建筑材料与构造教学课件

1、建筑材料与构造认知框架传热与热物性室内环境与室外气候墙体、屋顶与窗回顾与小结非稳态传热参考教材第135，4249，5962，7276，96101,125141页，附录1和4认知框架传热与热物性室内环境与室外气候墙体、屋顶与窗回顾与小结非稳态传热传热与热物性日程生活中的传热现象？与传热有关的属性有哪些？建筑中有哪些传热发生？这些传热会带来什么影响？参考教材第113，1719，2124页，附录1和4参考传热学、建筑材料导 热导热（热传导）静止物体相接触，因温差作用而产生传热微观：电子迁移、晶格振动、分子碰撞 导热系数，单位W/(mK) ：1m长的材料在1K（1）温差作用下通过导热传递的热流量（W）

2、，衡量建筑材料导热能力的重要指标 导热热阻，单位(m2K)/W： ，表示厚度为 ，导热系数为 的材料阻挡导热的能力，热阻越大，阻力越大广东省既有建筑外墙红砖50其次为灰砂砖和加气混凝土屋顶钢混为主细石混凝土和珍珠岩隔热外窗铝合金框80，其次木窗和钢窗普通平板玻璃80，其次吸热（深色）玻璃调研样本：542栋住宅，273栋公共建筑（办公、酒店等）取自：广东省建设厅建筑节能现状调查小组，广东省建筑节能现状调查报告，广东建材，2008，1：6-19粘土砖（红砖）砌体导热系数 0.76W/(mK) 秦砖汉瓦粘土焙烧禁实限粘180240370灰砂砖砌体导热系数 1.1W/(mK) 石灰与砂蒸压替代红砖再生

3、复合砖180240370多孔钢筋混凝土导热系数 1.74W/(mK) 水泥、砂、石拌合硬化密度2500kg/m3100混凝土空心砌块导热系数 0.76W/(mK) 单排双排多排质轻易砌高强390190190陶粒混凝土空心砌块导热系数 0.45W/(mK) 单排双排多排外表坚硬，内部多孔390190190轻质省工省料加气混凝土导热系数 0.190.22W/(mK) 水泥、石灰、砂发气蒸压质轻易砌不承重390190190密度 500700kg/m3砂浆水泥砂浆导热系数0.93W/(mK)水泥或石灰与砂拌合石灰砂浆导热系数0.81W/(mK) 石灰水泥砂浆 0.87W/(mK) 窗框铝合金导热系数1

4、62W/(mK)PVC塑料导热系数 0.10.8W/(mK)木材导热系数 0.10.4W/(mK)钢导热系数 58W/(mK)玻璃导热系数 0.76W/(mK) 石英砂热熔普通平板玻璃中空玻璃绝热材料聚苯板EPS导热系数0.042W/(mK) 有机绝热材料挤塑板XPS导热系数0.037W/(mK)聚氨酯PUF导热系数0.033W/(mK)易腐可燃绝热材料玻化微珠、膨胀珍珠岩，导热系数0.040.1W/(mK) 无机绝热材料玻璃棉、矿棉，导热系数 0.05W/(mK)不易腐不可燃保温砂浆砂浆原料与保温颗粒拌合聚苯颗粒保温砂浆导热系数 0.06W/(mK)玻化微珠保温砂浆导热系数 0.074W/(

5、mK) 导热系数表材料导热系数（W/(mK)）当量钢混厚度倍数聚氨酯0.03353 挤塑板0.03747 聚苯板0.04241 聚苯颗粒保温砂浆0.0629 玻化微珠保温砂浆0.07424 木材0.117 PVC0.117 加气混凝土0.29 陶粒混凝土空心砌块0.454 混凝土空心砌块0.762 玻璃0.762 红砖砌体0.762 水泥砂浆0.932 灰砂砖砌体1.12 钢筋混凝土1.741 铝合金1620.01 调研样本：20082011年备案，201栋住宅取自：李志红，广州市居住建筑节能65%技术体系研究，华南理工大学，2013，硕士论文广州市新建建筑广州市新建建筑调研样本：200820

6、11年备案，201栋住宅取自：李志红，广州市居住建筑节能65%技术体系研究，华南理工大学，2013，硕士论文调研样本：20082011年备案，201栋住宅取自：李志红，广州市居住建筑节能65%技术体系研究，华南理工大学，2013，硕士论文广州市新建建筑材料复合材料导热系数（W/(mK)）钢筋混凝土1.74双排孔混凝土空心砌块0.76材料导热系数（W/(mK)）实心粘土砖0.76空心粘土砖0.58静止的空气物性导热系数0.029 W/(mK)小于常见建材做法挖洞、钻孔功能孔隙和空心率越大，复合空气越多热阻越大，复合材料的导热系数越小材料导热系数（W/(mK)）钢筋混凝土1.74加气混凝土0.22

