柳孝圖《建筑物理》(第3版)筆

記和課后習(xí)題詳解

第1篇建筑熱工學(xué)

建筑熱工學(xué)的任務(wù)是依照建筑熱工原理，論述通過(guò)規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)手段,

防護(hù)或利用室內(nèi)外氣候因素，解決房屋的日照、保溫、隔熱、通風(fēng)、防

潮等問(wèn)題，創(chuàng)造良好的室內(nèi)氣候環(huán)境并提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的耐久性。

第1章室內(nèi)外熱環(huán)境

i.i復(fù)習(xí)筆記

一、室內(nèi)熱環(huán)境

1.室內(nèi)熱環(huán)境組成要素

(1)室內(nèi)熱環(huán)境主要由室內(nèi)氣溫、濕度、氣流及壁面熱輻射等因素綜

合而成。

(2)各種室內(nèi)微氣候因素的不同組合，會(huì)形成不同的室內(nèi)熱環(huán)境。

2.人體熱平衡與熱舒適

(1)熱舒適

熱舒適是指人們對(duì)所處室內(nèi)氣候環(huán)境滿意程度的感受。人體對(duì)周?chē)h(huán)境

的熱舒適程度主要反映在人的冷熱感覺(jué)上。

(2)熱平衡

人們?cè)谀骋画h(huán)境中感到熱舒適的必要條件是：人體內(nèi)產(chǎn)生的熱量與向環(huán)

境散發(fā)的熱量相等，即保持人體的熱平衡。

人體與環(huán)境之間的熱平衡關(guān)系可用下列公式表示：

△q=qm±qc±qr-qw

式中qm—人體產(chǎn)熱量，W/m2;

qc—人體與周?chē)諝庵g的對(duì)流換熱量，W/m2;

qr—人體與環(huán)境間的輻射換熱量，W/m2;

qw—人體蒸發(fā)散熱量，W/m2;

