本文選題：建筑物理(一) + 建筑熱工學　

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河南大學土木建筑學院 建筑學專業(yè)課程

建筑物理
（課程組成員：白憲臣，蒙慧玲，謝丁龍，賀子奇） 課程組負責人：白憲臣

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? 課程定義 從人的生理、心理角度，分析研究建筑中的熱、光、聲物理現(xiàn)象 和材料的熱、光、聲物理性能；探究如何通過合理的規(guī)劃、設計和選 材，營造人們所需要的舒適建筑物理環(huán)境的科學。 人（生理、心理）

熱、光、聲建筑物理現(xiàn)象
規(guī)劃、設計、選材 舒適建筑物理環(huán)境 ? 課程性質(zhì) ? 考試形式 專業(yè)基礎課

? 學時、學分 72學時(一)+(二)、4學分（2+2） 筆試、閉卷 、120分鐘
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? 本課程與相關課程的關系
? 進一步拓展相關課程的知識領域和知識面； ? 探究建筑構造、建筑設計等課程的理論依據(jù)； ? 深化、細化建筑設計專業(yè)主干課的設計內(nèi)容（主要是技術層面）。 ? 建筑物理學科概述

自從有了人類，便有了人們賴以生存的建筑物理環(huán)境。建筑物
理現(xiàn)象和人類一樣久遠。在遠古時期，人們對建筑環(huán)境的認識和 營造能力十分有限，對建筑物理現(xiàn)象只是感知而已，但適應性較

強。十九世紀以后，建筑物理作為一門科學誕生了。
? 初始階段——不太重視；

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? 20世紀初——開始活躍；

? 20世紀中葉——歐洲、美國、日本等，理論、技術水平領先；
? 新中國成立后，《建筑物理》進入我國大學課堂； ? 當今以后——十分看好。 ? 課程內(nèi)容 ? 建筑熱工學（建筑物理一）

? 建筑光學 + 建筑聲學
? 課程特點

（建筑物理二）

容量大，概念多而新；理性和實用性強；既獨立又聯(lián)系。

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建筑物理（一）

建筑熱工學
主講：白憲臣

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建筑熱工學主要論述如何通過規(guī)劃與建筑設計的相應措施，有效 防護或利用室內(nèi)外熱濕作用，合理解決房屋的保溫、防熱、防潮、節(jié) 能等問題，以創(chuàng)造良好的室內(nèi)熱環(huán)境并提高圍護結(jié)構的耐久性。

需要說明的是：在大多數(shù)情況下，單靠建筑措施是不能完全滿足
人對室內(nèi)熱環(huán)境的要求,往往需要配備適當?shù)脑O備措施進行人工調(diào)節(jié)。 如在寒冷地區(qū)設臵采暖設備，在炎熱地區(qū)采用空調(diào)設備等。但是，只 有首先充分發(fā)揮各種建筑措施的作用，再配備一些必不可少的設備， 才是技術和經(jīng)濟都合理的設計。

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? 教學內(nèi)容和教學目標
本篇主要介紹一般工業(yè)和民用建筑的熱工設計原理與方法， 包括建筑保溫防潮設計、防熱設計和建筑節(jié)能設計等。通過本 篇的學習，能夠熟練掌握建筑熱工學的基本理論和設計方法， 并能在建筑設計中靈活運用相關的國家標準和規(guī)范，如: 《民用建筑熱工設計規(guī)范》(GB50176-93) 《建筑氣候區(qū)劃標準》(GB50178-93)

《民用建筑節(jié)能設計標準》(GBJ24-95)
《夏熱冬冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設計標準》等。
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? 教學進度及學時安排
章節(jié)及其主要內(nèi)容 第一章 室內(nèi)、外熱環(huán)境
§1 室內(nèi)熱環(huán)境 §2 人對室內(nèi)熱環(huán)境的反映與評價 §3

計劃學時
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室外熱環(huán)境

§4 建筑熱工設計分區(qū)

第二章 傳熱基本知識
§1 傳熱的基本方式
§2 平壁的穩(wěn)定導熱計算 §3 對流換熱計算

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§4 輻射換熱及其計算 §5 平壁的穩(wěn)定穩(wěn)定傳熱過程及其計算 §6 圍護結(jié)構內(nèi)部溫度的確定
§7 封閉空氣間層傳熱 §8 簡諧熱作用下的傳熱

第三章 建筑保溫
§1 建筑保溫設計的綜合處理措施 §2 保溫設計的有關標準 §3 圍護結(jié)構主體保溫設計 §4 圍護結(jié)構保溫構造 §5 圍護結(jié)構傳熱異常部位保溫設計要點 §6 圍護結(jié)構的冷凝檢驗與防止

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10

第四章 建筑防熱
§1 §2 §3 建筑防熱的綜合處理措施 自然通風的組織 圍護結(jié)構隔熱設計

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第五章 建筑日照與遮陽

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§1 日照的基本原理
§2 §3 棒影日照圖的原理和應用 建筑遮陽
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專題:太陽能建筑與建筑節(jié)能

2~3

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? 本篇重點與難點 ? 重點： 圍護結(jié)構傳熱、傳濕過程及計算

建筑保溫標準及構造
建筑防熱的的途徑及屋頂防熱方法 ? 難點：

圍護結(jié)構的傳熱計算
圍護結(jié)構的蒸汽滲透計算

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? 本篇重要名詞和概念 室內(nèi)熱環(huán)境、熱舒適、正常比例散熱、室外熱濕作用、城市熱島、 導熱、對流、對流換熱、輻射、輻射換熱、溫度場、熱流強度、 導熱系數(shù)、傳熱系數(shù)、熱阻、蓄熱系數(shù)、熱惰性指標、建筑節(jié)能、 吸熱指數(shù)、建筑耗熱量指標、體型系數(shù)、窗墻比、熱橋、室外綜 合溫度、總衰減度、總延遲時間、露點溫度、蒸汽滲透、內(nèi)部冷 凝、冷凝界面、太陽高度角、太陽方位角、遮陽、遮陽系數(shù)、倒 鋪屋面

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本篇典型作業(yè)題 P21 P40 P66~67 1-1~1-5 2-1、2-2、2-4 3-1~3-8

P77
P116

4-1、4-3
5-4、5-5

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第一章 室內(nèi)外熱氣候
§1 室內(nèi)熱氣候
室內(nèi)熱氣候:由室內(nèi)空氣溫度、濕度、氣流狀況和壁面熱輻射等
諸因素共同構成的一種環(huán)境狀態(tài)。 1、研究意義 ? 舒適的室內(nèi)熱氣候人們工作、學習和生活的生理和心理要求； ? 室內(nèi)熱氣候是建筑（環(huán)境）質(zhì)量的本質(zhì)內(nèi)容； ? 營建良好的室內(nèi)熱環(huán)境是建筑熱工學的基本任務； ? 室內(nèi)熱環(huán)境是建筑環(huán)境學的重要組成部分和研究對象。
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●

建筑熱環(huán)境與工作效能 大量現(xiàn)場調(diào)查和實驗證實：

? 高溫會降低勞動效率； ? 寒冷影響肢體的靈活性； ? 溫度偏離最佳值會增加事故發(fā)生率；

? 中度激發(fā)時效率最高；
? 低激發(fā)導致人不清醒； ? 高激發(fā)導致不能全神貫注；

? 手的皮膚溫度低于15℃時，關節(jié)僵硬、靈巧性明顯下降；
手的皮膚溫度低于6℃時，出現(xiàn)麻木感覺； ? 冷風有渙散精神作用，分散工作注意力等。
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2、室內(nèi)熱氣候的構成要素(四要素)

① 室內(nèi)空氣溫度
適宜值：冬季 16～22℃；夏季 24～28℃ ② 室內(nèi)空氣濕度 適宜值：30～70% ③ 室內(nèi)空氣氣流狀況（速度、密度、潔凈度）

速度適宜值：冬季 ＜0.2m/s；夏季 0.2～1m/s
④ 壁面輻射溫度 室內(nèi)空氣溫度與壁面溫度總是存在溫差，二者接近為佳。

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3、影響室內(nèi)熱氣候的因素 ① 室外與室內(nèi)的熱濕作用；

② 區(qū)域規(guī)劃與建筑設計；
（選址、朝向、間距、環(huán)境的綠化、建筑的 平剖面形式等) ③ 建筑構造與節(jié)點做法； ④ 材料的選用及其熱物理性能； ⑤ 建筑設備措施等。

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§2 人對室內(nèi)熱環(huán)境的反映與評價
人對室內(nèi)熱環(huán)境的反映有主觀、客觀、生理、心理等諸多方面， 最主要體現(xiàn)在人對室內(nèi)熱環(huán)境的冷熱感覺，即冷熱感。 ? 冷熱感：人對周圍環(huán)境“冷、熱”感覺的主觀描述。 ? 研究方法：生理學 + 心理學 + 建筑學 + 工程學 + 物理學 1、冷熱感的取決因素 （1）環(huán)境條件； （2）自身條件（性別、年齡、種族、體型、健康狀況等） （3）運動狀態(tài)和行為模式；

（4）衣著情況等。
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2、人體的溫度感受系統(tǒng) 20世紀初人體試驗發(fā)現(xiàn)： ? 人的皮膚上存在對冷敏感的區(qū)域

