建筑物理第6讲：第5章：建筑防热与节能

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湿热地区建筑特色
布置灵活、平面开敞、设置内庭花园或屋顶花园，底层 架空。设有阳台、凉台、遮阳板、离雨飘檐及通风屋顶。
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干热地区建筑特色：

干热区气候干燥、气温高、温度日较差大，晴 朗少云， 吹热风并带沙尘。
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干热区 安纳沙兹人的“悬崖宫殿”
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新 疆 民 居
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干热地区建筑特色
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6.2.2.2 室外综合温度
（课本P48-52页）
为了进行隔热计算，先应当确定围护结构在夏季室外气候条件下 所受到的热作用。围护结构外表面受到3种不同方式的热作用：
1）太阳辐射热的作用。当太阳辐射热作用到围护结构 外表面时，一部分被围护结构外表面吸收。 2）室外空气的传热。室外空气的温度与外表面温度存 在着温度差，二者以对流换热形式进行换热。 3）在围护结构受到上述两种热作用后，外表面温度升 高，辐射本领增大，向外界发射长波辐射热，失去一 部分热能。
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室内过热的原因
建筑防热的主要任务： 尽可能的减弱不利的室外热作用的影响，使 室外热量少传入室内，并使室内热量尽快散发 出去，以免室内过热。
即：得热少、降热快！
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2）建筑防热的途径
A) 对建筑物的朝向和总体布局进行合理安排。减弱 室外的热作用。 B) 正确选择外围护结构的材料及隔热形式。 C) 房间的自然通风，排除房间余热。 D)窗口遮阳，阻挡直射阳光进入室内。 E)利用夜间对流、被动蒸发冷却、地冷空调等自然 能防热降温。
温度日较差大，气温常达到38℃上，且 日振幅常在7℃以上。湿度小、于燥，降 雨少，常吹热风并带沙 布局较密形成小巷道，间距较密集，便 于相互遮挡；要防止热风，注意绿化 外封闭、内开敞，多设内天井平面形式 有方块式、内廊式，进深较深。防热风， 开小窗。防晒隔热
群体布置 设 计 建筑平面
建筑措施 原
遮阳、隔热，防潮、防霉，防雨、防虫， 防热要求较高，防止热风和风沙的袭击， 并争取自然通风 宜设置地下室或半地下室以避暑 开敞轻快，通透淡雅 现代轻质隔热材料、铝箔、铝板及其复 合隔热板 夜间强化通风、被动蒸发冷却、地冷空 凋 严密厚重，外闭内敞 热容量大、外隔热、白色外表面、混凝 土、砖、石、土 被动蒸发冷却、长波辐射冷却、夜间通 24 风、地冷空调
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解：屋顶的长波辐射温度 室外综合温度
tlr 3.5 C
s I 0.88 326 t sa te tlr 32.2 3.5 43.8 C e 19
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等效温度振幅
Ats
( I max I ) s
室外温度振幅
e
(998 326) 0.88 16 C 19
要综合考虑隔热、自然通风、窗口遮阳和环境绿化
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6.2 围护结构隔热设计
6.2.1 围护结构隔热设计的原则：
1）外围护结构隔热的重点在屋面，其次是西墙与东墙。 2）降低室外综合温度：结构外表面采用浅色饰面，减少对太阳辐 射吸收；屋顶或外墙采用遮阳结构；结构外表面选用特殊材料 （对太阳短波辐射的吸收率少而对长波发射率大），降低表面温 度。 3）在外围护结构内部设置通风间层。（特适合要求白天隔热好， 夜间散热快的房间） 4）依据气候特点和房屋使用情况合理选择外围护结构的材料要求 和衰减延迟能力。 5）利用水的蒸发和植被对太阳能的转化作用降温。 6）屋顶和东、西墙应当进行隔热计算，使内表面最高温度满足隔 热设计指标。 7）充分利用自然能源 28 8）对空调建筑来讲，围护结构的传热系数应符合国标。
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永定客家土楼具有通风、采光、防 水、抗震、隔热等功能，而这些功 能的形成与当地地理环境有着密切 的关系。
永定土楼位于闽西龙岩地 区的永定，分布着客家民 居建筑群，它们被统称为 “永定土楼”。它起源于 唐代，元末明初时慢慢被 当地所接受，并且广泛流 传。现在永定土楼以历史 悠久、风格独特、规模宏 大、结构精巧等特点屹立 于世界民居建筑艺术之林
综合温度最大值与平均值之 差
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6-1 试计算武汉地区（北纬30度）某厂房卷材屋顶的室外 综合温度的平均值与最高值。 已知：
Imax 998W / m2 (出现于 点)； 12
I 326W / m2 ; te,max 37 C(出现于15点)；
t e 32.2 C;e 19W / m ; s 0.88.
气候类型 特点要求 湿 热 气 候 区 干 热 气 候 区
气候特点
温度日较差小，气温最高38℃以下，温 度日振幅7℃以下。湿度大，相对湿度一 般在75%以上，雨量大，吹和风，常有暴 风雨 争取自然通风好的朝向，间距稍大些， 布局较自由，房屋要防西晒，环境要有 绿化、水域 外部较开敞，亦有设内天井，注意庭园 布置。设置凉台；平面形式多条形或竹 筒形，多设外廊或底层架空，进深较大
Atsa Ate Ats 式中 A t e 室外气温振幅，℃； A ts 太阳辐射等效温度振幅，℃


