(精品)第2章建筑物理环境基础.ppt
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1、第2章建筑物理环境基础概述概述o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,它包括建筑热环境、的各个物理要素的总和,它包括建筑热环境、建筑光环境、建筑声环境这三部分内容。我建筑光环境、建筑声环境这三部分内容。我们研究如何用适宜的手段和方法来达到人们们研究如何用适宜的手段和方法来达到人们的舒适性要求,同时关注到资源的节约,能的舒适性要求,同时关注到资源的节约,能源的利用,以利人类的持续发展。源的利用,以利人类的持续发展。本章主要内容o1、建筑热环境、建筑热环境o2、建筑光环境、建筑光环境o3、建筑声环境、建筑声环境o4、建筑空气质量、建筑空气
2、质量o5、绿色建筑概论、绿色建筑概论2.1建筑热环境o1、建筑热环境基础建筑热环境基础o 传热的基本方式分为:o传导、对流和辐射三种传导、对流和辐射三种。2.1.1、传导传导的机理的机理o传导是物体不同温度的各个部分直接接触而传导是物体不同温度的各个部分直接接触而发生的热传递现象。导热可以发生在固体、发生的热传递现象。导热可以发生在固体、气体和液体之中。它是由温度不同的质点气体和液体之中。它是由温度不同的质点(分子、原子或自由电子)热运动而传递热(分子、原子或自由电子)热运动而传递热量,只要相互接触的物体间有温度差就会存量,只要相互接触的物体间有温度差就会存在导热现象。在导热现象。1.1.2
3、对流的机理对流的机理o对流是流体之间发生相对运动、互相搀合而传对流是流体之间发生相对运动、互相搀合而传递热能。对流只发生在流体(液体和气体)之递热能。对流只发生在流体(液体和气体)之间。间。o从引起流体流动的原因来看,对流可分为自然从引起流体流动的原因来看,对流可分为自然对流和受迫对流两种。自然对流是由于流体冷对流和受迫对流两种。自然对流是由于流体冷热各部分的密度不同而引起的。例如,热空气热各部分的密度不同而引起的。例如,热空气轻而向上流动,从而发生自然对流。受迫对流轻而向上流动,从而发生自然对流。受迫对流又称强制对流,是由于外力作用(如风,泵机又称强制对流,是由于外力作用(如风,泵机等的扰动
4、)迫使流体流动产生的等的扰动)迫使流体流动产生的1.1.3 热辐射及其特点热辐射及其特点o凡温度高于绝对零度的物体,由于物体原子中凡温度高于绝对零度的物体,由于物体原子中的电子震动或激动,就会从表面向外界辐射电的电子震动或激动,就会从表面向外界辐射电磁波。理论上可以包含一切波长的波谱范围。磁波。理论上可以包含一切波长的波谱范围。实际上只在实际上只在0.381000m的范围之内。通的范围之内。通常把波长短于常把波长短于3m的热辐射称为短波辐射,而的热辐射称为短波辐射,而把波长长于把波长长于3m的热辐射称为长波辐射或远红的热辐射称为长波辐射或远红外辐射。在建筑热工学习中,习惯上把集中在外辐射。在建
5、筑热工学习中,习惯上把集中在短波范围内的太阳辐射称为短波辐射,而把集短波范围内的太阳辐射称为短波辐射,而把集中在红外线区段的常温物体的热辐射称为长波中在红外线区段的常温物体的热辐射称为长波辐射。通过热辐射传播热能就称为辐射传热。辐射。通过热辐射传播热能就称为辐射传热。1、稳定传热o通过维护结构的传热量公式为:通过维护结构的传热量公式为:o传热系数传热系数K由下式确定:由下式确定:导热系数导热系数 o定义定义:o在稳定传热状况下,当材料层单位厚度内的温在稳定传热状况下,当材料层单位厚度内的温度差为度差为1K时,在时,在1h内通过内通过1m2面积的热量。面积的热量。o空气导热系数:空气导热系数:0
