建筑物理yyf建筑物理(热工).docx

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1、建 筑 物 理（Architectural Physics）建筑热环境、建筑光环境、建筑声环境一绪 论1、 什么是建筑物理 a是研究建筑与环境中的声、光、热等物理现象以及这些物理现象与建筑相互作用的一门学科b是建筑环境科学的重要组成部分c物理环境的特点在于对人体的影响是潜在的、渐变的，对人体的伤害是可恢复的 *噪声的影响 *气候的影响 *光污染的影响 *其它环境的影响：水环境、空气污染等d建筑物理课程与其它物理课程的区别2、建筑物理研究的内容a主要包括建筑声学、建筑光学和建筑热工学三篇b研究建筑与环境中的声、光、热等物理现象及其影响因素c研究符合可持续发展的建筑物理环境要求或标准 d研究材料的

2、声学、光学、热工性能e研究为获得良好的物理环境的建筑设计原理和方法f建筑节能与可持续发展g新能源技术在建筑中的应用h交叉学科，涉及的方面较为广泛：建筑学、环境学、物理学、美学、材料学等等可持续建筑的含义-建筑及其环境若能做到有利于: 综合用能；多能转换；三向发展（以地球表面为基准面，向天空、海洋、地下发展）；自然空调；立体绿化；生态平衡；智能运行；弘扬文脉；素质培养;持续发展；美感、卫生、安全。那么，在永久的将来就可能做到有效的发挥其正确的物质功能和精神功能的作用，而不会受到关键性资源（含物质和精神两方面）的耗尽或过荷的强迫而衰退。这种建筑称为可持续建筑。3、 为什么要学习建筑物理a建筑物理环

3、境因素对建筑的形式有着重要作用传统民居的形式：四合院、窑洞、干阑、中东民居、爱斯基摩小屋、北欧建筑等；厅堂类建筑：其它建筑：节能建筑、太阳房、冷库、实验建筑等b良好的物理环境是生态建筑、绿色建筑、健康建筑的基础c注册建筑考试科目之一d必修课4、 如何学习建筑物理课程a注重基本物理概念和基本原理的掌握b探求建筑设计方法的本质c对建筑范例作深度思考，去皮抽筋d结合实际工程、课程设计，有意识地考虑设计中的建筑物理要求，把学到的知识融入作品。5、主要参考书目 柳孝图主编，建筑物理（第二版） 刘加平主编，建筑物理（第三版）（俗称“五校合编建筑物理” ） 清华大学编，建筑声环境、建筑光环境、建筑热环境民用

4、建筑热工设计规范、建筑气候区划标准、建筑采光设计标准GB/T 500332001 等各类国家标准 各类设计指南和生态建筑案例分析。第一篇 建筑热环境我对于建筑的定义，一是为了宗教仪式的需要，另一方面是为了保持体温的需要。汉斯.霍莱茵汉斯霍莱茵是维也纳建筑师中在当今国际建坛上最有影响的人物。他对维也纳建筑传统的“敏感”比同时代的任何人都强烈。这可以从他著名的奥地利交通部办公楼设计中看出。 1965出生的他设计的哈斯购物中心，集商店、餐厅与办公为一体的商业建筑。该建筑连接两个街区，跨座于地铁之上，建筑立面细腻的融合了石材与玻璃。此建筑的对面是近八百年历史的斯蒂芬大教堂。1986年规划之时，备受争议

5、，1990年完成之后好评如潮，都赞许Hans Hollein将新旧不同时代的建筑活化了。可以说是当今社会多元化建筑思潮的一个反映。在历史地段建筑创作中对人文传统的敬重和他的自信。 建筑热工学概述（一）建筑物外围护结构将人们的生活与工作空间分为室内和室外两部分，因而，建筑热环境分为室内热环境和室外热环境。a属于室外的因素：太阳辐射、空气的温、湿度、风、雨雪等室外热湿作用。b属于室内的因素：空气温湿度、生产和生活散发的热量、水分等室内热湿作用。建筑热工学概述（二）建筑热环境设计包括：建筑保温设计、防潮设计、隔热设计、建筑节能设计等。建筑热环境设计目标：舒服 健康 高效。从生态建筑开始。建筑热工学概

