建筑物理——熱工學基礎知識建筑物理——熱工學基礎知識建筑物理——熱工學基礎知識緒論建筑物理概述

一、為什么要學習建筑物理知識？

二、建筑物理知識包括那些范疇？

三、如何通過建筑物理知識的應用解決工程技術問題？

建筑物理講義緒論建筑物理概述

一、為什么要學習建筑物理知識？

二、建筑物理知識包括那些范疇？

三、如何通過建筑物理知識的應用解決工程技術問題？

《建筑物理》總學時理論學時其它適用專業64604建筑學

《建筑物理》是建筑學專業的選修課，通過本課程的教學，使學生把建筑藝術與建筑技術有機的融為一體，使之掌握室內物理環境基本設計原理與方法、處理與設計有關的技能和措施。它是建筑設計理論組成部分，并且為建筑設計和建筑創作提供必要的基礎。目的在于使學生理解并掌握建筑物中的熱環境、聲環境、光環境設計的基本知識，充分利用自然能源，確保室內環境的質量，以滿足人們生活質量不斷提高的要求。一、課程性質與目的

第一章筑熱工學基本知識

第二章圍護結構的傳熱原理及其計算

第三章建筑保溫設計

第四章外圍護結構的濕狀況

第五章建筑防熱

第六章建筑日照

第七章建筑光學基礎知識

第八章天然采光

第九章建筑照明

第十章建筑聲學基礎知識

第十一章室內聲學原理

第十二章吸聲材料與吸聲結構

第十三章室內音質設計

第十四章噪聲控制與建筑隔音

建筑物理實驗8學時30學時12學時12學時二、課程教學內容：理論教學實驗教學三、課程教學的基本要求：

1.要求學生在理解建筑傳熱、聲音傳播等物理規

律的基礎上，懂得客觀物理現象“是什么”？“為什么”？；

2.結合相應的設計實踐，懂得“做什么”？“怎么做”？能運用理論知識解決設計中所碰到的一些技術問題，以提高今后工作中的后勁。

四、教學要求：

教學要求：通過學習，學生應較好的掌握熱工學、光學，了解聲學相關的基本理論知識，并能運用這些知解決工程實際問題，尤其是建筑節能設計問題。五、與其它相關課程的關系：

本課程的前續課程，主要與建筑材料、建筑構造緊密聯系，要求后續課程：住宅設計（保溫、防熱），影劇院設計、陳展館（博物館）設計相配合。

第一篇建筑熱工學

（32學時）

本篇主要內容：

建筑熱工學基本知識

圍護結構的傳熱原理及其計算

建筑保溫設計

外圍護結構的濕狀況

建筑防熱

建筑日照

第一章建筑熱工學基礎知識

§1-1建筑中的傳熱現象

熱量的傳遞稱為傳熱，只要存在溫差，就會有傳熱現象。

熱傳導的幾種方式：導熱傳熱—分子熱運動對流傳熱—相對位移輻射傳熱—電磁波

1-2圍護結構傳熱基礎知識

一、導熱

概念：導熱是指物體中有溫差時由于直接接觸的物質的質點

作熱運動而引起的熱量傳遞過程。

固體——平衡位置不變的質點振動

氣體——分子的無規則運動相互碰撞

液體——平衡位置間歇移動著的分子振動

1.溫度場、溫度梯度和熱流密度

溫度t與空間坐標x，y，z和時間τ的函數關系：

t=f（x，y，z，τ）（1-1）

溫度場：在某一時刻物體內各質點的溫度分

布，稱為溫度場

等溫面：溫度場中同一時刻由相同溫度連成

的面叫“等溫面”

溫度梯度：

（1-2）

熱流密度:通過等溫面上單位面積的熱量稱為熱流密度。設單位時間內通過等溫面上微元面積dF[m2]的熱量為dQ[W]則熱流密度可表示為：

(1-3)

由式（1－3)得：

或：(1-4)

如果熱流密度在面積F上均勻分布，則熱流量為：

(1-5)w/m22.傅立葉定律

法國數學物理學家傅立葉于1822年最先發現提出的導熱規律：勻質材料物體內各點的熱流密度與溫度梯度的大小成正比，即

（1-6）

式中λ是個比例常數，恒為正數，叫做材料的導熱系數。負號是表示熱量傳遞只能沿溫度降低的方向進行。

3.導熱系數

定義：當溫度梯度為1oC/m時，在單位時間內通過單位面積的導熱量。由式（1-6）

w/(m.k)(1-7)

一般來說,λ以金屬的最大,非金屬和液體次之,氣體的最小。工程上通常把導熱系數小于0.25的材料，作為絕熱材料。材料種類氣體液體建筑材料金屬λ0.006~0.60.07~0.70.025~32.2~420導熱系數λ還與溫度有關，即：λ=λ0+bt

式中λ0——0oC時的導熱系數b——實驗測定常數二、對流對流傳熱只發生在流體之中。概念：溫度不同的各流體之間發生相對運動、互相摻合而傳遞熱能的一種傳熱方式。分為兩種：

