建筑热工学课程介绍

全球变暖－建筑如何应对？
Dubai 12908095
前言
其实，遮阳所解决的光与热两大类问题，已经有很好的 技术条件弥补。空调与灯光也能够创造出令人满意的环 境。因此，我觉得遮阳技术背后，关键的是建筑节能思 想的传递。
尤其在住宅设计上，作为与人们日常生活关联最密切的 建筑物，它在遮阳技术上的不断更新不仅体现着人们追 求更舒适生活的目标，同时更应赋予的，是我们对于与 自然契合的追求、对资源合理利用的信条。
0 20
200厚钢混外抹 25mm灰，内贴苯板
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内贴聚苯板厚度
粘土砖（红砖）
以粘土为主要原料，经采土、调制、制坯、焙烧、冷却而成。 春秋战国时期陆续创制了方形和长形砖，秦汉时期制砖的技术和生产规模、 质量和花式品种都有显著发展，世称“秦砖汉瓦”。 具有较高的强度和热工、防火、抗冻性能，砌体导热系数0.76W/(m·K) 。 普通砖尺寸：240mm×115mm×53mm 毁田取土、烧制耗能高，禁实限粘——节地、节材、节能、环保
属于自保温墙体（不通过内、外保温技术，其自身的热工指标达到现 行国家和地方节能建筑标准要求的墙体结构）。
密度400～800kg/m3，导热系数0.1～0.3W/(m·K) 。
不适用于：承重墙，浸水、高温、酸碱、冻融。
传热系数
4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
0 20
文丘里效应，增速减压
风吹过建筑—流线
建筑群布局形式分类
并列式
捕风塔
巴基斯坦 Hyderabad
捕风墙 杨经文
皮亚诺—新卡里多尼亚让 -玛丽吉芭欧文化中心
新卡里多尼亚让-玛丽吉芭欧 文化中心（皮亚诺）
传统民 居之前 庭院或 天井
德国科学园 （Kiessier）
德国科学园 （Kiessier）
建筑物理（热工学）
美 热、声、光 人、资源、环境、能源
北 方
严实墩厚、立面平整、封闭低矮、内向封闭
南 方
峻峭斜屋面、通透轻巧、可拆卸的围护结构、底部架空
建筑热工设计分区图
严寒地区 寒冷地区
严寒地区
严寒地区
寒冷地区
寒冷地区
夏热冬冷地区
温和地区 夏热冬暖地区
人对室内环境的需求
室内环境
37 oC 34 oC
托马斯•赫尔佐格教授（德国）：建筑师要掌握的知识太 多，我们不可能样样精通，但概念理解非常重要，否则我们无 法在前期构思时提出具有生态意义的想法，也难以与其他专业 人员沟通。我们无法想像，外科医生在不了解循环系统的情况 下会盲目地为病人做手术。建筑师相当于一个乐队指挥而非演 奏员，他不必具备高超的演奏技巧，但他必须了解每种乐器的 性能以充分发挥其潜力。我本人并不精通那些物理或力学计算， 但我喜欢从整体上去把握它们之间的关系。实际上维特鲁威在 2000年前便提出了这个问题。
混凝土
由水泥、和粗骨料（石）、细骨料（砂）按适当比例配合，加水伴合均匀， 浇筑成型，硬化而成。
抗压强度大，经久耐用，可浇筑成不同形状和大小，可做成装配式预制构件， 热膨胀系数与钢筋相近，相互粘结力强，二者结合坚固耐久，抗震性能良好。 普通钢筋混凝土导热系数1.74W/(m·K) 。
加气混凝土
由硅质材料（砂、粉煤灰、高炉煤渣等）、钙质材料（水泥、石灰） 和发气剂（常用铝粉，与料浆中的碱性成分发生化学反应产生氢气， 致使料浆发气膨胀形成均匀细小气孔）等原料，加水拌匀，经蒸压养 护而成。
工业与建筑废弃物再利用
灰砂砖
以适当比例的石灰和砂，经磨细、加水拌和、半干法压制切割成型并经 蒸压养护而成。 抗冻性、耐蚀性、抗压强度等多项性能都优于粘土砖，作为粘土砖的代 替品，是国家大力发展、应用的新型墙体材料。砌体导热系数 1.1W/(m·K) 。 不能用于长期受热（200℃以上），流水冲刷、急冷、急热和酸碱侵蚀部 位。
人的冷热感觉
很热——头晕、呼吸困难
热 ——持续出汗
暖 ——开始细微出汗
微暖——有热感，但未出汗
Hot
中性——不热也不冷
微凉——有冷感，但无明显不适
凉 ——有加衣服的愿望
冷 ——偶发性打哆嗦，冷战
很冷——肢体末梢感觉过冷，甚至产生痛觉
Cold
舒适 稍有不适 不舒适 很不舒适
影响热感觉的6个因素——以传热视角
2020/5/29
太阳辐射热量进入房间的途径