△q—人體得失的熱量，W/m2。

從上式看出，人體與周?chē)h(huán)境的換熱方式有對(duì)流、輻射和蒸發(fā)三種，換

熱的余量即為人體熱負(fù)荷”。

△q值與人們的體溫變化率成正比

當(dāng)《＞0時(shí)，體溫將升高；

當(dāng)?shù)模?時(shí)，體溫將降低。

當(dāng)”=0,人體新陳代謝產(chǎn)熱量正好與人體在所處環(huán)境的熱交換量處于

平衡狀態(tài)。

當(dāng)達(dá)到熱平衡狀態(tài)時(shí)，對(duì)流換熱約占總散熱量的25%~30%,輻射散

熱量占45%~50%,呼吸和無(wú)感覺(jué)蒸發(fā)散熱量占25%~30%時(shí)，人體

才能達(dá)到熱舒適狀態(tài)，能達(dá)到這種適宜比例的環(huán)境便是人體熱舒適的充

分條件。

3.人體熱平衡的影響因素

(1)人體新陳代謝產(chǎn)熱量qm

①qm主要決定于人體的新陳代謝率及對(duì)外作機(jī)械功的效率。

②單位時(shí)間內(nèi)人體新陳代謝所產(chǎn)生的能量，稱為新陳代謝率，通常用符

號(hào)m表示，單位為W/m2(人體表面積)，lmet=58.2W/m2。

③新陳代謝率的數(shù)值隨人的活動(dòng)量而異，人體新陳代謝過(guò)程釋放出的能

量有時(shí)部分用來(lái)對(duì)外作機(jī)械功，大部分則轉(zhuǎn)化為人體內(nèi)部的熱量，即人

體新陳代謝產(chǎn)熱量。

(2)對(duì)流換熱量qc

①是當(dāng)著衣體表面與周?chē)諝忾g存在溫度差時(shí)的熱交換值，取決于著衣

體表面和空氣間的溫差、氣流速度以及衣著的熱物理性質(zhì)。

②人體皮膚的溫度并非均勻一致，也會(huì)受到環(huán)境因素的影響。

a.當(dāng)人體平均皮膚溫度高于空氣溫度時(shí)，則qc為負(fù)值，人體向周?chē)?/p>

氣散熱，且氣流速度愈大，散熱愈多；

b.當(dāng)空氣溫度高于人體平均皮膚溫度時(shí)，則qc為正值，人體從空氣

中得熱，成為人體對(duì)流附加熱負(fù)荷，且氣流速度愈大，得熱愈多。

③氣流速度對(duì)人體的對(duì)流換熱影響很大，至于人體是散熱還是得熱，則

取決于空氣溫度的高低。

④在人體與周?chē)諝獾膶?duì)流換熱中，人體所著服裝會(huì)有影響。衣服的熱

阻越大，則對(duì)流換熱量越小。

(3)輻射換熱量qr

是在著衣體表面與周?chē)h(huán)境表面間進(jìn)行并取決于兩者溫度、輻射系數(shù)、

相對(duì)位置以及人體的有效輻射面積。

①當(dāng)人體溫度高于周?chē)砻鏈囟葧r(shí)，人體失熱，qr為負(fù)值；

②反之，人體得熱，qr為正值。

(4)人體的蒸發(fā)散熱量qw

是由無(wú)感蒸發(fā)散熱量與有感的顯汗蒸發(fā)散熱量組成。

①無(wú)感的蒸發(fā)通過(guò)肺部呼吸和皮膚的隱汗蒸發(fā)進(jìn)行，屬于無(wú)明顯感覺(jué)的

生理現(xiàn)象。皮膚的隱汗散熱，由皮膚水分?jǐn)U散引起，取決于皮膚表面和

周?chē)諝獾乃魵鈮毫Σ睢?/p>

②有感的顯汗蒸發(fā)散熱量是指靠皮下汗腺分泌的汗液蒸發(fā)來(lái)散熱。散熱

量的大小決定于排汗率。

③人體靠有感的汗液蒸發(fā)散失的熱量，在整個(gè)皮膚表面100%為汗液濕

透時(shí)，達(dá)最大值。它與空氣流速、從皮膚表面經(jīng)衣服到周?chē)諝獾乃?/p>

氣壓力分布、衣服對(duì)蒸汽的滲透阻等因素有關(guān)。

4.室內(nèi)熱環(huán)境綜合評(píng)價(jià)

(1)有效溫度(ET)

是依據(jù)半裸的人和穿夏季薄衫的人，在一定條件的環(huán)境中所反映的瞬時(shí)

熱感覺(jué)，是決定各項(xiàng)因素綜合作用的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)熱應(yīng)力指數(shù)(HSI)

即人體所需的蒸發(fā)散熱量與室內(nèi)環(huán)境條件下最大可能的蒸發(fā)散熱量之

比，多用于評(píng)價(jià)夏季熱環(huán)境狀況，一般用百分比表示，即：

/AS/=&xIOO

Ji-

式中qreq-人體所需的蒸發(fā)散熱量，其值由人體的熱平衡方程而定,

即：

qreq=qm±qc±qr

qmax-最大可能的蒸發(fā)散熱量，其值決定于室內(nèi)空氣濕度、氣流速度

以及人體衣著等因素。

（3）預(yù)計(jì)熱感覺(jué)指數(shù)（PMV）

①房格爾的熱舒適方程式

P梆=/■，%兀小用血.

注：氣溫ti、相對(duì)濕度儂、環(huán)境表面平均輻射溫度

瓦

、氣流速度ui、新陳代謝率m、皮膚平均溫度

（廠）

、汗液蒸發(fā)率qsw、所著衣服熱阻Rcl。

②等級(jí)

