建筑物理 热工学 第2章 建筑室内外热环境分析
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2建筑物理(热工学)_建筑室内热环境
Natural Ventilation Mechanical Ventilation
Control Control
Airconditioning
Based on human responses to complex environment
Thermal comfort
Great potential of energy conservation
胸部暴露0.47 胸部暴露
脸部暴露0.61 脸部暴露
背部暴露0.45 背部暴露
脸部吹风冷却效果最为显著 局部吹风不宜温度过低， 局部吹风不宜温度过低，否则容易造成冷热不均
局部加热冷却实验研究2 局部加热冷却实验研究
a 受试者希望放置相变材料的部位
b 受试者不希望放置相变材料的部位
局部加热冷却实验研究3 局部加热冷却实验研究
★
热感觉
空气温度 感觉 生理反应 健康
很热 热 暖 微暖 热中性（不冷不热） 热中性（不冷不热） 微凉 凉 冷 很冷
体内温度升高 减少活动量 减衣服 出汗 血管扩张 热： 皮肤温度升高 冷： 皮肤温度降低 血管收缩 寒战 加衣服 增加活动量 体内温度降低
★
人体热平衡
0 = qm − qw ± qr ± qc
1.0 200
-1 全身热可接受度 qseat / (W m )
全身热可接受度
0.6 0.2 100
2 夏季工况 R > 0.90 冬季工况 线性回归（所有工况）
1.0 R > 0.96 0.6 0.2 -0.2 -0.6
2
-0.2
0 -0.6
房间温度25℃ 房间温度35℃
房间温度28℃ 房间温度42℃
第二章 建筑室内热环境
Control Control
Airconditioning
Based on human responses to complex environment
Thermal comfort
Great potential of energy conservation
胸部暴露0.47 胸部暴露
脸部暴露0.61 脸部暴露
背部暴露0.45 背部暴露
脸部吹风冷却效果最为显著 局部吹风不宜温度过低， 局部吹风不宜温度过低，否则容易造成冷热不均
局部加热冷却实验研究2 局部加热冷却实验研究
a 受试者希望放置相变材料的部位
b 受试者不希望放置相变材料的部位
局部加热冷却实验研究3 局部加热冷却实验研究
★
热感觉
空气温度 感觉 生理反应 健康
很热 热 暖 微暖 热中性（不冷不热） 热中性（不冷不热） 微凉 凉 冷 很冷
体内温度升高 减少活动量 减衣服 出汗 血管扩张 热： 皮肤温度升高 冷： 皮肤温度降低 血管收缩 寒战 加衣服 增加活动量 体内温度降低
★
人体热平衡
0 = qm − qw ± qr ± qc
1.0 200
-1 全身热可接受度 qseat / (W m )
全身热可接受度
0.6 0.2 100
2 夏季工况 R > 0.90 冬季工况 线性回归（所有工况）
1.0 R > 0.96 0.6 0.2 -0.2 -0.6
2
-0.2
0 -0.6
房间温度25℃ 房间温度35℃
房间温度28℃ 房间温度42℃
第二章 建筑室内热环境
建筑物理——建筑热工学基本知识
第2章建筑热工学基本知识
2.1室内热环境
•本节要点：
1.人体热平衡；
2.室内热环境因素；
3.室内热环境评价。
2.1.1人体热平衡人Fra bibliotek与机器比较热能机:燃料产热做功散热
人体:食物产热生命活动散热
发热体,散热体,恒温体
人体热平衡:产热量=散热量人体健康基本条件
人体热平衡天平：
动态热平衡
人体具有热调节方式:生理调节环境变冷(热)
饱和水蒸气分压力Ps空气容湿能力气温
描述:风向,风来的方向
风速单位:m/s
类型: (1)大气环流(2)季风(3)地方风
2.2.2建筑热工设计气候分区
皮肤毛细血管收缩(膨胀)
血流量减少(增加)
皮肤温度下降(上升,出汗)
保持热平衡
主观调节活动衣服
2.1.2人体热感觉影响因素
散热方式环境因素得/失热
对流空气温度、空气流速人体温度>空气温度失热
辐射壁面温度同上
呼吸空气温度、湿度失热
蒸发无感觉蒸发
出汗
思考题：
•室内热环境因素中,通过建筑设计能够最有效改善的有哪些因素？
2.1室内热环境
•本节要点：
1.人体热平衡；
2.室内热环境因素；
3.室内热环境评价。
2.1.1人体热平衡人Fra bibliotek与机器比较热能机:燃料产热做功散热
人体:食物产热生命活动散热
发热体,散热体,恒温体
人体热平衡:产热量=散热量人体健康基本条件
人体热平衡天平：
动态热平衡
人体具有热调节方式:生理调节环境变冷(热)
饱和水蒸气分压力Ps空气容湿能力气温
描述:风向,风来的方向
风速单位:m/s
类型: (1)大气环流(2)季风(3)地方风
2.2.2建筑热工设计气候分区
皮肤毛细血管收缩(膨胀)
血流量减少(增加)
皮肤温度下降(上升,出汗)
保持热平衡
主观调节活动衣服
2.1.2人体热感觉影响因素
散热方式环境因素得/失热
对流空气温度、空气流速人体温度>空气温度失热
辐射壁面温度同上
呼吸空气温度、湿度失热
蒸发无感觉蒸发
出汗
思考题：
•室内热环境因素中,通过建筑设计能够最有效改善的有哪些因素？
建筑物理 建筑热环境
第一节 传热基本方式
导热
在建筑工程中，通常将固体材料组成的壁体内部的传 热看成是导热。
导热基本方程式：
q T1 T2 (T1 T2 ) d
T1 — 低温表面温度 T2 — 高温表明温度 q — 单位面积、单位时间的热流量（W / m 2）
— 壁体材料的导热系数（W /(m k )）
物体表面间的辐射换热量主要取 决于各表面温度、吸热和辐射热 的能力及其它们之间的相互位置 关系。 平均角系数（Ψ）：用于反映两 个表面之间的位置关系，只由两 表面的面积和相互位置之间的几 何关系确定，和辐射量的大小无 关。角系数值在0~1之间。
辐射
12 Q12 / Q1 21 Q21 / Q2
E C 1 Eb Cb
第一节 传热基本方式
克希荷夫定律
辐射
在一定温度下，物体对辐射热的吸收系数（ρn） 在数值上与其黑度ε相等。也就是说，物体辐射能力愈 大，它对外来辐射的吸收能力也愈大；反之亦然。 围护结构对太阳辐射的吸收率并不等于其黑度值。
第一节 传热基本方式
5、辐射换热计算
令R i 令R
1
Ri — 平壁内表面换热阻 R — 平壁的导热阻 Re — 平壁外表面换热阻
