地气候特点，采用围护结构隔热、自然通风、窗户遮阳、绿化等综合采用围护结构隔热、自然通风、窗户遮阳、绿化等综合措施。隔热就是减少由室外（高温）流向室内（低温）措施。隔热就是减少由室外（高温）流向室内（低温）的热流。的热流。（1）围护结构隔热设计）围护结构隔热设计1）屋顶隔热）屋顶隔热建筑围护结构隔热设计的重点是屋顶。隔热屋顶的建筑围护结构隔热设计的重点是屋顶。隔热屋顶的构造有绝热层隔热屋顶、通风间层隔热屋顶、吊顶隔热构造有绝热层隔热屋顶、通风间层隔热屋顶、吊顶隔热屋顶、阁楼隔热屋顶、蓄水隔热屋顶和植被隔热屋顶。屋顶、阁楼隔热屋顶、蓄水隔热屋顶和植被隔热屋顶。屋顶遮阳、浅色屋面可有效防热。通风屋顶长度不屋顶遮阳、浅色屋面可有效防热。通风屋顶长度不大于大于10m，间层高，间层高20，檐口兜风。蓄水面应有水生植，檐口兜风。蓄水面应有水生植物或浅色漂浮物，水深为物或浅色漂浮物，水深为1520。有土种植屋面，。有土种植屋面，土壤厚度土壤厚度10左右。左右。2）外墙隔热）外墙隔热自然通风建筑外墙隔热设计重点是东、西墙，自然通风建筑外墙隔热设计重点是东、西墙，空调建筑各个朝向外墙隔热都重要。空调建筑各个朝向外墙隔热都重要。隔热外墙有空心粘土砖墙、砌块墙、通风墙隔热外墙有空心粘土砖墙、砌块墙、通风墙与遮阳墙等。外墙遮阳和浅色外墙可有效防热。与遮阳墙等。外墙遮阳和浅色外墙可有效防热。复合墙内侧应为重质材料层，通风间层复合墙内侧应为重质材料层，通风间层10宽。宽。东西外墙用花格构件或绿化遮阳。东西外墙用花格构件或绿化遮阳。（2）自然通风设计）自然通风设计1）热压和风压）热压和风压当较重的冷空气从进风口进入室内后，吸收了室内的热量后当较重的冷空气从进风口进入室内后，吸收了室内的热量后变成较轻的热空气上升从出风口排出室外，不断流入的冷空气在变成较轻的热空气上升从出风口排出室外，不断流入的冷空气在室内被加热后从建筑物的上部出风口排出就形成室内自然通风称室内被加热后从建筑物的上部出风口排出就形成室内自然通风称为热压通风。为热压通风。图图2-2热压作用下的自然通风热压作用下的自然通风根据流体力学原理，当风吹向建筑物时，根据流体力学原理，当风吹向建筑物时，在迎风面形成正压区，在屋顶，两侧及背风面形在迎风面形成正压区，在屋顶，两侧及背风面形成负压区。如果建筑物上设有开口，气流就会从成负压区。如果建筑物上设有开口，气流就会从正压区流入室内，再经室内流向负压区。正压区流入室内，再经室内流向负压区。图图2-3风压作用下的自然通风风压作用下的自然通风自然通风是热压和风压的综合结果。通常，风压通自然通风是热压和风压的综合结果。通常，风压通风队改善室内气候条件的效果比较显著，故应首先考虑风队改善室内气候条件的效果比较显著，故应首先考虑如何组织风压来进行建筑防热设计。如何组织风压来进行建筑防热设计。2）自然通风设计）自然通风设计建筑群自由式、错列式和斜列式布局及建筑南北朝建筑群自由式、错列式和斜列式布局及建筑南北朝向有利于自然通风。向有利于自然通风。穿堂风（房间进风口直对着出风口）会使气流直通，穿堂风（房间进风口直对着出风口）会使气流直通，风速较大，但风场范围小。进、出风口错开，风场区域风速较大，但风场范围小。进、出风口错开，风场区域大。进、出风口相距太近，室内通风效果不佳。如果进、大。进、出风口相距太近，室内通风效果不佳。如果进、出风口都开在正压区或负压区墙面一侧或房间只有一个出风口都开在正压区或负压区墙面一侧或房间只有一个开口，室内通风较差。开口的高度低，气流才能作用到开口，室内通风较差。开口的高度低，气流才能作用到人身上。设辅助高窗可使顶部热空气散出。进出风口面人身上。