建筑物理-热工学基础知识市公开课一等奖省赛课获奖课件

4/13/2024《建筑物理》

主讲人:南新军电话筑物理讲义第1页绪论建筑物理概述

一、为何要学习建筑物理知识？

二、建筑物理知识包含那些范围？

三、怎样经过建筑物理知识应用处理工程技术问题？

建筑物理讲义第2页《建筑物理》总课时理论课时其它适用专业64604建筑学

《建筑物理》是建筑学专业选修课，经过本课程教学，使学生把建筑艺术与建筑技术有机融为一体，使之掌握室内物理环境基本设计原理与方法、处理与设计相关技能和办法。它是建筑设计理论组成部分，而且为建筑设计和建筑创作提供必要基础。目标在于使学生了解并掌握建筑物中热环境、声环境、光环境设计基本知识，充分利用自然能源，确保室内环境质量，以满足人们生活质量不停提升要求。一、课程性质与目标建筑物理讲义第3页

第一章筑热工学基本知识

第二章围护结构传热原理及其计算

第三章建筑保温设计

第四章外围护结构湿情况

第五章建筑防热

第六章建筑日照

第七章建筑光学基础知识

第八章天然采光

第九章建筑照明

第十章建筑声学基础知识

第十一章室内声学原理

第十二章吸声材料与吸声结构

第十三章室内音质设计

第十四章噪声控制与建筑隔音

建筑物理试验8课时30课时12课时12课时二、课程教学内容：理论教学试验教学建筑物理讲义第4页三、课程教学基本要求：

1.要求学生在了解建筑传热、声音传输等物理规

律基础上，知道客观物理现象“是什么”？“为什么”？；

2.结合对应设计实践，知道“做什么”？“怎么做”？能利用理论知识处理设计中所碰到一些技术问题，以提升今后工作中后劲。

四、教学要求：

教学要求：经过学习，学生应很好掌握热工学、光学，了解声学相关基本理论知识，并能利用这些知处理工程实际问题，尤其是建筑节能设计问题。建筑物理讲义第5页五、与其它相关课程关系：

本课程前续课程，主要与建筑材料、建筑结构紧密联络，要求后续课程：住宅设计（保温、防热），影剧院设计、陈展馆（博物馆）设计相配合。

建筑物理讲义第6页第一篇建筑热工学

（32课时）

本篇主要内容：

建筑热工学基本知识

围护结构传热原理及其计算

建筑保温设计

外围护结构湿情况

建筑防热

建筑日照

建筑物理讲义第7页第一章建筑热工学基础知识

§1-1建筑中传热现象

热量传递称为传热，只要存在温差，就会有传热现象。

热传导几个方式：导热传热—分子热运动对流传热—相对位移辐射传热—电磁波

建筑物理讲义第8页建筑物理讲义第9页1-2围护结构传热基础知识

一、导热

概念：导热是指物体中有温差时因为直接接触物质质点

作热运动而引发热量传递过程。

固体——平衡位置不变质点振动

气体——分子无规则运动相互碰撞

液体——平衡位置间歇移动着分子振动

1.温度场、温度梯度和热流密度

温度t与空间坐标x，y，z和时间τ函数关系：

t=f（x，y，z，τ）（1-1）

温度场：在某一时刻物体内各质点温度分

布，称为温度场

等温面：温度场中同一时刻由相同温度连成

面叫“等温面”

温度梯度：

（1-2）

建筑物理讲义第10页热流密度:经过等温面上单位面积热量称为热流密度。设单位时间内经过等温面上微元面积dF[m2]热量为dQ[W]则热流密度可表示为：

(1-3)

由式（1－3)得：

或：(1-4)

假如热流密度在面积F上均匀分布，则热流量为：

(1-5)w/m2建筑物理讲义第11页2.傅立叶定律

法国数学物理学家傅立叶于1822年最先发觉提出导热规律：匀质材料物体内各点热流密度与温度梯度大小成正比，即

（1-6）

式中λ是个百分比常数，恒为正数，叫做材料导热系数。负号是表示热量传递只能沿温度降低方向进行。

3.导热系数

定义：当温度梯度为1ºC/m时，在单位时间内经过单位面积导热量。由式（1-6）

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

建筑物理讲义第12页

普通来说,λ以金属最大,非金属和液体次之,气体最小。工程上通常把导热系数小于0.25材料，作为绝热材料。材料种类气体液体建筑材料金属λ0.006~0.60.07~0.70.025~32.2~420导热系数λ还与温度相关，即：λ=λ0+bt

式中λ0——0ºC时导热系数b——试验测定常数二、对流对流传热只发生在流体之中。建筑物理讲义第13页概念：温度不一样各流体之间发生相对运动、相互掺合而传递热能一个传热方式。分为两种：