6、述（三）全篇共分7讲第1讲：补充：建筑物理概述与室外气候 第2、3讲：建筑热环境基础知识第4讲：建筑围护结构保温 第5讲：建筑围护结构防热第6讲：建筑围护结构与自然通风 第7讲：建筑日照与 遮阳第一讲：建筑与室外气候 1.1、室外热环境 1.2 、多姿多彩的全球气候 1.3、影响建筑设计的气候因素 1.4 、气候分区第一讲：建筑与气候 1.1 室外热环境a室外热环境是室外气候的组成部分，是建筑设计的依据；建筑外围护结构的主要功能即在于抵御或利用室外热环境的作用。b做好建筑设计，必须掌握室外气候学的基本知识，熟悉建筑与气候的关系。气候与地方特征：a气候与其它相关因素共同影响建筑。例如气候条件决定

7、了一个地区的水源、植被状况，对地质土壤也有一定程度的影响，从而大体上限定了该地区的建筑材料。b气候还会影响人、社会审美等方面的差异性，最终间接而又鲜明的影响到建筑本身c气候因素（日照、降水、温度、湿度等）直接影响建筑的功能、形式、围护结构。是紧凑的还是疏松的？是封闭的还是开敞的？是厚重的还是轻盈的？是平屋顶还是坡屋顶所有这些构成了乡土建筑的最基本特征。气候与地方特征的技术策略：a适应地域气候。b使用本地材料c利用本地廉价劳动力，采取一种手工式、劳动密集型的作业方式。d多采取低层高密度的模式。e采用一种可逐渐增长的模式，便于改建和扩建。f注重地方文化和民俗习惯。1.2 多姿多彩的全球气候屋顶和自

8、然通风：拱顶和穹顶的优点在于：a室内高度有所增加，人们头顶富裕的空间，可以保证热空气的上升和聚集在远离人体的位置；b屋顶的表面积有所增加，太阳辐射作用在扩大的面积上，平均的辐射强度相对降低，屋顶吸收的平均热量下降，因此对室内的辐射强度有所减少；c在一天的多数时间内，一部分屋顶处于阴影区，可以吸收室内和相对较热的屋顶部分的热量，将其辐射到阴影区内温度较低的空气中。 建筑地方特色与全球一体化“全球一体化”在促进社会发展和经济繁荣的同时，也对地方文化产生了毁灭性的影响。随着科学技术的进步，气候对建筑的影响也在逐渐递减。建筑究竟采用坡屋顶还是平屋顶已经基本上与降水量毫无关系，而是由社会文化和审美意识所

9、决定。机械空调装置为创造理想舒适的室内环境提供了必要条件，无论是在冰雪飘扬的北极还是闷热潮湿的赤道，人们都可以获得春天般的感觉。而这些在工业社会之前是无法想象的。1.3影响建筑设计的气候因素结合气候设计的五大要素：太阳辐射、空气温度、气压与风、大气湿度、凝结与降水A、太阳辐射：太阳辐射是来自太阳的电磁波辐射。在地球表面上，太阳光谱的波长范围约在0.283.0微米之间。 太阳光谱可大致划分为三个区段：紫外线、可见光、红外线可见光的波长：0.38至 0.78微米。 a太阳常数：在地球大气层外，太阳与地球的平均距离处，与太阳光线相垂直的表面上、单位面积、单位时间里所接收到的太阳辐射能称为太阳常数。

10、太阳常数值约为1367w/m2 b直射辐射与散射辐射 c太阳辐射在透过大气层到地面的过程中又受到大气层中臭氧、水蒸气、二氧化碳等的吸收和反射而减弱。其中一部分穿过大气层直接辐射到地面的称为直射辐射；被大气层吸收后，再辐射到地面的称为散射辐射d长波辐射与短波辐射：凡是起源于太阳的辐射，包括地球上水面、玻璃和混凝土对太阳辐射的反射以及天空和云层的散射均属短波辐射。建筑物这一部分和另一部分之间通常传递的辐射能以及最后辐射输出的能都是长波辐射B、室外温度：室外空气温度取决于地球表面温度1室外气温a室外气温通常指距地面1.5m高,背阴处的空气温度b影响室外气温的主要因素有太阳辐射照度,气流状况,地面覆盖

11、情况以及地形等等c空气温度取决于地球表面温度d温度的年变化和日变化2.1室外气温与城市热岛现象a在建筑物与人口密集的大城市，由于地面覆盖物吸收的辐射热多，发热体也多，形成市中心的温度高于郊区，即”城市热岛”现象。热岛现象也有明显的日变化和年变化，一般冬季强夏季弱，夜晚强白天弱。b热岛现象的存在，使市中心温度较高的空气由于质量轻而向上升，郊区地面的较冷空气则从四面八方流向城市。市区热空气携带的一部分烟尘滞留在城市上空，一部分较重的在郊区沉降，污染地面，因此在城市规划中应减弱或避免产生热岛现象。2.2避免或减弱热岛现象的措施：a在城市中增加水面设置、扩大绿化面积。由于水的热容量大，并且可以通过蒸发