“冷
點”和對熱敏感的區(qū)域“熱點”。 ? 人體各部位的冷點數(shù)目明顯多于熱 點數(shù)目。（為什么人對冷更敏感？） ? 冷、熱感受器分布于皮膚、粘膜、 內(nèi)臟、脊髓、延髓、腦部網(wǎng)狀結(jié)構等 部位。
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（1）冷、熱“感受器”的位臵

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（2）人體各部位冷點和熱點的分布密度(個/cm2)
? ? ? ? °? ? ? ? ? ±? ì ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? × ? ? ? ? ? · ? ó ? ? ± ? ? ? ± °? ? ± ? ? ? ? 5.5-8.0 8.0 16.0-19.0 8.5-9.0 9.0-10.2 8.0-12.5 7.8 5.0-6.5 6.0-7.5 0.3-0.4 1.7 0.3 1.0 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ± ? ? ? ? ? · ? ? ? ± ? · ? ? ? ? ó ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ± ? ? ? ? ? ? ? ? 7.4 1.0-5.0 7.0-9.0 2.0-4.0 4.5-5.2 4.3-5.7 5.6 3.4 ? ? ? 0.5 0.4 1.7 1.6 0.4

參考文獻：H. Hensel, Thermoreception and Temperature Regulation, London: Academic Press, 1981

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（3）人體對熱濕環(huán)境反應的生理學基礎 ? 食物?分解氧化?產(chǎn)生熱量

? 人體的基本生理要求
——維持體溫恒定。

? 代謝率(Metabolic Rate)
——人體新陳代謝反應過程

中能量釋放的速率。

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3、人體的散熱方式及與外界的熱交換形式 （1）人體的散熱方式

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（2）人體與外界的熱交換形式 ? 對流換熱 ? 輻射換熱

? 出汗蒸發(fā)
? 呼吸散熱

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（3）影響人體與外界熱交換的因素

① 環(huán)境空氣溫度：對流換熱
② 環(huán)境表面溫度：輻射換熱 ③ 水蒸汽分壓力（空氣濕度）：對流質(zhì)交換 高溫環(huán)境，增加熱感； 低溫環(huán)境，增加冷感。

④ 風速：對流熱交換和對流質(zhì)交換
⑤ 服裝熱阻：影響所有換熱形式

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?服裝的熱阻
單位: m 2 ? k / w或clo，

1clo ? 0.155 m 2 ? k / w
類型
短 袖襯 衣 ，短 褲 長 褲， 短 袖襯 衫 長 褲， 長 袖襯 衫 長 褲， 長袖襯 衫加 短外 衣 厚 大衣 ， 長袖 襯 衫 ，保 暖 內(nèi) 衣 ，長 內(nèi)褲 厚 三件 套西衣 服 , 長內(nèi) 衣 褲 厚 毛衣 厚 長大 衣 厚 褲子 工 作服 夾克

Icl (clo)
0 .3 6 0 .5 7 0 .6 1 0 .9 6 1 .3 4 1 .5 0 .3 7 0 .6 3 0 .3 2 0 .2 0 .4

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4、人體溫度與熱舒適感

（1）核心溫度與表層溫度
核心溫度通常包括腦、脊椎、心臟、肝臟、消化器官等內(nèi)臟 部分，肝臟溫度最高（38℃）。

外層溫度指皮膚表面到 10 mm 以內(nèi)的部分，通常包括皮膚，
皮下脂肪和表層的肌肉。皮膚溫度與外界環(huán)境有關，日夜有1℃以 內(nèi)的波動。
? ú ? ? ? ê ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? (? ) ? ù ? ? ? ? · ? ? ? ? ? ? ? × ? · ? 36.8 37.2 37.5 ? ? ? § ±? ?? 36.0~37.4 36.7~37.7 36.9~37.9
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皮膚溫度 45 ℃ 以上 43～41 ℃ 41～39 ℃ 39～37 ℃

熱舒適狀態(tài)與感覺 皮膚組織迅速損傷 被燙傷的疼痛感 疼感域 熱的感覺

37～35 ℃
34～33 ℃ 33～32 ℃ 32～30 ℃ 31～29 ℃ 20 ℃(手) 15 ℃(手)

開始有熱的感覺
休息時處于熱中性狀態(tài),熱舒適 2-4met 的(中等)運動量時感覺舒適 3-6met 的(較大)運動量時感覺舒適 坐著時有不愉快的冷感 非常不快的冷感覺 極端不快的冷感覺

5 ℃(手)

伴隨疼感的冷感覺
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（2）人體的體溫調(diào)節(jié)系統(tǒng) 下丘腦具有調(diào)節(jié)、代謝體溫和內(nèi)分泌功能， 前部主要促進散熱來降溫，后部促進產(chǎn)熱抵御寒冷。 ? 散熱調(diào)節(jié)方式： 血管擴張，增加血流，提高表皮溫度;出汗。 ? 御寒調(diào)節(jié)方式： 血管收縮，減少血流，降低表皮溫度；通過冷顫

增加代謝率。

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（3）人體的能量代謝率 A 影響因素： 肌肉活動強度（主要因素）;

環(huán)境溫度（偏高、偏低都增加代謝率）
性別（男性高于女性） 年齡（少年高于老人） 神經(jīng)緊張程度（緊張時代謝率高） 進食后時間的長短等（進食后代謝率增加，蛋白質(zhì)代謝率高）

B 單位: met, 1met = 58.2 W/m2

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?肌肉活動與代謝率

肌肉活動強度對代謝率起 決定性的影響。一般的室

內(nèi)運動代謝率多在5 met
以下。

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?垂直溫差對人熱舒適的影響 當受試者處于熱中性狀態(tài)時，頭足溫差仍然使人感到不舒適。

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●材料與人的熱舒適感
? ? × ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? °? ? ? ? ? ? × ? ? ? ? ? ? °? ? ? ? ? ? ì ? ? ? ? ? ? ? × ? ? ? ? ? 5 mm ? ? í ? ? ? × ? ? ? ? ° 2 mm ? ? ? ? ? ? ? ó í ? ? ? ? ú ? ? >85? ? ? ? ? ? (? ) ? ? ? ? ? × ? ? ? ? 23~28 26~28.5 21~28 23~28 24.5~28 26.5~28.5 28~29.5

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5、人體的熱平衡 人的肌體在正常條件下，可

算是一個恒溫體，為了維持這種
狀態(tài)，人體新陳代謝所產(chǎn)生的熱

量向環(huán)境散發(fā)，不斷地與所處的
環(huán)境進行熱交換。因此，肌體與 環(huán)境之間的熱交換必然滿足以下 公式所表達的條件，即：

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?q —— 人體熱負荷，即人體得失熱量；

qm qc
qr

—— ——

人體新陳代謝產(chǎn)熱率； 人體與周圍環(huán)境的對流換熱率；

——
——

人體與環(huán)境的輻射換熱率；
人體蒸發(fā)散熱率。

qw

當△q>0 時，體溫將升高；當△q<0 時，體溫將降低。如果這種體溫變化的差值
不大、時間也不長，可以通過環(huán)境因素的改善和肌體本身的調(diào)節(jié)，不致對人體產(chǎn)生有 害影響；若變化幅度大，時間長，人體將出現(xiàn)不舒適感，嚴重者將出現(xiàn)病態(tài)征兆，甚 至死亡。因此，要維持人體體溫的恒定不變，必須△q=0，使人體處于熱平衡狀態(tài)，即：

（熱平衡方程）
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（1）對熱平衡方程的討論 熱平衡狀態(tài)是指人體新陳代謝產(chǎn)熱量正好等于人體與所處環(huán)境 的熱交換量。顯然，人體的熱平衡是達到人體熱舒適的必要條件。 由于式中各項可以在較大的范圍內(nèi)變動，許多種不同的組合都可能

滿足上述熱平衡方程，因此 ?q ? 0 并不充分。
從人體熱舒適考慮，單純達到熱平衡是不夠的，還應當使人體 與環(huán)境的各種方式換熱量限制在一定的范圍內(nèi)。據(jù)研究，在人體達 到熱平衡狀態(tài)時，當對流換熱約占總散熱量的25％-30％、輻射散 熱量占45％-50％、呼吸和有感覺蒸發(fā)散熱量占25％-30％時（稱為 正常比例散熱），人體才能達到熱舒適狀態(tài)，這一條件則是人體熱 舒適的充分條件。
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A. 負荷熱平衡：人體以非正常比例散熱的熱平衡。 人體在負荷熱平衡時，雖然 ?q ? 0 ，但人體已不在熱舒適 狀態(tài)，是可以忍受的。 B. 室內(nèi)熱氣候的類型：

? 舒適的室內(nèi)熱氣候
（⊿q=0,且按正常比例散熱 ---正常熱平衡） ? 可以忍受的室內(nèi)熱氣候 （⊿q=0,非正常比例散熱 ---負荷熱平衡） ? 不可以忍受的室內(nèi)熱氣候

