建筑物理模板课件

建筑物理建筑热工学建筑光学建筑声学主讲人：xx1谢谢欣赏2019-9-5建筑物理建筑热工学主讲人：xx1谢谢欣赏2019-9教学安排建筑物理共64学时。教材：《建筑物理》，东南大学柳孝图。教学内容以教材为主，适当删减或补充，讲课次序不一定全按教材。考试内容以讲课和作业为准，请同学适当做好笔记。考试：闭卷考试。2谢谢欣赏2019-9-5教学安排建筑物理共64学时。2谢谢欣赏2019-9-5物理环境概论建筑热环境建筑光环境建筑声环境3谢谢欣赏2019-9-5物理环境概论建筑热环境3谢谢欣赏2019-9-5建筑热环境室内温度、湿度、通风如何满足人的舒适性要求？围护结构的保温、防热机理和措施？墙体内部冷凝现象的研究以及预防措施？节能建筑的原则？室内通风？建筑日照，太阳能的利用？4谢谢欣赏2019-9-5建筑热环境室内温度、湿度、通风如何满足人的舒适性要求？4谢谢建筑光环境光照的度量及视觉特征？建筑的采光标准及措施？室内照明？各类电光源、灯具发光原理、发光特性及使用？5谢谢欣赏2019-9-5建筑光环境光照的度量及视觉特征？5谢谢欣赏2019-9-5建筑声环境人的听觉特性（频率特性、定位、哈斯效应等）？建筑内音质的控制？噪声控制？隔声？6谢谢欣赏2019-9-5建筑声环境人的听觉特性（频率特性、定位、哈斯效应等）？6谢谢第1.1章室内热环境第1.2章建筑热工学基本知识第1.3章建筑保温第1.4章建筑防热第1.5章建筑日照与遮阳7谢谢欣赏2019-9-5第1.1章室内热环境7谢谢欣赏2019-9-5第1.1章室内热环境8谢谢欣赏2019-9-5第1.1章室内热环境8谢谢欣赏2019-9-5室内气候对人体的影响主要表现在冷热感。冷热感取决于人体新陈代谢产生的热量和人体向周围环境散热量之间的平衡关系，如图。体温恒定；体温上升；体温下降。qr:人体与环境辐射换热率qw:人体蒸发散热率qm:人体新陈代谢产热率qc:人体与环境对流换热率室内热环境9谢谢欣赏2019-9-5室内气候对人体的影响主要表现在冷热感。冷热感所谓按正常比例散热，指的是对流换热约占总散热量的25-30

，辐射散热约为45-50

，呼吸和无感觉蒸发散热约占25-30

，处于舒适状况的热平衡，可称之为“正常热平衡”。10谢谢欣赏2019-9-5所谓按正常比例散热，指的是对流换热约占总散热各地区建筑物的形式、风格受气候条件的影响。11谢谢欣赏2019-9-5各地区建筑物的形式、风格受气候条件的影响。11谢谢欣赏20112谢谢欣赏2019-9-512谢谢欣赏2019-9-513谢谢欣赏2019-9-513谢谢欣赏2019-9-5室外热环境：构成室外热环境的主要气候因素：太阳辐射、温度、湿度和风等。14谢谢欣赏2019-9-5室外热环境：构成室外热环境的主要气候因素：14谢谢欣赏2011.太阳辐射:

太阳辐射是房屋外部的主要热源：

如图：太阳辐射图解到达地面的太阳辐射又可分为：直接辐射和散射辐射。进入大气上界的太阳辐射100被气体分子与尘埃吸收15云吸收3因散射而反射5云反射21地面反射6总反射：32总吸收：68地面吸收50影响太阳辐射强度的因素：太阳高度角、大气透明度、地理纬度、云量和海拔高度等。15谢谢欣赏2019-9-51.太阳辐射:太阳辐射是房屋外部的主要热源：进入大2.风风：就是大气的流动。大气环流是各地气候差异的原因。风的种类：