12、吸收热量。绿化则除蒸发吸热外，对日辐射还有一定的反射作用，尤其在夏季日辐射照度很大时，可以显著降低周围的空气温度-绿化可以改善建筑周围小气候。b避免方形、圆形城市面积的设计，多采用带形城市设计。C、气压与风1三个全球性的风带：信风、西风和极风。 2季风系，是由于海、陆加热量的年差所造成的。 3风向和风速：风主要是由于地球表面接受的日辐射不均匀所引起的空气流动造成的,同时受到地形、地势、地表覆盖、水陆分布等局部分布的影响，对一个地区来说风的变化有一定规律。4地区的风向频率图（又称风玫瑰图）表示当地的风向规律5海陆风：在白天，陆上的空气温度较同一纬度海上的空气温度为高，热气上升，海上的冷气流即吹向

13、内陆。在夜间,此过程相反。（发生于沿海山谷之处；沿海一带又有日风和夜风）6山谷风：在山区，局部的温差会造成局部地风型7街道风、高楼风：风在遇到障碍物而绕行时产生速度和方向的转变，形成街巷风、高楼风D、空气湿度: 描述湿空气的物理量（五个量） 1湿空气：指的是干空气与水蒸气的混合物，室内外的空气都是含有一定水分的湿空气。2空气湿度：指空气中水蒸气的含量。水蒸气主要来自于水面、植物的蒸发 和其它潮湿表面，经风的携带遍布于空气中。3a）饱和水蒸气分压力( ps)：在一定温度和气压下空气中所能容纳的水蒸气量有一定的限度，水蒸气量达到最高限度的空气称饱和空气，这时的水蒸气分压力称饱和水蒸气分压力。用 p

14、s表示，未饱和的水蒸气分压力用p表示。标准大气压下（气压相同时），空气温度愈高它所能容纳的水蒸气量也愈多。不同温度时的ps见书后附录24b）空气的实际水蒸气分压力：在整个大气压力中有水蒸气所造成的那部分压力，单位为pa(帕）.水蒸气压力主要随季节而变，通常夏季高于冬季。5c）绝对湿度（f）：每立方米湿空气中所含水蒸气的量。单位为 g/m36d）相对湿度 （）： 在一定的温度和气压下空气中实际水蒸气分压力量与饱和水蒸气分压力量之比。 =p/ps100 7温度的日变化和年变化影响空气湿度 8水蒸气压力在竖向高度上的递减量较气压的递减更快，因此，水蒸气的浓度随着海拔高度而降低。水蒸气压力最大的年变化

15、发生在季风影响的区域内；这些季风从海洋上带来了热的湿空气，又从内陆带来了干燥的空气。9e）露点温度（td）：在一定的气压和温度下，空气中所能容纳的水蒸气量有一饱和值；超过这个饱和值（饱和水蒸气分压力），水蒸气就开始凝结，变为液态水。饱和水蒸气分压力随空气温度的增减而加大或减小，当空气中实际含湿量不变，即实际水蒸气分压力p不变，而空气温度降低时，相对湿度将逐渐增高，当相对湿度达到100后，如温度继续下降，则空气中的水蒸气将凝结析出。10相对湿度达到100，即空气达到饱和状态时所对应的温度，成为露点温度。E、凝结与降水露和雾：降雨：当含有一定量水汽的空气冷却时，容湿能力就降低，相对湿度渐渐增值饱和

16、。对应于饱和状态时的空气温度称为露点。当空气因受冷而温度低于露点时，水蒸气含量就超过了空气的湿容量，过剩的水蒸气即发生凝结。1. 4 气候分区我国的气候分为五大区：严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区我国气候和世界气候分区我国气候有三大特点：明显的季风特色、明显的大陆性气候、多样的气候类型世界气候分区：英国人斯欧克莱（Szokoay)在建筑环境科学手册中根据空气温度、湿度、太阳辐射等项因素，将世界各地划分为4个气候区：湿热气候区、干热气候区、温和气候区和寒冷气候区全球气候：以气温和降水两个气候要素为基础，并参照自然植被的分布，把全球气候分为五个气候区：赤道潮热性气候区（A）