（⊿q≠0 --- 熱不平衡）

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（2）室內(nèi)熱氣候的評價方法
自本學科建立以來，室內(nèi)熱氣候的評價問題就是一個熱門課題，長期以 來，國內(nèi)外許多學者都在積極探究此問題,并付出了很多勞動和努力。由于 建筑熱環(huán)境的影響因素較多，且具有綜合性和相互補償性，因此，很難以單 一因素指標評價熱環(huán)境的優(yōu)劣。到目前為止，國外一些學者從不同的途徑提 出了多種不同的評價指標或評價方法，主要有以下幾種方法：

A 有效溫度法
B 作用溫度法 C 熱應力指標法 D 預計熱指標法

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① 預計熱指標法(Predicted Mean Vote，簡寫為PMV)

該方法是丹麥學者范格爾(P.O.Fanger)在人體熱平衡方程的基礎
上進行研究與推導，得出△q是空氣溫度、空氣濕度、氣流速度和平 均輻射溫度四個環(huán)境參數(shù)及人體新陳代謝產(chǎn)熱率、皮膚平均溫度、 肌體蒸發(fā)率和著衣熱阻的函數(shù)。人體熱舒適的必要條件為:
?q ? f ( t i、? i、? i、v i、q m、t sk、q sw、Rcl ) ? 0

人體在環(huán)境中感到熱舒適的充分條件必須使人體的皮膚溫度處
于舒適的溫度范圍，而且肌體的蒸發(fā)率也應處于舒適范圍內(nèi)。 該方 程比較全面合理地表達了人體熱感與上述6個參數(shù)的定量關系，從而 建立起PMV指標系統(tǒng)，把PMV值按人的熱感覺分成7個等級。
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PMV指標的7級分度
熱感覺 PMV 值 熱 +3 暖 +2 微暖 +1 適中 0 微涼 -1 涼 -2 冷 -3

PMV值是客觀值， PMV指標只代表同一環(huán)境下絕大多數(shù)人的

感覺，不能代表所有個人的感覺。
熱舒適的評價有主觀因素，主、客觀對照有上述相應關系。 ISO規(guī)定：PMV=-0.5～+0.5為熱舒適標準。這一標準對一 些發(fā)達國家可以滿足；對我國來講，差距較大。有專家建議我

國的PMV值可取：-1.5 ～ +1.5

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預測不滿意百分比PPD

(Predicted Percent Dissatisfied)

（PPD是通過概率分析確定某環(huán)境條件下人群不滿意的百分數(shù)）

即便 PMV＝0，仍然有5％的人不滿意。
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② 有效 溫度 指標 法圖
干 球 溫 度 濕 球 溫 度

(℃) 風速 (m/s)

(℃)

普通衣著，坐姿輕勞動。
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（3）人體舒適條件： ? -0.5＜PMV＜+0.5 ? 頭部與腳踝的垂直溫差＜3℃ ? 由寒冷窗戶所造成的不對稱輻射溫差＜10℃ ? 由暖和窗戶所造成的不對稱輻射溫差＜15℃ ? 由暖和天花板所造成的不對稱輻射溫差＜5℃

? 19℃＜地板表面溫度＜29℃
? 30 %＜相對濕度＜70 %

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§3 室外熱氣候
建筑物基地的各種氣候因素，通過建筑物的圍護結(jié)構、外門窗及各類 開口，直接影響室內(nèi)的氣候條件。為了獲得良好的室內(nèi)熱環(huán)境，必須了解 當?shù)馗髦饕獨夂蛞蛩氐母艣r及變化規(guī)律特征，以作為建筑設計的依據(jù)。

1、室外熱氣候構成要素
一個地區(qū)的氣候狀況是許多因素綜合作用的結(jié)果，與建筑物密 切相關的氣候因素有：(五要素) ① 太陽輻射； ② 室外空氣溫度； ③ 室外空氣濕度； ④ 風； ⑤ 降水等。
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① 太陽熱輻射
太陽是一個灼熱氣團，表面 溫度有6000℃，時刻向四周放射 不同波長的電磁波，波長范圍大 致在10 ?10 ~ 10 5 m 。其中波長 在 0.2 ?10 ?6 ~ 3 ?10 ?6 m 范圍內(nèi)的能 量占全部輻射能量的98％。 （屬于短波輻射）
10 ?10 m ~ 10 5 m

太陽輻射是地球熱能的根本
來源，是決定地球上氣候的主要 因素。
太陽輻射熱交換示意圖
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? 太陽熱輻射與地面的熱交換
太陽輻射能進入地球大氣層后，由于大氣層內(nèi)各種氣體分子和其他 微粒的存在，極大地削弱了太陽輻射照度，大氣層中各種氣體分子的折射 也減弱了太陽輻射 。當太陽輻射遇到云層時要反射一部分；大氣層中的

氧、臭氧、二氧化碳和水蒸氣又吸收了一部分太陽輻射；大氣中塵埃對太
陽輻射的吸收也是不可忽視的。由于反射、折射和吸收的共同作用，使得 太陽輻射到達地面時被極大地削弱。

太陽輻射到達地面之后，一部分被地面所吸收，另一部分則由地面
向天空反射。地面吸收的太陽輻射熱量使地面水蒸發(fā)，極小一部分以對流、 傳導的方式散發(fā)熱量，因此太陽輻射能量對于地面的熱交換是一個復雜的 過程。
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? 太陽輻射熱的影響因素
A.太陽高度角 由于大氣層對不同波長的太陽輻射具有選擇性的反射與 吸收作用，因此在不同的太陽高度角下，光譜的成分不同。太陽高度角愈 高，紫外線及可見光成分就愈多，紅外線成分則減少。散射輻射強度與太 陽高度角成正比，與大氣透明度成反比,云天的散射輻射照度較晴天大。 B.大氣透明度 大氣透明度的影響隨大氣中的煙霧、灰塵、水汽及二氧 化碳等造成的混濁狀況而異。城市上空的大氣較農(nóng)村混濁，透明度較差， 因此城市區(qū)域的太陽直射輻射照度比農(nóng)村弱。 C.海拔高度 海拔愈高，太陽光線所透過的大氣層愈薄，同時大氣中 的云量與塵埃也就愈少，所以在海拔高的地區(qū)，太陽直射輻射照度較大。 在海拔高的地方散射輻射照度低。

D.緯度 因為高緯度地區(qū)的太陽高度角小，太陽輻射透過的大氣層較
厚，所以太陽直射輻射隨緯度的增加而減小。
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② 室外空氣溫度
室外空氣溫度是指距地面1.5米背陰處空氣的溫度。對于太陽輻射言，大 氣幾乎是透明的，直接受太陽輻射的增溫非常微弱，室外空氣主要靠吸收地面 的長波輻射而增溫。因此，地面與空氣的熱交換是空氣溫度升降的直接原因。

影響室外空氣溫度的因素：
A.太陽輻射熱量(決定性作用) 空氣溫度的日變化、年變化，以及隨地理緯度而產(chǎn)生的變化，都是由于太 陽輻射熱量的變化而引起的。 B.大氣環(huán)流作用 無論是水平方向還是垂直方向的空氣流動，都會使高、 低溫空氣混合，從而減少地域間空氣溫度的差異。 C.下墊面狀況 草原、森林、水面、沙漠等不同的地面覆蓋層對太陽輻射

的吸收及與空氣的熱交換狀況各不相同，對空氣溫度的影響不同，因此各地溫
度也就有了差別。 D.海拔高度、地形地貌等。
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? 室外氣溫的變化規(guī)律
室外氣溫有明顯的日變化與年變化規(guī)律。 日較差:一日內(nèi)氣溫的最高值與最低值之差，用來表示氣溫的日變化。 對北半球來說，最高月平均氣溫出現(xiàn)在7月或8月，而最低月平均氣溫出現(xiàn) 在1月或2月。 年較差:一年內(nèi)最熱月與最冷月的平均氣溫差。我國氣溫的年較差自南 到北逐漸增大。華南和云貴高原約為10-20℃，長江流域一般為20—30℃， 華北和東北的南部約為30—40℃，東北的北部和西北部則常超過40℃。但 沿海地區(qū)常受臺風影響，北方地區(qū)則受寒流影響，至于長江中下游地區(qū)， 常為北方寒流與南方暖濕氣流的交匯處，氣溫波動較大。 注意：目前所用氣溫資料為各城市近郊氣象臺站離地面1.5m高處的空 氣溫度，與城市中心地區(qū)的氣溫有差別。由于城市熱島效應，城市中心地

區(qū)的氣溫常高于城郊和農(nóng)村。
50

臺北市

北京市

城市熱島效應
51

③ 室外空氣濕度
空氣濕度是指空氣中水蒸氣的含量,來源于各種水面、植物及其它載 水體的蒸發(fā)和升騰作用。相對濕度的日變化受地面性質(zhì)、水陸分布、季節(jié) 寒暑、天氣陰晴等因素影響，相對濕度日變化趨勢與氣溫變化相反。 我國因受海洋氣候的影響，南方大部分地區(qū)相對濕度以夏季為最大， 秋季最小。華南地區(qū)和東南沿海一帶，因春季海洋氣團侵入，相對濕度以 3~5月為最大，秋季最小，所以在南方地區(qū)春夏之交時氣候較為潮濕，形成

