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1、2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,1,建筑热工学篇,主要内容,核心内容与学习目的通过规划和建筑设计手段，有效防护或利用室内外气候因素合理解决房屋的日照、保温、防热、防潮、通风、能耗等问题创造良好的室内气候环境并提高建筑围护结构的耐久性被动方式与主动方式的关系室内、外热环境传热的基础知识建筑保温、防潮；建筑防热；建筑日照；建筑节能,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,2,第一章 室内外热环境,学习重点,室内热环境的组成要素、影响因素、室内热环境的评价室外热环境（气候）要素我国气候的特点及建筑热工气候分区改善室内热舒适的建筑途径,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部
2、分）,3,第一章 室内外热环境,1 室内热环境,1.1 组成要素室内气温ti、室内相对湿度i、气流速度vi、壁面的热辐射I室内热环境是指由室内空气温度、空气湿度、室内风速及环境平均辐射温度（室内各壁面温度的当量温度）等因素综合组成的一种室内热环境。不同的要素组成不同的室内热环境1.2 室内热环境的影响因素(a)室外的热湿作用(b)建筑设计及规划手段(c)材料及构造的热物理性能(d)室内热工设备,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,4,第一章 室内外热环境,1 室内热环境,1.3 人体的舒适感,人体热平衡方程：,人体热舒适的必要条件：,人体得失热量q的影响因素：室内气候四要素、人体
3、活动量（新陈代谢率m）、皮肤平均温度、汗液蒸发率、衣服的热阻,人体热舒适的充分条件：皮肤温度及汗液蒸发率处于舒适的范围，或称按正常比例散热：对流25%30%，辐射45%50%，呼吸和无感蒸发25%30%。,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,5,第一章 室内外热环境,1 室内热环境,1.4 室内热环境的评价方法和标准室内热环境标准是建筑热工设计的基本依据之一最简单的标准是室内空气温度，如住宅冬季18，夏季26。缺点：不全面主要评价方法：有效温度(Effective Temperature,ET*)热应力指标(Heat Stress Index,HSI)预测热感觉指数（PMV-PPD
4、指标）,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,6,第一章 室内外热环境,1 室内热环境,有效温度(Effective Temperature ET)由Houghton,Yaglou等人于1923年提出表征室内气温、湿度及气流速度三者对人体综合作用的一种主观评价指标未考虑辐射的影响，改进后称为ET*,1972成为ASHRAE的评价标准,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,7,第一章 室内外热环境,1 室内热环境,有效温度(ET)是室内气温，相对湿度和空气速度在一定组合下的综合指标。在数值上等于具有相同热感觉、静止、饱和（=100%）空气的温度。,2023/7/14,建筑物理
5、(热工、光学部分）,8,第一章 室内外热环境,1 室内热环境,热应力指数(HSI)热应力指数HIS（Heat Strees Index)是在已知室内气温，相对湿度，空气速度，平均辐射温度和人体新陈代谢产热率的前提下，根据人体热平衡条件，先计算在给定环境中人体所需要的蒸发散热量，然后再计算出在该环境中的最大允许蒸发散热量，以二者的百分比作为热应力指数。热应力指数全面考虑了热环境四个因素的影响，比有效温度更为科学。热应力指数愈高，维护热平衡时，要求蒸发散热量愈大，热环境条件愈差。,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,9,第一章 室内外热环境,1 室内热环境,热应力指数(HSI)（Hea
6、t Strees Index)给定热环境中作用于人体的热应力等于人体所需的蒸发散热量；数值上等于需要的蒸发散热量与人体最大蒸发散热量之比乘以100；主要用于夏季室内热环境评价,q w.req=q m q c q r,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,10,第一章 室内外热环境,1 室内热环境,预测热感觉指数(PMV-PPD)由丹麦学者P.O.Fanger在1960年代提出；基于下列方程：,舒适的充要条件,热平衡方程,实际环境的舒适度,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,11,第一章 室内外热环境,1 室内热环境,预测热感觉指数(PMV-PPD),2023/7/14,建
7、筑物理(热工、光学部分）,12,第一章 室内外热环境,人体在环境中感到热舒适的充分条件，必须使人体的皮肤温度tsk处于舒适的温度范围，而且肌体的蒸发率也应处于舒适范围内。该方程比较全面合理地表达了人体热感与上述6个参数的定量关系，从而建立起PMV指标系统，把PMV值按人的热感觉分成7个等级。,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,13,第一章 室内外热环境,1 室内热环境,预测热感觉指数(PMV-PPD),最为全面的评价方式，广为采用尽管PMV=0，仍有 5%的人感觉不舒适ISO推荐-0.50.5为热舒适环境,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,14,第一章 室内外热环境
8、,2 室内热环境的影响因素,2.1 室外气候因素 室外热环境是指由太阳辐射，大气温度，空气湿度，风、降水等因素综合组成的一种热环境。（一）太阳辐射1.太阳辐射能是地球上热量的基本来源,是决定室外热环境的主要因素。2.太阳辐射的分类。到达地球表面太阳辐射分为两个部分，一部分是直射辐射，另一部分是散射辐射。3.影响太阳辐射照度的因素。大气中射程的长短、太阳高度角、海拔高度、大气质量。,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,15,第一章 室内外热环境,4.太阳光谱。太阳辐射能量主要分布在紫外线、可见光和红外线区域，其中97.8%是短波辐射。(波长0.2m3 m)5.日照百分率 实际日照时数