i
d
1
令R e
e
第二节 围护结构传热过程
q
稳定传热
1 1 (t i t e ) (t i t e ) K 0 (t i t e ) Ri R Re R0
总热阻R0 （m2 • k/ W）
第一节 传热基本方式
3、自然对流与受迫对流
对流
（1）自然对流换热。 由于流体冷热部分的密度不同而引起的流动。主 要受温差大小影响。 （2）受迫对流换热。 由于外力作用（如风吹，泵压）而迫使流体产生 对流。受迫对流包含了自然对流。主要受温差、风速 及固体表明粗糙度的影响。
建 筑 物 理2
垂直空气间层中，θ1>θ2
– 当间层厚度较薄时
• 热气流和冷气流相互干扰， 形成局部环流，使边界层减薄。
– 当间层厚度很薄时(d<0.5cm)
• 气流的流动困难，气流近似为静 止，对流换热很弱
– 当间层厚度增加(d>10cm)
• 上升气流和下降气流干扰程度逐渐减小 当厚度达到一定程度时，就与自然对流 情况类似。
φ=0.93
R [
F1 F2 ... Fn F1 F2 Fn
(Ri Re )]
R0(1) R0(2)
R0(n)
[ 0.079 0.033 0.15]0.93 0.138(m2 K / W) 0.079 0.033 0.349 0.225
第一节 稳定传热
单面铝 箔空气 间层
热流向下（水平、倾斜） 热流向上（水平、倾斜） 垂直空气间层
0.16 0.28 0.43 0.51 0.57 0.60 0.64 0.15 0.25 0.37 0.44 0.48 0.52 0.54 0.16 0.26 0.35 0.40 0.42 0.42 0.43 0.14 0.20 0.28 0.29 0.30 0.30 0.28 0.16 0.26 0.39 0.44 0.47 0.49 0.50 0.15 0.22 0.31 0.34 0.36 0.37 0.37
• 由附录1查得，砖砌体的λ=0.81，石灰粉刷的 λ=0.81，钢筋混凝土的λ=1.74，水泥砂浆的 λ=0.93，油毡屋面的λ=0.17
• 由式得 • 砖墙的总热阻:
R0
0.11
0.02 0.81
0.24 0.81
0.04
0.471m2
– 当间层厚度较薄时
• 热气流和冷气流相互干扰， 形成局部环流，使边界层减薄。
– 当间层厚度很薄时(d<0.5cm)
• 气流的流动困难，气流近似为静 止，对流换热很弱
– 当间层厚度增加(d>10cm)
• 上升气流和下降气流干扰程度逐渐减小 当厚度达到一定程度时，就与自然对流 情况类似。
φ=0.93
R [
F1 F2 ... Fn F1 F2 Fn
(Ri Re )]
R0(1) R0(2)
R0(n)
[ 0.079 0.033 0.15]0.93 0.138(m2 K / W) 0.079 0.033 0.349 0.225
第一节 稳定传热
单面铝 箔空气 间层
热流向下（水平、倾斜） 热流向上（水平、倾斜） 垂直空气间层
0.16 0.28 0.43 0.51 0.57 0.60 0.64 0.15 0.25 0.37 0.44 0.48 0.52 0.54 0.16 0.26 0.35 0.40 0.42 0.42 0.43 0.14 0.20 0.28 0.29 0.30 0.30 0.28 0.16 0.26 0.39 0.44 0.47 0.49 0.50 0.15 0.22 0.31 0.34 0.36 0.37 0.37
• 由附录1查得，砖砌体的λ=0.81，石灰粉刷的 λ=0.81，钢筋混凝土的λ=1.74，水泥砂浆的 λ=0.93，油毡屋面的λ=0.17
• 由式得 • 砖墙的总热阻:
R0
0.11
0.02 0.81
0.24 0.81
0.04
0.471m2
01建筑热环境解析
（一）决定室内热环境的物理客观因素
室内空气温度、空气湿度、室内风速及壁面的平均辐射温度。室内热环境还 受室外热环境、室内热环境设备（空调、加热器）、室内其它设备（如灯 具、家用电器）的影响。
（二）室内热环境评价方法
⒈单一指标：使用室内空气温度作为热环境评价指标。 特点：简单、方便、但不完善。
⒉有效温度EP: (Effective Temperature) 特点：使用简单、不同环境和空调方案进行比较时得到了广泛的应用。 缺陷：没有考虑热辐射变化的影响。
（三）空气湿度
⒈ 湿度：空气中水蒸气的含量。通常使用相对湿度表示空气中的湿度。 ⒉变化规律：
年变化规律：最热月相对湿度最小，最冷月相对湿度最大，季风区例外。 日变化规律：晴天时，日相对湿度最大值出现在4：00~5：00左右，日相对 湿度最小值出现在13：00~15：00左右。
（四）风
（四）风
⒈ 风：指由大气压力差所引起的大气水平方向运动。 ⒉ 风的类型： ⑴ 大气环流：由于太阳辐射在地球上照射不均匀，使得赤道和两极之间出现
等温面:
温度场中同一时刻由温度相同的各点相连所形成的面， 使用等温面可以形象表示温度场内的温度分布。
不同温度的等温面绝不相交。
温度梯度：
温度差△ t与沿法线方向两个等温面之间距离△ n的比 值的极限。
热流密度（热流强度）： 单位时间内，通过等温面上单位面积的热量，单位为 w/m2。
热环境
室外热环境（室外热气候）
热工基本知识
? 平壁的稳定传热： 总之，在传热过程中材料的温度降落与各层的
热阻呈正比。
热工基本知识
? 热阻：反映热量通过平壁时遇到的阻 力。用R表示，R=d/λ .因此，因此材 料的厚度一定时，该材料的R与其λ 成 反比。 同样温度下，热阻越大，通过材料 层的热量就越少。 要想增加热阻，可以加大平壁的 厚度或选用热导率小的材料。
建筑物理
建筑热工学-建筑热环境分为室内热湿环境与室外热湿环境。
-1.1 室内热环境●室内热环境是指影响人体冷热感觉的环境因素。
房屋种类一类是以满足人体需要为主的；另一类是满足生产工艺或科学实验要求的。
●建筑热环境的设计目标是舒适，健康，高效。
●室内热环境构成要素是以人的热舒服程度为评价标准的。
室内热湿环境影响人体舒适度的主要因素：室内空气温度，空气湿度，气流速度，人体与周围环境之间的辐射换热。
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.△q=0时，人体处于热平衡状态，并不是人体舒适感的充分必要条件，因为各种热量之间可能有多种组合。
●只有当人体按正常比例散热的热平衡，才是最适宜的状况。
●当环境过热时，皮肤血管扩张，血流增多，皮肤温度升高，以增加散热量，甚至大量出汗使蒸发散热量变大，以争取新的热平衡，这时的热平衡叫做“负荷热平衡”，在负荷热平衡状态下，虽然△q=0，但人体已不在舒适状态。