季候风：由大气环流形成的风，在一年内随季节不同而有规律变换方向。例如：我国气候特点之一就是季风性强。地方风：由于地面上水陆分布，地势起伏，表面覆盖等地方性条件不同而引起小范围内的大气环流。如：水陆风，山谷风，庭院风，巷道风，这些都是由于局部受热不均而引起的，其特点是日夜交替变向。16谢谢欣赏2019-9-52.风风：就是大气的流动。大气环流是各地气候差异风的描述：风通常是以水平运动为主的空气运动。风的描述包括风向和风速。风玫瑰图能直观反映一个地方的风速和风向。如下图。(a)为某地夏季七月的风向频率分布；(b)为各方位的风速。17谢谢欣赏2019-9-5风的描述：17谢谢欣赏2019-9-53.气温:气温：指空气的温度。一般气象学上所指气温是距地面高处的空气温度。影响气温的主要因素：入射到地面上的太阳辐射热量，地形与地表面的覆盖以及大气环流的热交换作用等。其中，太阳辐射起决定作用。气温变化：四季变化（年变化）、日变化和随地理纬度的变化。18谢谢欣赏2019-9-53.气温:气温：指空气的温度。一般气象学上所指气温是4.空气湿度:空气湿度：表示大气湿润程度。一般用相对湿度表示。相对湿度的日变化通常与气温的日变化相反：如图11-1我国各地的相对湿度：受海洋气候影响，南方大部分地区相对湿度一年内夏季最大，秋季最小；华南和东南沿海一带因春季海洋气团入侵，且此时温度还不高，形成较大相对湿度，大约以3-5月为最大，秋季最小，南方地区在夏季之交气候潮湿，室内地面常出现泛潮现象。19谢谢欣赏2019-9-54.空气湿度:空气湿度：表示大气湿润程度。一般用相对5.降水:指从地球表面蒸发出去的大量水汽进入大气层，经凝结后又降到地面上的液态或固态水分。如：雨、雪、冰、雹等。20谢谢欣赏2019-9-55.降水:指从地球表面蒸发出去的大量水汽进入大气层热环境的综合评价略21谢谢欣赏2019-9-5热环境的综合评价略21谢谢欣赏2019-9-5第1.2章建筑热工学基本知识2-1传热的基本方式2-2围护结构的传热过程2-3湿空气的物理性质22谢谢欣赏2019-9-5第1.2章建筑热工学基本知识2-1传热的基本方式22谢温度T=t+273.16F=32+9/5t温度：分子平均平动动能。绝对温标k，绝对零度，水的三相点，温度计，超导。23谢谢欣赏2019-9-5温度T=t+273.1623谢谢欣赏2019-9-5国际单位制SI基本单位24谢谢欣赏2019-9-5国际单位制SI基本单位24谢谢欣赏2019-9-57-1传热的基本方式传热的特点：传热发生在有温度差的地方，并且总是自发地由高温处向低温处传递。

实际传热过程温度场传热有三种基本方式（如图7-1）：1.导热2.对流3.辐射25谢谢欣赏2019-9-57-1传热的基本方式传热的特点：传热发生在有温度差的地方一、导热：（传热）定义：指温度不同的物体直接接触时，靠物质微观粒子（分子、原子、自由电子等）的热运动引起的热能转移现象。导热可在固体、液体、和气体中发生，但只有在密实的固体中才存在单纯的导热过程。在建筑热工学中，大量课题涉及非金属固体材料的导热，有时也涉及空气、水分或金属导热问题。26谢谢欣赏2019-9-5一、导热：（传热）定义：指温度不同的物体直接接触时，靠物质微二、对流：定义：对流只发生在流体中，是因温度不同的各部分流体之间发生相对运动，互相掺合而传递热能的。促使流体产生对流的原因：1.本来温度相同的流体，因其中某一部分受热（或冷却）而产生温度差，形成对流运动，称为“自然对流”。2.因受外力作用（如风吹、泵压等）迫使流体产生对流，称为“受迫对流”。工程上遇到的一般是流体流过一个固体壁面时发生的热量交换过程，称为“对流换热”。单纯的对流换热不存在，总伴随有导热发生。27谢谢欣赏2019-9-5二、对流：定义：对流只发生在流体中，是因温度不同的各部分流体三、辐射：定义：辐射指依靠物体表面向外发射热射线（能产生显著效应的电磁波）来传递能量的现象。自然界中凡温度高于绝对零度（0K）的物体，都能发射辐射热，同时，也不断吸收其它物体投射来的辐射热。特点：辐射换热时有能量转化：热能--

辐射能-

热能参与换热的物体无须接触。如图，辐射热的反射、吸收与透射。例：普通窗玻璃的保温能力、吸热玻璃28谢谢欣赏2019-9-5三、辐射：定义：辐射指依靠物体表面向外发射热射线（能产生显著

实际传热过程：例：冬季，室内通过外墙向室外传热是包含三种基本传热方式的复杂过程。如图所示：对流辐射导热对流辐射29谢谢欣赏2019-9-5实际传热过程：例：冬季，室内通过外墙向室外传热是包含三