17、、干热性气候区（B）、湿润性温和性气候区（C）、湿润性冷温型气候区（D）、极地气候（E）、山地气候（H） 其中A、C、D、E为湿润气候，B为干旱气候第一章：建筑热环境基础知识-建筑室内热湿环境 室内热环境：指室内空气温度、湿度、风速以及围护结构内表面之间的辐射热等因素组成的一种室内环境。 建筑的主要功能是提供舒适的室内环境1.1室内热环境构成要素及其对人的舒适影响1.1.1影响人体热舒适的因素室内热环境大致可分为：舒适的、可以忍受的、不能忍受的通常能接受的热舒适标准应是低能耗率、不出汗、不冷颤。热舒适可以与一定范围的环境因素联系起来，在这个范围内借助调节衣着或者身体的活动程度或者两者同时调节来

18、达到良好的热舒适。影响室内人体热舒适的因素有六个：一、两个主观因素：a）人体所处的活动状态，如运动或静坐；b）人体的衣着状态。二、四个客观因素：以人的热舒服程度为评价标准。a室内的平均辐射温度（环境辐射温度）b空气温度 c空气湿度 d室内风速（气流速度）a）室内热辐射：1对一般民用建筑来说，室内热辐射主要是指房间周围墙壁、顶棚、地面、窗玻璃对人体的热辐射作用，如果室内有火墙、壁炉、辐射采暖板之类的采暖装置，还须考虑该部分的热辐射。2室内热辐射的强弱通常用“平均辐射温度”（Tmrt）代表，即室内对人体辐射热交换有影响的各表面温度的平均值。 3平均辐射温度也可以用黑球温度换算出来4黑球温度是将温度

19、计放在直径为150mm黑色空心球中心测的反映热辐射影响的温度。5平均辐射温度与黑球温度间可用贝尔丁公式换算。 6平均辐射温度对室内热环境有很大影响。7在炎热地区，夏季室内过热的原因除了夏季气温高外，主要是外围护结构内表面的热辐射，特别是由通过窗口进入的日辐射所造成。8在寒冷地区，如外围护结构内表面的温度过低，将对人产生“冷辐射”，也严重影响室内热环境b）室内空气温度1室内气温：是表征室内热环境的主要参数。对于一般民用建筑，按房间的使用要求而对房间的温度2有相应的规定：冬季室内气温一般应在1622，夏季空调房间的气温多规定为2428 ，并以此作为室内计算温度。3室内实际温度则有房间内得热和失热、

20、围护结构内表面的温度及通风等因素构成的热平衡所决定，设计者的任务就在于使实际温度达到室内计算温度。c） 室内空气湿度1室内空气湿度直接影响人体的蒸发散热。2一般认为最适宜的相对湿度应为5060%。在大多数情况下，即气温在1625时、相对湿度在3070 %范围内变化，对人体得热感觉影响不大。3如湿度过低（低于30 %），则人会感到干燥、呼吸器官不适；湿度过高则影响正常排汗，尤其在夏季高温时，如湿度过高（高于70 %）则汗液不易蒸发，最令人不舒适d） 室内风速1室内气流状态影响人的对流换热和蒸发换热，也影响室内空气的更新。2人头顶上的自然对流速度是0.2m/s，是人体对风速可以觉察的阈值，用来确定

21、室内风速的设计标准。3在一般情况下，对人体舒适的气流速度应小于0.3m/s；但在夏季利用自然通风的房间，由于室温较高，舒适的气流速度也应较大。4当空气流速0.5m/s，实验研究表明，只要把空气温度调整的合适（提高空气温度），就可以使空气的流动几乎觉察不到。1.1.2 室内热环境舒适性的设计：环境温度在-20 +40 ，人体感到舒适的温度在22-28 范围之间，人体最舒适的温度范围是2426之间。环境设计应该把握三方面：1合理布局、间距适当的小区设计，再加上绿化和水域分布2建筑物的合理设计,包括结构上的隔热、保温，朝向及主导风向的选择，遮阳和门窗、热桥的保温等3采用空气调节或采暖等设备手段满足人

22、体热舒适的要求。（前提是利用建筑手段不能使室内达到舒适温度的要求）1.1.3 人的热舒服要求qm-人体产热量w qe-人体蒸发散热量w qr-人体辐射换热量w qc-人体对流换热量w q-人体得失的热量,w1人的热舒服感主要建立在人和周围环境正常的热交换上，即人由新陈代谢的产热率和人向周围环境的散热率之间的平衡关系2人体得热和失热过程用下式表示:q=qm-qeqrqc q =0 体温恒定不变； q0 体温上升； q0 体温下降3人的热舒服要求 1当q=0时，人体处于热平衡状态，q=0时并不一定表示人都处于舒服状态，因为各种热量之间可能有许多不同的组合使q=0，即人们会遇到各种不同的热平衡，只有

