建筑物理：室内热环境

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。
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”。
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）
由能量守恒： Ir Ia It Io
或
Ir Ia It 1 Io Io Io
h h h 1
透射系数 吸收系数
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。
热环境的综合评价
略
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
温度
T=t+273.16 F=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，
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。
不同状态的物质导热系数相差很大
材料 气体
导热系数 W/(m•K) 0.006~0.6
特点 最小
液体
0.07~0.7
次之
金属
2.2~420
最大
非金属
0.3~3.5
常用建材
保温隔热材料
<0.25
矿棉、泡沫塑料、 珍珠岩、蛭石等
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。
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。
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：
q1

1
d1
( i
2)
q2

2
d2Biblioteka ( 23)q3
3
d3
(3
e)
稳定导热条件下有： q q1 q2 q3

由以上四式解得： q
d1
i e
d2 d3

i e
R1 R2 R3
反射系数
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。
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。
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。
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。
(a)为某地夏季七月的风向频率分布；(b)为各方位的风速。
3. 气温: 气温：指空气的温度。一般气象学上所指气温是距地面
1.5m 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。
2-3 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。
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：
各地区建筑物的形式、风格受气候条件的影响。
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。
1. 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
因散射而反射 云反射 5
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。
Q
d ( i
e
)
F
单位时间内通过单位面积的热流量，称为热流强度。
q


d
(i
e)
i
e
d
i
e
R

（7-3）
说明：
热阻 R d ：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。
导热系数 ：当材料层单位厚度内的温差为 10C 时，在
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？
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？

dj
j
)
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.
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：
qc

ac (

t)


1
t

t
Rc
ac
对流换热系数
对流换热热阻
确定对流换热系数 ac ：
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：
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
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）。
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：
传热有三种基本方式（如图7-1）： 1. 导热 2. 对流 3. 辐射
实际传热过程 温度场
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。
1 2 3
（7-4）

n层多层壁的导热计算公式：
q

1

n
n1
Rj
j 1
各层接触面的温度：
2
1

q
d1
1
3
2
q d2
2

1

q(
d1
1
d2 )
2
多层壁内第 j 层与第 j 1层之间接触面温度：
j1
1

q( d1
1

d2
2
建筑物理
建筑热工学 建筑 光学 建筑声学
主讲人： 王振彪
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。
物理环境概论
建筑热环境 建筑光环境 建筑声环境
影响太阳辐射强
21
地
度的因素：太阳高
地面反射 6
面
吸
度角、大气透明度、 总反射：32
收 50
地理纬度、云量和
被气体分子 与尘埃吸收15
云吸收 3 总吸收：68
海拔高度等。
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。
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.