设辅助高窗可使顶部热空气散出。进出风口面积相等为宜，或进风口小一点。积相等为宜，或进风口小一点。利用窗扇，水平挑檐、百叶板，外遮阳板及绿化可利用窗扇，水平挑檐、百叶板，外遮阳板及绿化可以挡风，导风，有效地组织室内通风。以挡风，导风，有效地组织室内通风。（3）窗口遮阳设计）窗口遮阳设计窗口遮阳可防止直射阳光进入室内而引起室内过热。窗口遮阳可防止直射阳光进入室内而引起室内过热。东、西向窗户是遮阳设计的重点。遮阳的效果可以用东、西向窗户是遮阳设计的重点。遮阳的效果可以用遮遮阳系数阳系数来评价。来评价。遮阳系数遮阳系数是指在直射阳光照射的时间内，是指在直射阳光照射的时间内，透进有遮阳窗口的太阳辐射量与透进无遮阳窗口的太阳透进有遮阳窗口的太阳辐射量与透进无遮阳窗口的太阳辐射量之比。遮阳系数越小，防热效果愈好。辐射量之比。遮阳系数越小，防热效果愈好。1）绿化与构件遮阳：合理选择树种，安排适当的位置）绿化与构件遮阳：合理选择树种，安排适当的位置植树或在窗外种植藤蔓植物就是绿化遮阳。构件遮阳如植树或在窗外种植藤蔓植物就是绿化遮阳。构件遮阳如加宽挑檐，设外廊、阳台旋窗等。加宽挑檐，设外廊、阳台旋窗等。2）外遮阳：外遮阳比内遮阳防热效果好。固定遮阳板）外遮阳：外遮阳比内遮阳防热效果好。固定遮阳板简单、成本低，便于维修。活动遮阳板可调节。除南向简单、成本低，便于维修。活动遮阳板可调节。除南向外，活动遮阳板均比固定遮阳板效率高，固定与活动、外，活动遮阳板均比固定遮阳板效率高，固定与活动、实体与绿化相结合的遮阳方式效率最高。固定外遮阳板实体与绿化相结合的遮阳方式效率最高。固定外遮阳板的适用朝向及特性见下表。的适用朝向及特性见下表。固定外遮阳特性固定外遮阳特性3）内遮阳：窗帘、卷帘、百叶、活动百叶都可以起到内部遮阳）内遮阳：窗帘、卷帘、百叶、活动百叶都可以起到内部遮阳的功效，内遮阳的防热效果不如外遮阳好，但内遮阳调节灵活，的功效，内遮阳的防热效果不如外遮阳好，但内遮阳调节灵活，使用方便，内遮阳还可以控制眩光，提高私密性，有保温及装饰使用方便，内遮阳还可以控制眩光，提高私密性，有保温及装饰功能。功能。建筑遮阳构件遮阳的基本形式构件遮阳的基本形式水平遮阳水平遮阳垂直遮阳垂直遮阳混合遮阳混合遮阳挡板遮阳挡板遮阳2.1.5太阳能在建筑中应用太阳能在建筑中应用太阳能是一种洁净的可再生能源。建筑中太太阳能是一种洁净的可再生能源。建筑中太阳能利用主要包括太阳能热利用（包括太阳能热阳能利用主要包括太阳能热利用（包括太阳能热水器、被动式太阳能建筑等）和太阳能光利用水器、被动式太阳能建筑等）和太阳能光利用（包括光发电和自然采光）。太阳能在建筑中应（包括光发电和自然采光）。太阳能在建筑中应用也常分为被动式和主动式两类形式。用也常分为被动式和主动式两类形式。1）被动式太阳能建筑）被动式太阳能建筑被动式太阳能建筑（太阳房）就是不利用其被动式太阳能建筑（太阳房）就是不利用其他机械动力，只依靠太阳能自然供暖的建筑。白他机械动力，只依靠太阳能自然供暖的建筑。白天直接依靠太阳能供暖，多余的热量用热容量大天直接依靠太阳能供暖，多余的热量用热容量大的建筑构件（如墙壁、地板等）、蓄热槽的卵石、的建筑构件（如墙壁、地板等）、蓄热槽的卵石、水等吸收，夜间通过自然对流放热，使室内保持水等吸收，夜间通过自然对流放热，使室内保持一定的温度，达到采暖的目的。一定的温度，达到采暖的目的。根据采暖方式的不同，被动式太阳能房可分为直接得热式、根据采暖方式的不同，被动式太阳能房可分为直接得热式、集热墙式和附加阳光间式。被动太阳能建筑，就地取材，技术简集热墙式和附加阳光间式。