PMV值按人的熱感覺(jué)分為很熱、熱、稍熱、舒適、稍冷、冷、很冷七

個(gè)等級(jí)（圖1-1）。PMV在-0.5~0.5范圍內(nèi)為室內(nèi)熱舒適指標(biāo)。

圖1-1PMV-PPD曲線圖

③特殊情況

如果身體某一部分暖而另一部分冷，就會(huì)感覺(jué)不舒適。例如：對(duì)流冷、

不對(duì)稱熱輻射、垂直溫差、暖或冷地板。

(4)心理適應(yīng)性模型

①Brager等提出了三種適應(yīng)性模型：生理適應(yīng)性、行為適應(yīng)性以及心

理適應(yīng)性。

②心理適應(yīng)性模型是解釋自然通風(fēng)建筑中實(shí)際觀測(cè)結(jié)果和PMV預(yù)測(cè)結(jié)

果不同的主要原因。室內(nèi)熱中性溫度和室外月平均氣溫之間的關(guān)系是：

tic=17.8+031te

式中tic一室內(nèi)熱中性溫度(室內(nèi)熱舒適溫度),℃o

te一室外月平均溫度,℃o

③適應(yīng)性模型以熱中性溫度為中心，以90%的人可接受舒適溫度變化

范圍為5(和80%的人可接受舒適溫度變化范圍為7＜來(lái)定義自然通風(fēng)

建筑的熱舒適溫度區(qū)。

5.室內(nèi)熱環(huán)境的影響因素

(1)室外氣候因素

建筑物基地的氣候因素，通過(guò)建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、外門(mén)窗及各類開(kāi)口，

直接影響室內(nèi)的氣候條件。

(2)熱環(huán)境設(shè)備的影響

這里所說(shuō)的熱環(huán)境設(shè)備是指以改善室內(nèi)熱環(huán)境為主要功能的設(shè)備。

(3)其它設(shè)備的影響

家用電器在使用中都向所在空間散發(fā)熱量，至于對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的影響程

度，則取決于室外氣候狀況、建筑空間大小以及所使用設(shè)備的種類和功

率。

(4)人體活動(dòng)的影響

人體是“發(fā)熱器"。

二、室外氣候

1?太陽(yáng)輻射

(1)重要性

太陽(yáng)輻射能是地球上熱量的基本來(lái)源，是決定氣候的主要因素，也是建

筑物外部最主要的氣候條件之一。

(2)類型

①由太陽(yáng)直接射達(dá)地面的，射線平行，稱為直接輻射。

②經(jīng)大氣散射后到達(dá)地面的，射線來(lái)自各個(gè)方向，稱為散射輻射。

(3)大氣

大氣對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱程度取決于射線在大氣中射程的長(zhǎng)短及大氣質(zhì)

量。而射程長(zhǎng)短與太陽(yáng)在天空的位置和地面海拔高度有關(guān)。

①水平面上太陽(yáng)直接輻射照度與太陽(yáng)高度角、大氣透明度成正比。

②散射輻射照度與太陽(yáng)高度角成正比，與大氣透明度成反比。

(4)波段

在大氣層上界太陽(yáng)輻射的能量集中在紫外線、可見(jiàn)光及紅外線三個(gè)波段。

(5)日照時(shí)數(shù)

①晴朗天氣時(shí)，從日出到日沒(méi)一天內(nèi)陽(yáng)光照射大地的時(shí)間，稱為可照時(shí)

數(shù)。它決定于緯度及日期。

②實(shí)際日照時(shí)數(shù)與可照時(shí)數(shù)的比值稱為日照百分率。日照百分率越大，

到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射能總和就越多，反之就少。

2.氣溫

(1)定義

氣溫通常是指距地面L5m高處的空氣溫度，地面與空氣的熱量交換是

氣溫升降的直接原因。氣溫的垂直遞減率平均為℃

0.6/100mo

(2)影響因素

①入射到地面上的太陽(yáng)輻射熱量，它起著決定性的作用。

②大氣的對(duì)流作用

③下墊面對(duì)空氣溫度的影響

④海拔高度、地形地貌對(duì)氣溫及其變化也有一定影響。

(3)變化

①氣溫有明顯的日變化和年變化；

②一年中各月平均氣溫也有最高值和最低值。

3.空氣濕度

(1)定義

空氣濕度是指空氣中水蒸氣的含量，空氣中水蒸氣的濃度隨海拔高度增

加而降低，通常以絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度來(lái)表示。

(2)相對(duì)濕度(圖1-2)