●存在温差就会有传热现象，热能由高温传至低温。
●有三种：导热，对流和辐射。
建筑物的传热大多是三种方式综合作用的结果。
☐辐射：把热量以电磁波的形式从一个物体传向两一个物体。
凡是温度高于绝对零度的物体都可以发射同时也可以接受电磁波☐对流：流体与流体之间，流体与固体之间发生相对位移时，所产生的热量交换现象。
☐导热：同一物体内部或相互接触的两物体之间由于分子热运动，热量由高温处向低温转移的现象☐为了保持体温，人体不间断的向周围环境散发热量。
人体与室内环境的换热也是同时以辐射，对流，导热三种方式进行的。
☐人体的散热量决定于：室内空气温度，湿度，风速，围护结构表面的温度小结：室内热湿环境影响人体舒适度的主要因素有以上四点，可以使人体易于保持热平衡从而感到舒适的室内环境条件。
2.室内空气湿度3.室内空气湿度直接影响人体的蒸发散热，一般认为最适宜的相对湿度为50%～60%，在大多是情况下，即气温在16～25℃，相对湿度在30%～70%范围内变化，对人体的热感觉影响不大。
建筑物理 热工学 第2章 建筑室内外热环境分析
• 因此到达地面的太阳辐射能主要是可见光和近红外线部分， 即波长为0.4~2.5m部分的射线，此时太阳光谱发生变化， 辐射能量大大降低。
太 阳 波 谱
大气对太阳辐射的削弱程度还取决于射 线在大气中的射程长短及大气质量。
到达地面的太阳总辐射
太阳总辐射 太阳 大气 大气 直射辐射 散射辐射长波辐射
达到12.7C；而山东省的青岛市，夏季计算日 较差只有3.5C。我国多数地区的夏季计算日较 差在5～10C的范围内。
2.1.3 空气湿度
空气湿度是指空气中水蒸气的含量。这些 水蒸气来源于江河湖海的水面、植物及其他水 体的水面蒸发，一般以绝对湿度和相对湿度来 表示。
一天中绝对湿度比较稳定，而相对湿度有 较大的变化。有时即使绝对湿度接近于基本不 变，相对湿度的变化范围也可以很大，这是由 于气温的日变化引起的。
室内热环境的影响因素
室内热环境受很多因素的影响， 最主要的是室外气候，同时室内的 热环境设备或其他设备的使用以及 人体活动也会对室内热环境造成一 定影响。
2.2.2 人体热平衡和热舒适
人的机体在正 常条件下是一个恒 温体。为了维持这 种状态，人体必需 摄取食物产生热量， 并不停地与周围环 境进行热量交换。
2.1.1 日照基本知识
• 赤纬角 • 地方时 • 标准时 • 时角 • 太阳高度角 • 太阳方位角
地球绕太阳运行的规律
赤纬角
地球中心和太阳中心的连线与地球赤道平 面的夹角。赤纬角从赤道面算起，向北为正， 向南为负，显然，-23.5≤δ≤23.5。
23.4512sin(J 81) 1.02222
2.1.4 风
风是指由于大气压差 所引起的大气水平方向 的运动。地表增温不同 是引起大气压力差的主 要原因，也是风的主要 成因。
太 阳 波 谱
大气对太阳辐射的削弱程度还取决于射 线在大气中的射程长短及大气质量。
到达地面的太阳总辐射
太阳总辐射 太阳 大气 大气 直射辐射 散射辐射长波辐射
达到12.7C；而山东省的青岛市，夏季计算日 较差只有3.5C。我国多数地区的夏季计算日较 差在5～10C的范围内。
2.1.3 空气湿度
空气湿度是指空气中水蒸气的含量。这些 水蒸气来源于江河湖海的水面、植物及其他水 体的水面蒸发，一般以绝对湿度和相对湿度来 表示。
一天中绝对湿度比较稳定，而相对湿度有 较大的变化。有时即使绝对湿度接近于基本不 变，相对湿度的变化范围也可以很大，这是由 于气温的日变化引起的。
室内热环境的影响因素
室内热环境受很多因素的影响， 最主要的是室外气候，同时室内的 热环境设备或其他设备的使用以及 人体活动也会对室内热环境造成一 定影响。
2.2.2 人体热平衡和热舒适
人的机体在正 常条件下是一个恒 温体。为了维持这 种状态，人体必需 摄取食物产生热量， 并不停地与周围环 境进行热量交换。
2.1.1 日照基本知识
• 赤纬角 • 地方时 • 标准时 • 时角 • 太阳高度角 • 太阳方位角
地球绕太阳运行的规律
赤纬角
地球中心和太阳中心的连线与地球赤道平 面的夹角。赤纬角从赤道面算起，向北为正， 向南为负，显然，-23.5≤δ≤23.5。
23.4512sin(J 81) 1.02222
2.1.4 风
风是指由于大气压差 所引起的大气水平方向 的运动。地表增温不同 是引起大气压力差的主 要原因，也是风的主要 成因。
建筑物理-热学课件-第二章
绝对白体—将辐射热全部反射的 物体
绝对黑体—将辐射热全部吸收的 物体
绝对透明体（透热体）—将辐射 热全部透过的物体
建筑工程中，绝大多数材料都是 非透明体，即
h 0 rh h 1
因此，对辐射能反射越强的物体， 对辐射能的吸收越少。
（3）辐射本领、辐射系数、黑度
辐射本领—物体对外放射辐 射能的本领。
固体
导电固体——自由电子移动 非导电固体——相邻分子碰撞
液体——分子振动（平衡位置间歇移动） 气体——分子无规则运动时的相互碰撞
（2）平壁的导热
一维稳态导热的傅利叶公式
q 1 2
d
1
2
q —— 单位面积、单位时间的热流量，也叫热流
密度，W / m2 ；
—— 材料的导热系数，W /(m K )
灰体
E C( T )4 100
定义 E C
Eb Cb
为灰体的黑度
黑度—灰体的全辐射本领与同温度下黑体的全辐射本领的 比值，表示了灰体接近于黑体的程度。其值处于0-1之间。
黑体黑度为1，与同温度的其他灰体相比，辐射能力最强。
克希荷夫定律
一定温度下，物体对于热辐射的吸收系数在数值上等于其 黑度，即物体辐射能力越大，它对外来辐射的吸收能力也 越大；反之，辐射能力越小，吸收能力也越小。
辐射换热——取决于间层表面材 料的辐射系数（黑度）和间层中 间的温度状态。
曲线-1 静止空气的纯导热
曲线-2 间层内存在自然对流
曲线-2与3之间 间层的辐射换热量
曲线-3 空气间层的总换热量
曲线-4 间层的一个表面敷贴铝箔时的 总换热量
曲线-5 间层的两个表面敷贴铝箔敷贴 铝箔时的总换热量
可以看出，辐射换热占了总换热量的 70%以上。要减少空气间层的换热量， 必须重点减少辐射换热量。
绝对黑体—将辐射热全部吸收的 物体
绝对透明体（透热体）—将辐射 热全部透过的物体
建筑工程中，绝大多数材料都是 非透明体，即
h 0 rh h 1
因此，对辐射能反射越强的物体， 对辐射能的吸收越少。
（3）辐射本领、辐射系数、黑度
辐射本领—物体对外放射辐 射能的本领。
固体
导电固体——自由电子移动 非导电固体——相邻分子碰撞