23、那种能使人体按正常比例散热的热平衡，才是舒服的。2所谓按正常比例散热是指：对流换热占总热量的25 % 30%，辐射散热为45 % 50 %，呼吸和无感觉蒸发散热占25 % 30 %。3不同的人对舒适的差异:瞬感现象,衣着状况,个体状况,适应性,种族差异,年龄差异,恒定与变化 4负荷热平衡1当劳动强度或室内热环境要素发生变化时，正常的热平衡可能被破坏。当环境过冷时，皮肤毛细血管收缩，血流减少，皮肤温度下降以减少散热量；当环境过热时，皮肤血管扩张，血流增多，皮肤温度升高，以增加散热量，甚至大量出汗使蒸发散热量qe变大，以争取新的热平衡。这时的热平衡叫“负荷热平衡” 2在负荷热平衡下，虽然q=0，但

24、人体已不在舒服状态。1.2、室内热环境综合评价方法1室内空气温度、空气湿度、气流速度（室内风速）、环境辐射温度（室内热辐射）作为室内热环境各因素，它们是互不相同的物理量，但对人们的热感觉来说，他们相互之间又有着密切的关系。改变其中的一个因素往往可以补偿其他因素的不足，如室内空气温度低而平均辐射温度高，和室内空气温度高而平均辐射温度低的房间就可以有同样的热感觉。2任何一项单项因素都不足说明人体对热环境的反应。科学家们长期以来就一直希望用一个单一的参数来描述这种反应，这个参数叫做热舒适指数，它综合了同时起作用的全部因素的效果。3一般热工书中介绍有四种综合评价方法：1）有效温度（effective

25、temperature ）ET、2）预测平均热感觉指标（predicted mean vote ） PMV、3）作用温度（operative temperature）、4）热应力指标（heat stress index）a有效温度有效温度最早由美国采暖通风协会1923年推出，为室内气温、空气湿度、室内风速在一定组合下的综合指标。在同一有效温度作用下，虽然温度、湿度、风速各项因素的组合不同，但人体会有相同的热舒服感觉。b预测平均热感觉指标PMV：PMV是80年代初得到国际标准化组织（ISO）承认的一种比较全面的热舒指标，丹麦房格尔（P .O. Fanger ）综合了近千人在不同热环境下的热感觉试

26、验结果，并以人体热平衡方程为基础，认为人在舒服状态下应有的皮肤温度和排汗散热率分别与产热率之间存在相应关系，-即在一定的活动状态下，只有一种皮肤温度和排汗散热率是使人感到舒适的。1.3湿空气及描述湿空气的五个物理量1湿空气：指的是干空气与水蒸气的混合物，室内外的空气都是含有一定水分的湿空气。2空气湿度：指空气中水蒸气的含量。水蒸气主要来自于水面、植物的蒸发 和其它潮湿表面，经风的携带遍布于空气中。3a）饱和水蒸气分压力( ps)：在一定温度和气压下空气中所能容纳的水蒸气量有一定的限度，水蒸气量达到最高限度的空气称饱和空气，这时的水蒸气分压力称饱和水蒸气分压力。用 ps表示，未饱和的水蒸气分压力

27、用p表示。标准大气压下（气压相同时），空气温度愈高它所能容纳的水蒸气量也愈多。不同温度时的ps见书后附录24b）空气的实际水蒸气分压力：在整个大气压力中有水蒸气所造成的那部分压力，单位为pa(帕）.水蒸气压力主要随季节而变，通常夏季高于冬季。5c）绝对湿度（f）：每立方米湿空气中所含水蒸气的量。单位为 g/m36d）相对湿度 （）： 在一定的温度和气压下空气中实际水蒸气分压力量与饱和水蒸气分压力量之比。 =p/ps100 7温度的日变化和年变化影响空气湿度 8水蒸气压力在竖向高度上的递减量较气压的递减更快，因此，水蒸气的浓度随着海拔高度而降低。水蒸气压力最大的年变化发生在季风影响的区域内；这些

28、季风从海洋上带来了热的湿空气，又从内陆带来了干燥的空气。9e）露点温度（td）：在一定的气压和温度下，空气中所能容纳的水蒸气量有一饱和值；超过这个饱和值（饱和水蒸气分压力），水蒸气就开始凝结，变为液态水。饱和水蒸气分压力随空气温度的增减而加大或减小，当空气中实际含湿量不变，即实际水蒸气分压力p不变，而空气温度降低时，相对湿度将逐渐增高，当相对湿度达到100后，如温度继续下降，则空气中的水蒸气将凝结析出。10相对湿度达到100，即空气达到饱和状态时所对应的温度，成为露点温度。例题 求室内温度18.5、相对湿度70时的空气露点温度答：查附录2得18.5时的饱和水蒸气得分压力为2129.2pa，相对