相對(duì)濕度的日變化受地面性質(zhì)、水陸分布、季節(jié)寒暑、天氣陰晴等影響，

一般是大陸大于海面，夏季大于冬季，晴天大于陰天。相對(duì)濕度日變化

趨勢(shì)與氣溫日變化趨勢(shì)相反。

(3)絕對(duì)濕度

通常一年中絕對(duì)濕度的大小和相對(duì)濕度相反，一年中最熱月的絕對(duì)濕度

最大，最冷月的絕對(duì)濕度最小。

圖1-2相對(duì)濕度的日變化

4.風(fēng)

風(fēng)是由大氣壓力差所引起的大氣水平方向的運(yùn)動(dòng)。地表增溫不同是引起

風(fēng)的主要成因。

(1)類型

①大氣環(huán)流(造成各地氣候差異的主要原因之一)

a.大氣環(huán)流是指大氣從赤道到兩極和從兩極到赤道的經(jīng)常性活動(dòng)。

b.控制大氣環(huán)流的主要因素是地球形狀和地球的運(yùn)動(dòng)。

②地方風(fēng)

a.地方風(fēng)是指由于地表水陸分布、地勢(shì)起伏、表面覆蓋等條件不同而

引起的風(fēng)。

b.季風(fēng)由海陸間季節(jié)氣溫的差異引起，季風(fēng)的變化以年為周期。我國(guó)

的季風(fēng)大部分來(lái)自熱帶海洋，多為東南風(fēng)和南風(fēng)。

(2)特性

①風(fēng)向

是指風(fēng)吹來(lái)的地平方向，陸地風(fēng)向用16個(gè)方位表示。

②風(fēng)速

即單位時(shí)間里風(fēng)所行進(jìn)的距離，以m/s表示。

③標(biāo)示

為了直觀地反映一個(gè)地方的風(fēng)速和風(fēng)向，通常用風(fēng)玫瑰圖(圖1-3)表

圖1-3風(fēng)玫瑰圖

(a)某地7月的風(fēng)向頻率分布圖；(b)某地全年風(fēng)速、風(fēng)向分布圖

5.降水

(1)概念

降水是指從大地蒸發(fā)出來(lái)的水汽進(jìn)入大氣層,經(jīng)過(guò)凝結(jié)后降到地面上的

液態(tài)或固態(tài)水份。降水性質(zhì)包括降水量、降水時(shí)間和降水強(qiáng)度等。

a.降水量是指降落到地面的雨、雪、雹等融化后，未經(jīng)蒸發(fā)或滲透流

失而積累在水平面上的水層厚度，以毫米（mm）為單位。

b.降水時(shí)間是指一次降水過(guò)程從開(kāi)始到結(jié)束的持續(xù)時(shí)間，用時(shí)（h）、

分（min）表示。

c.降水強(qiáng)度是指單位時(shí)間內(nèi)的降水量，降水量的多少用雨量筒和雨量

計(jì)測(cè)定。

（2）影響因素

①氣溫

a.寒冷地區(qū)水的蒸發(fā)量不大，冷空氣無(wú)力包容很多水汽，當(dāng)水汽凝結(jié)

不可能產(chǎn)生大量降水。

b.炎熱地區(qū)水的蒸發(fā)強(qiáng)烈，空氣包容水汽的能力很大，水汽凝結(jié)時(shí)會(huì)

產(chǎn)生大量降水。

②其他

大氣環(huán)流、地形，海陸分布的性質(zhì)、洋流等。

（3）規(guī)律

a.我國(guó)降水量大體由東南向西北遞減，山嶺的向風(fēng)坡常為多雨的中心。

b.受季風(fēng)影響，雨量都集中在夏季，變化特大，強(qiáng)度可觀，年雨量變

化大。

(4)降雪量

不同地區(qū)差別很大，北緯35。以北至45。范圍為降雪或多雪地區(qū)。

三、我國(guó)建筑熱工設(shè)計(jì)分區(qū)及設(shè)計(jì)要求

1.嚴(yán)寒地區(qū)