7、材料导热系数（W/(mK)）聚苯板0.042挤塑板0.037静止的空气物性导热系数0.029 W/(mK)小于常见建材做法发气、吹泡功能气孔和气泡越密，复合空气越多热阻越大，复合材料的导热系数越小水物性导热系数0.58 W/(mK)大于静止的空气现象雨水、淋水问题吸水越多，水所占孔隙越多热阻越小，复合材料的导热系数越大材料吸水率加气混凝土65%实心红砖25%灰砂砖20%聚苯板6%挤塑板1%加气混凝土空气与密度特征1孔隙和气泡小而闭合，空气静止密度减小，热阻增大，导热系数减小特征2孔隙和气泡大而开放，空气流动密度减小，热阻减小，导热系数增大特征3最佳密度最低导热系数最佳密度聚氨酯密度导热系数对

8、流对流液体、气体流动时，因相互掺混而传递热量 质量流量，kg/s： 比热，kJ/(kg)：1kg物质温度升高或降低1所吸收或放出的热量，衡量物体储存热能的能力，比热越大，储存热能的能力越强对流换热流动的流体与固体表面接触时，同时发生导热和对流的传热过程 对流换热系数，单位W/(m2K)：固体与流体在1温差时单位接触面上的对流换热量，表征固体表面与流体间对流换热的能力 对流换热热阻，单位(m2K)/W：边界层2030mm主流区层流导热湍流对流流态流体物性物性空气水导热系数（W/mK)0.0290.58密度（kg/m3)1.291000比热（kJ/kg）14.2对流换热系数（W/m2K)5100

9、20015000 导热系数越大，层流的导热热阻越小，导热热流越多密度和比热越大，湍流的对流热流越多室内侧 4.4夜日室内侧3.6室外侧10室外侧 8.6室内侧 2.3室外侧 11受迫对流室外来风或风扇驱动随风速增大而加强对流换热系数 10100 W/(m2K)自然对流温差驱动（热轻冷重）随温差增大而加强对流换热系数 525 W/(m2K) 流动起因外墙屋顶屋顶热 辐 射热辐射温度高于绝对零度（-273）的物体不停向外发射热辐射热能电磁能物质内部的电子因热而振动，产生电磁场，向外发射电磁波不需媒介，可在真空中传播热射线 0.1100m可见光 0.380.76m太阳辐射 0.22m（短波辐射）常温

10、物体 3100m（长波辐射）辐射换热两表面间相互辐射产生的净换热 辐射换热系数，单位W/(m2K)：表征两表面间辐射换热的能力 辐射换热热阻，单位(m2K)/W：净换热1给2的能量： 表面1发射总能量落到表面2被表面2吸收2给1的能量： 表面2发射总能量落到表面1被表面1吸收1与2间的辐射换热 = 1给2的能量 2给1的能量发射辐射与发射率辐射力（W/m2）1m2表面1s内向外发射的辐射总能量黑体辐射力：灰体辐射力：发射率 灰、黑体辐射力之比表征常见物体发射热辐射能力的强弱表面发射率白体0表面抛光的铝表面0.04失去光泽的铜表面0.75红砖0.93混凝土0.85-0.95玻璃0.93白色油漆0

11、.92黑色喷漆0.95黑体1点热源之发射向四周发出能量守恒：发射总能量 = 发射到r1球面总能量 = 发射到r2球面总能量各方向能量分布均匀单位面积能量距离平方反比r1r2立体角立体角 空间角等于立体角在球面上切割的面积除以半径的平方，球的立体角4，半球2能量守恒：同一个立体角内发射出的能量不变，也即，随着半径增大，发射的能量分布到更大的切割面积上不同方向（高度或方位）的立体角，只要大小相等，能量即相等r1r2A1A2面热源之发射向半球空间发出能量守恒：发射总能量 = 发射到r1半球面总能量 = 发射到r2半球面总能量各方向能量不均匀分布：法线最强，平行最弱（接近0）单位面积能量：距离平方反比

12、、夹角余弦正比r1r2A1A2角系数规律距离平方反比距离缩小一半，角系数提高4倍应用传统民居大净高电热扇的使用角系数12：表面1发射的总能量中落到表面2的比例规律与法线夹角余弦成正比平移后，夹角变大，角系数减小应用正对变斜对 吸收辐射与发射率能量守恒：入射 = 吸收 + 反射 + 透过吸收率 + 反射率 + 透射率 = 1 善发射者善吸收：发射率 = 吸收率（长波辐射）辐射换热两表面间相互辐射产生的净换热 与两表面的发射率和角系数成正比辐射换热黑体全部吸收灰体单次吸收灰体多次反射、吸收 T1T2T2T1T2T1外饰面与发射率表面发射率白体0表面抛光的铝表面0.04失去光泽的铜表面0.75红砖0

13、.93混凝土0.85-0.95玻璃0.93白色油漆0.92黑色喷漆0.95黑体1金属及建材表面短波辐射长波辐射表面吸收率（短波辐射）吸收率（长波辐射）白体00表面抛光的铝表面0.150.04失去光泽的铜表面0.650.75红砖0.750.93混凝土0.65-0.800.85-0.95黑体11黑白表面表面吸收率（短波辐射）吸收率（长波辐射）白体00玻璃0.060.93白色油漆0.120.92黑色喷漆0.960.95黑体11白人0.40.95中间色服装0.70.9黑人0.80.95短波辐射长波辐射外表面吸热吸热假定室外环境各表面平均温度与室外空气温度相等对流换热与辐射换热并联内部材料传热内表面放热