液体——分子振动（平衡位置间歇移动） 气体——分子无规则运动时的相互碰撞
（2）平壁的导热
一维稳态导热的傅利叶公式
q 1 2
d
1
2
q —— 单位面积、单位时间的热流量，也叫热流
密度，W / m2 ；
—— 材料的导热系数，W /(m K )
灰体
E C( T )4 100
定义 E C
Eb Cb
为灰体的黑度
黑度—灰体的全辐射本领与同温度下黑体的全辐射本领的 比值，表示了灰体接近于黑体的程度。其值处于0-1之间。
黑体黑度为1，与同温度的其他灰体相比，辐射能力最强。
克希荷夫定律
一定温度下，物体对于热辐射的吸收系数在数值上等于其 黑度，即物体辐射能力越大，它对外来辐射的吸收能力也 越大；反之，辐射能力越小，吸收能力也越小。
辐射换热——取决于间层表面材 料的辐射系数（黑度）和间层中 间的温度状态。
曲线-1 静止空气的纯导热
曲线-2 间层内存在自然对流
曲线-2与3之间 间层的辐射换热量
曲线-3 空气间层的总换热量
曲线-4 间层的一个表面敷贴铝箔时的 总换热量
曲线-5 间层的两个表面敷贴铝箔敷贴 铝箔时的总换热量
可以看出，辐射换热占了总换热量的 70%以上。要减少空气间层的换热量， 必须重点减少辐射换热量。
一级建筑师（建筑物理与建筑设备）辅导：室外热环境（室外气候）
⼀、室外热环境(室外⽓候)室外热环境是指作⽤在外围护结构上的⼀切热物理量的总称，是由太阳辐射、⼤⽓温度、空⽓湿度、风、降⽔等因素综合组成的⼀种热环境。
建筑物所在地的室外热环境通过外围护结构将直接影响室内环境，为使所设计的建筑能创造良好的室内热环境，必须了解当地室外热环境的变化规律及特征，以此作为建筑热⼯设计的依据。
与室外热环境密切有关的主要因素如下：(⼀)太阳辐射1．太阳辐射能是地球上热量的基本来源，是决定室外热环境的主要因素。
2．太阳辐射的组成到达地球表⾯的太阳辐射分为两个部分，⼀部分是太阳直接射达地⾯的部分，称为直射辐射；另⼀部分是经过⼤⽓层散射后到达地⾯的部分，称为散射辐射。
3．太阳常数在太阳与地球的平均距离处，垂直于⼈射光线的⼤⽓界⾯单位⾯积上的辐射热流密度。
天⽂太阳常数(理论计算值)：I0＝1395．6W／㎡⽓象太阳常数(实测分析值)：I0＝1256W／㎡4．影响太阳辐射照度的因素⼤⽓中射程的长短，太阳⾼度⾓，海拔⾼度，⼤⽓质量。
5．太阳光谱太阳辐射能量主要分布在紫外线、可见光和红外线区域，其中97．8％是短波辐射，所以太阳辐射属于短波辐射。
(⼆)室外⽓温1．室外⽓温：指距地⾯1．5m处百叶箱内的空⽓温度。
2．变化规律室外⽓温由于受到太阳辐射的影响，它的年变化、⽇变化规律都是周期性的。
(1)年变化规律：由地球围绕太阳公转引起，形成⼀年四季⽓温变化，北半球⽓温出现在7⽉(⼤陆)或8⽉(沿海、岛屿)，最低⽓温出现在1⽉或2⽉。
(2)⽇变化规律：由地球⾃转引起。
⽇最低⽓温出现在6：00—7：00左右。
⽇⽓温出现在14：00左右。
(三)空⽓湿度1．湿度：空⽓中⽔蒸⽓的含量。
可⽤绝对湿度或相对湿度表⽰，通常使⽤相对湿度表⽰空⽓的湿度。
2．变化规律⼀般来说，某⼀地区在⼀定时间内，空⽓的绝对湿度变化不⼤，但由于空⽓温度的变化，使得空⽓中饱和⽔蒸⽓压随之变化，从⽽导致相对湿度变化强烈。
(1)年变化规律：最热⽉相对湿度最⼩，最冷⽉相对湿度，季风区例外。
柳孝图《建筑物理》(第3版)笔记和课后习题详解
柳孝图《建筑物理》（第3版）笔记和课后习题详解第1篇建筑热工学建筑热工学的任务是依照建筑热工原理，论述通过规划和建筑设计手段，防护或利用室内外气候因素，解决房屋的日照、保温、隔热、通风、防潮等问题，创造良好的室内气候环境并提高围护结构的耐久性。
第1章室内外热环境1.1 复习笔记一、室内热环境1．室内热环境组成要素（1）室内热环境主要由室内气温、湿度、气流及壁面热辐射等因素综合而成。
（2）各种室内微气候因素的不同组合，会形成不同的室内热环境。
2．人体热平衡与热舒适（1）热舒适热舒适是指人们对所处室内气候环境满意程度的感受。
人体对周围环境的热舒适程度主要反映在人的冷热感觉上。
（2）热平衡人们在某一环境中感到热舒适的必要条件是：人体内产生的热量与向环境散发的热量相等，即保持人体的热平衡。
人体与环境之间的热平衡关系可用下列公式表示：△q=qm±qc±qr－qw式中qm—人体产热量，W／m2；qc—人体与周围空气之间的对流换热量，W／m2；qr—人体与环境间的辐射换热量，W／m2；qw—人体蒸发散热量，W／m2；△q—人体得失的热量，W／m2。
从上式看出，人体与周围环境的换热方式有对流、辐射和蒸发三种，换热的余量即为人体热负荷△q。
△q值与人们的体温变化率成正比当△q>0时，体温将升高；当△q<0时，体温将降低。
当△q=0，人体新陈代谢产热量正好与人体在所处环境的热交换量处于平衡状态。
当达到热平衡状态时，对流换热约占总散热量的25％～30％，辐射散热量占45％～50％，呼吸和无感觉蒸发散热量占25％～30％时，人体才能达到热舒适状态，能达到这种适宜比例的环境便是人体热舒适的充分条件。
3．人体热平衡的影响因素（1）人体新陈代谢产热量qm①qm主要决定于人体的新陈代谢率及对外作机械功的效率。
②单位时间内人体新陈代谢所产生的能量，称为新陈代谢率，通常用符号m表示，单位为W/m2（人体表面积），1met=58.2W／m2。
建筑物理第二章传热学基本原理
材料属性划分：无机水合盐相变材料、有机相变蓄热材 和复合相变蓄热材料
结晶水和 盐
石蜡
多元醇
陶瓷基复合 材料
2.1常见无机水合盐相变材料
CaCl2· 2O的相变温度约在 26～ 6H CaCl2· 2O 29℃，熔解热为190 kJ/kg，不易分 6H 解，价格低，易得，安全无毒。 CaCl2· 2O 有严重的过冷问题 6H （其过冷度达 20℃）和对湿度的 敏感性，对应用不利。
6
1
太阳能方面
轻质建筑材料的热容 较低，不利于平抑室 内温度波动，而在其 建筑节能方面 中加入相变物质是解 5 决这一问题的有效方 法。
应 用 领 域
2
工业余热方面
电力调峰中
4
3
液化天然气冷能蓄冷中
在电力需求的波谷时段，可采用相变储能 复合材料蓄存由空调或制热设备产生的冷 量和热量，用于电力波峰时段
21
43
35
室外 上午11点 热量被用来加热墙体
室内
下午4点 任是加热墙体，少量进入室内
晚上9点 室外温度降低，热量往外流
(3)从介质到壁体表面及内部，温度波 动的相位逐渐向后推延。这种现象叫温度 波动的相位延迟，亦即从外到内各个面 出现最高温度的时间向后推延。（材料层
升温或降温，需要一定的时间供给或放出热量。）