太阳辐射 强度最大值 及平均值可 查规范 （GB5017 6—93）

Ats I max I s / e


---时差修正系数。见表5-4。
Imax 太阳辐射最大强度，W / m2 ; I 平均太阳辐射强度，W / m2 ;
建筑形式
则 材料选择 自然能 源利用
6.1.2 室内过热的原因和防热 的途径
1）室内过热的原因： 在太阳辐射和室外气温的作用下，使得围护结构内表面及室内 空气温度升高。 通过窗口进入室内的太阳辐射热，（包括建筑物墙面、地面吸 收太阳辐射热温度升高后，又向外辐射的热量）进入窗口，使 部分地面、家具等吸热升温，加热室内空气。 自通通风过程中带进带出的热量。 室内生产或生活过程中产生的余热，包括人体散热。
第6讲： 第5章：建筑围护结构隔热
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本讲主要内容
6.1 热气候特征与建筑防热途径
61.1 热气候特征与我国炎热地区的范围 6.1.2 室内过热的原因和防热的途径
6.2 围护结构隔热设计
6.2.1 围护结构隔热设计的原则 6.2.2 室外综合温度 6.2.3 围护结构隔热设计计算及标准 6.3.4 围护结构隔热措施与效果
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为了计算方便，将三者对外围护结构的共同作用综合成一
个单一的室外气象参数，这个假想的参数叫“室外综合温 度”。用tsa 表示。
tsa te s I / e tlr tsa 室外综合温度 te 室外气温，
又叫太阳的“等效温度”或“当量温度 ”
s 围护结构外表面对太阳辐射热地吸收系数，见表5-3；
6.2.2.1 室外热作用
夏季，对建筑防热来说，是取太阳辐射强 度很大的晴天作为设计的基本条件。 白天，在强烈阳光照射下，热量从围护结构 外表面向室内传递。夜间围护结构外表面的 温度迅速降低，热量是从室内向室外传递 （无空调房） 夏季围护结构的传热是以24小时为一周期 的波动热作用，其室内、外传热按周期不稳 定传热计算，不允许作稳定传热的简化。
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湿热区的“干阑”建筑
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热带雨林湿热区-----苏门达腊岛及我国 黎族的船形住屋
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热带雨林湿热区-----苏门达腊岛及我国 黎族的船形住屋
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建筑低层架空—防潮、通风
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和平饭店屋顶花园
设置内庭花园或屋顶花园,减少室内 太阳辐射得热
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建筑低层架空—防潮、通风 ---勒.柯布西耶的作品，法国萨伏伊别墅
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勒.柯布西耶的作品是哲理与诗意的融合，深含着 对自然环境的弄情。 选择平整开阔建造用地和白色 的建筑色彩—建筑形象清晰明确，周围环境起到了 衬托作用。他提出的“新建筑五点”中的底层架空 和屋顶花园，本意就是增加绿化面积。周围景观与 建筑造型看似毫无关联，却成了室内与屋顶的视觉 景观的延伸，从屋顶、从每一扇窗都能看到美丽的 花园。
tsa te s I / e tlr 式中te 室外平均气温，
我国主要城市夏季的日平均辐 射强度（照度）值，按《民用 建筑热工设计规范》采用
I 平均太阳辐射强度，W / m2 ; tlr 外表面有效长波辐射温度。
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室外综合温度
2）综合温度波动振幅：即综合温度最大值与平均值之差，℃。其公 式为：
I--太阳辐射强度，W/m 2
e 外表面换热系数，W / m 2 .K ;
tlr 外表面有效长波辐射温度， 对于屋面tlr 3.5℃ 对于外墙tlr 1.8℃
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室外综合温度及其组成
广州夏季某建筑物的平屋顶和东西向外墙的室外综合温度变化 曲线实例
平屋顶、西墙、东墙、西南向墙和东南向墙所受室外热作用较大。因此， 在设计时对他们进行隔热是非常必要的。
建筑特色：墙厚少开窗或开小窗；外围护结构隔热要求 高；内庭周围多设走廊，庭院内种植物和设置水池以调 节干热的气候； 在干热地区，生土建筑对调节室内气温起的作用很大。 如一昼夜室外气温波动在40℃~18℃之间，而室内气温 的波动仅在29℃~24℃之间，房间内部温度较为稳定， 具有一定的空调作用。
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热气候特征与建筑设计原则
e 外表面换热系,W / m2 .K ;
见教材24页
s 围护结构外表面对太阳辐射的吸收系数，见表5-3
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室外综合温度
3）综合温度最大值的计算：
tsa ,max tsa Atsa 式中：tsa ,max 综合温度最大值,℃； tsa 综合温度平均值,℃; Atsa 综合温度振幅，℃。
Ate te,max t e 37 33.2 3.8 C
由
Ats 4.2 时差： I Ate
max
te ,max 15 12 3h
查表可得
0.95
室外综合温度昼夜波动振幅
At sa ( Ate Ats ) (16 3.8) 0.95 18.8 C