14、放热假定室内环境各表面平均温度与室内空气温度相等对流换热与辐射换热并联建筑围护结构传热室外气候室内环境传热阻，单位(m2K)/W：传热系数，单位W/(m2K)： ，衡量建筑围护结构（墙体、屋面、门窗）所有方式传热总能力的热工指标认知框架传热与热物性室内环境与室外气候墙体、屋顶与窗回顾与小结非稳态传热室内环境与室外气候人对室内环境有什么要求？室内环境跟传热有关的有些什么要素？气候如何形成，不同地区有什么气候特点？室外气候跟传热有关的有些什么要素？参考教材第5064，7276，4249页，附录5、6参考建筑环境学室内环境心理反应与需求冷热之感觉+1+2+3+4约定俗成程度递进可分辨可量化很热头晕、

15、呼吸困难热 持续出汗暖 开始细微出汗稍暖有热感，但未出汗中性不热也不冷稍凉有冷感，但无明显不适凉 有加衣服的愿望冷 偶发性打哆嗦，冷战很冷肢体末梢感觉过冷，甚至产生痛觉+4+3+2+10-1-2-3-4舒适稍有不适不舒适很不舒适舒适之感受人体传热体内环境体外环境身体人体导热身体皮肤与服装接触时，因温差作用而产生传热 服装热阻，clo：1clo = 0.155 (m2K)/W = 270mm厚钢筋混凝土0.4clo 0.5clo 1.0clo皮肤服装人体对流换热身体皮肤与周围气流接触时，同时发生导热和对流的传热过程 与风速或皮肤与气流温差成正比边界层2030mm主流区层流导热湍流对流皮肤人体辐射

16、换热身体皮肤与周围环境各表面间相互辐射产生净换热 与身体与周围环境表面的角系数和发射率成正比发射率：白人 0.95，黑人 0.95，中间色服装 0.9，白色油漆 0.92，黑色油漆 0.95皮肤人与房间的角系数按角系数加权平均房间各表面温度表征房间向人体辐射总的强弱平均辐射温度 与身体和周围环境表面的发射率成正比平均辐射温度Thermal comfort tool网页版：/comforttool/平均辐射温度美国加州大学伯克利分校建筑环境中心编制快速计算房间角系数和平均辐射温度与美国ASHRAE热舒适标准衔接着装部分人体换热热量先传递至服装，而后再向体外环境传递服装热阻与对流和辐射热阻串联皮肤

17、服装人体呼吸换热因吸入的空气与体内空气掺混而传递热量 呼吸气流的质量流量 气化潜热：1kg水变成水蒸汽所吸收的热量，2500kJ/kg水蒸汽 含湿量，kg/kg干空气：1kg干空气中所含水蒸汽的质量人体蒸发换热湿皮肤与周围气流接触时发生扩散和蒸发过程扩散：蒸发： 对流扩散系数，s-1：与对流换热系数成正比 蒸发换热热阻，(m2K)/W饱和蒸发不饱和扩散皮肤体外环境传热传热驱动力影响因素对流换热身体与空气温差服装热阻、风速辐射换热身体与环境表面温差服装热阻、角系数呼吸换热呼吸温差与湿差蒸发换热身体与空气湿差风速身体传热体核皮肤血流身体由内而外同时发生导热和对流的过程组织导热：血液对流：总传热：皮

18、肤与体核与皮肤的温差成正比与皮肤毛细血管的血流量成正比体内产热因新陈代谢不断产生热量新陈代谢率，met1met=58W/m21.2met 2.0met 4.0met人体热平衡-中性体核36.8皮肤33.7皮肤血流环境温度26对流，辐射呼吸，蒸发皮肤毛细血管正常流量 感觉中性（舒适）产热量 = 体核向皮肤传热量 = 皮肤向环境传热量3.17.7人体生理热调节人体热平衡-暖体核36.8皮肤34.0皮肤血流环境温度28对流，辐射呼吸，蒸发皮肤毛细血管扩张、出汗 感觉暖产热量 = 体核向皮肤传热量 = 皮肤向环境传热量2.86.0皮肤温度升高，以维持皮肤-环境传热量不变因体核与皮肤温差减小，为保证其传

19、热量不变，毛细血管扩张血管扩张有限度，为此，增加出汗以减缓皮肤温度上升的趋势经由以上动作，维持热平衡和体温恒定人体热平衡-凉体核36.8皮肤33.4皮肤血流环境温度24对流，辐射呼吸，蒸发皮肤毛细血管收缩、寒颤 感觉凉产热量 = 体核向皮肤传热量 = 皮肤向环境传热量3.49.4皮肤温度降低，以维持皮肤-环境传热量不变因体核与皮肤温差增大，为保证其传热量不变，毛细血管收缩血管收缩有限度，为此，打寒颤增加产热以减缓皮肤温度下降的趋势经由以上动作，维持热平衡和体温恒定PMV模型丹麦学者P. O. Fanger：热舒适（1970）1396名美国和丹麦人，严格受控的实验室，多种温湿度组合心理问卷投票+