入射100%
反射8% 放热54%
放热38%
外窗－透射率、吸收率、 热阻
隔绝62%
38%传入室内
外墙和屋面－吸收率、 热阻和热惰性指标
广州全年太阳轨迹图
高度角 方位角
下午时刻
上午时刻
日期
虚
日期
实
建筑如何满足人的需求 —建筑通风
质量守恒
能量守恒
压力做功+势能+动能=常数
在ECIL总部大楼中设置了弧 形钢筋混凝土隔栅，中间隔 片呈一定的角度，在最大限 度遮阳的同时不影响采光。 这些遮阳方式的运用表到了 他对传统和气候的尊重。
勒·柯布西耶 （瑞士）
20世纪最重要的建筑 师之一
首创“遮阳构架”设计手法， 作为立面语汇广布世界，成 为热带气候建筑语汇的代表。 朗香教堂
传统建筑
骑楼
传统建筑
花格窗和满洲窗
杨经文（马来 西亚）
以研究适合热带气 候条件下的生态建 筑而著称。
不仅通过遮阳改 善了室内热环境 和光环境，还借 此创造出适宜的 室外活动空间， 并在建筑造型上 呈现鲜明特色。
梅纳拉商厦
杨经文自宅 新加坡国家图书馆
夏昌世
岭南现代建 筑创始人之 一。
针对岭南地区的气候 特点，从防晒、遮阳、 通风、隔热等建筑的 基本问题入手，完成 了一定数量的建筑作 品，对其后岭南现代 建筑的探索和发展产 生了重要影响。
• 空气温度：对流 • 空气湿度：蒸发，闷热vs湿冷 • 风速：对流与蒸发，凉风席席vs热风 • 环境表面温度：辐射，屋顶，大玻璃幕墙
• 服装热阻：各种散热，有效的自我调节 • 新陈代谢率：产热，体育场馆vs图书馆
气候·建筑·人
气候 建筑 人
建筑如何满足人的需求 —建筑材料与构造
建筑围护结构传热
单选题： 你认为对于建筑设计来说： A.立面造型更重要 B.使用功能更重要 C.立面造型和使用功能同样重要 D.依具体工程项目而定
多选题一：
你对本课程最感兴趣、最希望了解和学习的是：
A.基本原理和知识
B.新型建筑材料和构造
C.建筑遮阳技术与优秀设计案例
D.建筑自然通风技术与优秀设计案例
E.传统建筑的隔热技术
4、遮阳的设计手法 掌握手绘
1.5通风模式二 通风分析
1.热压通风原理示意图
白天
晚上
夏季通风分析
涡流区 风向
冬季通风分析
风向 涡流区
室内采光使用局部的屋 顶天窗，利用屋顶格栅遮阳。
屋顶绿化，属于建筑防 热中的植被物屋面隔热内容。
健身房凸出，为下面遮 阳，这里利用了建筑自遮阳 的原理。
会所设计
• 节能中长期专项规划（国家发展和改革委员会2004年底制 定，建筑节能位列重点节能领域之一，十大重点节能工程 之一）
• 《民用建筑节能条例》、《公共机构节能条例》（2008年 国务院常务会议通过）
• 《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》（JGJ 1342001）、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》 （ JGJ 75-2003）、《公共建筑节能设计标准》（GB 50189-2005）、《绿色建筑评价标准》（ GBT 503782006 ）（住房和城乡建设部组织制定）
07：00
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我之于遮阳 遮阳TO me
我之于遮阳 遮阳TO me
再看综合遮阳
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自己的评价：较小尺度的综 合遮阳起到了非常好的遮阳， 而且充分利用资源，设计非 常合理。而且说明，小尺度 的综合遮阳适合朝南的立面。
ti
θi θ2
室 外
θ3 θe
室 内
气
te
环
候
qi q1 q2 q3 qe
境
Ri
R
Re
ti
te
传热阻：R0 =Ri +R +Re，所有阻力之和； 传热系数：K=1/R0，衡量建筑围护结构（墙体、屋面、 门窗）传热能力的重要指标。
传热系数
4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0
先看垂直遮阳与外小廊遮阳
地点时间：六月份，位广置州，角度：
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自己的评价：水平遮阳发挥了 极大的遮阳效果，而巨大的垂 直遮板却没有发挥很大的遮阳 效果，主要原因是这么大尺度 的垂直遮阳板在面南的立面上 发挥不了效果遮阳。