被动太阳能建筑，就地取材，技术简单，不耗费或较少耗费其他常规能源，其缺点是冬季平均供暖温单，不耗费或较少耗费其他常规能源，其缺点是冬季平均供暖温度偏低。太阳房夏季应注意防止室内过热。度偏低。太阳房夏季应注意防止室内过热。三种类型被动式太阳能建筑示意三种类型被动式太阳能建筑示意直接得热式直接得热式集热墙式集热墙式附加阳光间式附加阳光间式（2）主动式太阳能热利用）主动式太阳能热利用主动式太阳能热利用需要一定的动力进行热循环，它主要由主动式太阳能热利用需要一定的动力进行热循环，它主要由太阳集热器、管道、储热装置、循环泵、热能交换器组成。主动太阳集热器、管道、储热装置、循环泵、热能交换器组成。主动式太阳能利用能够较好的满足住户的生活要求，可以保证室内采式太阳能利用能够较好的满足住户的生活要求，可以保证室内采暖和供热水，甚至制冷空调。但设备复杂，投资大。需要消费辅暖和供热水，甚至制冷空调。但设备复杂，投资大。需要消费辅助能源和电功率，而且所有的热水集热系统都需要设有防冻措施。助能源和电功率，而且所有的热水集热系统都需要设有防冻措施。主动式太阳热能利用系统示意主动式太阳热能利用系统示意（3）光伏发电系统与建筑一体化）光伏发电系统与建筑一体化通常，光伏发电系统由太阳电池、方阵（板）、储能装置、通常，光伏发电系统由太阳电池、方阵（板）、储能装置、备用电源（辅助发电机或电网）以及负载组成。此外还有功率调备用电源（辅助发电机或电网）以及负载组成。此外还有功率调节和控制装置（图节和控制装置（图2-6）。光伏发电系统与建筑一体化是指太阳）。光伏发电系统与建筑一体化是指太阳能发电设备或构件在建筑上利用，并做到了与建筑设计有机地结能发电设备或构件在建筑上利用，并做到了与建筑设计有机地结合（图合（图2-7）。）。图图2-6简单的太阳发电系统简单的太阳发电系统图图2-7光伏发电通风屋顶光伏发电通风屋顶建筑光环境控制包括建筑采光设计和建筑照明两部建筑光环境控制包括建筑采光设计和建筑照明两部分内容。建筑采光设计就是设法通过采光口使光线进入分内容。建筑采光设计就是设法通过采光口使光线进入室内。室内。采光设计标准采光设计标准（1）基本光度单位）基本光度单位光环境设计常用的基本单位有光环境设计常用的基本单位有光通量光通量、照度照度、发光发光强度强度和和亮度亮度。光通量光通量表示光源发出的光能的多少，单表示光源发出的光能的多少，单位为位为lm（流明）。（流明）。照度照度表示照射到单位面积上表示照射到单位面积上光光通量的多少，单位为通量的多少，单位为lx（勒克斯）。（勒克斯）。发光强度发光强度I I是是光通量的空间密度，单位为光通量的空间密度，单位为C Cd d(坎德拉）。坎德拉）。亮度亮度L L是发光体在视看方向上单位面积发出的发光强度，是发光体在视看方向上单位面积发出的发光强度，单位为单位为C Cd d/(坎德拉每平方米）。坎德拉每平方米）。2.2建筑光环境建筑光环境（2）采光标准）采光标准在采光设计中，天然光指的是天空光。日光在通过在采光设计中，天然光指的是天空光。日光在通过地球大气层时被空气中的尘埃和气体分子扩散，使白天地球大气层时被空气中的尘埃和气体分子扩散，使白天的天空呈现出一定的亮度，这就是天空光。它是建筑采的天空呈现出一定的亮度，这就是天空光。它是建筑采光的主要光源。天然光变化快，不好控制。因此，我国光的主要光源。天然光变化快，不好控制。因此，我国建筑采光设计标准建筑采光设计标准（GB/T50033-2001)规定，在采规定，在采光设计中，天然采光标准以采光系数为指标。采光系数光设计中，天然采光标准以采光系数为指标。