明顯的潮濕季節(jié)，對這一地帶的建筑防潮和室內(nèi)熱環(huán)境都具有重要影響。

52

④風
風是由大氣壓力差引起的大氣水平方向的運動，可分為大氣環(huán)流與地方風 兩大類。地表增溫不同引起大氣壓力差是風產(chǎn)生的主要成因。 大氣環(huán)流：由于太陽輻射熱在地球上照射不均勻，引起赤道和兩極間出現(xiàn) 溫差，從而引起大氣從赤道到兩極和從兩極到赤道的經(jīng)常性活動。它是造成各 地氣候差異的主要原因。 地方風：由于地表水陸分布、地勢起伏、表面覆蓋等地方性條件的不同而 引起的風叫，如海陸風、季風、山谷風、庭院風及巷道風等。除季風外，都是 由局部地方晝夜受熱不均引起的，所以都以一晝夜為周期，風向產(chǎn)生晝夜交替 的變化。 風特性指標：風向、風速。通常用風玫瑰圖來表示。

53

我國部分城市風玫瑰圖

54

⑤ 降水
從地球表面蒸發(fā)的水汽進人大氣層，經(jīng)凝結(jié)后又降到地面上的液態(tài)或固態(tài)水分，稱為
降水。雨、雪、冰雹等都屬于降水現(xiàn)象。降水性質(zhì)包括降水量、降水時間和降水強度等。 降水量：指降落到地面的雨、雪、冰雹等融化后，未經(jīng)蒸發(fā)或滲透流失而積累在水平 面上的水層厚度，以mm為單位。降水量的多少是用雨量筒和雨量計測定的。降水強度的等 級以24h的總量(mm)來劃分：小雨<10；中雨10-25；大雨25-50；暴雨50-100。 影響降水 量的因素很復雜，在寒冷地區(qū)水的蒸發(fā)量不大，而且冷空氣也不可能包含很多水汽，因此，

降水量也很有限；在炎熱地區(qū)，蒸發(fā)強烈，由于空氣溫度高，能包含水汽的容量也大，所
以水汽凝結(jié)時會產(chǎn)生大量的降水。此外，大氣環(huán)流、地形、海陸分布的性質(zhì)及洋流等對降 水規(guī)律都有影響，往往同時起作用。 降水時間：指一次降水過程從開始到結(jié)束的持續(xù)時間，以h、min表示。 降水強度：單位時間內(nèi)的降水量。

55

2、城市小氣候
由于不同區(qū)域的地形、地貌、植被、水面等分布狀況不同，使某些 地方往往具有獨特的氣候。這種在小地區(qū)因受地方因素影響而形成的氣 候，稱為“小氣候”。如地勢小氣候、森林小氣候、湖泊小氣候及城市 小氣候等。 （1）城市小氣候的成因 城市小氣候是由于人類活動,特別是城市化影響下而形成的一種特 殊小氣候，成因主要是: ① 城市中街道、建筑物鱗次櫛比，高低錯落，形成特殊的下墊面。

② 城市中人口密集，交通頻繁，生活和生產(chǎn)活動中消耗大量礦物燃
料，排放很多“人為熱”、“人為水汽”、廢氣和其它污染物。
56

（2）城市小氣候的負效能 ① 大氣透明度較小，削弱太陽輻射
由于大氣污染，城市的太陽輻射比郊區(qū)減少15％一20％。且工業(yè)區(qū)比非 工業(yè)區(qū)減少明顯。

② 氣溫較高，形成“熱島效應”
由于城市的“人為熱”及下墊面向地面近處大氣層散發(fā)的熱量比郊區(qū)多， 氣 溫也就不同程度地比郊區(qū)高，而且由市區(qū)中心地帶向郊區(qū)方向逐漸降低，這種

氣溫分布的特殊現(xiàn)象叫做“熱島效應”。熱島效應影響所波及的高度在小城市
約為50m，在大城市則可達500m以上。熱島范圍內(nèi)的大氣像蓋子一樣，使發(fā)生 在熱島范圍內(nèi)的各種氣體污染物質(zhì)都被圍閉在熱島之中。因此，熱島效應對大 范圍內(nèi)的空氣污染有很大影響。
57

③風速減小、風向隨地而異 城市房屋、街道的高低、縱橫交錯，使城市區(qū)域下墊面粗糙程度增大， 市區(qū)內(nèi)風速減小。如北京城區(qū)年平均風速比郊區(qū)小20％~30％，上海市中心

比郊區(qū)小40％，且城市區(qū)域內(nèi)的風向不定，往往受街道走向等因素的影響。
④蒸發(fā)減弱、濕度變小 城區(qū)降水容易排泄，地面較為干燥，蒸發(fā)量小，而且氣溫較高，所以年

平均相對濕度比郊區(qū)低。如廣州約低9％，上海約低5％。
⑤霧多、能見度差 由于城市中的大氣污染程度要比郊區(qū)大，大氣中具有豐富的凝結(jié)核，一 旦條件適宜就產(chǎn)生大量的霧。如霧都重慶，城區(qū)霧日比郊區(qū)多1~2倍，甚至 高達4倍。
58

§4 建筑熱工設計分區(qū)
我國幅員遼闊，各地的氣候條件相差懸殊。南、北最冷月平均溫差可

達50℃左右,當北方海拉爾地區(qū)氣溫低于-28℃時，海南島則尚在21℃以上。
青藏高原最熱月平均僅10~20℃，常年無夏；而廣東地區(qū)最冷月平均氣溫不 低于10℃，全年無冬。北部最大積雪深度可達70cm；而南嶺以南則為無雪

地區(qū)。臺灣地區(qū)年降水量多達3000mm；而塔里木盆地僅10mm。新疆地區(qū)
全年日照時數(shù)達3000h以上，四川、貴州部分地區(qū)只有1000h左右。 為了科學地提出與建筑有關自然氣候條件的設計依據(jù)，明確各氣候區(qū)建 筑的設計要求和相應的技術措施。我國已經(jīng)根據(jù)建筑特點、要求以及各種氣 候因素對建筑物的影響，在全國范圍內(nèi)進行了建筑氣候分區(qū)工作，以指導建 筑熱工設計。
59

1、我國主要地區(qū)氣候描述
北部：長冬無酷暑； 南部：長夏無冬； 東部沿海：溫暖濕潤，四季分明； 西北、內(nèi)陸地區(qū)：寒暑變化顯著，降水少，氣候干燥； 云貴高原：冬無嚴寒，夏無酷暑； 西南山谷： 小氣候變化顯著。

2、河南省氣候概述
地處我國中東部，黃河中下游，地域面積16.7平方公里(占全國的1.74%)；南 北、東西的直線距離分別為530km、580km。境內(nèi)地表形態(tài)復雜，有山地、丘陵、 平原、盆地等多種地貌。山地面積占44%，（北有太行山，西有伏牛山，南有桐柏 和大別山）；豫西南以丘陵地形為主；豫東為黃淮平原；南部屬盆地（南陽盆地） 南北緯度相差5度，年降水量在600~1200㎜，分布不均。 冬季寒冷少雨雪；春季干旱多風沙；夏季炎熱雨水豐；秋季晴朗日照長。
60

61

3、建筑熱工分區(qū)及其設計要求
分區(qū) 名稱 分區(qū) 代號

分區(qū)指標依據(jù) 熱工設計要求
主要指標 最冷月平均溫度≤-10℃ 輔助指標 日平均溫度≤5℃的天數(shù) ≥145天 日平均溫度≤5℃的天數(shù) =90~145天 日平均溫度≤5℃的天數(shù) =0~90天； 日平均溫度≥ 25℃的天數(shù) =40~110天； 日平均溫度≥ 25℃的天數(shù) =100~200天； 日平均溫度≤5℃的天數(shù) =0~90天； 必須充分滿足冬季保溫求， 一般可不考慮夏季防熱 應滿足冬季保溫要求， 部分地區(qū)兼顧夏季防熱 必須滿足夏季防熱要求，

嚴寒地區(qū)

Ⅰ

寒冷地區(qū)

Ⅱ

最冷月平均溫度0~-10℃

夏熱冬冷地區(qū)

Ⅲ

最冷月平均溫度0~10℃

最熱月平均溫度25~30℃
最冷月平均溫度＞10℃ 最熱月平均溫度25~29℃ 最冷月平均溫度0~13℃ 最熱月平均溫度18~25℃

適當兼顧冬季保溫
必須充分滿足夏季防熱， 一般可不考慮冬季保溫 部分地區(qū)考慮冬季保溫， 一般可不考慮夏季防熱 62

夏熱冬暖地區(qū)

Ⅳ

溫和地區(qū)

Ⅴ

第二章 建筑熱工計算與設計原理
§1 傳熱的基本方式

傳熱是指物體內(nèi)部或者物體與物體之間熱能轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。凡 是一個物體的各個部分或者物體與物體之間存在著溫度差，就必 然有熱能的傳遞、轉(zhuǎn)移現(xiàn)象發(fā)生。根據(jù)傳熱機理的不同，傳熱的

基本方式有三種：
導熱 對流 輻射
63

1、導熱
導熱是由溫度不同的質(zhì)點(分子、原子、自由電子)在熱運動中引 起的熱能傳遞現(xiàn)象。在固體、液體和氣體中均能產(chǎn)生導熱現(xiàn)象，但其