200厚钢混外抹 25mm灰，内贴苯板
50
100
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内贴聚苯板厚度
隔热屋面
种植屋面
当量热阻附加值0.5(m2·K)/W
通风屋面
间层越大，空气流速越大，隔热 效果越好； 间层高度宜设计为200～ 400mm，开口朝向有利于主导 风的引入。
建筑如何满足人的需求 —建筑遮阳
传统建筑
挑檐和马头墙
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我之于遮阳 遮阳TO me
现实对建筑师的呼唤
国家建筑节能形势
我国建筑能耗占总能耗比例19％，仅次于工业和交通能耗， 且随着经济的发展有明显的增长趋势。
国家建筑节能形势
• 中华人民共和国节约能源法（全国人民代表大会常务委员 会2007年修订，建筑节能位于工业节能之后第二位）
中山医学院生理生 化楼南立面－综合 遮阳
中山医学院基础科楼－夏昌世作品
综 合 遮 阳
何镜堂 逸夫人文馆
屋顶遮阳
查尔斯•柯里亚（印度）
湿热气候地域的极具代表性和影 响力的建筑师
他设计的干城章 嘉公寓楼，通过 自身形体的凸凹 形成大量阴影， 使得大面积采光 窗位于阴影中， 主立面则以开小 型窗洞为主以减 少热辐射。
风水：背山面水，负阴抱阳
建筑与气候的交互和适应
严寒地区 寒冷地区
严寒地区
严寒地区
寒冷地区
寒冷地区
夏热冬冷地区
温和地区 夏热冬暖地区
冰原气候
热带雨林气候
沙漠气候
稀树草原气候
地中海气候
建筑性能模拟软件的辅助
当建筑师“遭遇”建筑技术 —如何学习应对？
李保峰：许多建筑系学生毕业后便忘了数理化，一涉及到 建筑的生态技术领域，往往感到知识不够。您被公认为德国建 筑界中为数不多的具有科学家头脑的建筑师之一，您认为一个 关注生态的建筑师，其科学知识应该掌握到什么程度？
昌迪加尔行政中心
华工
29号楼
29号楼
西区体育馆
图书馆
现代住宅（广州）
凸阳台、绿玻
现代住宅（万科第五园） 阳台设计
太阳高度角与太阳辐射强度的关系：
太阳高度角大受热 面积小光热集中
太阳辐射能量多
大气圈
地平线
太阳高度角小受热 面积大光热分散
太阳辐射能量少
为什么同一地点一天中 太阳辐射的强度不同呢？
作 造的室内光影效果。
1
2
3
业
中 遮
４处的遮阳板 营造的室内光影效 果。
4
阳
处
5
6
理2
4
3 3-2
遮阳的设计
设
计
５处垂直立柱造
作 的室内光影效果。
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2
3
业
中 遮
６处的门式花 架营造的室内光影 效果。
4
阳
处
5
6
理5
6
3 3-3
遮阳的设计
透 视效果
我之于遮阳 遮阳TO me
我之于遮阳 遮阳TO me
健身房采用了大面积的新 型有色玻璃，吸收热能的同时， 给室内提供了宽阔的视野。
2.3
设 1. 墙体遮阳构件； 计 2. 水平百叶遮阳； 作 3. 屋顶遮阳； 业 4. 垂直遮阳板； 中 5. 垂直立柱； 遮 6. 门式花架。 阳 处 理
1 2
12 3
4
遮阳的设计
5
6
3 4
5
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3 3-1
设
计Biblioteka Baidu
2处水平百叶营
F.建筑节能、绿色建筑的现状和发展趋势
G.各种建筑物性能模拟软件
H.其它（
）
多选题二：
你希望本课程的授课方式是：
A.以老师课堂讲解为主，加大信息量和讲课速度；
B.以师生间互动和启发式讲解为主，注重培养独 立思考和判断能力；
C.增加实验室参观；
D.增加实地考察和体验；
E.其它（
）
教材：《建筑物理》，华南理工大学等，2002 参考书目： 《建筑物理（第二版）》，柳孝图，2000 《建筑防热》，林其标，1997 《人·气候·建筑》，吉沃尼，1982 《岭南湿热气候与传统建筑》，汤国华，2005 《绿色建筑 生态·节能·减废·健康》，林宪德， 2007
大师： 伦佐·皮亚诺 赫尔佐格 杨经文 查尔斯·柯里亚 勒·柯布西耶 夏昌世、何镜堂 ……