29、湿度（）=70 有公式（）=p/ ps可得 P=（）ps=2129.2 0.7=1490.44pa再查附录2得出1490.44pa成为饱和水蒸气份压力时所对应的温度为12.1.即该环境下的空气露点温度为12.1。2.1 建筑中的传热现象2.1.1 传热：热量的传递。在自然界中，只要存在温差就会有传热现象，热能由高温部位传至低温部位-围护结构的传热。2.1.2传热方式：有三种 : 辐射 、对流和导热。建筑物的传热大多是三种方式综合作用的结果.a辐射：把热量以电磁波的形式从一个物体传向另一个物体的现象。凡温度高于绝对零度的物体，都可以发射同时也可以接受热辐射。b对流：流体与流体之间、流体与固体之间

30、发生相对位移时所产生的热量交换现象。c导热：同一物体内部或相互接触的两物体之间由于分子热运动，热量由高温处向低温转移的现象。太阳辐射照射的热量，有2030%被反射 暖气片辐射热，与空气接触传热，被加热的空气变轻产生对流，通过对流将热量传向室内各处。2.1.3 人的热传递1为了保持体温，人体不间断的向周围环境散发热量。2人体与室内环境的换热也是同时以辐射、对流、导热三种方式进行。3人体的散热量决定于：室内空气温度、风速、围护结构内表面温度。2.2 导热a导热：直接接触的物体由于有温度差时，质点作热运动而引起的热能传递过程。b在固体、液体、气体中都存在导热现象。其各自的导热机理不同。气体：分子作无

31、规则运动时相互碰撞而导热。液体：通过平衡位置间歇移动着的分子振动引起导热。固体：由平衡位置不变的质点振动引起导热。金属：通过自由电子的转移而导热。c绝大多数的建筑材料（固体）中的热传递为导热过程1） 温度场 温度梯度 热流密度a）温度场：在某一时刻物体内各点的温度分布。热量传递与物体内部温度的分布密切相关。温度 t 是空间坐标 x y z 和时间 的函数 即t=f(x,y,z,) 不稳定温度场：温度分布随时间而变 稳定温度场：温度分布不随时间而变一维温度场：温度只沿x一个坐标轴发生变化b）温度梯度等温面：温度场中同一时刻有相同温度各点连成的面。温度梯度：温度差t与沿法线方向两等温面之间距离n的

32、比值的极限。C） 热流密度（q）1导热不能沿等温面进行，必须穿过等温面。2热流密度(q）：单位时间内，通过等温面上单位面积的热量。等温面上面积元dF(m2 )，单位时间内通过的热量为dQ(w)3如果热流密度在面积F上均匀分布则热流量为右式。2） 傅立叶定律1导热基本方程傅立叶定律： 2物体内导热的热流密度的分布与温度分布有密切关系。3傅立叶定律内容：匀质材料内各点的热流密度与温度梯度的大小成正比。 或：一个物体 在单位时间、单位面积上传递的热量与在其法线方向的温度变化率成正比。公式 q单位时间、单位面积上通过的热量，又 等温面温度在其称热流密度或热流强度 法线方向上的变化率 表示材料导热能力的

33、系数，称导热系数 叫温度梯度负号是因为热流有方向性，是以从高温向低温方向流动为正值;温度也是一个向量，以从低到高为正，二者相反。4导热系数：其物理意义：在稳定传热状态下当材料厚度为1m两表面的温差为1时，在一小时内通过1m2截面积的导热量。 导热系数大，表明材料的导热能力强。导热系数（ ）1各种物质（气体、液体、固体）的导热系数数值范围和性质有所不同，它还与当时的压力、温度、密度、含湿量有关。可查书后附表2气体的导热系数最小，如常温常压下空气的导热系数为0.029 W/（m K），静止不动的空气具有很好的保温能力。3液态的导热系数大于空气，如水在常温常压下，其导热系数为0.58 W/（m K）

34、，为空气的20倍4金属的导热系数最大，如建筑钢材导热系数为58.2 W/（m K）（空气的2000倍），门窗铝合金则大到162，是聚苯乙烯泡沫塑料（导热系数为0.042）的5400倍。5非金属固体材料 ，如大部分建筑材料，导热系数一般低于金属材料，介于0.0233.49 W/（m K）之间。影响导热系数数值的因素:物质的种类（液体、气体、固体）、结构成分、密度、湿度、压力、温度等。导热系数与温度、湿度、和密度的关系a）温度的影响温度升高时，分子运动加强，使实体部分的导热能力提高；同时，空隙中的对流、导热和辐射能力也加强，从而材料的导热系数增加。b）湿度的影响1各种材料与潮湿的空气接触后，材料总