20、统计回归以人体传热和生理为基础热感觉（热舒适）与生理热调节负荷相关PMV（预测平均投票）空气温度、空气湿度风速、平均辐射温度着装活动量操作温度/含湿量/g/g风速0.2m/s1.2met相对湿度热舒适区PPD（预测人群热不满意率）10%25%稍凉稍暖暖凉网页版：/comforttool/Thermal comfort tool美国加州大学伯克利分校建筑环境中心编制快速计算PMV、PPD与美国ASHRAE热舒适标准衔接参考标准夏季（0.5clo）舒适温度范围 2427冬季（1.0clo）舒适温度范围 2025前提条件：50%、0.2m/s、1.2met操作温度/含湿量/g/g热舒适区风速1025

21、29满足夏季防热，不考虑冬季保温温和地区0131825部分考虑冬季保温，不考虑夏季防热广州一月平均气温13.9，七月平均气温28.8各分区外墙传热系数限值由广州扩展到全国夏热冬暖地区夏热冬冷地区寒冷地区严寒地区GB 50189-2005 公共建筑节能设计标准传热角度的理解分区名称一月平均气温冬季采暖温差（18）七月平均气温夏季空调温差（26）传热系数限值（W/m2K）严寒地区-10280.40.5寒冷地区-10018280.50.6夏热冬冷地区0108182530-14（27）1夏热冬暖地区102529-13（26）1.5各分区屋顶传热系数限值全国各地区屋顶的节能设计要求夏热冬暖地区夏热冬冷地

22、区寒冷地区严寒地区GB 50189-2005 公共建筑节能设计标准传热角度的理解分区名称一月平均气温冬季采暖温差（18）七月平均气温夏季空调温差（26）传热系数限值（W/m2K）严寒地区-10280.30.45寒冷地区-10018280.450.55夏热冬冷地区0108182530-14（510）0.7夏热冬暖地区102529-13（59）0.9北方南方严实墩厚、立面平整、封闭低矮峻峭屋面、通透轻巧、底部架空认知框架传热与热物性室内环境与室外气候墙体、屋顶与窗回顾与小结非稳态传热墙体构造墙体的构造形式有哪些？墙一般作多厚？分哪几层？如何从传热角度作墙体的构造选型与设计？参考教材第138141，

23、9699，1621页，附录1参考建筑防热广州地区热工设计要求隔热设计要求（1993年以来）：GB 50176-1993民用建筑热工设计规范保证自然通风条件下的室内环境质量在房间自然通风情况下，建筑物的屋顶和东、西外墙内表面最高温度低于35.6（广州地区）节能要求（2003以来）：GB 50189-2005公共建筑节能设计标准JGJ 75-2012 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准在保证室内环境质量的前提下，通过墙体、屋面和门窗的选型设计，减少建筑设备（空调采暖）耗能，以实现新建建筑节能50%的总体目标外墙传热系数1.5 W/(m2K) ，屋顶传热系数0.9 W/(m2K) 建筑围护结构传热室外

24、气候室内环境常见墙体构造及传热性能以200mm厚钢筋混凝土墙（内外抹灰25mm）为例已知：附录1：钢筋混凝土（2500kg/m3）导热系数 1.74 W/(mK) 水泥砂浆导热系数 0.93 W/(mK)表1-6：内表面换热阻 0.11 (m2K)/W表1-7：外表面换热阻 0.05 (m2K)/W求解：R = 0.05+0.025/0.93+0.2/1.74+0.025/0.93+0.11 = 0.33 (m2K)/WK = 1/0.33 = 3.04 W/(m2K) 如何降低钢混墙的传热系数（1.5）？计算与设计注：以上墙体均内外抹灰（水泥砂浆）25mm厚(1) 选择主体材料防热原理：主体

25、材料导热系数，热阻，整体构造的传热系数设计要点：无承重要求的填充墙，选用190厚加气混凝土砌块墙(2) 复合保温构造绝热材料聚苯板模塑聚苯乙烯泡沫塑料，EPS，导热系数0.042W/(mK) 挤塑板挤塑聚苯乙烯泡沫塑料，XPS，导热系数0.037W/(mK) 聚氨酯聚氨酯泡沫塑料，PUF，导热系数0.033W/(mK)导热系数 0.3 W/(mK)保温与隔热，有机与无机绝热材料玻璃棉、矿棉纤维状，导热系数 0.05W/(mK)玻化微珠、膨胀珍珠岩气泡状，导热系数0.040.1W/(mK)无机材料：不腐蚀，不燃烧保温砂浆由保温材料颗粒与砂浆原料拌合而成聚苯颗粒保温砂浆、玻化微珠保温砂浆：导热系数

