建筑物理热学第五章防热

第五章建筑防热引子：南方炎热气候地区居住着我国半数以上的人民.在这些地区,大量的自然通风房屋和越来越多的空调房屋都必须进行建筑防热或节能设计.否则,不是造成房间过热,热环境恶化,就是空调负荷过大,空调能耗增加.因此建筑防热和节能设计具有社会的、经济的或环境的意义。§5.1室外热环境的特征：（一）、概述冬季需保温，夏季要防热。（二）、炎热地区及气候特征：1、炎热地区—累年最热月平均气温高于或等于250C，(气温高而且时间长)其主要范围：江苏、浙江、安徽、江西、湖南、湖北、四川等地。七月份：平均260C～300C，最高达300C～350C天数在100

～200天。2、太阳辐射强度大，水平辐射强度为930

～1045W/m2.。3

、相对湿度大800/0

～900/0，降水量大。沿海湿度比内陆为大。4、季风旺盛——东南风和南风，风速在1.5

～3.7m/s,风速白天大于夜间。（三）、室外热气候形成炎热地区热气候的主要因素：1、夏季太阳辐射大，因处于低纬度地区，日照量多；2、一般处于丘陵地带，风速弱小，形成火炉闷热气候；3、夏季酷热，气温较高，杭州地区有时高达400C，气温高于350C的天数今年将近有35天到40天；4、相对湿度大，年降雨量大。§5.2、室内过热原因与防热途径（一）室内过热原因1、强烈的太阳辐射和热高气温，通过层面、东西墙面等外围护结构外表面吸热，将热量传至室内；2、太阳辐射通过窗、门直接射入室内，使地面、家具吸热，以长波辐射和对流换热使室内气温升高；3、自然通风中带入的热量；4、生产和生活中产生的热量。5、防热设计的任务：阻止热量流人；排除室内热量。根据气候特征、生活习惯、使用性质采取具体措施——阻止、排除（二）、防热的途径、减弱室外的热作用。正确选择房屋朝向和布局，防止日晒；绿化周围环境，以降低环境辐射和气温；外围护结构表面，应采用浅颜色以减少太阳辐射和气温，从而减少结构的传热量。、外围护结构的隔热。对屋面、外墙（特别是西墙）要进行隔热处理，减少传进室内的热量和降低围护结构的内表面温度，因而要合理地选择外围护结构的材料和构造形式。最理想的是白天隔热好而夜间散热快的构造方案。、房间的自然通风。组织好房间的自 然通风，引风入室。、窗口遮阳，遮阳棚、外走廊等；、防止地面泛潮：避免室内地面温度 过低，采用地板、三合土等；降低 室内湿度。§5-3、建筑防热设计控制指标（一）、室外综合温度夏季建筑外围护结构的防热设计应考虑以下几点、室外空气；、太阳短波辐射的加热作用；、结构外表面的有效长波辐射的自然散热作用。综合成一个单一的室外气象参数——室外综合温度tsa其计算公式为：外围护结构表面的热作用:q=q1+q2-q3q1:_太阳辐射热量; q2:气温的热量;q3:表面的散热作用（散热量较小,一般不考虑)所以有:q=q1+q2=Iρs+αe（te-θe）=αe

（

Iρs/

αe

+te-θe

）令Iρs/

αe

+te=tsa=αe

（

tsa-

θe

）tsa=te+ρsI/ae-tIτ式中

tsa——室外综合温度;

te

——室外气温；ρs

——围护结构外表面对太阳辐射热的吸收系数，参见表5-3；；I——太阳辐射强度，；αe——外表面换热系数，；tlr——外表面有效长波辐射温度，。粗略计算可取下值：对于屋面

tlr=3.50C，对于外墙

tlr=1.80CρsI/

αe

值又叫做太阳辐射的“等效温度”或“当量温度”。(I-W/m2,

αe—w/m2K,

ρsI/

αe—w/m2×m2K/W=K)表面对太阳辐射热的吸收系数ρS表5-3材料名称表

面状况表面颜色ρS材料名称表

面状况表

面颜色ρS红褐色瓦屋面旧红褐色0.70黏土砖墙红色0.75灰瓦屋面旧浅灰色0.52硅酸盐砖墙不

光滑青

灰色0.50水泥屋面旧青灰色0.74石灰粉刷墙面新

、光滑白色0.48石棉水泥瓦浅灰色0.75水刷石墙面旧

、粗糙浅

灰色0.70浅色油毛毡新

、粗糙浅黑色0.72水泥粉刷墙面新

、光滑浅

蓝色0.56沥青屋面旧

不光滑黑色0.85草地粗糙绿色0.80综合温度最大值tsa,max当进行隔热计算时,则必须首先确定综合温度的最大值、昼夜平均值、昼夜波动振幅.综合温度最大值按下式计算:e

st

sa=

t

sa

+

At

sa,

At

sa

=

(At

+

At

)b=

te

+

rs

I

/

a

e

-

t1rt

sa

,

maxAt

sa

:综合温度振幅:

综合温度平均值

,

t

saAte—室外气温振幅，0C；Ats—太阳辐射等效温度振幅，0C。Ats

=

Imax

-

I

)rS

/ae（二）隔热设计标准房间在自然通风状态下，夏季围护结构的隔热计算，应按室内、室外双向谐波热作用下的不稳定过程考虑室外热作用就是以24小时周期波动的综合温度；室内热作用就是室内气温，它随室外气温变化而变化，因而也是以24

小时为周期波动的。由于夏季室内、外热作用波动的振幅都比较大，同时太阳辐射是不利因素，故不允许作稳定传热的简化。自然通风房间的外围护结构应当满足如下的隔热控制指标：、通常情况下，屋顶和西（东）外墙内表面最高温度θi,max应满足下式要求：θi,max≤te,maxθi,max——外围护结构内表面最高温度；te,max——夏季室外计算温度最高值。、对于夏季特别炎热地区（如南京、

合肥、芜湖、九江、南昌、武汉、长沙、重庆等）θi,max＜te,max（3）当外墙和屋顶采用轻型结构（如加气混凝土）时，θi,max应满足下式要求：θi,max≤te,max+0.50C当外墙和屋顶内侧复合轻质材料（如混凝土墙内侧复合轻混凝土、岩棉、泡沫塑料、石膏板等）时，θi,max应满足下式：θi,max≤te,max+10C对于夏季既属炎热地区，冬季又属寒冷的地区其建筑设计既应考虑防寒又应考虑防热，外墙和屋顶设计则应同时满足冬季保温和夏季隔热的要求。【例】：广州地区某建筑物，在自然通风状态下的,西墙为200mm厚加气混凝土墙，内、外抹灰各20mm厚，试求西墙的衰减倍数ν0，延迟时间ξ；由室内空气到内表面的衰减度νif、延迟时间ξif、

(3)

内表面平均温度qi，温度波动振幅Aif、最高温度θi,max、及其出现时间τif,max.；自然通风情况下室内平均气温:室内气温振幅：Ati=Ate-1.50C,.ti,max出现时间比te,max晚1小时。已知：依据《民用建筑热工设计规范》（GB50176—93）西墙面最大太阳辐射强度：Imax=768W/m2,出现在16时；西墙平均太阳强度：I

=

206W

/

m2

,室外平均气温：

te

=

30

;C0室外最高气温te,max=350C,出现在15时;ei0t

=

t

+

0.5

C【解】（1）室外综合温度tsa的计算：室外平均综合温度按5-1式计算，取ρs=0.48,αe=19W/m2·Kes19=

33.40

C=

30

+

0.48·

206

-1.8-1.8tsa

=

te

+ar

I等效温度振幅Ats按5-5式计算：室外气温振幅Ate为:Aets19=

(768

-

206)·0.48

=14.20

Ca=

Imax

-

I

)rSe,max

e0At

=

t

-

t

=

35

-

30

=

5

Ce求出Ats/Ate=14.2/5=2.8,太阳辐射强度和室外气温出现最大值的时间差为Dt

=tIm

ax

-tte,max

=16

-15

=1

小时)所以

β=0.99综合温度振幅Atsa按5-4式计算：从而综合温度最大值为综合温度最大值出现的时间近似地按振幅的大小由下式计算：（即出现在15时45分）sa

te

ts0·0.99

=19

CAt

=

(A

+A

)b

=

(5

+14)tsa+

A

=

33.4

+19

=

52.40

Ctsa,max

=

tsa15=15.75·1t

=t

+

s

·

Dt

=15

+ts

tetsa,max

te,maxA

+

A

15

+

5At§5-4

外围护结构的隔热措施外墙的防热:外墙外表面可采用浅色平滑和吸收系数小的粉刷和饰面材料,增加墙的厚度,嵌有保温隔热材料如空心砖;屋顶的防热:

加吊平顶,设置隔热材料,屋顶撒水等;玻璃窗的防热:吸热玻璃;窗口遮阳;组织房间自然通风,排除热量；利用自然能源降温:太阳能降温、夜间对流、地冷空调、被动蒸发式降温。§5-5、夏季结露及其防止方法一、夏季结露极其危害导致墙面泛潮、地面淌水、衣物发霉、装修变形。二、夏季结露的原因：夏季结露是建筑中的一种大强度的差迟凝结现象。

“差迟凝结”就是春末室外空气温度和湿度都骤然增加时，建筑物中的物体表面温度由于热容量的影响而上升缓慢，滞后若干时间而低于室外空气的露点温度，以致高温高湿的室外空气流过室内低温表面时必然发生大强度的表面结露。夏季结露必要且充分的条件：、室外空气温度高、湿度大，空气饱和或者接近饱和；、室内某些表面热惰性大，使其温度低于室外空气的露点温度；、室外高温高湿空气与室内物体低温表面发生接触。注意：这三个条件必须同时存在，不可或缺三、夏季结露的防止方法1、架空层防结露，地板脱离土地：架空地板对防止首层地面、墙面夏季结露有一定的作用。广东地区多把住宅首