自然對流——本來溫度相同的流體，因其中一部分受熱（或冷）而產生溫差，形成對流運動。

受迫對流——受外力作用迫使流體運動。在建筑熱工中所涉及的主要是空氣沿圍護結構表面流動時，與壁面之間所產生的熱交換過程（表面的對流換熱），包括：

1）空氣流動時所引起的對流傳熱；2）空氣分子間和相接觸的空氣分子與壁面分子之間的導熱對流換熱量可用牛頓公式：(1-8)Qc——對流換熱強度t——流體的溫度ac——對流換熱系

——固體表面溫度w/m2w/(m2.k)1.自然對流（指圍護結構內表面）

垂直表面（1-9）

水平表面（熱流由下而上）（1-10）

水平表面（熱流由上而下）（1-11）

上式中是壁面與室內空氣的溫度差

下面討論對流換熱系數2.受迫對流

內表面外表面（1-12）（1-13）式中是氣流速度，m/s三、輻射概念：與導熱和對流在機理有本質的區別，它是以電磁波的形式傳遞熱能，凡是溫度高于絕對零度的物體都存在輻射。

1.物體的輻射特性

黑體：能發射全波段的熱輻射，在相同的溫度條件下，輻射能力最大。灰體：其輻射光譜具有與黑體輻射光譜相似的形狀，且對應每一波長的單色輻射力與同溫同波長的黑體的的比值為一常數，即比值稱為“發射率”或“黑度”非灰體:其輻射光譜具有與黑體光譜截然不同,甚至有的只能發射某些波長的輻射線。

一般建筑材料都可看作灰體。

斯蒂芬—波爾茲曼定律：

黑體和灰體的全輻射能力與其表面的絕對溫度的四次冪成正比。即：（1-14）（1-15）C—物體的輻射系數w/(m2.k4)T—物體表面的絕對溫度,K黑體的輻射系數Cb=5.68是由實驗測得的由式（1-14）可得灰體的輻射系數：(1-16)2.物體表面對外來輻射的吸收與反射特性任何物體不僅具有向外發射熱輻射的能力，而且對外來的輻射具有吸收和反射的特性，某些物體還具有透射特性。(1-18)3.物體之間的輻射換熱換熱量按下式計算：或（1-19）從上式可以看出，換熱量與表面溫度有關。第一章建筑熱工學基礎知識§1-2圍護結構傳熱基礎知識四、圍護結構的傳熱過程一般要經過三個過程1）表面吸熱2）結構本身傳熱3）表面放熱嚴格地講，每一傳熱過程都是三種基本傳熱方式的綜合過程。

1.表面換熱2.結構傳熱平壁——厚度尺寸比另外兩個方向尺寸小的多的構件稱為平壁。單一材料組成的平壁叫做單層平壁。在工程上僅對均勻材料進行研究由式（1-6）得在單位時間內，通過單位面積的熱流——熱流強度為：（w/m2）（1-21）當平壁兩側的溫度不隨時間變化時，此種傳熱稱為:“穩定傳熱”。

§1-3濕空氣的物理性質一、水蒸氣分壓力

濕空氣—干空氣和水蒸氣的混合物在溫度、壓力一定的條件下，一定容積的干空氣所能容納的水蒸氣量是有限的，當水蒸氣含量達到這一限度時，該濕空氣叫做“飽和”的。

根據道爾頓分壓定律，濕空氣的壓力等于干空氣的分壓力和水蒸氣分壓力之和，即

處于飽和狀態的濕空氣中水蒸氣所呈現的壓力叫做“飽和水蒸氣壓”或最大水蒸氣分壓力，用PS表示PS與溫度的關系:二、空氣濕度概念：表示空氣的干濕程度。水蒸氣的實際分壓力可近似按下式表示:（1-23）（1-24）

相對濕度：在一定溫度、一定大氣壓力下，濕空氣的絕對濕度f與同溫同壓下飽和水蒸氣量fmax的百分比。相對濕度也可用公式：（1-25）三、露點溫度td概念:本來不飽和的空氣，因溫度降低而達到飽和狀態，這一特定的溫度稱為露點溫度。【例題】已知室內空氣的溫度t=20°C,相對濕度φ=60.5%,試求該室空氣的露點溫度td。[解]首先應求出該居室的實際水蒸氣分壓力P,從附錄2中查得Ps=2337.1Pa；由式（1-25）得P=PSφ=2337.1x60.5%=1413.9Pa

從附錄2中查得Ps=1413.9Pa對應的溫度td=12.15°C§1-4室內熱環境室內環境包括：一、室內熱環境構成要素及對人體熱舒適的影響構成要素：空氣溫度、空氣濕度、氣流速度、環境輻射溫度

熱平衡公式：

=0時，體溫恒定不變；>0時，體溫上升；<0時，體溫下降。qm—人體產熱量，wqe—人體蒸發散熱量，wqr—人體輻射換熱量，wqc—人體對流換熱量，w二、室內熱環境的評價方法和標準有效溫度ET作為衡量一個房間熱環境的指標時主觀熱感覺相同，則B房間的有效溫度ET=20°C評價標準有效溫度ET434035302520

1510主觀熱感覺允許上限酷熱炎熱熱稍熱適中稍冷冷寒冷酷冷§1-5室外熱環境一、地區性氣候及其特