26、 0.06W/(mK) 替代普通砂浆抹面，起保温隔热作用(2) 复合保温构造防热原理：增加材料层导热热阻聚苯板厚度（mm）传热阻 (m2K)/W传热系数 W/(m2K)00.30 3.31 50.40 2.49 100.50 2.00 150.60 1.67 200.70 1.43 250.80 1.25 300.90 1.11 351.00 1.00 401.10 0.91 451.19 0.84 501.29 0.77 计算注意事项：考虑聚苯板在实际施工中受挤压变形，导热系数有所提高，计算时应乘以修正系数1.2设计要点：钢混剪力墙可在内侧或外侧复合20厚聚苯板(2) 复合保温构造调研样本：

27、20082011年备案，201栋住宅取自：李志红，广州市居住建筑节能65%技术体系研究，华南理工大学，2013，硕士学位论文砂浆类型导热系数W/(mK) 玻化微珠保温砂浆0.07硅酸铝保温砂浆0.06膨胀珍珠岩保温砂浆0.05聚苯颗粒保温砂浆0.06平均厚度18mmJGJ 144-2004外墙外保温工程技术规程(2) 复合保温构造外保温JGJ/T 261-2011外墙内保温工程技术规程(2) 复合保温构造内保温内保温施工方便，对保温材料要求低房间表面材料轻薄，温度波动快，灵活性好（体育馆、会议室）外保温减少主体材料的温度变化幅度，降低温度应力，增强耐久性热桥传热少房间表面材料厚重，温度波动小，

28、热稳定好（住宅，办公）广州新建住宅：外保温57%，内保温37%(2) 复合保温构造室内室外内保温外保温0.05 W/(mK) 0.33 W/(mK) 1.74 W/(mK) 0.029 W/(mK) 0.33 W/(mK) 1.74 W/(mK) 1.74 W/(mK) 0.2 W/(mK) 2.4 W/(m2K) 2.7 W/(m2K) 1.7 W/(m2K) 发射率 0.04(3) 复合轻墙板静止的空气导热系数0.029 W/(mK)，小于所有常见的墙体材料；多孔、空心、加气等做法营造出封闭孔洞，增加了材料孔隙率；孔隙率越大，材料内部所含空气成分越多，材料的导热系数越小。材料导热系数（W/

29、(mK)）钢筋混凝土1.74双排孔混凝土空心砌块0.76加气混凝土0.22材料导热系数（W/(mK)）实心粘土砖0.76空心粘土砖0.58封闭空气间层的热阻（参考教材第2527页）厚度小于20mm时，热阻随厚度增大而线性增加；厚度大于20mm时，热阻不再随厚度增加间层小，流动空间受限，空气接近静止，传热以导热方式为主；间层大，流动空间扩大，流动强化，对流换热增加设计提示：并非越厚越好原理相似：导热系数与密度导热系数与密度密度由大变小，孔隙率增加，导热系数降低密度过低，孔隙率过大，孔隙内部的空气流动变得活跃，容易产生对流，从而强化材料的传热能力对应导热系数最小之密度为最佳密度玻璃棉的导热系数与密

30、度的关系最佳密度硬质聚氨酯泡沫的导热系数与密度的关系封闭空气间层的热阻热阻并联，辐射换热热阻 导热热阻，增加辐射换热热阻更有效果单面铝箔，热阻倍增，双面铝箔，接近三倍设计要点：200厚钢混墙可复合20厚双面铝箔封闭空气间层或50厚单面铝箔封闭空气间层（相当于20厚聚苯板）外墙外饰面浅色粉刷，或贴浅色面砖太阳辐射吸收率 0.6表面对短波辐射的吸收率白体0白色油漆0.12表面抛光的铝表面0.15失去光泽的铜表面0.65红砖0.75混凝土0.65-0.80黑色喷漆0.96黑体1(4) 浅色外饰面GB/T 25261-2010建筑用反射隔热涂料外表面吸热考虑太阳辐射吸热：RecRer吸热当量热阻等效

31、当量当量附加热阻等效之条件：当量热阻：当量附加热阻：当量附加热阻外墙表面太阳辐射吸收率当量附加热阻(m2K)/W等效聚苯板厚（mm）（0.4，0.6）0.1560.40.208调研样本：20082011年备案，201栋住宅取自：李志红，广州市居住建筑节能65%技术体系研究，华南理工大学，2013，硕士学位论文花格构件遮阳，当量附加热阻 0.3 (m2K)/W（13厚聚苯板）参考：朱颖心“中国绿色建筑发展方向的思考”演讲稿袁镔，适用 有效 经济山东交通学院图书馆生态设计策略回顾，城市建筑，2007，4(5) 外墙遮阳山东交通学院图书馆第二届全国绿色建筑创新奖一等奖(5) 外墙遮阳设计要点：遮阳构