温度场：热量传递的动力是温度差，研究传热时必须知道物体的温度分布。对某一物体或某一空间来说，某一瞬时，物体内各点的温度总计叫温度场。物体内各点温度不随时间变化，称为稳定温度场；反之，则为不稳定温度场。在稳定温度场内发生的热量传递过程为稳定传热过程；在不稳定温度场内发生的热量传递过程为不稳定传热过程。30谢谢欣赏2019-9-5温度场：热量传递的动力是温度差，研究传热时必须知道物体的温2-2围护结构的传热过程一、平壁导热

二、对流换热

三、辐射换热31谢谢欣赏2019-9-52-2围护结构的传热过程一、平壁导热

二、对流换热

三、一、平壁导热：定义：指通过围护结构材料传热。经过单层平壁导热经过多层平壁导热32谢谢欣赏2019-9-5一、平壁导热：定义：指通过围护结构材料传热。32谢谢欣赏20经过单层平壁导热：设一单层匀质平壁（如图7-2），厚d平壁内、外温度为θi

、θe（设θi>θe,且均不随时间变化）。单位时间内通过单位面积的热流量，称为热流强度。（7-3）这是一稳定导热问题，实践证明，通过壁体的热流量Q满足下面关系式：33谢谢欣赏2019-9-5经过单层平壁导热：设一单层匀质平壁（如图7-2），厚d平热阻：在同样温差条件下，热阻越大，通过材料层的热量越少；增加热阻的方法：加大平壁厚度或选用导热系数小的材料。说明：导热系数：当材料层单位厚度内的温差为10C时，在1小时内通过1m2

表面积的热量。影响的最大因素是：容重和湿度。34谢谢欣赏2019-9-5热阻：在同样温差条件下，热阻越大，不同状态的物质导热系数相差很大35谢谢欣赏2019-9-5不同状态的物质导热系数相差很大35谢谢欣赏2019-9-5作业:某钢筋混凝土墙(λ=1.74W/mk)厚20cm,内表面温度25℃,外表面温度40℃,求通过墙体的热流强度,并图示温度分布.要求在课堂内完成.36谢谢欣赏2019-9-5作业:某钢筋混凝土墙(λ=1.74W/mk)厚20cm,内经过多层平壁导热：设三层材料组成多层壁（如图7-3），各材料层之间紧密配合，各层厚为d1、d2、d3，导热系数分别为

1、

2、

3，平壁内、外温度为

i、

e（设

i>

e,且均不随时间变化），可用

2、

3表示层间接触面的温度。37谢谢欣赏2019-9-5经过多层平壁导热：设三层材料组成多层壁（如图7-3），各材料将多层壁视为三个单层壁，分别算出通过每层壁的热流强度为：稳定导热条件下有：由以上四式解得：（7-4）38谢谢欣赏2019-9-5将多层壁视为三个单层壁，分别算出通过每层壁的热流强度为：稳定n层多层壁的导热计算公式：各层接触面的温度：多层壁内第层与第层之间接触面温度：39谢谢欣赏2019-9-5n层多层壁的导热计算公式：各层接触面的作业某砖墙(λ=1.1W/mk)厚24cm,外侧保温材料(λ=0.2W/mk)厚5cm,内侧抹灰(λ=0.8W/mk)厚度0.5cm。内表面温度25℃,外表面温度-10℃,求通过墙体的热流强度,并图示温度分布.要求在课堂内完成.40谢谢欣赏2019-9-5作业某砖墙(λ=1.1W/mk)厚24cm,外侧保温材料(λ二、对流换热：层流边界层：由于摩擦力作用，在紧贴固体壁面处有一平行于固体壁面流动的流体薄层，叫“层流边界层”。对流换热系数对流换热热阻对流换热过程：（如图7-4）倾斜直线区—层流边界层；抛物线区—流体核心部分

；水平线区—过度区。对流换热计算公式：41谢谢欣赏2019-9-5二、对流换热：层流边界层：由于摩擦力作用，在紧贴固体壁面处有确定对流换热系数：对流换热系数包含了影响对流换热强度的一切因素。建筑热工学中常遇到的对流换热问题都是指固体壁面与空气间的换热，据具体情况选用表7-1公式：42谢谢欣赏2019-9-5确定对流换热系数：三、辐射换热：本质：物体表面向外辐射出的电磁波在空间传播；电磁波的波长可从到数公里；不同波长的电磁波落到物体上可产生各种不同的效应（如图7-5）；红外线：波长范围；热射线：波长范围；热辐射：热射线的传播过程。1、辐射换热的本质和特点：43谢谢欣赏2019-9-5三、辐射换热：本质：物体表面向外辐射出的电磁波在空间传播；电特点：（1）辐射换热中伴随有能量形式的转化：一物体内能电磁波另一物体内能；（2）电磁波可在真空中传播，故辐射换热不需有任何中间介质，也不需冷热物体直接接触；（3）一切物体，不论温度高低都在不停地对外辐射电磁波，辐射换热是两物体互相辐射的结果。高温低温44谢谢欣赏2019-9-5特点：45谢谢欣赏2019-9-545谢谢欣赏2019-9-5物体对外来射线的反应遵循与可见光相同的规律。设有能量为I0