35、会吸收一些水分，材料受潮后，由于孔隙中有了水分，增加了水蒸气扩散的传热量，还增加了毛细孔中液态水分所传导的热量，导热系数将显著增大。2水和冰的导热系数分别为0.58 W/（m K）、 2.33, W/（m K）都远大于空气的导热系数（0.03 W/（m K） ），因此水或冰取代孔隙中的空气必然使其导热系数加大。c）密度的关系密度即 单位体积的材料重量，密度小的材料内部孔隙多，由于空气导热系数很小，故密度小的材料导热系数也小，良好的保温材料多是孔隙多、密度小的轻质材料。但，当密度小到一定程度后，再加大孔隙，大的孔隙中空气对流作用增强，对流换热增加，加大了材料的导热能力。因此，轻型（如纤维）材料有

36、一个最低导热系数的密度界限。（20时玻璃棉的密度界限为50-60kg/m3）5隔热保温材料-绝热材料a导热系数越小，说明材料越不易导热。b工程上常将导热系数0.3 W/（m K）的材料称为隔热保温材料或绝热材料。如矿棉、泡沫塑料等。c绝热材料可以归纳为三类：轻质成型材绝热、空气层绝热、反射绝热绝热材料的选用：主要性能达到以下指标：导热系数不易大于 0.25W/(m.K)、表观密度不宜大于600Kg/m3、抗压强度不低于0.3MPa、耐久性常用的绝热材料：有机材料（绝热性能好，耐热性差，易腐朽）和无机材料（纤维材料、粒状材料和多孔材料）2.3 对流和表面对流换热a) 自然对流和受迫对流1自然对流

37、:由于流体冷热部分的密度不同而引起的流动。空气的自然对流是由于空气温度愈高密度愈大，当环境中存在空气温差时，低温 密度大的空气与高温 密度小的空气之间形成压力差（热压），产生自然对流。2受迫对流：由于外力作用（如风吹 泵压）而迫使流体产生对流。外力愈大，对流速度愈大。b） 对流传热和对流换热1对流传热：只发生在流体之间，流体之间发生相对运动传递热能。2对流换热：包括流体之间的对流传热，也包括流体与固体之间的接触进行导热的过程。c） 表面对流换热1表面对流换热：在空气温度与物体表面的温度不等时，由于空气沿壁面流动而使表面与空气之间所产生的热交换。2表面对流换热量 取决因素：温度差、热流方向（从上

38、到下或从下到上，或水平方向）、气流速度、物体表面状况（形状粗糙程度）等。3表面对流换热量的表示式：牛顿公式 对流换热系数，见P18公式4对平壁表面，当空气温度t与壁表面温度一定时，表面对流换热量取决于“边界层” 5“边界层”指由壁面到气温恒定区之间的区域，包括层流区、过渡区、紊流区。6在层流区内以空气导热传递热量。2.3 辐射换热2.4.1辐射换热的特点:是发射体的热能变为电磁波辐射能，被辐射的物体又将所接受的辐射能转换成热能，温度越高，热辐射愈强烈。1一个物体对外来的入射辐射可以有反射、吸收、和透射3种情况，他们与入射辐射的比值分别叫作物体对辐射的反射系数、吸收系数、透射系数。以入射辐射为1

39、，则有2不透明的物体则有 3太阳辐射的电磁波，其中，可见光区段的辐射能约占总辐射能的52%2.4.2 黑体白体灰体为了方便研究，在理论上分为黑体、白体、灰体。 黑体：对外来辐射全吸收的物体，白体：对外来辐射全反射的物体， 透明体：对外来辐射全透过的物体灰体：自然界中介于黑体与白体之间的不透明物体。建筑材料多数为灰体。2.4.3反射系数1对于多数不透明的物体来说，对外来入射的辐射只有吸收和反射,既吸收系数与反射系数之和等于1。吸收系数越大，则反射系数越小。2擦光的铝表面对各种波长的辐射反射系数都很大，黑色表面对各种波长辐射的反射系数都很小；白色表面对波长为2m以下的辐射反射系数很大，波长6 m以