6、.029W/(mK)o液体导热系数:液体导热系数:0.070.7W/(mK)o水导热系数:水导热系数:0.58W/(mK)o钢材导热系数:钢材导热系数:58.2W/(mK)o导热系数小于导热系数小于0.3W/(mK)作为保温隔热材)作为保温隔热材料如矿棉、泡沫塑料、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石料如矿棉、泡沫塑料、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石等等2、非稳定传热o夏天,室内外空气温度都随时间变化,通过维夏天,室内外空气温度都随时间变化,通过维护结构的传热过程称为非稳定传热。非稳定传护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的基础,也是夏热冬冷热计算是建筑防热设计的基础,也是夏热冬冷和夏热冬热地区
7、建筑节能设计的基础。和夏热冬热地区建筑节能设计的基础。o(A A)室外综合温度,是室外空气温度与太阳辐)室外综合温度,是室外空气温度与太阳辐射当量之和:射当量之和:室外综合温度可用它来表征建筑室外热作室外综合温度可用它来表征建筑室外热作用的强弱,用的强弱,tsa是随时间变化的,建筑各是随时间变化的,建筑各个朝向的个朝向的Tsa不同。不同。在我国中纬度地区,夏季建筑物各个朝在我国中纬度地区,夏季建筑物各个朝向向tsa由大到小的次序为:水平面由大到小的次序为:水平面东西东西面面南向南向北向。这表明,夏季建筑防热北向。这表明,夏季建筑防热设计应优先考虑屋顶防热和防冬西晒。设计应优先考虑屋顶防热和防冬
8、西晒。(B)热惰性指标o热惰性指标表征维护结构对温度波动衰减快慢的程度,热惰性指标 D=RS 式中R为材料层的热阻,S为材料层的蓄热系数。D值越大,温度波在维护结构中衰减越快,维护结构的热稳定性越好。为了抵抗室外热作用的波动,要求外维护结构具有足够的热惰性指标值。外墙构造外墙构造保温保温层厚层厚度度mm外墙外墙总厚总厚度度mm热惰性热惰性指标指标热阻热阻R(M2.k/w)传热系数传热系数Kp(w/m2.k)外墙平均外墙平均传热系数传热系数(w/m2.k)1、石灰砂浆石灰砂浆2、粘土空、粘土空心砖心砖3、水泥砂浆热桥、水泥砂浆热桥外侧外侧70粘土砖,粘土砖,50聚苯聚苯板板3704105.50.
9、681.21.041、充气石膏板充气石膏板2、空气、空气层层3、粘土空心砖墙、粘土空心砖墙4、水泥砂浆热桥外侧水泥砂浆热桥外侧40聚聚苯苯板板503204.230.860.990.97同上同上1003705.011.170.760.801、石灰砂浆、石灰砂浆2、粘土空心、粘土空心砖砖3、岩面或玻璃棉板、岩面或玻璃棉板4、空气层空气层5、GRC外挂板外挂板503704.41.530.60.63同上同上1004205.232.450.380.40粘土空心粘土空心砖砖外外墙热墙热工性能指工性能指标标(2).建筑热工设计分区o我国幅员辽阔,各地气候差异较大。我国幅员辽阔,各地气候差异较大。为了使设计能
10、够较好适应气候,我国为了使设计能够较好适应气候,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提出了建筑热工设计分区的概念。见表筑热工设计分区的概念。见表2-12-12.1.2 建筑保温设计o建筑保温就是减少由室内(高温)流建筑保温就是减少由室内(高温)流向室外(低温)的热流。向室外(低温)的热流。o建筑保温设计包括建筑方案设计中的建筑保温设计包括建筑方案设计中的保温综合处理保温综合处理和和外维护结构保温构造外维护结构保温构造设计。设计。o(1)建筑保温的综合处理措施o1)控制体型系数o2)合理布置建筑朝向o3)防止冷风渗透o4)合理选择窗墙面积比(2)建筑维护结构保温设计1)最小传热阻