32、件应选浅色饰面、轻质材料构件与墙体间应留充足间隙（如500mm）底部架空，上部开敞，中间花格镂空防热原理：接收太阳热量=反射+吸收吸收=对流+辐射仅辐射作用于墙体外表面减少辐射的方法：减小遮挡构筑物的太阳辐射吸收率，增强间层的通风效果夜晚时遮挡了向天空的散热通风遮阳墙(5) 外墙遮阳11建学刘俊成组11建学刘俊成组11建学刘俊成组11建学祝建组爬藤植物，当量附加热阻 0.3 (m2K)/W（13厚聚苯板），光合蒸腾作用(6) 外墙绿化直接可用：填充墙选用190厚加气混凝土砌块墙200厚钢混墙内侧或外侧复合20厚聚苯板200厚钢混墙复合20厚双面铝箔封闭空气间层或50厚单面铝箔封闭空气间层灵活应

33、用：浅色外饰面（68厚聚苯板）外墙遮阳（13厚聚苯板）外墙绿化（13厚聚苯板）设计方案之组合： 1+1=2 还是 1+1=1？外墙构造设计小结设计问题11建学陈超组构造设计和传热分析+11建学陈超组构造设计对比夏季用更少绿化实现遮阳兼顾冬季透阳取暖除光合蒸发作用外，通过通风对流进一步减少传入室内的热量有利于夜晚向天空散热有利于冬季吸收阳光根据阳光轨迹设计遮阳板尺寸和间距11建学陈超组构造再设计11建学丁培生组广州市新建建筑调研样本：20082011年备案，201栋住宅取自：李志红，广州市居住建筑节能65%技术体系研究，华南理工大学，2013，硕士学位论文94%加气混凝土96%保温砂浆技术成熟度

34、，性价比缺乏多样化、带有地方特色的构造设计蚝壳墙粗糙粒径层流边界层粗糙粒径紊流边界层粗糙粒径小于边界层时：凹处流动情况不好，对流较弱粗糙粒径大于边界层时：凹处引起涡流，使其流动情况改善，对流增强蚝壳墙设计要点：蚝壳为浅色饰面，轻质材料蚝壳的导热系数较小蚝壳向外凸起防热原理：接收太阳热量=反射+吸收吸收=对流+导热仅导热作用于墙体内部减少导热的方法：增大对流，减小导热系数夜晚时遮挡了向天空的散热蚝壳墙11建学许海生组蚝壳墙11建学曹蔓蕾组屋顶构造屋顶的构造形式有哪些？屋顶一般作多厚？分哪几层？如何从传热角度作屋顶的构造选型与设计？参考教材第132138，100101，1621页，附录1参考建筑防

35、热广州地区热工设计要求隔热设计要求（1993年以来）：GB 50176-1993民用建筑热工设计规范保证自然通风条件下的室内环境质量在房间自然通风情况下，建筑物的屋顶和东、西外墙内表面最高温度低于35.6（广州地区）节能要求（2003以来）：GB 50189-2005公共建筑节能设计标准JGJ 75-2012 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准在保证室内环境质量的前提下，通过墙体、屋面和门窗的选型设计，减少建筑设备（空调采暖）耗能，以实现新建建筑节能50%的总体目标外墙传热系数1.5 W/(m2K) ，屋顶传热系数0.9 W/(m2K) 常见屋顶构造及传热性能以100mm厚刚性防水屋面为例已知：

36、内表面换热阻 0.11 (m2K)/W，外表面换热阻 0.05 (m2K)/W求解：R = 0.05+0.04/1.74+0.01/0.81+0.08/0.84+0.1/1.74+0.11 = 0.35 (m2K)/WK = 1/0.35 = 2.87 W/(m2K) 如何降低刚性防水屋面的传热系数（0.9）？计算与设计构造层厚度（mm）导热系数（W/(mK)）混凝土防水层401.74白灰砂浆隔离层100.81水泥陶粒找坡层800.84钢筋混凝土屋面板1001.74(1) 复合保温构造防热原理：增加材料层导热热阻聚苯板厚度（mm）传热阻 (m2K)/W传热系数 W/(m2K)00.35 2.8

37、6 50.45 2.23 100.55 1.82 150.65 1.54 200.75 1.34 250.85 1.18 300.95 1.06 351.04 0.96 401.14 0.87 451.24 0.80 501.34 0.75 计算注意事项：聚苯板因压缩变形，导热系数乘以修正系数1.2设计要点：可在刚性防水屋面增加40厚聚苯板保温隔热层(1) 复合保温构造调研样本：20082011年备案，201栋住宅取自：李志红，广州市居住建筑节能65%技术体系研究，华南理工大学，2013，硕士学位论文平均34mm厚使用吸湿性低、耐候性强的憎水绝热材料作保温层防水层置于内，温度应力小，寿命长构造

38、层少，施工简单参考规程：JGJ 230-2010 倒置式屋面工程技术规程倒置式普通式防水层暴露于外，冷热变化剧烈，温度应力大，寿命短湿作业施工使保温层含水，结构排水汽困难保温层吸水，导热系数降低(1) 复合保温构造(2) 复合轻质屋顶封闭空气间层的热阻热阻大到小排序：热流向下之水平间层 垂直间层 热流向上之水平间层空气流动由弱到强排序：热流向下之水平间层 垂直间层 热流向上之水平间层设计提示：屋顶间层原理相似：对流换热系数水平间层（热流向下）水平间层（热流向上）垂直间层对流换热系数空气流动起因壁面情况对流换热系数表达式表达式编号自然对流垂直壁面a自然对流水平壁面，热流向上b自然对流水平壁面，热