40、上的辐射反射系数又很小，接近黑色表面。这种现象对建筑表面颜色和材料的选用有一定的影响。2.4.4斯蒂芬-波尔兹曼定律黑体的全辐射力：黑体不但能将一切波长的外来辐射完全吸收，也能向外发射一切波长的辐射。在单位表面积、单位时间以全波段（波长=0）向半球空间辐射的全部能量，称为黑体的全辐射力。 用 E b表示黑体的全辐射力, 单位W/m2 ； 2.4.5普朗克定律该定律表明了黑体的单色辐射力与其绝对温度和波长之间 的函数关系。黑体单色辐射力的最大值随着黑体温度升高而向波长较短一边移动，对应于这一辐射力为最大值的波 单色辐射力为最大值的波长，长与黑体绝对温度的关系用公式表示：黑体的温度越高，其最大辐射

41、力的波长愈短，如太阳相当于温度为6000K的黑体辐射，其最大辐射力波长为0.5m ；而16左右的常温物体发射的最大辐射力波长约在10 m 。2.4.6 灰体 黑度灰体的辐射特性与黑体近似，但在同温度下其全辐射力低于黑体。工程上为了便于计算，将多数建筑材料视为灰体。 E灰体全辐射力，灰体的全辐射力计算公式： C灰体的辐射系数 T灰体的绝对温度，黑度：黑度又称发射率，是物体辐射系数与黑体辐射系数之比。黑体的黑度为1，其他物体黑度均小于1。用公式表示：辐射系数C: 1辐射系数：可以表征物体向外发射辐射热能力的高低。各种物体（灰体）的辐射系数均小于黑体。其数值大小取决于材料的种类、表面温度和表面状况。

42、辐射系数只与发射辐射热的物体本身有关，而与外界条件无关。2不同种类材料：常温下白色大理石：5.39， 镀锌铁皮：1.303不同温度同一材料：抛光的铝50为0.23， 500为0.34，温度的影响一般可以忽略不计。4不同表面状况：常温下抛光的黄铜：0.17，无光泽的表面1.255各种物体的辐射系数是由实验确定的，（可以查表，辐射系数值和各种物体对太阳辐射的吸收系数值，如红砖、混凝土、深色油漆辐射系数分别为5.27、4.82、5.39等）。6在一定温度下（长波辐射），物体对辐射热的吸收系数在数值上与其黑度（发射率）相等，即物体辐射能力越大，它对外来辐射的吸收能力也越大；反之若辐射能力越小，则吸收能

43、力也越小。2.4.7） 玻璃的温室效应1常用的普通玻璃一般为透明材料，它只对波长为0.32.5m的可见光和近红外线有很高的透过率，而对波长为4m以上的远红外辐射的透过率却很低。2玻璃对太阳辐射中大部分波长的光可以透过，而对一般常温物体所发射的辐射（多为远红外线）则透过率很低。这样通过玻璃获取大量的太阳辐射，使室内构件吸收辐射而温度升高，但室内构件发射的远红外辐射则基本不能通过玻璃再辐射出去，从而可以提高室内温度。3在利用太阳能的建筑设计中，常用这一效应为节能服务4玻璃的透过特性：常用的玻璃，只对波长为0.22.5m的可见光和近红外线有很高的透过率，而对波长为4 m以上的远红外辐射的透过率却很低

44、。2.4.7 辐射换热的简单计算：1辐射换热是物体表面之间通过辐射和吸收综合作用下完成的2辐射换热量的大小取决于两个表面的温度、发射和吸收辐射热的能力及相对位置。3两个表面之间的换热量可用公式计算： 为了和对流换热计算公式对应，辐射换热计算公式可以用辐射换热系数与温差的乘积 来表示： 2.5 建筑围护结构的传热过程房屋围护结构时刻受到室内外的热作用，不断有热量通过围护结构传进传出。在冬季室内温度高于室外，热量有室内传向室外；在夏季则正好相反，热量由室外传向室内。一、建筑围护结构热转移方式：热转移方式有三种：传导（Conduction），是固体内热转移的方式；对流（Convection），是流体即液体及气体内热转移的方式;辐射（Radiation），是自由空间热转移的方式。 二、围护结构的传热过程和传热量传热的3个基本过程及每个过程的主要传热方式表面感热、构件传热、表面散热三、传热的三个其本过程 1表面吸热-冬季内表面从室内吸热，夏季外表面从室外空间吸热；2结构传热-热量由高温表面传向低温表面 ；3表面放热-冬季外表面向室外空间散发热量，夏季内表面向室内散热。4每一个传热过程都是三种基本传热方式的综合过程。5表面吸热和表面放热的机理是相同的，称为“表面换热”