一、导 热
定义：同一物体内部或直接接触的两物体之间由于有 温度差时，质点作热运动而引起的热能传递过程。
导热可在固体、液体和气体中发生，各自的导热机理不同。
绝大多数的建筑材料（密实固体）中的热传递为导热 过程。
2. 导热系数的意义及影响因素
导热系数（λ）：
指温度在其法线方向的变 化率为1℃/m时，
建筑物理(热)-2 建筑围护结构的传热原理及计算
→当针对产品、方法、符号、概念等基础标准时，一般采用“标准”，如《土工试验方法 标准》、《生活饮用水卫生标准》、《道路工程标准》、《建筑抗震鉴定标准》等； →当针对工程勘察、规划、设计、施工等通用的技术事项做出规定时，一般采用“规范”， 如：《混凝土设计规范》、《建设设计防火规范》、《住宅建筑设计规范》、《砌体工程 施工及验收规范》、《屋面工程技术规范》等； →当针对操作、工艺、管理等专用技术要求时，一般采用“规程”，如：《钢筋气压焊接 规程》、《建筑安装工程工艺及操作规程》、《建筑机械使用安全操作规程》等。 →在我国工程建设标准化工作中，由于各主管部门在使用这三个术语时掌握的尺度、习惯 不同，使用的随意性比较大，这是造成人们最难理解这三个术语的根本原因。
周期性 热作用
常用于空调房间 的隔热设计
单向
双向
常用于自然通风房 间的夏季隔热设计
2.建筑围护结构的传热原理与计算
本章仅讨论通过围护结构主体部分一
维的稳定传热和周期性不稳定传热问题。
打好基础，才 能解决更复杂 的问题！
2.建筑围护结构的传热原理及计算 2.1 稳定传热
2.1.1 一维稳定传热特征 2.1.2 平壁的导热和热阻
q1
i 2
1
θi
R1
θ2
R2
θ3
R3 θe
q
q
i e 1
d1
2
d2
3
d3
i e
θi
θ2
R1 R2 R3
θ3
θe
对于n层 d 3
平壁θn ?
R1 i e 从右侧算起也可！ λ λ2 R1 R2 R3 1 d1 d2 R3 R1 R2 i e 3 e i e 3 i R1 R2 R3 R1 R2 R3
周期性 热作用
常用于空调房间 的隔热设计
单向
双向
常用于自然通风房 间的夏季隔热设计
2.建筑围护结构的传热原理与计算
本章仅讨论通过围护结构主体部分一
维的稳定传热和周期性不稳定传热问题。
打好基础，才 能解决更复杂 的问题！
2.建筑围护结构的传热原理及计算 2.1 稳定传热
2.1.1 一维稳定传热特征 2.1.2 平壁的导热和热阻
q1
i 2
1
θi
R1
θ2
R2
θ3
R3 θe
q
q
i e 1
d1
2
d2
3
d3
i e
θi
θ2
R1 R2 R3
θ3
θe
对于n层 d 3
平壁θn ?
R1 i e 从右侧算起也可！ λ λ2 R1 R2 R3 1 d1 d2 R3 R1 R2 i e 3 e i e 3 i R1 R2 R3 R1 R2 R3
建筑物理课程ppt课件
12
第1篇 建筑热工学
1·2·3 平璧的周期性传热
谐波热作用及特征： 同周期性、振幅衰减性、相位延 迟性。
谐波热作用的有关热工指标：蓄热系数S（计算公 式改，按24小时周期）、热惰性指标D、材料 层表面Yf、总衰减度、延迟时间。
热惰性指标D 计算： D=D1+D2+D3+…= R1 ·S1 + R2 ·S2 + R3 ·S3 +…
毛细渗透方式。
围护结构水蒸气渗透强度：ω= （ Pi － Pe）/ H0
围 护 结 构 的 总 水 蒸 气 渗 透 阻 ： H0=H1+H2+H3
+…=d1 /μ1 + d2/ μ2 + d3/ μ3 +… ，例1.2-6 。
14
第1篇 建筑热工学
第1.3章 建筑保温与节能
基本内容： 1、建筑保温措施途径 2、建筑保温设计的最小传热阻R0,min 3、平均传热系数K、采暖建筑耗热量计算 4、保温构造类型和特点 5、围护结构湿状况控制
即温度随距离分布斜率不变；不同材质中，即不同导热 系数下的温度随距离分布斜率与该层的导热系数成反比。 围护结构（本身）热阻：R=R1+R2+R3+…= d1 / λ1 + d2/λ2 + d3/λ3 +… 围护结构内、外表面热阻：Ri、Re 围护结构的总热阻： R0=Ri+R+Re，例1.2-2、3、4
季防热 寒冷地区：应满足冬季保温，部分地区兼顾夏季防热 夏热冬冷地区：必须满足夏季防热，适当兼顾冬季保
温 夏热冬暖地区：必须充分满足夏季防热，一般可不考
虑冬季保温 温和地区：部分地区的建筑应考虑冬季保温，一般可
第1篇 建筑热工学
1·2·3 平璧的周期性传热
谐波热作用及特征： 同周期性、振幅衰减性、相位延 迟性。
谐波热作用的有关热工指标：蓄热系数S（计算公 式改，按24小时周期）、热惰性指标D、材料 层表面Yf、总衰减度、延迟时间。
热惰性指标D 计算： D=D1+D2+D3+…= R1 ·S1 + R2 ·S2 + R3 ·S3 +…
毛细渗透方式。
围护结构水蒸气渗透强度：ω= （ Pi － Pe）/ H0
围 护 结 构 的 总 水 蒸 气 渗 透 阻 ： H0=H1+H2+H3
+…=d1 /μ1 + d2/ μ2 + d3/ μ3 +… ，例1.2-6 。
14
第1篇 建筑热工学
第1.3章 建筑保温与节能
基本内容： 1、建筑保温措施途径 2、建筑保温设计的最小传热阻R0,min 3、平均传热系数K、采暖建筑耗热量计算 4、保温构造类型和特点 5、围护结构湿状况控制
即温度随距离分布斜率不变；不同材质中，即不同导热 系数下的温度随距离分布斜率与该层的导热系数成反比。 围护结构（本身）热阻：R=R1+R2+R3+…= d1 / λ1 + d2/λ2 + d3/λ3 +… 围护结构内、外表面热阻：Ri、Re 围护结构的总热阻： R0=Ri+R+Re，例1.2-2、3、4
季防热 寒冷地区：应满足冬季保温，部分地区兼顾夏季防热 夏热冬冷地区：必须满足夏季防热，适当兼顾冬季保
温 夏热冬暖地区：必须充分满足夏季防热，一般可不考
虑冬季保温 温和地区：部分地区的建筑应考虑冬季保温，一般可
第2章 建筑热工学
材料层 (m2· K/W) 水泥砂浆 多孔砖 厚度(m) 导热系数[W/(m· K)] 热阻 0.02 0.24 0.93 0.58 0.02 0.41
保温砂浆
0.02
0.29
0.07
0.50
R0= Ri+R+Re= 0.11+0.50+ 0.04=0.65 m2· K/W K=1/0.65=1.54 W/(m2· K)
0
D 2
Ate o e Aθi
总衰减倍数越大，说明围护结构抵抗室外气温波动的能力越强。
2、总延迟时间ξ
0
o if,max e,max