11、2)维护结构主体部位保温构造分为单一材料结构复合保温结构外保温是我国建筑节能的发展方向(3)维护结构异常部位的保温设计o(A)窗户的保温o(B)热桥保温o(C)其他异常部位保温:指外墙角、外墙与内墙交角、搂地板或屋顶与外墙的交角、靠近外墙0.5-1m宽的地面等应加强保温。o(1)维护结构内部冷凝受潮判断o空气蒸汽分压力大于蒸汽饱和压力时,空气中的水分开始析出,称为冷凝。蒸汽饱和指空气中含水蒸汽量达100。不饱和的空气可随着温度下降达到饱和温度,冬天窗户的冷凝水就是这个道理。2.1.3 建筑防潮设计建筑防潮设计(2)维护结构表面结露的防止和控制oA A、利用保温材料防止温度下降、利用保温材料防止
12、温度下降oB B、加强自然通风,减少水蒸气含量、加强自然通风,减少水蒸气含量oC C、选择具有调湿能力的内墙材料,可进行、选择具有调湿能力的内墙材料,可进行 吸湿和放湿。吸湿和放湿。oD D、高湿环境应有组织引导表面冷凝水。排、高湿环境应有组织引导表面冷凝水。排除冷凝水,使它不停留在建筑物表面。除冷凝水,使它不停留在建筑物表面。(3)维护结构内部冷凝的防止和控制o危害:o建筑材料受潮后,可能导致强度降低、变形、腐烂、脱落,从而降低使用质量,影响建筑物的耐久性。若维护结构中保温材料受潮,将使其导热系数增大,保温能力降低。潮湿的材料还会滋生木菌、霉菌和其他微生物,严重危害环境卫生和人体健康。防止内
13、部冷凝措施oA A、利用保温材料,阻断水蒸气进路。材料、利用保温材料,阻断水蒸气进路。材料层次的布置,应使水蒸气的渗透层次的布置,应使水蒸气的渗透“进难出易进难出易”o举例:倒置式屋面。举例:倒置式屋面。oB B、在保温层水蒸气流入的一侧设置隔汽层。、在保温层水蒸气流入的一侧设置隔汽层。oC C、设置通风间层和泄气沟道使进入保温层、设置通风间层和泄气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o建建筑筑隔隔热热设设计计就就是是为为了了尽尽量量减减少少传传入入室室内内的的热量并使室内的热量尽快散出。热量并使室内的热量尽快散出。o因因此此建建筑筑物物的的夏夏季季防防热热需需
14、要要从从规规划划到到建建筑筑单单体,再至构造设计的各个环节。体,再至构造设计的各个环节。(1 1)维护结构隔热设计)维护结构隔热设计o1 1)屋顶隔热屋顶隔热o绝绝热热层层隔隔热热、通通风风间间隔隔热热、吊吊顶顶隔隔热热、蓄蓄水隔热和植被隔热。水隔热和植被隔热。o2 2)外墙隔热外墙隔热o空心粘土砖墙、砌块墙、通风墙与遮阳墙空心粘土砖墙、砌块墙、通风墙与遮阳墙(2)自然通风设计o1)热压和风压o2)自然通风设计o3)窗口遮阳设计2.1.5太阳能在建筑中应用(1)被动式太阳能建筑a、直接得热式b、集热墙式c、附加阳光间式(2)主动式太阳能热利用将热储存并利用热作为动力。(3)光伏发电系统与建筑一
15、体化在农村房上的太阳能光伏发电 国家级太阳能光伏发电复习思考题复习思考题o1、维护结构外保温有什么优点?、维护结构外保温有什么优点?o2、提高窗户保温性能有那些?、提高窗户保温性能有那些?o3、保温材料受潮后为什么会降低保温性能?、保温材料受潮后为什么会降低保温性能?o4、什么叫热桥?、什么叫热桥?o5、倒置式屋面的布置是水蒸气、倒置式屋面的布置是水蒸气“进易出难进易出难”?o6、屋顶隔热有什么措施?、屋顶隔热有什么措施?o7、什么叫热压通风?、什么叫热压通风?o8、什么叫主动式太阳能热利用?、什么叫主动式太阳能热利用?2.2 建筑光环境建筑光环境o1、基本光度单位:基本光度单位:o光通量光通
16、量:表示光源:表示光源发发出的光能的多少。出的光能的多少。单单位位为为lm(流明流明)。o照度照度E:表示照射到表示照射到单单位面位面积积上光通量的多少。上光通量的多少。单单位位为为lx(勒克斯)。(勒克斯)。o发发光光强强度度I:是光通量的空是光通量的空间间密度,密度,单单位位为为Cd(坎德拉坎德拉)。o亮度亮度L:是:是发发光体在光体在视视看方向上看方向上单单位面位面积发积发出的出的发发光光强强度度单单位位为为Cd/m2(坎德拉每平方米坎德拉每平方米)(2)采光标准采光标准o我国我国建筑采光设计标准建筑采光设计标准规定,在采光设规定,在采光设计中,天然采光标准以计中,天然采光标准以采光系数