采光系数C是室内某一点直接或间接接受天空漫射光所形成的照是室内某一点直接或间接接受天空漫射光所形成的照度与同一时间不受遮挡的该天空半球在室外水平面上产度与同一时间不受遮挡的该天空半球在室外水平面上产生的天空漫射光照度之比。这样，不管室外天然光如何生的天空漫射光照度之比。这样，不管室外天然光如何变化，室内某一点的采光系数是不变的。变化，室内某一点的采光系数是不变的。建筑采光建筑采光设计标准设计标准给出不同作业场所工作面的采光系数标准值给出不同作业场所工作面的采光系数标准值（表（表2-3，表，表2-4）。侧面采光采光系数标准采用最低值）。侧面采光采光系数标准采用最低值Cmin作为标准，顶部采光取采光系数平均值作为标准，顶部采光取采光系数平均值Cav作为作为标准。标准。视觉作业场所工作面上的采光系数标准视觉作业场所工作面上的采光系数标准表表2-3我国幅员辽阔，各地光气候差别较大。因此，国家标准中将我我国幅员辽阔，各地光气候差别较大。因此，国家标准中将我国划分为国划分为个光气候区，采光设计时，各光气候区取不同的光个光气候区，采光设计时，各光气候区取不同的光气候系数气候系数K（详见（详见建筑采光设计标准建筑采光设计标准）。表）。表2-3和表和表2-4中采光中采光系数标准值都是以系数标准值都是以类光气候区为基准给出的，在其他光气候区，类光气候区为基准给出的，在其他光气候区，各类建筑的工作面上的采光系数标准值应为标准中给出的数值乘以各类建筑的工作面上的采光系数标准值应为标准中给出的数值乘以相应的光气候系数所得到的数值。相应的光气候系数所得到的数值。建筑的采光等级举例建筑的采光等级举例表表2-41）采光均匀度）采光均匀度采光均匀度为工作面上的最低采光系数与平采光均匀度为工作面上的最低采光系数与平均采光系数之比。顶部采光均采光系数之比。顶部采光级采光均匀度级采光均匀度在在0.7以上，对顶部采光以上，对顶部采光级和侧面采光无要求。级和侧面采光无要求。2）眩光）眩光眩光是在视野中由于亮度的分布或范围不适眩光是在视野中由于亮度的分布或范围不适宜，或存在极端的亮度对比，以致引起不舒适和宜，或存在极端的亮度对比，以致引起不舒适和降低物体可见度的视觉条件。眩光会影响人们的降低物体可见度的视觉条件。眩光会影响人们的注意力，增加视疲劳，降低视度，甚至丧失视力注意力，增加视疲劳，降低视度，甚至丧失视力采光视觉中，减小窗户眩光主要措施有：采光视觉中，减小窗户眩光主要措施有：作作业区应减少或避免直射阳光；业区应减少或避免直射阳光；工作人员的视工作人员的视觉背景不宜为窗口；觉背景不宜为窗口；为降低窗户亮度或减少为降低窗户亮度或减少天空视域，可采用室内外遮阳设施；天空视域，可采用室内外遮阳设施；窗户结窗户结构的内表面或窗户周围的内墙面，宜采用浅色粉构的内表面或窗户周围的内墙面，宜采用浅色粉刷。刷。建筑采光设计建筑采光设计采光设计可分为被动式和主动式两类。被动采光设计可分为被动式和主动式两类。被动式采光就是利用不同形式的采光窗进行采光。主式采光就是利用不同形式的采光窗进行采光。主动式采光是利用集光、传光等设备与控制系统将动式采光是利用集光、传光等设备与控制系统将天然光传送到需要照明的部位。天然光传送到需要照明的部位。1）侧窗（侧面采光）：侧窗采光的特点是房间）侧窗（侧面采光）：侧窗采光的特点是房间的天然光照度随进深的增加而迅速降低，照度分的天然光照度随进深的增加而迅速降低，照度分布很不均匀（图布很不均匀（图2-8）。为了有较好的采光均匀）。为了有较好的采光均匀度，单侧采光房间的进深一般不超过窗高的度，单侧采光房间的进深一般不超过窗高的1.52倍为宜。改善侧窗采光特性的措施：倍为宜。改善侧窗采光特性的措施：利用利用透光材料本身的反射、扩散和折射性能控制光线；透光材料本身的反射、扩散和折射性能控制光线；使用固定或活动的遮阳板、遮光百叶、遮光使用固定或活动的遮阳板、遮光百叶、遮光格栅。