温度波穿过平壁时总延迟时间。
3、材料的蓄热系数 S 表示材料在周期性热作用下蓄存热量或放出热量的能力
2 sT c Aθ T Aq
1、导热
2、 对流
固、气、液
气、液
3、辐射
无需介质
传热量:
Q
单位:W ;
q
单位:W/m2
传热形式: 稳定传热: 各点温度不随时间变化 能量守恒, 即任意封闭空间 Q进=Q出 非稳定传热: 温度随时间变化 周期性传热: 温度随时间周期性变化
2 . 1 . 1 导热 温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触而发 生的热量传递现象。可发生在各种状态的物体中。 导热基本方程式：(傅立叶定律） T1 T2
影响因素: (2) 干密度 材料名称 加气混凝土
[W／(m· K)]
0.019 0.22
密度(kg/m3) 500 700
玻璃棉与密度的关系 最佳干密度：对应于 该干密度下，材料具有最 小的导热系数。
影响因素: (3) 湿度
随材料湿度增大而显著增大
保温砂浆
0.02
0.29
0.07
0.50
R0= Ri+R+Re= 0.11+0.50+ 0.04=0.65 m2· K/W K=1/0.65=1.54 W/(m2· K)
0
D 2
Ate o e Aθi
总衰减倍数越大，说明围护结构抵抗室外气温波动的能力越强。
2、总延迟时间ξ
0
o if,max e,max
温度波穿过平壁时总延迟时间。
3、材料的蓄热系数 S 表示材料在周期性热作用下蓄存热量或放出热量的能力
2 sT c Aθ T Aq
1、导热
2、 对流
固、气、液
气、液
3、辐射
无需介质
传热量:
Q
单位:W ;
q
单位:W/m2
传热形式: 稳定传热: 各点温度不随时间变化 能量守恒, 即任意封闭空间 Q进=Q出 非稳定传热: 温度随时间变化 周期性传热: 温度随时间周期性变化
2 . 1 . 1 导热 温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触而发 生的热量传递现象。可发生在各种状态的物体中。 导热基本方程式：(傅立叶定律） T1 T2
影响因素: (2) 干密度 材料名称 加气混凝土
[W／(m· K)]
0.019 0.22
密度(kg/m3) 500 700
玻璃棉与密度的关系 最佳干密度：对应于 该干密度下，材料具有最 小的导热系数。
影响因素: (3) 湿度
随材料湿度增大而显著增大
建筑物理热工的基本知识
整理ppt
5
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。
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6
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。
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18
2-3 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
整理ppt
19
一、水蒸气分压力：
湿空气：指干空气与水蒸气的混合物。
l 道尔顿分压定律：Pw Pa e
l 在温度和压力一定的条件下，一定容积的干空气所能容纳 的水蒸气量是有一定限度的。 水蒸气的含量未达到限度的湿空气，叫未饱和湿空气；达 到限度时则叫饱和湿空气。
整理ppt
4
4. 风 风指由大气压力差所引起的大气水平方向的运动。
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。
l 相对湿度：一定温度和大气压下，湿空气的绝对湿度与同 温同压下的饱和蒸气量的百分比。 表示为φ=f/f max X100%
整理ppt
21
三、露点温度：
露点温度：（设不人为地增加或减少空气含湿量，而只用 干法加热或降温空气） 某一状态的空气，在含湿量不变
的情况下，冷却到它的相对湿度 100时0所0 对应的温
建筑物理—建筑热环境分析
室内最适宜的温度是20 ℃ ~24 ℃。在人工空调环境下，冬季 控制在16 ℃~22 ℃，夏季控制在24℃~28 ℃，能耗比较经济， 同时又比较舒适。
温度场的垂直和水平分布对人的舒适性也产生影响。
1.1.3.1 环境物理状况
空气湿度
空气湿度是指空气中含有水蒸气的量。 在舒适性方面，湿度直接影响人的呼 吸器官和皮肤出汗，影响人体的蒸发 散热。
本课程的知识结构
• 第三部分基于设计的考虑，将围护结构分解为屋 顶、墙面、门窗、楼地面，分别讨论其热工与节 能设计方法；
• 第四部分是基于未来的考虑，着重讨论建筑与能 源的问题，对太阳与建筑的关系、自然通风、在 建筑设计中利用可再生能源来改善热舒适性等问 题进行了专门讨论，并在最后对建筑的未来进行 了关注，倡导一种有利于人类健康和生态效益的 可持续发展的建筑观。
热舒适的瞬感现象。在冬季，当人 进入阳光暖照的房间时立即就感到 温暖，这是温室效应的辐射和瞬感 现象综合作用的结果。人的热调节 机制能够用调节皮肤和血液温度的 方法预感出最终情况。
服装调节。服装可以用来控制辐射 和对流热交换，起到遮阳和防风通 风的作用。
1.1.3 影响人体热舒适性的因素
1.1.3.2 个体差异
1 人与建筑 1.1 人的热舒适
1.1.1 生存 从保障人类在各种环境下生存的角度 来说，服装和建筑形成两道屏障。
1 人与建筑
• 建筑产生的本源是什么？
• 建筑原本是人类为了抵御 自然气候的严酷而建造的 遮蔽所（shelter），使建 筑内的微气候适合人的生 存与生活，这就是建筑为 人提供的物理环境。
1 人与建筑
1.1.2 热舒适 热舒适是人的一种主观感觉特性，人与人之间存在差异。 衡量标准： 热平衡是人感到舒适的必备条件。人的热平衡即人体新陈代 谢产生的热量必须与蒸发、辐射、导热和对流的失热代数和 相平衡。 人在不同的活动状况下，所要求的舒适温度是不同的。
温度场的垂直和水平分布对人的舒适性也产生影响。
1.1.3.1 环境物理状况
空气湿度
空气湿度是指空气中含有水蒸气的量。 在舒适性方面，湿度直接影响人的呼 吸器官和皮肤出汗，影响人体的蒸发 散热。
本课程的知识结构
• 第三部分基于设计的考虑，将围护结构分解为屋 顶、墙面、门窗、楼地面，分别讨论其热工与节 能设计方法；
• 第四部分是基于未来的考虑，着重讨论建筑与能 源的问题，对太阳与建筑的关系、自然通风、在 建筑设计中利用可再生能源来改善热舒适性等问 题进行了专门讨论，并在最后对建筑的未来进行 了关注，倡导一种有利于人类健康和生态效益的 可持续发展的建筑观。