機理卻并不相同。
固體導熱是由于相鄰分子發(fā)生的碰撞和自由電子遷移所引起的熱 能傳遞。 在液體中的導熱是通過平衡位臵間歇移動著的分子振動引起的。 在氣體中則是通過分子無規(guī)則運動時互相碰撞而導熱。單純的導

熱僅能在密實的固體中發(fā)生。

64

2、對流
對流是由于溫度不同的各部分流體之間發(fā)生相對運動、互相摻
合而傳遞熱能。因此，對流換熱只發(fā)生在流體之中或者固體表面和 與其緊鄰的運動流體之間。 對流換熱的強弱主要取決于層流邊界層內(nèi)的換熱與流體運動發(fā)生 的原因、流體運動狀況、流體與固體壁面溫差、流體的物性、固體 壁面的形狀、大小及位臵等因素。

65

3、熱輻射
（1）熱輻射的本質(zhì)
凡是溫度高于絕對零度(K)的物體，由于物體原子中電子的振 動或激動作用，將向外界空間輻射電磁波。不同波長的電磁波落到 物體上可產(chǎn)生各種不同的效應。人們根據(jù)這些不同的效應把電磁波 分成許多波段。其中波長在0.8~600?m之間的電磁波稱為紅外線，

照射物體能產(chǎn)生熱效應。把波長在0.4~40?m范圍內(nèi)的電磁波(包括
可見光和紅外線的短波部分)稱為熱射線，因為它照射到物體上的 熱效應特別顯著。熱射線的傳播過程叫做熱輻射。通過熱射線傳播 熱能稱為輻射傳熱。輻射傳熱與導熱、對流傳熱有著本質(zhì)的區(qū)別。

66

（2）輻射傳熱特點 A.在輻射傳熱過程中伴隨著能量形式的轉(zhuǎn)化，即物體的內(nèi)能 首先轉(zhuǎn)化為電磁能向外界發(fā)射，當此電磁能落到另一物體上而被 吸收時，電磁能又轉(zhuǎn)化為吸收物體的內(nèi)能。

B.電磁波的傳播不需要任何中間介質(zhì)，也不需要冷、熱物體的
直接接觸。太陽輻射熱穿越遼闊的真空空間到達地球表面就是很好 的例證。

C.凡是溫度高于絕對零度的一切物體，都在不間斷地向外輻射
不同波長的電磁波。因此，輻射傳熱是物體之間互相輻射的結(jié)果。 當兩個物體溫度不同時，高溫物體輻射給低溫物體的能量大于低溫

物體輻射給高溫物體的能量，從而使高溫物體的能量傳遞給了低溫
物體。
67

4、幾個重要概念
? 溫度場：在某一時刻，某一物體的表面及內(nèi)部所有各點溫度的總體 分布。因此，溫度場是空間和時間的函數(shù)。 ? 穩(wěn)定溫度場

? 非穩(wěn)定溫度場
? 穩(wěn)定傳熱 ? 單向穩(wěn)定傳熱 ? 雙向穩(wěn)定傳熱 ? 三向穩(wěn)定傳熱 ? 單向不穩(wěn)定傳熱 ? 雙向不穩(wěn)定傳熱 ? 三雙向不穩(wěn)定傳熱

T ? f ( V，t ) ? f ( x，y，z，t )
T ? f(x)

T ? ( x，t )

68

§2

平壁的穩(wěn)定導熱計算
“平壁”指表面較為平整，面積比厚度 大得多的圍護結(jié)構。 1、單層勻質(zhì)平壁的穩(wěn)定導熱

? 計算模型：
單層勻質(zhì)平壁的面積為F、厚度為d ；

使用季節(jié)：冬季
壁面溫度為：? i、? e 且? i ? ? e 熱流方向垂直于平壁

69

（1）熱傳導過程及其影響因素分析
圍護結(jié)構在穩(wěn)定溫度場中，由于兩壁面存在熱傳導的動力即 溫差，所以有熱量將從圍護結(jié)構內(nèi)表面通過圍護結(jié)構傳導至圍護結(jié) 構外表面。 ? 溫差 ? i ? ? e ：溫差越大，熱傳導動力就越強，傳導的熱量就越多。

? 厚度d：厚度越大，熱流傳導過程中的路徑就越長，遇到的阻力就
越大，傳導的熱量就越少。 ? 面積F：圍護結(jié)構面積越大，傳導的熱量就越多。 ? 時間?：時間越長，傳導熱量積累就越多。 ? 材料種類：材種不同，導熱能力則不同。表征此能力的熱工量即導 熱系數(shù) ? 。
70

綜合上述分析，如果設傳導的總熱量為Q，則：

Q?
Q

? ( ? i ? ? e )F ? ? d

：總導熱量，KJ；

? i ：平壁內(nèi)表面溫度，℃； ? e ：平壁外表面溫度，℃； d F ?
：平壁厚度，m； ：垂直于熱流方向的平壁表面積，㎡； ：導熱時間，h；

? ：導熱系數(shù)，w/mk 為了比較圍護結(jié)構的導熱能力，當取單位面積、單位時間分析
圍護結(jié)構導熱時，即圍護結(jié)構的導熱熱流強度為：
71

q ?

?i ? ?e ?i ? ?e ? ( ?i ? ?e ) ? ? d d R ?

其中： R ?
? 對q?

d 稱為“導熱阻， m 2 ? K / W ?
付立葉(Fourier) 導熱計算公式

?i ? ?e d 和R ? 進行分析： R ?

?d 大 q ?? R ?? ? ?? 小
? 保溫材料和選材的重要性！

72

（2）關于保溫和隔熱材料 保溫材料：能夠有效阻止熱量由室內(nèi)向室外傳導的材料，即導熱系數(shù) 較小的材料。通常將導熱系數(shù)小于0.25的材料稱為保溫材料。 保溫材料的熱工性能表征指標：導熱系數(shù)

隔熱材料：能夠防止熱量由室外向室內(nèi)傳導的材料。
材料的導熱系數(shù)?值的大小直接關系到導熱傳熱量，是一個非常 重要的熱物理參數(shù)。各種不同的材料或物質(zhì)在一定的條件下都具有確 定的導熱系數(shù)。 常用建筑材料的導熱系數(shù)值已列入本書附錄工中，未列入的材料

或新材料可在其它參考文獻中查到或直接通過實驗獲得。

73

● 材料的導熱系數(shù)及其影響因素
A. 材質(zhì)的影響 由于不同材料的組成成分或結(jié)構不同，其導熱性能也就各不相同， 并有不同程度的差異.就常用非金屬建筑材料而言，其導熱系數(shù) 值的差異非常明顯，如礦棉、泡沫塑料等材料的值比較小，而磚砌體、

鋼筋混凝土等材料的值就比較大。至于金屬建筑材料,如鋼材、
鋁合金等,導熱系數(shù)更大。工程上常把?值小于0.25W／(m·K)的材料 作保溫、隔熱之用，以充分發(fā)揮其材料的特性�？諝獾膶嵯禂�(shù)很小， 在27℃狀態(tài)下僅為0.02624W／(m·K)；而純銀在0℃時，導熱系數(shù)達
410W／(m·K)，兩者相差約1.56萬倍，可見材料或物質(zhì)的導熱系數(shù)值

變動范圍之大。
74

B. 表觀密度的影響 材料的表觀密度反映材料密實的程度，材料愈密實,表觀密度愈 大，材料內(nèi)部的孔隙愈少，其導熱性能也就愈強。因此，在同一類材 料中，表觀密度是影響其導熱性能的重要因素。

在建筑材料中，一般來說，表觀密度大的材料導熱系數(shù)也大，
尤其是像泡沫混凝土、加氣混凝土等多孔材料，表現(xiàn)得很明顯；但是 也有某些材料例外，當表觀密度降低到某一程度后，如再繼續(xù)降低， 其導熱系數(shù)不僅不隨之變小，反而會增大。顯然，這類材料存在著一 個最佳表觀密度，即在該表觀密度時，其導熱系數(shù)最小。在實用中應

充分注意這一特點。

75

C. 材料含濕量的影響
在自然條件下，一般非金屬建筑材料并非絕對干燥，而是在不同程 度上含有水分，材料中的水分占據(jù)了孔隙的一定體積。含濕量愈大，水 分所占有的體積愈多。水的導熱性能約比空氣高20倍，因此，材料含濕

量的增大必然使導熱系數(shù)值增大。
D. 孔隙構造和空隙率的影響 封閉孔隙 連通孔隙 空隙率
磚砌體導熱系數(shù)與重量濕度的關系 76

2、多層勻質(zhì)平壁的穩(wěn)定導熱計算
現(xiàn)以三層圍護結(jié)構為例： 三層材料的厚度和導熱 系數(shù)分別為 :
d 1、d 2、d 3 和? 1、? 2、? 3
?i

?2

?3

界面溫度分別表示為：
?e

? i、? 2、? 3、? e ( ?i ? ?e )
?i

根據(jù)付立葉公式，通過三層的熱流強度分別為：
q1 ? ?i ? ?2 d1 ?1 ?2 ? ?3 d2 ?2 ?3 ? ?e d3 ?3
77

q2 ?

q3 ?