格栅。2）天窗（顶部采光）天窗（顶部采光）顶部采光包括矩形天窗、锯齿形天窗、平天窗等。顶部采光包括矩形天窗、锯齿形天窗、平天窗等。（A）矩形天窗：普通矩形天窗是在屋架上架起一列天窗架构成）矩形天窗：普通矩形天窗是在屋架上架起一列天窗架构成的，窗户的方向与屋架相垂直，称为纵向天窗。如果将屋面板的，窗户的方向与屋架相垂直，称为纵向天窗。如果将屋面板隔跨分别架设在屋架上弦和下弦位置，窗扇立在屋架外侧，紧隔跨分别架设在屋架上弦和下弦位置，窗扇立在屋架外侧，紧贴屋架，这称为横向矩形天窗，其采光均匀度好，自然通风效贴屋架，这称为横向矩形天窗，其采光均匀度好，自然通风效果显著改善。果显著改善。（B）平天窗：平天窗采光口位于水平面或接近水平面）平天窗：平天窗采光口位于水平面或接近水平面它的采光效率最高，约为矩形天窗采光效率的它的采光效率最高，约为矩形天窗采光效率的22.5倍倍透明的平天窗容易产生眩光，夏季会造成室内过热。所透明的平天窗容易产生眩光，夏季会造成室内过热。所以，炎热地区平天窗要采取遮阳措施。以，炎热地区平天窗要采取遮阳措施。平天窗采光平天窗采光（C）锯齿形天窗：锯齿形天窗的屋面倾斜，可以充分）锯齿形天窗：锯齿形天窗的屋面倾斜，可以充分利用顶棚的反射光，采光效率比矩形天窗约高利用顶棚的反射光，采光效率比矩形天窗约高15%20%。当窗口朝北向布置时，接受北向天空漫射光，光。当窗口朝北向布置时，接受北向天空漫射光，光线稳定，因此减小了室内温湿度的波动及眩光。锯齿形线稳定，因此减小了室内温湿度的波动及眩光。锯齿形天窗非常适用于美术馆、超市、体育馆及特殊车间使用。天窗非常适用于美术馆、超市、体育馆及特殊车间使用。采光棚采光棚采光窗面积的确定采光窗面积的确定采光窗口面积的确定，通常根据建筑空间的采光、通风、立采光窗口面积的确定，通常根据建筑空间的采光、通风、立面处理等综合要求，先大致确定窗口面积，然后根据房间的采光面处理等综合要求，先大致确定窗口面积，然后根据房间的采光要求进行校验，验证是否符合采光标准值，采光计算方法很多，要求进行校验，验证是否符合采光标准值，采光计算方法很多，建筑采光设计标准建筑采光设计标准规定了一种简易图表计算方法。采光要求规定了一种简易图表计算方法。采光要求不十分精确时，利用窗地比可以估算出采光面积，窗地面积比是不十分精确时，利用窗地比可以估算出采光面积，窗地面积比是指窗洞口面积与室内地面面积之比。指窗洞口面积与室内地面面积之比。注：非注：非类光气候的窗地面积比应乘以光气候系数类光气候的窗地面积比应乘以光气候系数K。建筑声环境包括室内音质设计、建筑隔声和噪声建筑声环境包括室内音质设计、建筑隔声和噪声控制三方面的内容。室内音质设计一般只限于各类厅堂控制三方面的内容。室内音质设计一般只限于各类厅堂如影剧院、音乐厅、体育馆、报告厅、教室、礼堂和各如影剧院、音乐厅、体育馆、报告厅、教室、礼堂和各类多功能厅等，建筑隔声和噪声控制是各类建筑都存在类多功能厅等，建筑隔声和噪声控制是各类建筑都存在的一个普遍性问题。的一个普遍性问题。声音源于物体的震动。正在发出声音的物体称为声声音源于物体的震动。正在发出声音的物体称为声源。空气中的声音就是在弹性媒质中传播的疏密波。常源。空气中的声音就是在弹性媒质中传播的疏密波。常温下声波的传播速度为温下声波的传播速度为340m/s。人耳可听到的声音频。人耳可听到的声音频率范围为率范围为20Hz20000Hz。根据波长。根据波长=声速声速/频率的关频率的关系，相应的人耳可听到的声音波长范围为系，相应的人耳可听到的声音波长范围为1717m。