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北京地区建筑物顶夏季在综合温度下内、外表面温度实测资料
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6.2.3围护结构隔热设计计算及标准
6.2.3.1围护结构隔热设计计算
室外综合温度是以一天为周期波动的，用tsa 表示的公式只是 一般表达式，为了进行隔热计ຫໍສະໝຸດ Baidu，还必须确定综合温度的最大 值、昼夜平均值和昼夜温度波动振幅。
1）综合温度的平均值：
相对湿度大（75~95%），年降水量大。 季风旺盛 湿热区建筑设计防热措施： （1）防止日辐射：周围环境要绿化；窗口要遮阳； 外围护结构要隔热；朝向要合理。



（2）争取自然通风：房屋间距、布局要合理；建筑 低层架空；设通风屋顶、通风幕墙。
(3)防治夏季结露。
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湿热区的“干阑”建筑--西双版纳地区
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我国炎热地区的热气候特征


气温高且持续时间长。日平均气温≥25℃的天数， 每年约有100~200d。 太阳辐射强度大，水平辐射强度最高约为 930~1045W/m2.
热气候有干热和湿热之分。 温度高、湿度大的热气候称湿热气候；温度高而 湿度低的热气候称干热气候。
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湿热区建筑特点

最高值
t sa,max t sa Atsa 43.8 18.8 62.6 C
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6.2.3.2 隔热设计标准
隔热设计标准：就是围护结构的隔热应当控制到什么程 度。它与地区气候特点、人们生活习惯、对地区气候 的适应能力以及当前的技术经济水平有密切关系。 对于自然通风的房间，外围护结构的隔热设计主要控制 其内表面温度值。 要求外围护结构具有一定的衰减 度和延迟时间。 衡量围护结构的隔热优劣： 主要采用的指标：是围护结构对周期性热作用的衰减倍 数和延迟时间，内表面最高温度和最高湿度出现时间。
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6.1 热气候特征与防热途径


6.1.1热气候特征与我国炎热地区的范围
我国炎热地区指常年最热月份平均气温高于或等 于25℃的地区。其范围主要包括长江流域的江苏、 浙江、安徽、江西、湖南、湖北和四川盆地；东 南沿海的福建、广东、海南和台湾及广西、云南、 贵州。 这些 地区因受东南季风和海洋暖气团北上的影响， 以及强烈的太阳辐射和下垫面共同作用，使得气 候炎热，夏季时间长，如不采取防热措施，势必 造成室内过热，严重影响人们的生活、工作，甚 至人体健康。