由于穩(wěn)定導熱時，熱流強度不變，即：
q1 ? q 2 ? q 3 ? q q? ?i ? ?e ?i ? ?e ? ? ?e ? ? i d d1 d R 1 ? R2 ? R3 ?R ? 2 ? 3 ?1 ? 2 ?3

? 上式的拓展及其工程意義
? 圍護結(jié)構內(nèi)部界面溫度的計算
?2 ? ?i ? q d1 ?1 d1 d ? 2 ) ?1 ? 2

? 2 ? ? i ? q( ?? ? j ?1

dj d1 ? ? i ? q( ? ?? ? ) ?1 ?j
78

3、組合壁的穩(wěn)定導熱計算
組合壁：在多層平壁中，某一材料層 由兩種以上材料組成的平壁。

根據(jù)多層次平壁的導熱計算公式，組合壁
的熱流強度為：

q?

?i ? ?e R1 ? R ? R3

關鍵是加權平均熱阻的求算問題

F1 ? F2 ? ?? R? F1 F2 ? ? ?? R1 R2
79

§3 對流換熱計算
對流是由于溫度不同的各部分流體之間發(fā)生相對運動、互相摻合 而傳遞熱能。因此，對流換熱只發(fā)生在流體之中或者固體表面和與其

緊鄰的運動流體之間。
仔細觀察對流傳熱過程，可以看出：因受摩擦力的影響，在緊貼 固體壁面處有一平行于固體壁面流動的流體薄層，稱為層流邊界層， 其垂直壁面的方向主要傳熱方式是導熱，它的溫度分布呈傾斜直線 狀；而在遠離壁面的流體核心部分，流體呈紊流狀態(tài)，因流體的劇烈

運動而使溫度分布比較均勻，呈一水平線；在層流邊界層與流體核心
部分之間為過渡區(qū)，溫度分布可近似看作拋物線 。
80

? 對流和對流換熱的區(qū)別
對流指一種單一傳熱方式， 在建筑實際工程中，單一對流 傳熱方式不可能存在，圍護結(jié) 構壁面與周圍空氣之間的熱交

換十分復雜，在對流傳熱的同
時，導熱傳熱也同時存在，實 際上是一種綜合效應，在此用

對流換熱來描述這一狀況。

對流換熱示意圖

81

1. 對流換熱強弱的取決因素
? 流體與固體壁面溫差； ? 流體運動狀況； ? 流體的物性； ? 固體壁面的形狀、大小及位臵等因素。 2. 對流換熱強度計算

q c ? ? c ?? ? t ?

牛頓公式

式中

q c ——對流換熱強度 w / m 2； ? c ——對流換熱系數(shù)； ? ——壁面溫度℃； t ——流體主體部分溫度℃。
82

值得注意的是：對流換熱系數(shù)為可變常數(shù)，是一個取決于許多因 素的物理量。結(jié)合建筑圍護結(jié)構實際情況并為簡化計算起見，通常只 考慮氣流狀況是自然對流還是受迫對流；構件是處于垂直的、水平的 或是傾斜的；壁面是有利于氣流流動還是不利于流動；傳熱方向是由 下而上或是由上而下等主要影響因素。推薦以下公式。 A. 自然對流換熱 ?當平壁處于垂直狀態(tài)時：

?c ? 2 ? 4 ? ? t
?當平壁處于水平狀態(tài)時：
若熱流由下而上

? c ? 2.5 ? 4 ? ? t
若熱流由上而下

? c ? 1.3 ? 4 ? ? t
83

B. 受迫對流換熱 當流體各部分之間或者流體與緊鄰的固體表面之間存在著溫度差， 但同時流體又受到外部因素如氣流、泵等的擾動而產(chǎn)生傳熱的現(xiàn)象， 稱為受迫對流換熱。 建筑物處于大氣層內(nèi)，建筑物與空氣緊鄰，風成為主要的擾動因素。

由于流體各部分之間或者流體與緊鄰固體表面之間存在著溫度差，因溫
差而引起的自然對流換熱也就必然存在，就是說，在受迫對流換 熱之中必然包含著自然對流換熱的因素。受迫對流換熱主要取決于溫差、

風速的大小與固體表面的粗糙度。
對于中等粗糙度的固體表面，受迫對流換熱時的對流換熱系數(shù)可按 下式計算： 對于圍護結(jié)構外表面 對于圍護結(jié)構內(nèi)表面 ?c =( 2.5~6.0)+4.2 v ?c = 2.5 + 4.2 v
84

3. 對牛頓對流換熱計算公式的變形處理

q c ? ? c ?? ? t ? ? ??t 1 ?c ??t RC
目的？

?

? C ? 對流換熱系數(shù)； 1 ? Rc ? 對流換熱阻。 ?c
? 牛頓公式與付立葉公式的數(shù)學本質(zhì) (請同學們認真思考并總結(jié))
85

§4 熱輻射及其換熱計算
1. 熱輻射的本質(zhì)與特點 凡是溫度高于絕對零度(K)的物體，由于物體原子中的電子振動或激 動，向外界空間輻射電磁波。輻射傳熱與導熱、對流有著本質(zhì)的區(qū)別。 輻射傳熱特點： A.在輻射傳熱過程中伴隨著能量的轉(zhuǎn)化，即物體的內(nèi)能首先轉(zhuǎn)化為 電磁能向外界發(fā)射，當電磁能落到另一物體上而被吸收時，電磁能又轉(zhuǎn) 化為吸收物體的內(nèi)能。 B.電磁波的傳播不需要任何中間介質(zhì). C.輻射傳熱是物體之間互相輻射的結(jié)果。當兩個物體溫度不同時， 高溫物體輻射給低溫物體的能量大于低溫物體輻射給高溫物體的能量， 從而使高溫物體的能量傳遞給了低溫物體。
86

2.熱輻射的傳播 ---- 吸收、反射和透射
當熱輻射能投射到一物體的表面時，其中一部分被物體表面吸收 (absorption) ；另一部分被物體表面反射(reflection) ；還有一部分可能 透過物體(transmission)。 不同材料對不同波長的輻射熱的吸收、反射及透射性能是不同的， 這不僅取決于材質(zhì)、材料的分子結(jié)構、表面光潔度等因素，對于短波輻 射熱還與物體表面的顏色有關。

輻射熱的吸收、反射與透射

不同材料表面對輻射熱的反射系數(shù)
87

3. 材料對熱輻射反應的指標描述

I? I0

? ?h

反射系數(shù)

I? ? ?h I0 I? ? ?h I0

吸收系數(shù)

透射系數(shù)

? I? ? I? ? I? ? I0

? h ? ?h ? ?h ? 1
常見建筑材料的反射系數(shù)、吸收系數(shù)、透射系數(shù)見教材及有關文獻。

88

? 對

? h ? ?h ? ?h ? 1

討論

? h、? h、? h 分別 ? 0，且 ? 1 ? h ? 1 ?h ? ?h ? 0 ， ?h ? 1 ? h ? ?h ? 0 ， ?h ? 1 ?h ? ? h ? 0 ，
凡能將輻射熱全部反射的物體稱為絕對白體，能全部吸收的稱為
絕對黑體，能全部透過的則稱為絕對透明體或透熱體。 在自然界中并沒有絕對黑體、絕對白體及絕對透明體。在應用科學 中，常把吸收系數(shù)接近于1的物體近似地當作黑體。而在建筑工程中， 絕大多數(shù)材料都是非透明體，對輻射能反射越強的材料，其對輻射能

的吸收、透射就越少；反之亦然。
89

4. 物體的熱輻射本領及其規(guī)律 凡溫度高于絕對零度的物體都具有向外輻射能量的本領。為此， 用“輻射本領”來表示物體的熱輻射能力。 ? 全輻射本領：單位時間內(nèi)在物體單位表面積上輻射的波長從0到∞ 范圍的總能量，稱作物體的全輻射本領，通常用E表示。 ? 單色輻射本領：單位時間內(nèi)在物體單位表面積上輻射的某一波長的 能量稱為單色輻射本領，通常用E?表示。

? 物體熱輻射本領的取決因素：
A.表面溫度； B.輻射能力（系數(shù)即材料的不同

C.組成與構造；
D.顏色、光潔度等。
90

? “三體”的輻射光譜比較

? 黑體：能吸收一切波長輻射的物體， 同時還能向外發(fā)射一切波長的輻射能， 在同溫度下其輻射本領最大�！昂隗w” 并不是指物體的顏色。 ? 灰體：輻射特性和輻射光譜曲線的形 狀與黑體輻射光譜曲線形狀相似，且單 色輻射本領不僅小于黑體同波長的單色

同溫度不同物體的熱輻射光譜 1—黑體；2—灰體；3—選擇性輻射體

輻射本領的物體。大多數(shù)建筑材料都可
近似地看作灰體。

? 選擇性輻射體：只能吸收和發(fā)射某些波長輻射能的物體，并且其單色輻 射本領總小于同溫度黑體同波長的單色輻射本領。
91

? 物體輻射本領的量化
德國科學家斯蒂芬—波爾茲曼（stafan-beltzmamn)對黑體進行了分析
研究，得出:

?T ? Eb ? Cb ? b ? ? 100 ? E b ? ? ?黑體的全輻射本領， w / m 2 ; Tb ? ? ? 黑體的絕對溫度， K； C b ? ? ? 黑體的輻射系數(shù)， w / m 2 ? K 4

4

即黑體的全輻射本領與其絕對溫度的四次冪成正比,這一規(guī)律稱為 斯—波定律。 S—B定律的實質(zhì)：說明黑體的輻射本領與其絕對溫度的關系。 且黑體的輻射本領隨溫度的升高而增加。

Tb ?? E b ? Tb ?? E b的最大值（峰值）向短 波偏移。
92

? S—B定律的延伸（對灰體） 灰體的輻射本領：
? T ? E ? C? ? ? 100 ? E ? ? ? 灰體的輻射本領， w / m 2 ; T ? ? ? 灰體的絕對溫度， K ; C ? ? ? 灰體的輻射系數(shù)，取決 于灰體本身，有實驗或 計算確定。
4

93

? 灰體與黑體輻射本領的比較
E ? Eb ? T ? C? ? C ? 100 ? ? ? 常數(shù) 4 Cb Tb ? ? Cb ? ? ? 100 ?
4

C ? ?（常數(shù)）稱為“黑度” ，表示灰體相對黑體的 輻射能力。 Cb 0 ? ? ?1
根據(jù)克希科夫定律,在一定溫度下物體對輻射熱的吸收系數(shù)在數(shù)值上 等于其黑度。即物體的輻射能力愈大,它對外來輻射熱的吸收能力也愈大。

反之，物體的輻射能力愈小，對輻射熱的吸收能力也愈小。
94

5. 輻射換熱計算 以上僅是對單一物體熱輻射能力的討論，由于通常情況下自然 界的物體都在進行不同程度的熱輻射，而物體之間都在相互作用。 輻射換熱實際上是物體之間熱輻射相互作用下的綜合結(jié)果。 A. 兩黑體間的輻射換熱
模型: 設有面積和溫度分別為F1、T1與F2、T2 的兩個處于任意位臵的黑體1、2 1 根據(jù)S—B定律，兩黑體向外輻射的熱量為：

Qb1
2

? T ? ? E b1 ? F1 ? C b ? 1 ? ? F1 ? 100 ? ? T ? ? F2 ? C b ? 2 ? ? F2 ? 100 ?
95
4

4

Qb 2 ? E b 2

顯然，

在黑體 1輻射的熱量 Q b1中, 只有一部分投射到黑體 2上 , 設為 Q12 在黑體 2輻射的熱量 Q b 2中, 也只有一部分投射到黑 體1上 , 設為 Q 21 ? 在一定條件下 ( 位臵一定 ), Q Q 令： 12 ? ? 12、 21 ? ? 21 Q b1 Qb 2 ? ? ? ? 平均角系數(shù)，完全取決 于物體間的相對位臵。 因此， Q12 ? Q b1 ? ? 12 ? E b1 F1 ? ? 12 同理， Q 21 ? Q b 2 ? ? 21 ? E b 2 F2 ? ? 21 Q12 Q 21 、 是一個定值。 Q b1 Q b 2

由于輻射是兩物體之間的相互作用,就一個物體(黑體)而言,在

輻射過程中得失的凈熱量又如何呢？

96

Q1? 2 ? Q 21 ? Q12 ? E b 2 F2 ? 21 ? E b1 F1 ? 12 ?T ? ?T ? ? C b ? 2 ? F2 ? 21 ? C b ? 1 ? F1 ? 12 ? 100 ? ? 100 ?
4 ?? T2 ? 4 ? ? T1 ? ? C b ?? ? F2 ? 21 ? ? ? F1 ? 12 ? ? 100 ? ?? 100 ? ? ? ? 4 4

同理:

Q2?1

4 ?? T1 ? 4 ? ? T2 ? ? C b ?? ? F1 ?12 ? ? ? F2 ? 21 ? ? 100 ? ?? 100 ? ? ? ?

97

據(jù)傳熱學,可以證明:
F1 ?12 ? F2 ? 21 稱為“互易定理”或“ 相反定理” 因此： Q1? 2 ?? T1 ? 4 ? T2 ? 4 ? ? C b F1 ?12 ?? ? ?? ? ? 100 ? ? 100 ? ? ?? ? ? ?? T1 ? 4 ? T2 ? 4 ? ? C b F2 ? 21 ?? ? ?? ? ? 100 ? ? 100 ? ? ?? ? ?

B. 兩灰體之間的輻射換熱量計算
灰體間的輻射換熱計算比較復雜，因為灰體在輻射的同時，

還有反射問題。但對于黑度較大（>4.7)的灰體，可仿照上式進行
計算，其誤差不大（<3%)，可以使用。
98

任意相對位臵兩灰體的凈輻射換熱量為：

Q1? 2

?? T1 ? 4 ? T2 ? 4 ? ? C 12 ?? ? ?? ? ? F1 ?12 ?? 100 ? ? 100 ? ? ? ? 或 ?? T2 ? 4 ? T1 ? 4 ? ? C 21 ?? ? ?? ? ? F2 ? 21 ?? 100 ? ? 100 ? ? ? ? C12、C 21 — 相當輻射系數(shù) C 1C 2 ? ? ? 1? 2 C b Cb

Q 2?1

C12 ? C 21

99

C. 兩無限大平行平面間的輻射換熱量計算
在建筑熱工計算中,如果面積尺度比壁面間距大得多的平行平面,可按 此模型計算。

在此情況下，可認為一個表面的輻射熱全部投射到另一個表面，因此
它們之間的平均角系數(shù)相等且等于1。
Q1? 2 ?? T1 ? 4 ? T2 ? 4 ? ? C12 ?? ? ?? ? ? F1 ? 12 ?? 100 ? ? 100 ? ? ? ? 當取單位面積時： ?? T1 ? 4 ? T2 ? 4 ? ? C12 ?? ? ?? ? ? ?1?1 ?? 100 ? ? 100 ? ? ? ? ?? T1 ? 4 ? T2 ? 4 ? ? C12 ?? ? ?? ? ? 100 ? ? 100 ? ? ?? ? ? 1 ? 1 1 1 ? ? C1 C 2 C b
100

q1? 2

其中 C12

D. 一個物體被另一個物體包圍時的輻射換熱計算
在此情況下,物體1的輻射熱全部投射到物體2上,因此有:

?12 ? 1, 但? 21 ? 1
Q1? 2
2 1

?? T1 ? 4 ? T2 ? 4 ? ? C12 ?? ? ?? ? ? F1 ? 1 ?? 100 ? ? 100 ? ? ? ? ?? T1 ? 4 ? T2 ? 4 ? C12 ?? ? ?? ? ? F1 100 ? ? 100 ? ? ?? ? ? 其中：

1 1 F1 ? 1 1 ? ? ? ?C ? C ? ? C 1 F2 ? 2 b ? 當F1 ?? F2時， C12 ? C 1 C 12 ?
101

6. 輻射換熱與對流換熱公式的比較與化簡
? q c ? ? c ?? ? t ? ? ??t ??t ? 1 RC ?c

輻射換熱量算式： ?? T1 ? 4 ? T2 ? 4 ? Q1? 2 ? C12 ?? ? ?? ? ? F2 ?12 ?? 100 ? ? 100 ? ? ? ? ? 當單位面積時，令： q1? 2 ?? T1 ? 4 ? T2 ? 4 ? ? C12 ?? ? ?? ? ? ? 12 ? q r ? ? r ??1 ? ? 2 ?, ?? 100 ? ? 100 ? ? ? ?
4 4

? T1 ? ? T2 ? ? ? ?? ? 100 ? ? 100 ? ? r ? C12 ? ? 12 ?1 ? ? 2
102

輻射換熱強度可表達為:

q r ? ? r ??1 ? ? 2 ? ? ?1 ? ? 2 1 ?r ?1 ? ? 2 Rr

?

Rr ? 輻射換熱阻

平壁導熱： q ? ?

總 結(jié)

?i ? ?e ?i ? ?e ? d R ?? ??t ??t 對流換熱： q c ? ? c ?? ? t ? ? ? 1 Rc ?c ?1 ? ? 2 ?1 ? ? 2 ? 1 Rr ?r

付立葉公式

牛頓公式

輻射換熱： q r ? ? r ??1 ? ? 2 ? ?