39、流向下c受迫对流内表面d受迫对流外表面e夜日室内侧3.6室外侧10室外侧 8.6室内侧 2.3室外侧 11室内侧 4.4封闭空气间层的热阻设计要点：刚性防水屋面可复合50厚双面铝箔封闭空气间层屋面浅色粉刷，或贴浅色面砖太阳辐射吸收率 0.6当量附加热阻 0.150.2 (m2K)/W表面对短波辐射的吸收率白体0白色油漆0.12表面抛光的铝表面0.15失去光泽的铜表面0.65红砖0.75混凝土0.65-0.80黑色喷漆0.96黑体1(3) 浅色外饰面GB/T 25261-2010建筑用反射隔热涂料当量附加热阻 0.3 (m2K)/W（13厚聚苯板）参考：张磊，孟庆林，华南理工大学人文馆屋顶空间遮

40、阳设计，建筑学报，2004,8何静堂等，华南理工大学逸夫人文馆，建筑与文化，2005,9(4) 屋面遮阳华工逸夫人文馆杨经文遮阳作品Roof Roof 住宅环境过滤器：伞状百叶屋顶，遮阳，遮雨，通风，纳凉东西百叶偏角之不同：纳晨光之阳遮下午之晒冬夏之别 空气11建学陈超组呼吸式玻璃幕墙原理相似：通风墙、通风屋面夏季冬季呼吸蓄热式玻璃幕墙构造夏季白天夏季夜晚（过渡季）内置遮阳百叶（抛光金属，高反射率、低发射率）蓄热墙（深色，厚重）内外均设进出风口降下遮阳百叶开启外侧进出风口遮阳、热压通风散热拉回遮阳百叶开启内外侧进出风口夜间自然通风、蓄积冷量11建学许海生组呼吸蓄热式玻璃幕墙构造冬季白天冬季夜晚

41、拉回遮阳百叶开启内侧进出风口透阳、热压通风传热进室内，蓄积热量降下遮阳百叶关闭内外侧进出风口阻挡蓄热墙向室外的长波热辐射11建学许海生组内置遮阳百叶（抛光金属，高反射率、低发射率）蓄热墙（深色，厚重）内外均设进出风口GB 50189-2005 公共建筑节能设计标准广州地区外窗的节能要求36.50.350.600.7以窗墙面积比0.30.4为例全国各地区外窗传热系数节能要求屋顶外墙外窗GB 50189-2005 公共建筑节能设计标准各分区外窗传热系数限值JGJ 75-2012 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准广州地区外窗的节能要求0.40.800.45外墙平均指标（0.8）外窗的加权平均综合遮阳

42、系数平均窗地（或窗墙）面积比0.250.25平均窗地（或窗墙）面积比0.300.30平均窗地（或窗墙）面积比0.350.35平均窗地（或窗墙）面积比0.400.40平均窗地（或窗墙）面积比0.45K1.5D2.50.80.70.60.50.4南区居住建筑外窗节能设计要求南区居住建筑的节能设计对外窗传热系数不作规定注：外墙传热系数1.5W/(m2K)，外窗（普通铝合金平板单玻）传热系数6.0W/(m2K)，遮阳系数0.8外窗节能要求的特殊性外窗传热中，主要是太阳辐射透射得热，温差传热部分相对较小传热系数要求宽松，而遮阳性能要求严格认知框架传热与热物性室内环境与室外气候墙体、屋顶与窗回顾与小结非稳

43、态传热认知框架各种材料具有影响某种传热方式的一类属性（热物性）温差是传热的驱动力，室内外温差是建筑要解决的矛盾围护结构的构造热工设计：由室内外温差提出问题，由传热和热物性解决问题“人建筑气候”主线导热（热传导）静止的固、液、气体相接触时因温差作用而产生传热微观现象：电子迁移、晶格振动、分子碰撞对流换热流动的流体与固体表面接触，同时发生导热和对流的传热过程边界层2030mm主流区v层流 紊流导热 对流辐射换热两个温度不同的物体间相互辐射产生传热建筑围护结构传热室外气候室内环境参考标准JGJ 75-2012夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准夏季室内设计计算温度：26冬季室内设计计算温度：16根据人的

44、舒适要求而定，是节能标准制定的参考依据保证环境质量的前提下实现节能气温室外综合气温的年变化31天211天广州地区热工设计要求隔热设计要求（1993年以来）：GB 50176-1993民用建筑热工设计规范保证自然通风条件下的室内环境质量在房间自然通风情况下，建筑物的屋顶和东、西外墙内表面最高温度低于35.6（广州地区）节能要求（2003以来）：GB 50189-2005公共建筑节能设计标准JGJ 75-2012 夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准在保证室内环境质量的前提下，通过墙体、屋面和门窗的选型设计，减少建筑设备（空调采暖）耗能，以实现新建建筑节能50%的总体目标外墙传热系数1.5 W/(m2