17、采光系数为指标。为指标。o采光系数采光系数C是室内某一点的照度与同一时间是室内某一点的照度与同一时间不受遮挡的天空在室外水平面上产生的照度不受遮挡的天空在室外水平面上产生的照度之比。之比。o这样,不管室外天然光如何变化,室内某一这样,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。点的采光系数是不变的。o建筑采光设计标准建筑采光设计标准给出不同作业场所工给出不同作业场所工作面上的采光系数标准值。作面上的采光系数标准值。我国划分为我国划分为个光气候区,采光设个光气候区,采光设计时,可按地区取不同的光气候系数计时,可按地区取不同的光气候系数1、采光均匀度采光均匀度o即工作面上的最低采光系数与
18、与平均采光系即工作面上的最低采光系数与与平均采光系数之比。顶部采光数之比。顶部采光级采光均匀度均在级采光均匀度均在0.7以上,对顶部采光以上,对顶部采光级和侧面采光无要级和侧面采光无要求。求。2、眩光o在视野中亮度分布不适宜,或存在极端的亮度在视野中亮度分布不适宜,或存在极端的亮度对比,以至引起不舒适和降低物体可见度的视对比,以至引起不舒适和降低物体可见度的视觉条件。觉条件。o减小窗户眩光主要措施有:减小窗户眩光主要措施有:o1、作业区应减少或避免直射阳光、作业区应减少或避免直射阳光o2、工作人员的视觉背景不宜为窗口、工作人员的视觉背景不宜为窗口o3、为减少窗户亮度或减少天空视域,可采用室、为
19、减少窗户亮度或减少天空视域,可采用室内外这样设施内外这样设施o4、窗户结构的内表面或窗户周围内墙面宜采、窗户结构的内表面或窗户周围内墙面宜采 用浅色粉刷。用浅色粉刷。2.2.2 建筑采光设计o分为主动和被动。分为主动和被动。o被动是利用采光窗来被动的接受阳光。被动是利用采光窗来被动的接受阳光。o主动是将阳光采集后,通过输送手段送到主动是将阳光采集后,通过输送手段送到需要的地方。需要的地方。1、被动采光设计被动采光设计o1、侧窗、侧窗o2、天窗(顶部采光)、天窗(顶部采光)oA、矩形天窗、矩形天窗oB、平天窗、平天窗oC、锯齿形天窗、锯齿形天窗o还有大面积采光顶棚、带形和版式天窗、下还有大面积采
20、光顶棚、带形和版式天窗、下沉式天窗。沉式天窗。2、主动式采光设计主动式采光设计o它增加了室内可用的天然光数量,改善室内它增加了室内可用的天然光数量,改善室内的光环境质量,使不可能接受到天然光的空的光环境质量,使不可能接受到天然光的空间也能享受天然采光,减少照明用电,节约间也能享受天然采光,减少照明用电,节约能源。方法有以下四类:能源。方法有以下四类:o1、定日镜法,利用反射镜面,将日光反射、定日镜法,利用反射镜面,将日光反射到需要的空间。到需要的空间。o2、通过导光管,将日光送到需要的空间。、通过导光管,将日光送到需要的空间。o3、利用光导纤维传输阳光,借助光导纤维、利用光导纤维传输阳光,借助
21、光导纤维o也可以也可以“观看观看”室外景物。室外景物。o4、光伏发电间接采光照明法:利用太阳能、光伏发电间接采光照明法:利用太阳能电池发电进行照明的方法。电池发电进行照明的方法。2.2.3 采光窗口面积的确定采光窗口面积的确定o通常根据采光、通风、立面处理等综合要通常根据采光、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,验证是否符合采光的采光要求进行校验,验证是否符合采光标准值。利用表标准值。利用表2-5窗地面积比可以估算窗地面积比可以估算出采光窗面积。出采光窗面积。复习思考题复习思考题o1、解释光通量、照度、发光强度、亮度
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