自然对流——原来温度相同流体，因其中一部分受热（或冷）而产生温差，形成对流运动。

受迫对流——受外力作用迫使流体运动。在建筑热工中所包括主要是空气沿围护结构表面流动时，与壁面之间所产生热交换过程（表面对流换热），包含：

1）空气流动时所引发对流传热；2）空气分子间和相接触空气分子与壁面分子之间导热对流换热量可用牛顿公式：(1-8)Qc——对流换热强度t——流体温度ac——对流换热系

——固体表面温度w/m2w/(m2.k)建筑物理讲义第14页1.自然对流（指围护结构内表面）

垂直表面（1-9）

水平表面（热流由下而上）（1-10）

水平表面（热流由上而下）（1-11）

上式中是壁面与室内空气温度差

下面讨论对流换热系数2.受迫对流

内表面外表面（1-12）（1-13）式中是气流速度，m/s建筑物理讲义第15页三、辐射概念：与导热和对流在机理有本质区分，它是以电磁波形式传递热能，凡是温度高于绝对零度物体都存在辐射。

1.物体辐射特征

黑体：能发射全波段热辐射，在相同温度条件下，辐射能力最大。建筑物理讲义第16页灰体：其辐射光谱含有与黑体辐射光谱相同形状，且对应每一波长单色辐射力与同温同波长黑体比值为一常数，即比值称为“发射率”或“黑度”非灰体:其辐射光谱含有与黑体光谱截然不一样,甚至有只能发射一些波长辐射线。

普通建筑材料都可看作灰体。

斯蒂芬—波尔兹曼定律：

黑体和灰体全辐射能力与其表面绝对温度四次幂成正比。即：（1-14）（1-15）C—物体辐射系数w/(m2.k4)T—物体表面绝对温度,K黑体辐射系数Cb=5.68是由试验测得建筑物理讲义第17页由式（1-14）可得灰体辐射系数：(1-16)2.物体表面对外来辐射吸收与反射特征任何物体不但含有向外发射热辐射能力，而且对外来辐射含有吸收和反射特征，一些物体还含有透射特征。(1-18)建筑物理讲义第18页3.物体之间辐射换热换热量按下式计算：或（1-19）从上式能够看出，换热量与表面温度相关。建筑物理讲义第19页第一章建筑热工学基础知识§1-2围护结构传热基础知识四、围护结构传热过程普通要经过三个过程1）表面吸热2）结构本身传热3）表面放热建筑物理讲义第20页严格地讲，每一传热过程都是三种基本传热方式综合过程。

1.表面换热建筑物理讲义第21页2.结构传热平壁——厚度尺寸比另外两个方向尺寸小多构件称为平壁。单一材料组成平壁叫做单层平壁。在工程上仅对均匀材料进行研究由式（1-6）得在单位时间内，经过单位面积热流——热流强度为：（w/m2）（1-21）建筑物理讲义第22页当平壁两侧温度不随时间改变时，此种传热称为:“稳定传热”。

建筑物理讲义第23页§1-3湿空气物理性质一、水蒸气分压力

湿空气—干空气和水蒸气混合物在温度、压力一定条件下，一定容积干空气所能容纳水蒸气量是有限，当水蒸气含量到达这一程度时，该湿空气叫做“饱和”。建筑物理讲义第24页

依据道尔顿分压定律，湿空气压力等于干空气分压力和水蒸气分压力之和，即

处于饱和状态湿空气中水蒸气所展现压力叫做“饱和水蒸气压”或最大水蒸气分压力，用PS表示PS与温度关系:建筑物理讲义第25页二、空气湿度概念：表示空气干湿程度。水蒸气实际分压力可近似按下式表示:（1-23）（1-24）

相对湿度：在一定温度、一定大气压力下，湿空气绝对湿度f与同温同压下饱和水蒸气量fmax百分比。建筑物理讲义第26页相对湿度也可用公式：（1-25）三、露点温度td概念:原来不饱和空气，因温度降低而到达饱和状态，这一特定温度称为露点温度。建筑物理讲义第27页【例题】已知室内空气温度t=20°C,相对湿度φ=60.5%,试求该室空气露点温度td。[解]首先应求出该居室实际水蒸气分压力P,从附录2中查得Ps=2337.1Pa；由式（1-25）得P=PSφ=2337.1x60.5%=1413.9Pa

从附录2中查得Ps=1413.9Pa对应温度td=12.15°C建筑物理讲义第28页§1-4室内热环境室内环境包含：一、室内热环境组成要素及对人体热舒适影响组成要素：空气温度、空气湿度、气流速度、环境辐射温度建筑物理讲义第29页

热平衡公式：

=0时，体温恒定不变；>0时，体温上升；<0时，体温下降。qm—