45、K) ，屋顶传热系数0.9 W/(m2K) 各分区屋顶传热系数限值全国各地区屋顶的节能设计要求夏热冬暖地区夏热冬冷地区寒冷地区严寒地区GB 50189-2005 公共建筑节能设计标准热阻是理解传热过程和构造选型分析的得力工具外表面吸热传热方式：外表面与室外空气对流换热外表面与室外环境各表面辐射换热假定：室外环境各表面平均温度与室外空气温度相等吸热内部导热建筑构造内部导热热阻内表面放热传热方式：内表面与室内空气对流换热内表面与室内环境表面间辐射换热假定：室内环境表面平均温度与室内空气温度相等放热建筑围护结构传热室外气候室内环境封闭空气间层的热阻设计要点：刚性防水屋面可复合50厚双面铝箔封闭空气间

46、层封闭空气间层的热阻热阻并联，辐射换热热阻 导热热阻，增加辐射换热热阻更有效果单面铝箔，热阻倍增，双面铝箔，接近三倍设计要点：200厚钢混墙可复合20厚双面铝箔封闭空气间层或50厚单面铝箔封闭空气间层（相当于20厚聚苯板）热辐射之接收对太阳（短波）辐射透射率高（0.8），吸收和反射率低对常温物体（长波）辐射吸收率高（0.900.95），透射和反射率低温室效应（寒冷地区冬季）：透太阳辐射热，不透房间热辐射短波辐射长波辐射太阳辐射得热透射：80%吸收：12%吸收后再辐射：5%传入室内的总太阳辐射得热：85%传热热流分析是热阻分析的有力辅助(5) 外墙遮阳设计要点：遮阳构件应选浅色饰面、轻质材料构件

47、与墙体间应留充足间隙（如500mm）底部架空，上部开敞，中间花格镂空防热原理：接收太阳热量=反射+吸收吸收=对流+辐射仅辐射作用于墙体外表面减少辐射的方法：减小遮挡构筑物的太阳辐射吸收率，增强间层的通风效果夜晚时遮挡了向天空的散热(4) 屋面遮阳设计要点：遮阳构件应选浅色饰面、轻质材料构件与墙体间应留充足间隙（大于200mm）开口朝向主导风方向，间层不留杂物构件内侧贴铝箔防热原理：与外墙相比，接收到的太阳辐射更多，更便于利用室外来风通风散热减少屋顶传热的方法：减小遮挡构筑物的太阳辐射吸收率，增强间层的通风效果夜晚遮挡天空散热静止空气的热物性贯穿始终的应用静止的空气导热系数0.029 W/(mK

48、)，小于所有常见的墙体材料；多孔、空心、加气等做法营造出封闭孔洞，增加了材料孔隙率；孔隙率越大，材料内部所含空气成分越多，材料的导热系数越小。材料导热系数（W/(mK)）钢筋混凝土1.74双排孔混凝土空心砌块0.76加气混凝土0.22材料导热系数（W/(mK)）实心粘土砖0.76空心粘土砖0.58导热系数与密度密度由大变小，孔隙率增加，导热系数降低密度过低，孔隙率过大，孔隙内部的空气流动变得活跃，容易产生对流，从而强化材料的传热能力对应导热系数最小之密度为最佳密度玻璃棉的导热系数与密度的关系最佳密度硬质聚氨酯泡沫的导热系数与密度的关系封闭空气间层的热阻（参考教材第2527页）厚度小于20mm时

49、，热阻随厚度增大而线性增加；厚度大于20mm时，热阻不再随厚度增加间层小，流动空间受限，空气接近静止，传热以导热方式为主；间层大，流动空间扩大，流动强化，对流换热增加设计提示：并非越厚越好原理相似：导热系数与密度中空玻璃两片或多片玻璃均匀间隔密封，3+6+3、3+9+3 （2m2） 12+20+12 （16m2）内充气体及导热系数（单位W/(mK) )：空气0.029、氩气0.016、氪气0.009、真空0（加支撑物）参考标准：GBT 11944-2002 中空玻璃JGJ 113-2009 建筑玻璃应用技术技程原理相似：封闭空气间层不只是静止空气，流动起来的空气同样得到应用通风遮阳墙(5) 外墙遮阳(4) 屋面遮阳之通风屋面实砌屋顶通风屋顶：屋面内表面温度，t：室内温度通风屋顶跟实砌屋顶相比：内表面温度平均低5，室内气温平均低1.6最大值延后3小时出现隔热（升温慢、少）好，散热（低于室内温度）快呼吸式双层玻璃幕墙原理相似：通风墙、通风屋面夏季冬季学与用是什么为什么怎么做？概念、观念、技术之描述原理分析设计要点及落实知其所以然的作用理解而后记忆具体问题灵活处理利于突破创新认知框架传热与热物性室内环境与室外气候墙体、屋顶与窗回归与小结非稳态传热学用静止的空气导热系数0.029 W/(mK)，小于所有常见的墙体材