声音是一种波动，在传播过程中，它具有反射、绕声音是一种波动，在传播过程中，它具有反射、绕射、折射等现象。声波是能量的携带者，材料或结构对射、折射等现象。声波是能量的携带者，材料或结构对声音可以吸收、反射和透射。声音可以吸收、反射和透射。2.3建筑声环境建筑声环境人耳所感受到的声音的强弱可以用人耳所感受到的声音的强弱可以用A计权网络声压计权网络声压级来表示，简称级来表示，简称A声级。声压级符号为声级。声压级符号为Lp，单位为，单位为dB（A）。声压级的叠加按照对数运算法则进行。两个）。声压级的叠加按照对数运算法则进行。两个相等的声压级叠加，声压级只增大相等的声压级叠加，声压级只增大3dB。常见声源常见声源A声级声级阈（阈（YU)泛指界限或范围泛指界限或范围 2.3.1吸声材料与吸声结构吸声材料与吸声结构（1）多孔吸声材料）多孔吸声材料多孔吸声材料是主要吸声材料，它具有良好的高频吸声性能。多孔吸声材料是主要吸声材料，它具有良好的高频吸声性能。最初是以麻、棉、毛等有机纤维材料为主，现在大部分由玻璃棉、最初是以麻、棉、毛等有机纤维材料为主，现在大部分由玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉、矿棉等无机纤维材料代替。除了棉状的以外，超细玻璃棉、岩棉、矿棉等无机纤维材料代替。除了棉状的以外，还可用适当的粘着剂制成的板材或毡片。还可用适当的粘着剂制成的板材或毡片。1）多孔吸声材料的特点）多孔吸声材料的特点多孔吸声材料具有大量内外连通的微小间隙和连续气泡，因多孔吸声材料具有大量内外连通的微小间隙和连续气泡，因而具有一定的通气性，当声波入射到材料表面时，声波很快地顺而具有一定的通气性，当声波入射到材料表面时，声波很快地顺着微孔进入材料内部，引起空隙间的空气振动，由于摩擦、空气着微孔进入材料内部，引起空隙间的空气振动，由于摩擦、空气粘滞阻力和空隙间空气与纤维之间的热传导作用，使相当一部分粘滞阻力和空隙间空气与纤维之间的热传导作用，使相当一部分声能转化为热能而被吸收掉。所以多孔材料吸声的先决条件是声声能转化为热能而被吸收掉。所以多孔材料吸声的先决条件是声波能很容易进入微孔内，因此不仅材料内部，而且在材料表面上波能很容易进入微孔内，因此不仅材料内部，而且在材料表面上也应当多孔，如果多孔材料的微孔被灰尘污垢或抹面油漆等封闭也应当多孔，如果多孔材料的微孔被灰尘污垢或抹面油漆等封闭时，会对材料的吸声性能产生不利影响。时，会对材料的吸声性能产生不利影响。常用的多孔吸声材料有玻璃棉、矿渣棉、泡常用的多孔吸声材料有玻璃棉、矿渣棉、泡沫塑料，各种轻质纤维板、木丝板、微孔吸声砖沫塑料，各种轻质纤维板、木丝板、微孔吸声砖吸声粉刷，目前又有压铸铝纤维吸声板，是绿色吸声粉刷，目前又有压铸铝纤维吸声板，是绿色防火，防潮的吸声材料。防火，防潮的吸声材料。2）影响多孔材料吸声系数的因素）影响多孔材料吸声系数的因素多孔材料的吸声性能与材料的表观密度和内多孔材料的吸声性能与材料的表观密度和内部构造有关。在实际应用中，多孔材料的厚度、部构造有关。在实际应用中，多孔材料的厚度、容重、材料背后是否有空气层以及材料表面的装容重、材料背后是否有空气层以及材料表面的装饰处理等，都对其吸声性能有影响。饰处理等，都对其吸声性能有影响。（A）材料厚度的影响：多孔材料的吸声系数，）材料厚度的影响：多孔材料的吸声系数，一般随着厚度的增加而提高其低频的吸声效果，一般随着厚度的增加而提高其低频的吸声效果，而高频影响不显著。但材料厚度增加到一定程度而高频影响不显著。但材料厚度增加到一定程度后，吸声效果的提高就不明显了。所以为了提