的热射线投射到物体表面，则其中Ir

被反射，Ia

被吸收，It

可能透过物体。（如图7-6）2、辐射能的吸收、反射和透射：反射系数吸收系数透射系数由能量守恒：或46谢谢欣赏2019-9-5物体对外来射线的反应遵循与可见光相同的规律。设有能量为一般，固体和液体都是不透明的，即

h

=0因此

h+h=1所以，凡是善于反射的物体一定不善于吸收（磨光的铝、镍鉻板、研磨的黄铜

h

＝0.02～0.04〕，反之亦然。严格说，物体对不同波长的外来辐射的吸收、反射及透射的性能不同。绝对白体（简称白体）：能将外来辐射全部反射的物体；绝对黑体（简称黑体）：能将外来辐射全部吸收的物体；绝对透明体（透热体）：能将外来辐射全部透过的物体。47谢谢欣赏2019-9-5一般，固体和液体都是不透明的，即h=02-3平壁的稳定传热计算传热过程：室内、外热环境通过围护结构而进行的热量交换过程，包含导热、对流及辐射方式的换热，是一种复杂的换热过程。稳定传热过程：温度场不随时间而变的传热过程。48谢谢欣赏2019-9-52-3平壁的稳定传热计算传热过程：室内、外热环境通过围护如图，设由三层平壁组成的围护结构，平壁厚度分别为d1、d2、d3，导热系数分别为

1、

2、

3，围护结构两侧空气及其它物体表面温度分别为ti、te（设ti>te），室内通过围护结构向室外传热的整个过程要经过三个阶段：2）平壁材料层的导热：1）内表面吸热：3）外表面的散热：49谢谢欣赏2019-9-5如图，设由三层平壁组成的围护结构，平壁厚度分别为d1、d2）平壁材料层的导热：1）内表面吸热：内表面吸热是对流换热与辐射换热的综合过程。50谢谢欣赏2019-9-52）平壁材料层的导热：1）内表面吸热：3）外表面的散热：外表面的散热是平壁把热量以对流及辐射的方式传给室外空气及环境。讨论的问题属于一维稳定传热过程，则有联立上面四式得若写成热阻形式得51谢谢欣赏2019-9-53）外表面的散热：51谢谢欣赏2019-9-5内表面换热阻外表面换热阻52谢谢欣赏2019-9-5内表面换热阻外表面换热阻52谢谢欣赏2019-9-52-4、封闭空气间层的热阻：在空气间层中的传热过程中，导热、对流和辐射三种传热方式都存在，其传热过程包括对流换热和辐射换热（如图）空气间层中的热阻主要取决于间层两个界面上的边界层厚度和界面之间的辐射换热程度。53谢谢欣赏2019-9-52-4、封闭空气间层的热阻：在空气间层中的传热过程中，导热、在有限空间内的对流换热强度与间层的厚度、间层的设置方向和形状、间层的密闭性等因素有关。（如图8-4）54谢谢欣赏2019-9-5在有限空间内的对流换热强度与间层的厚度、间层的设置方向和形状通过间层的辐射换热量与间层表面材料的辐射性能和间层的平均温度高低有关。图8-5，说明空气间层内，在单位温差下通过不同传热方式所传递的各部分热量的分配情况。对于普通空气间层，在总的传热量中，辐射换热占的比例很大。因此，要提高空气间层的热阻，首先要设法减少辐射传热量。55谢谢欣赏2019-9-5通过间层的辐射换热量与间层表面材料的辐射性能和间层的平均温度在实际设计计算中，空气间层的热阻一般采用表8-2和表8-3所示计算数据。减少辐射换热量，最有效的是在间层壁面吐贴辐射系数小的反射材料，目前采用的主要是铝箔。56谢谢欣赏2019-9-5在实际设计计算中，空气间层的热阻一般采用表8-2和表8-3所57谢谢欣赏2019-9-557谢谢欣赏2019-9-5例题P108试计算某屋顶结构的热阻（冬）58谢谢欣赏2019-9-5例题P108试计算某屋顶结构的热阻（冬）58谢谢欣赏20钢筋混凝土：=1.74(W/mK)加气混凝土：=0.19(W/mK)水泥砂浆：=0.93(W/mK)油毡防水层：=0.17(W/mK)注意：全部采用国际单位。1、由附录4查各种材料的导热系数59谢谢欣赏2019-9-5钢筋混凝土：=1.74(W/mK)1、由附录4查各种材2、求各层热阻(1)钢筋混凝土空心板热阻R空：取计算单元，沿垂直热流方向分三层计算。R1=R3=0.035/1.74=0.02(m2K/W)空气间层由空气层、钢筋混凝土、填缝组成。空气间层热阻0.16(m2K/W),钢筋混凝土热阻0.13/1.74=0.075(m2K/W)砂浆部分热阻0.13/0.93=0.140(m2K/W)R空=0.02+0.13+0.02=0.17(m2K/W)60谢谢欣赏2019-9-52、求各层热阻(1)钢筋混凝土空心板热阻R空：R空=0.02(2)加气混凝土保温层热阻R气砼=0.08/0.19=0.421(m2K/W)（3）水泥砂浆抹平层热阻R砂浆=0.02/0.93=0.022(m2K/W)（4）油毡防水层热阻R油毡=0.01/0.17=0.059(m2K/W)61谢谢欣赏2019-9-5(2)加气混凝土保温层热阻61谢谢欣赏2019-9-53、屋顶结构总热阻内表面热转移阻Ri=0.11(m2K/W)外表面转移阻Re=0.05(m2K/W)总热阻R=0.11+0.17+0.421+0.022+0.059+0.05=0.832(m2K/W)62谢谢欣赏2019-9-53、屋顶结构总热阻内表面热转移阻62谢谢欣赏2019-9-58-3平壁内部温度的计算及图解法一、平壁内部温度的计算