热舒适的瞬感现象。在冬季，当人 进入阳光暖照的房间时立即就感到 温暖，这是温室效应的辐射和瞬感 现象综合作用的结果。人的热调节 机制能够用调节皮肤和血液温度的 方法预感出最终情况。
服装调节。服装可以用来控制辐射 和对流热交换，起到遮阳和防风通 风的作用。
1.1.3 影响人体热舒适性的因素
1.1.3.2 个体差异
1 人与建筑 1.1 人的热舒适
1.1.1 生存 从保障人类在各种环境下生存的角度 来说，服装和建筑形成两道屏障。
1 人与建筑
• 建筑产生的本源是什么？
• 建筑原本是人类为了抵御 自然气候的严酷而建造的 遮蔽所（shelter），使建 筑内的微气候适合人的生 存与生活，这就是建筑为 人提供的物理环境。
1 人与建筑
1.1.2 热舒适 热舒适是人的一种主观感觉特性，人与人之间存在差异。 衡量标准： 热平衡是人感到舒适的必备条件。人的热平衡即人体新陈代 谢产生的热量必须与蒸发、辐射、导热和对流的失热代数和 相平衡。 人在不同的活动状况下，所要求的舒适温度是不同的。
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To——标准时间，时 Tm——地方太阳时，时 Lo——标准时间子午圈的经度 Lm——某地子午圈的经度 4(Lo-Lm)——时差，分
求广州（东经113°19'）和乌 鲁木齐（东经87°37'）的地方太阳 时12时分别相当于北京标准时几时 几分？
答案：12时27分 14时10分
时角
15(t 12)
气温日变化中有一个最高值和最低值。最 高值通常出现在下午二时左右，而不是正午太 阳高度角最大的时刻；最低气温一般出现在日 出前后，而不是在午夜。这是由于空气与地面 间因辐射换热而增温或降温，都需要经历一段 时间。一日内气温的最高值和最低值之差称为 气温的日较差。由于海陆分布与地形起伏的影 响，我国各地气温的日较差一般从东南向西北 递增。例如，青海省的玉树，夏季计算日较差
（4）任何一天当中，上、下午太阳的位置对称于正午。
太阳高度角hs的计算公式：
sin hs sin sin cos cos cos
φ——地理纬度，（°）； δ——太阳赤纬角， （°） ； Ω——时角， （°） 。
太阳方位角As的计算公式：
cos
As
sin hs sin sin cos hs cos
日出、日落的时刻和方位角：
cos tan tan
cos
As
sin cos
正午的太阳高度角：
hs 90
求广州（北纬23°08'）和北京 （北纬40°）夏至日正午时的太阳 高度角
答案：89°41′ 73°33′
纬度提高，太阳高 度角如何变化？
冬季和夏季相比太 阳高度角如何变化？
第二章 建筑室内外热环境分析
• §2.1 • §2.2 • §2.3
区
建筑室外热环境 建筑室内热环境与热舒适 建筑气候区划与建筑热工设计分
§2.1 建筑室外热环境
• 2.1.1 日照基本知识 • 2.1.2 太阳辐射基本知识 • 2.1.3 空气温度 • 2.1.4 空气湿度 • 2.1.5 风 • 2.1.6 降水
N
W
hs3 hs2
hs1
E
As3>0
As1<0
S （1）任何一个地区，在日出、日落时，太阳高度角均为0；
（2）一天中，正午时的太阳高度角最大，此时太阳位于正 南或正北；
（3）太阳方位角以正南为0，顺时针为正，表示太阳位于 下午的范围；逆时针为负，表示太阳位于上午的范围；
2.1.2 太阳辐射基本知识
太阳是一个直径相当于 地球110倍的高温气团，其 表面温度约为6000K左右， 内部温度则高达2×107K。
太阳表面不断以电磁辐 射形式向宇宙空间发射出巨 大的能量，其辐射波长范围 从波长为10-4 m的γ射线到 波长达105m的无线电波。其 中波长在0.2～3 m范围内 的能量占全部辐射能量的 98%。
2.1.1 日照基本知识
• 赤纬角 • 地方时 • 标准时 • 时角 • 太阳高度角 • 太阳方位角
地球绕太阳运行的规律
赤纬角
地球中心和太阳中心的连线与地球赤道平 面的夹角。赤纬角从赤道面算起，向北为正， 向南为负，显然，-23.5≤δ≤23.5。
23.4512sin(J 81) 1.02222
Ω——地方太阳时对应的时角（°），正午为0， 上、下午对称，上午为负，下午为正； t——地方太阳时，h。
太阳的位置
地球上某一点所看到的太阳方向，称为太阳位置。 太阳位置常用两个角度来表示，即太阳高度角hs 和 太阳方位角As。
太阳高度角hs是指太阳光线与地平面间的夹角。 太阳方位角As为太阳光线在地平面上的投影与
• 因此到达地面的太阳辐射能主要是可见光和近红外线部分， 即波长为0.4~2.5m部分的射线，此时太阳光谱发生变化， 辐射能量大大降低。
太 阳 波 谱
大气对太阳辐射的削弱程度还取决于射 线在大气中的射程长短及大气质量。
到达地面的太阳总辐射
太阳总辐射 太阳 大气 大气 直射辐射 散射辐射长波辐射
达到12.7C；而山东省的青岛市，夏季计算日 较差只有3.5C。我国多数地区的夏季计算日较 差在5～10C的范围内。
2.1.3 空气湿度
空气湿度是指空气中水蒸气的含量。这些 水蒸气来源于江河湖海的水面、植物及其他水 体的水面蒸发，一般以绝对湿度和相对湿度来 表示。
一天中绝对湿度比较稳定，而相对湿度有 较大的变化。有时即使绝对湿度接近于基本不 变，相对湿度的变化范围也可以很大，这是由 于气温的日变化引起的。
影响地面附近气温的主要因素
• 太阳直射辐射 • 大气的对流作用 • 地面覆盖面（下垫面）
气温有明显的年变化和日变化特征
对处于北半球的我国来说，年最高气温出现 在7月（大陆地区）或8月（沿海或岛屿），而年 最低气温出现在1月或2月。一年内最热月与最冷 月的平均气温差叫做气温的年较差。我国各地气 温的年较差自南到北、自沿海到内陆逐渐增大。 华南和云贵高原约为10～20℃，长江流域增加到 20～30℃，华北和东北南部约为30～40℃，东北 的北部与西北部则超出了40℃。
太阳辐射的衡量指标
太阳辐射照度：单位时间、单位面积内接受的太
阳辐射能量。单位：W/m2。
日照时数：一天当中地面上接受太阳辐射的时间。 可照时数：晴朗天气时一天当中地面上接受太阳
辐射的时间。
日照百分率：实际日照时数与可照时数的比值。
2.1.2 空气温度
空气温度（气温）：近郊气象台 站距地面1.5m高处的空气温度。
δ——太阳赤纬角，（°） J——从1月1日算起的天数，d
主要节气的太阳赤纬角δ值