(1)定義

是指累年最冷月平均溫度低于或等于-10V的地區(qū)。主要包括內(nèi)蒙古和

東北北部、新疆北部地區(qū)、西藏和青海北部地區(qū)。

(2)設(shè)計(jì)要求

該區(qū)建筑必須充分滿足冬季保溫要求，加強(qiáng)建筑物的防寒措施，一般可

不考慮夏季防熱。

2.寒冷地區(qū)

(1)定義

是指累年最冷月平均溫度為0~-i(rc的地區(qū)。主要包括華北地區(qū)、新

疆和西藏南部地區(qū)及東北南部地區(qū)。

(2)設(shè)計(jì)要求

該區(qū)建筑應(yīng)滿足冬季保溫要求，部分地區(qū)兼顧夏季防熱。

3.夏熱冬冷地區(qū)

(1)定義

是指累年最冷月平均溫度為0~10。匚最熱月平均溫度25~3CTC的地

區(qū)。主要包括長(zhǎng)江中下游地區(qū)，即南嶺以北、黃河以南的地區(qū)。

(2)設(shè)計(jì)要求

該區(qū)建筑必須滿足夏季防熱要求，適當(dāng)兼顧冬季保溫。

4.夏熱冬暖地區(qū)

(1)定義

是指累年最冷月平均溫度高于10℃,最熱月平均溫度25~29V的地區(qū)。

包括南嶺以南及南方沿海地區(qū)。

(2)設(shè)計(jì)要求

該區(qū)建筑必須滿足夏季防熱要求，一般可不考慮冬季保溫。

5.溫和地區(qū)

(1)定義

是指累年最冷月平均溫度為0~13C、最熱月平均溫度18~25(的地

區(qū)。主要包括云南、貴州西部及四川南部地區(qū)。

(2)設(shè)計(jì)要求

部分地區(qū)的建筑應(yīng)考慮冬季保溫，一般可不考慮夏季防熱。

四、城市氣候和微氣候

1.城市氣候

城市氣候是指在不同區(qū)域氣候條件下，在人類活動(dòng)特別是城市化影響下

形成的一種特殊氣候。

(1)成因

①城市中由于街道縱橫，建筑物鱗次櫛比，高低不一，形成特殊的下墊

面。

②城市密集人口的生活和生產(chǎn)活動(dòng)，消耗大量能源，排放很多"人為熱"、

“人為水汽"和污染物。

(2)變化

①大氣透明度較小，削弱了太陽(yáng)輻射。

②氣溫較高，形成"熱島效應(yīng)”。

a.熱島效應(yīng)

是指由于城市的“人為熱”及下墊面向地面近處大氣層散發(fā)熱量比郊區(qū)

多，氣溫比郊區(qū)高，而且由市區(qū)中心地帶向郊區(qū)方向逐漸降低的氣溫分

布的特殊現(xiàn)象。

b.城市熱島強(qiáng)度

是指市區(qū)最高溫度與郊區(qū)溫度之間的差。

③風(fēng)速減小、風(fēng)向隨地而異。

市區(qū)內(nèi)風(fēng)速減小，風(fēng)向不定。

④蒸發(fā)減弱，濕度變小。

城區(qū)年平均相對(duì)濕度比郊區(qū)低。

⑤霧多，能見(jiàn)度差。

城市大氣中具有豐富的凝結(jié)核，可以產(chǎn)生大量的霧。

2.微氣候

微氣候(熱微環(huán)境)是更小范圍的氣候變化，主要表現(xiàn)在日照狀況、氣

溫、濕度、氣流分布等方面，主要受到地段下墊面、建筑群布局、選用

的建筑材料等因素的影響。

(1)下墊面的影響

①天然下墊面

a.天然下墊面以土壤、植被或水體為主要覆蓋物