二、壁体内部温度的图解法63谢谢欣赏2019-9-58-3平壁内部温度的计算及图解法一、平壁内部温度的计算

二一、平壁内部温度的计算：意义：围护结构的表面温度及内部温度也是衡量和分析围护结构热工性能的重要数据。为判断表面和内部是否会产生冷凝水，就需要对所设计的围护结构进行温度核算。64谢谢欣赏2019-9-5一、平壁内部温度的计算：意义：围护结构的表面温度及内部温度也以图8-1所示三层平壁结构为例。据稳定传热条件下，通过平壁的热流量与通过平壁各部分的热流量相等有，即解得壁体内表面温度为又据有65谢谢欣赏2019-9-5以图8-1所示三层平壁结构为例。据稳定传热条解得由此推知，对于多层平壁内任一层的内表面温度为66谢谢欣赏2019-9-5解得由此推知，对于多层平壁内任一层的内表面温度为66谢谢欣赏在稳定传热条件下，每一材料层内的温度分布是直线，在多层平壁中成一条连续的折线。材料层内的温度降落程度与各层的热阻成正比，材料层的热阻越大，在该层内的温度降落也越大。67谢谢欣赏2019-9-5在稳定传热条件下，每一材料层内的温度分布是直线，在多层平壁中二、壁体内部温度的图解法：根据：其中：、、和是常量，所以是变量的一次函数，若以热阻为横坐标画出壁体的截面图，则温度分布为一直线。68谢谢欣赏2019-9-5二、壁体内部温度的图解法：根据：其中：、、具体方法：（如图8-7）69谢谢欣赏2019-9-5具体方法：（如图8-7）69谢谢欣赏2019-9-5实际上，围护结构所受到的环境热作用，不论是室内或室外，都在随时间变化，因此，围护结构内部的温度和通过围护结构的热流量也必然随时间发生变化。这种传热过程叫不稳定传热。若外界热作用随着时间呈现周期性的变化，则出现周期性不稳定传热。在建筑热工中研究的变化热作用，都带有一定的周期波动性，如室外气温和太阳辐射热的昼夜、小时变化，在一段时间内可以近似地看作每天出现重复性的周期变化；冬天当采用间歇采暖时，室内气温也会引起周期性的波动。70谢谢欣赏2019-9-5实际上，围护结构所受到的环境热作用，不论是室内或室外，都在随玻璃窗的特性71谢谢欣赏2019-9-5玻璃窗的特性71谢谢欣赏2019-9-52-3湿空气的物理性质一、水蒸气分压力

二、空气湿度

三、露点温度72谢谢欣赏2019-9-52-3湿空气的物理性质一、水蒸气分压力

二、空气