9、 日照百分率=100%可照时数（二）大气温度1.气温。指距地面1.5m处百叶箱内的空气温度。2.变化规律（1）年变化规律。由地球围绕太阳公转引起，形成一年四季气温变化，北半球最高气温出现在7月（大陆）或8月（沿海、岛屿），最低气温出现在1月或2月。（2）日变化规律。由地球自转引起。日最低气温出现在6：007：00左右。日最高气温出现在14：00左右。,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,16,第一章 室内外热环境,（三）空气湿度1.湿度：空气中水蒸气的含量。可用绝对湿度或相对湿度表示，通常使用相 对湿度表示空气的湿度。2.变化规律（1）年变化规律:最热月绝对湿度最大，最冷月绝对湿度
10、最小。（2）日变化规律:晴天时，日相对湿度最大值出现在4：005：00，日相对湿 度最小值出现在13：00 15：00。,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,17,第一章 室内外热环境,（四）风1.风指由大气压力差所引起的大气水平方向的运动。2.风的类型（1）季候风（大气环流）由于太阳辐射热在地球上照射不均匀，使得赤道和两极之间出现温差，从而引起大气在赤道和两极之间产生活动，即为大气环流。（2）地方风局部地区受热不均引起的小范围内的大气流动，如海陆风、山谷风、庭院风等。3.风的特性（1）风向风吹来的地平方向为风向，通常用风向风玫瑰图表示。（2）风速单位时间内风前进的距离，单位为m/
11、s，也可用风玫瑰图表示。,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,18,第一章 室内外热环境,（五）降水1.降水 从大地蒸发出来的水蒸汽进入大气层,经过凝结后又降到地面上的液态或固态的水分。如雨、雪、雹都属降水现象。2.降水的性质（1）降水量降落到地面的雨、雪、雹等融化后，未经蒸发或渗透流失而累积在水平面上的水层厚度。单位为mm。（2）降水强度单位时间（24小时）内的降水量，单位：mm/d根据降水强度，可将降水划分如下：小雨 10 中雨 1025 大雨25 50 暴雨 50 100,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,19,第一章 室内外热环境,2.2 室内的影响因素（1）
12、热环境设备的影响（2）其他设备的影响（3）人体活动的影响,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,20,第一章 室内外热环境,福建省气候分区,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,21,第一章 室内外热环境,4 改善室内热环境的建筑途径,4.1太阳辐射热的利用与调节（1）窗口设计夏热冬冷地区:居住建筑的外墙面积不应过大，各朝向的窗墙面积比，北向不应大于0.45；东、西向不应大于0.30；南向不应大于0.50。（2）透射体设计（3）被动式太阳能建筑,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,22,第一章 室内外热环境,4 改善室内热环境的建筑途径,4.1太阳辐射热的利用与
13、调节（3）被动式太阳能建筑（Passive solar house)以墙、地板、屋盖等为主体，组成吸热、储存、控制与分配太阳能的系统。不用机械力量而靠对流、传导、辐射等传热机制吸收、蓄存、释放太阳能的建筑。,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,23,第一章 室内外热环境,4 改善室内热环境的建筑途径,4.1太阳辐射热的利用与调节（4）太阳房（solar house)太阳房是直接利用太阳辐射能的重要方面。把房屋看作一个集热器，通过建筑设计把高效隔热材料、透光材料、储能材料等有机地集成在一起，使房屋尽可能多地吸收并保存太阳能，达到房屋采暖目的。,2023/7/14,建筑物理(热工、光学
14、部分）,24,第一章 室内外热环境,4 改善室内热环境的建筑途径,4.1太阳辐射热的利用与调节（4）太阳房（solar house)太阳房可以节约7590的能耗，并具有良好的环境效益和经济效益，成为各国太阳能利用技术的重要方面。在太阳房技术和应用方面欧洲处于领先地位，特别是在玻璃涂层、窗技术、透明隔热材料等方面居世界领先地位。,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,25,第一章 室内外热环境,4.2 优化围护结构性能 1)保温性能 在采暖建筑中，围护结构应有足够的保温性能。这不仅是保证室内热环境的要求，同时对建筑节能亦具有重要意义。2)隔热性能 在夏季需要防热的地区，围护结构应具有足
15、够的隔热性能，对于屋顶、西墙和东墙，更应特别重视。3)防潮性能 无论是从室内环境的要求，还是从围护结构的性能和耐久性考虑，围护结构防潮都是重要的。由于引起围护结构受潮湿有多方面的原因，因此，防潮措施必须有的放矢。本课程涉及到的仅是热物理性能的潮湿问题。,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,26,第一章 室内外热环境,4 改善室内热环境的建筑途径,4.3 自然通风 为了保持室内空气的清新，排除室内产生的不洁气体、物质、烟尘、湿汽与热空气，通风换气是必不可少的。就炎热地区防热而言，不仅应有一定的通风量，还应使空气具有适当的流速。但通风的前提条件是室外空气的品质(包括温、湿度等)，都应优于室内空气才有意义，才能有助于改善室内环境。,2023/7/14,建筑物理(热工、光学部分）,27,第一章 室内外热环境,4 改善室内热环境的建筑途径,4.4 绿化 植物对人体的影响，除心理因素和美化环境外，还具有增加氧气、清洁空气、调节水分和湿度、降低噪声干扰等多种作用。特别是植物通过光合作用吸收太阳辐射热，茂密的簇叶能有效地遮挡直射阳光，在炎热的夏季起到隔热降温的作用。总之，绿化是在多方面可以改善环境的有效措施。由于影响人体热舒适的因素较多，改善热环境必须采取综合措施，而且应当在规划设计与单体设计中，从方案构思到建筑施工图逐一落实，以便创造优雅、舒适的建筑环境。,