地方(平均）太阳时
以太阳通过 当地子午线的时 间为正午12时来 计算的一种时间。
标准时
在一定经度范围内统一按该范围内的某 一条子午线的地方太阳时为计时标准的时间。
地方太阳时与标准时的换算
To Tm 4(Lo Lm )
• 太阳辐射透过大气层时，大气会进行选择性的反射、散射 和吸收。
• 其中一部分辐射被云层反射到宇宙空间，一部分短波辐 射受到天空中的各种气体分子、尘埃、微小水珠等质点 的散射，使得天空呈现蓝色。
• 太阳光谱中的X射线和其它一些超短波射线在通过电离 层时，会被氧、氮及其它大气成分强烈吸收，大部分紫 外线被大气中的臭氧所吸收，大部分的长波红外线则被 大气层中的二氧化碳和水蒸气等温室气体所吸收。
求广州（东经113°19'）和乌 鲁木齐（东经87°37'）的地方太阳 时12时分别相当于北京标准时几时 几分？
答案：12时27分 14时10分
时角
15(t 12)
气温日变化中有一个最高值和最低值。最 高值通常出现在下午二时左右，而不是正午太 阳高度角最大的时刻；最低气温一般出现在日 出前后，而不是在午夜。这是由于空气与地面 间因辐射换热而增温或降温，都需要经历一段 时间。一日内气温的最高值和最低值之差称为 气温的日较差。由于海陆分布与地形起伏的影 响，我国各地气温的日较差一般从东南向西北 递增。例如，青海省的玉树，夏季计算日较差
（4）任何一天当中，上、下午太阳的位置对称于正午。
太阳高度角hs的计算公式：
sin hs sin sin cos cos cos
φ——地理纬度，（°）； δ——太阳赤纬角， （°） ； Ω——时角， （°） 。
太阳方位角As的计算公式：
cos
As
sin hs sin sin cos hs cos
日出、日落的时刻和方位角：
cos tan tan
cos
As
sin cos
正午的太阳高度角：
hs 90
求广州（北纬23°08'）和北京 （北纬40°）夏至日正午时的太阳 高度角
答案：89°41′ 73°33′
纬度提高，太阳高 度角如何变化？
冬季和夏季相比太 阳高度角如何变化？
第二章 建筑室内外热环境分析
• §2.1 • §2.2 • §2.3
区
建筑室外热环境 建筑室内热环境与热舒适 建筑气候区划与建筑热工设计分
§2.1 建筑室外热环境
• 2.1.1 日照基本知识 • 2.1.2 太阳辐射基本知识 • 2.1.3 空气温度 • 2.1.4 空气湿度 • 2.1.5 风 • 2.1.6 降水
N
W
hs3 hs2
hs1
E
As3>0
As1<0
S （1）任何一个地区，在日出、日落时，太阳高度角均为0；
（2）一天中，正午时的太阳高度角最大，此时太阳位于正 南或正北；
（3）太阳方位角以正南为0，顺时针为正，表示太阳位于 下午的范围；逆时针为负，表示太阳位于上午的范围；
2.1.2 太阳辐射基本知识
太阳是一个直径相当于 地球110倍的高温气团，其 表面温度约为6000K左右， 内部温度则高达2×107K。
太阳表面不断以电磁辐 射形式向宇宙空间发射出巨 大的能量，其辐射波长范围 从波长为10-4 m的γ射线到 波长达105m的无线电波。其 中波长在0.2～3 m范围内 的能量占全部辐射能量的 98%。
2.1.1 日照基本知识
• 赤纬角 • 地方时 • 标准时 • 时角 • 太阳高度角 • 太阳方位角
地球绕太阳运行的规律
赤纬角
地球中心和太阳中心的连线与地球赤道平 面的夹角。赤纬角从赤道面算起，向北为正， 向南为负，显然，-23.5≤δ≤23.5。
23.4512sin(J 81) 1.02222
Ω——地方太阳时对应的时角（°），正午为0， 上、下午对称，上午为负，下午为正； t——地方太阳时，h。
太阳的位置
地球上某一点所看到的太阳方向，称为太阳位置。 太阳位置常用两个角度来表示，即太阳高度角hs 和 太阳方位角As。
太阳高度角hs是指太阳光线与地平面间的夹角。 太阳方位角As为太阳光线在地平面上的投影与
• 因此到达地面的太阳辐射能主要是可见光和近红外线部分， 即波长为0.4~2.5m部分的射线，此时太阳光谱发生变化， 辐射能量大大降低。
太 阳 波 谱
大气对太阳辐射的削弱程度还取决于射 线在大气中的射程长短及大气质量。
到达地面的太阳总辐射
太阳总辐射 太阳 大气 大气 直射辐射 散射辐射长波辐射
达到12.7C；而山东省的青岛市，夏季计算日 较差只有3.5C。我国多数地区的夏季计算日较 差在5～10C的范围内。
2.1.3 空气湿度
空气湿度是指空气中水蒸气的含量。这些 水蒸气来源于江河湖海的水面、植物及其他水 体的水面蒸发，一般以绝对湿度和相对湿度来 表示。
一天中绝对湿度比较稳定，而相对湿度有 较大的变化。有时即使绝对湿度接近于基本不 变，相对湿度的变化范围也可以很大，这是由 于气温的日变化引起的。
影响地面附近气温的主要因素
• 太阳直射辐射 • 大气的对流作用 • 地面覆盖面（下垫面）
气温有明显的年变化和日变化特征
对处于北半球的我国来说，年最高气温出现 在7月（大陆地区）或8月（沿海或岛屿），而年 最低气温出现在1月或2月。一年内最热月与最冷 月的平均气温差叫做气温的年较差。我国各地气 温的年较差自南到北、自沿海到内陆逐渐增大。 华南和云贵高原约为10～20℃，长江流域增加到 20～30℃，华北和东北南部约为30～40℃，东北 的北部与西北部则超出了40℃。
太阳辐射的衡量指标
太阳辐射照度：单位时间、单位面积内接受的太
阳辐射能量。单位：W/m2。
日照时数：一天当中地面上接受太阳辐射的时间。 可照时数：晴朗天气时一天当中地面上接受太阳
辐射的时间。
日照百分率：实际日照时数与可照时数的比值。
2.1.2 空气温度
空气温度（气温）：近郊气象台 站距地面1.5m高处的空气温度。
δ——太阳赤纬角，（°） J——从1月1日算起的天数，d
主要节气的太阳赤纬角δ值
地方(平均）太阳时
以太阳通过 当地子午线的时 间为正午12时来 计算的一种时间。
标准时
在一定经度范围内统一按该范围内的某 一条子午线的地方太阳时为计时标准的时间。
地方太阳时与标准时的换算
To Tm 4(Lo Lm )
• 太阳辐射透过大气层时，大气会进行选择性的反射、散射 和吸收。
• 其中一部分辐射被云层反射到宇宙空间，一部分短波辐 射受到天空中的各种气体分子、尘埃、微小水珠等质点 的散射，使得天空呈现蓝色。
• 太阳光谱中的X射线和其它一些超短波射线在通过电离 层时，会被氧、氮及其它大气成分强烈吸收，大部分紫 外线被大气中的臭氧所吸收，大部分的长波红外线则被 大气层中的二氧化碳和水蒸气等温室气体所吸收。