103

§5 平壁的穩(wěn)定傳熱過程及其計算
? 冬季：內(nèi)表面吸熱—結(jié)構導熱—外表面放熱； （熱量由室內(nèi)到室外）

? 夏季：外表面吸熱—結(jié)構導熱—內(nèi)表面放熱。
（熱量由室外到室內(nèi)） ? 無論是冬季或夏季，熱量傳導的路徑都是： 表面——結(jié)構本身——表面 （傳熱三過程） 冬季平壁的傳熱過程 ? 實際的建筑圍護結(jié)構往往是三種基本傳熱 的綜合作用過程。如何計算？
104

? 現(xiàn)以冬季節(jié)、三層平壁圍護結(jié)構為例，分析實際傳熱計算問題。
計算模型： 三層平壁的厚度分別為 ：d 1、d 2、d 3 室內(nèi)、外空氣的溫度為 ：t i、t e , ?t i ? t e ? 圍護結(jié)構內(nèi)、外表面的 溫度為： ? i、? e
傳熱過程：

所用材料的導熱系數(shù)分 別為： ? 1、? 2、? 3

內(nèi)表面主要以對流、輻射換熱方式吸熱；
圍護結(jié)構本身導熱；
多層平壁的溫度分布

外表面主要以對流、輻射換熱方式放熱。

105

(1）內(nèi)表面吸熱

如果設內(nèi)表面總的傳熱 （吸熱）強度為 q i , 則： q i ? q ic ? q ir ? ? ic ?t i ? ? i ? ? ? ir ?t i ? ? i ? ? ?? ic ? ? ir ??t i ? ? i ? 令： ? i ? ? ic ? ? ir ? ti ? ?i 1 ?i ti ? ?i Ri 則： q i ? ? i ?t i ? ? i ?

? i ? ? ic ? ? ir ? 稱為內(nèi)表面熱轉(zhuǎn)移系數(shù) 1 ? Ri ? 成為內(nèi)表面熱轉(zhuǎn)移阻 ?i

?

106

(2）結(jié)構本身導熱

q? ?

?i ? ?e ? ? ?e ? i d d1 d 2 d 3 ? ? ?? ?1 ? 2 ? 3

(3) 外表面放熱

原理同(1）

q e ? q ec ? q er

? ? ec ?? e ? t e ? ? ? er ?? e ? t e ? ? ?? ec ? ? er ??? e ? t e ? ? ? e ?? e ? t e ?

107

? q e ? ? e ?? e ? t e ? ?e ? te ? 1 ?e ? ?e ? te Re
? e ? ? ec ? ? er ? 稱為圍護結(jié)構外表面熱 轉(zhuǎn)移系數(shù) 1 ? Re ? 稱為圍護結(jié)構外表面熱 轉(zhuǎn)移阻 ?e

108

? 對傳熱三過程熱流強度的整理
因為討論的是單向穩(wěn)定傳熱，依次通過圍護結(jié)構的熱流強度應不變。即：

qi ? q? ? qe ? q ti ? ?i ?i ? ?e ?e ? te ? ? ?q 1 d 1 ?? ?i ?e ?q ? ti ? te 1 d 1 ?? ? ?i ? ?e

ti ? te d R i ? ? ? Re ? d 令： R0 ? Ri ? ? ? Re ? 稱為圍護結(jié)構總傳熱阻 ； ? 1 K0 ? ? 稱為圍護結(jié)構總傳熱系 數(shù)。 R0 ?

109

ti ? te 對q ? 的討論： R0
q的大或小說明的問題； q值取決于哪些因素； d R0 ? Ri ? ? ? Re 對q的價值； ? Ri、Re的確定方法（計算法和 查表法）

110

111

§6 平壁內(nèi)部溫度的確定
研究意義：
圍護結(jié)構內(nèi)部溫度和內(nèi)表面 溫度也是衡量和評價圍護結(jié)構熱工 性能的重要依據(jù)。為了檢驗內(nèi)表 面和內(nèi)部是否會產(chǎn)生凝結(jié)水以及 內(nèi)表面溫度對室內(nèi)熱環(huán)境的影響，

都需要對所設計的圍護結(jié)構內(nèi)部
多層平壁的溫度分布

進行溫度核算。

112

你能推導出下列公式嗎？

113

§7 封閉空氣間層的傳熱
由于空氣材料的導熱系
數(shù)非常�。ㄊ墙缍ń^熱材料 導熱系數(shù)的1/10），因此可 把空氣作為一種十分高效的 保溫隔熱材料。在房屋建筑 中，為了提高圍護結(jié)構的熱 工性能，常把圍護結(jié)構作成 空腔，在其中設臵封閉空氣
空氣間層傳熱過程

間層。

114

1、封閉空氣間層的傳熱工作機理 封閉空氣間層的傳熱過程與固體材料層的傳熱迥然不同，在 有限封閉空間內(nèi)兩個表面之間進行的熱轉(zhuǎn)移過程，是導熱、對流 和輻射三種傳熱方式綜合作用的結(jié)果。

2、封閉空氣間層的使用形式
（1）垂直封閉空氣間層 當間層兩界面存在溫度差時，熱面將熱量通過空氣層流邊界

層的導熱傳給空氣層；由于空氣的導熱性能差，空氣層的溫度降
落較大，隨后附近的空氣將上升，冷表面附近的空氣則下沉，進 入自然對流狀態(tài)，溫度變化較為平緩；當靠近冷表面時，又經(jīng)過 層流邊界層導熱，熱量傳到冷表面。
115

不同狀態(tài)下封閉空氣間層內(nèi)的自然對流情況 （a）較厚的垂直間層；（b）較薄的垂直間層 （c）熱面在上的水平間層；（d）熱面在下的水平間層
116

（2）水平封閉空氣間層 在水平空氣間層中，當上表面溫度較高時，間層內(nèi)空氣難以形 成對流；而當下表面溫度較高時，熱空氣上升和冷空氣下沉形成了 自然對流。因此，間層下表面溫度高于上表面時對流換熱要比上表 面溫度高于下表面時強一些。總之，在有限封閉空間內(nèi)空氣伴隨著 導熱會產(chǎn)生自然對流換熱，對流換熱的強度與間層的厚度、位臵、 形狀等因素有關。既然空氣間層兩側(cè)表面存在著溫度差，兩表面材 料又都有一定的輻射系數(shù)或者黑度，根據(jù)前面所述的輻射換熱原理 可知封閉空氣間層中必然存在著輻射換熱。其輻射換熱量取決于間

層表面材料的輻射系數(shù)或黑度和間層的溫度狀態(tài)。
117

3、封閉空氣間層熱阻的影響因素及改善措施 對于用一般建筑材料作成的封閉空氣間層，輻射換熱量占總傳熱 量的70%以上。當間層厚度超過5cm時，增加間層的厚度并不能有效 地減少傳熱量。要減少空氣間層傳熱量必須減少輻射傳熱量。為此，

應設法減小間層表面的輻射系數(shù)。
目前在建筑工程中常采用的是鋁箔。(一般建筑材料的輻射系數(shù) 為4.65~5.23 ，而鋁箔的輻射系數(shù)僅為0.29~1.12)。將鋁箔貼于間層

壁面，改變壁面的輻射特性，能夠有效地減少輻射換熱量。當一個表
面貼上鋁箔后，成效相當顯著；當兩個表面都貼上鋁箔后，較一個表 面貼鋁箔時的效果有些增加，但傳熱量的減少并不很多。因此，在應

用中常以一個表面貼反射材料為宜。
118

119

4、應用封閉空氣間層時應注意的幾個問題
（1）在建筑圍護結(jié)構中采用封閉空氣間層可以增加熱阻，并且材料
省、重量輕，是一項有效而經(jīng)濟的技術措施。 （2）如果構造技術可行，在圍護結(jié)構中用一個“厚”的空氣間層不如 用幾個“薄”的空氣間層。 （3）為了有效地減少空氣間層的輻射傳熱量，可以在間層表面涂貼

反射材料，一般在一個表面涂貼，并且是在溫度較高一側(cè)的表面，以
防止間層內(nèi)結(jié)露。

120

§8 簡諧熱作用下的傳熱
通過圍護結(jié)構的熱流量及圍護結(jié)構內(nèi)部的溫度分布隨著時間而變動的傳熱 過程，稱為不穩(wěn)定傳熱。如果外界熱作用隨時間呈周期性變化的不穩(wěn)定傳熱， 稱為周期性不穩(wěn)定傳熱。顯然，周期性傳熱是不穩(wěn)定傳熱的一種特例。氣候因 素的變化近于周期性，春夏秋冬，周而復始，以年為周期變化；日出日落，晝 夜交替以日為周期變化。在嚴寒的冬季，采暖建筑倘若為間歇性供熱，室內(nèi)溫 度的波動也可視為周期性熱作用． 簡諧熱作用:溫度隨時間呈正弦函數(shù)或余弦函數(shù)規(guī)律變化的周期性不穩(wěn)定熱。 圍護結(jié)構所受到的周期性熱作用，并不都是隨時間呈余弦(或正弦)函數(shù)規(guī)律變 化的，但可用傅立葉級數(shù)展開，通過諧量分析，把周期性的熱作用變換成若干 階諧量的組合。所以通過研究簡諧熱作用下的傳熱過程，就能反映圍護結(jié)構和 房屋在周期性熱作用下的傳熱特性。
121

1. 簡諧熱作用的溫度表達
如果用 t ? 表示 ?時刻介質(zhì)的溫度，用 t表示諧波在一個周期內(nèi) 的平均溫度，則： ? 360 ? ? t ? ? t ? At cos? ? ?? ? Z ? ? 360 ? ? 其中， At cos? ? ? ?是以平均溫度為基準的 相對溫度，是溫度變化 的部分。 ? Z ? ? 360 ? ?（角速度） Z ? t ? ? t ? At cos??? ? ? ?

即： ? t ? At cos??? ? ? ? ?

常用 ? t 表示 At cos??? ? ? ? ，

t? ? t ? ?t

122

2. 半無限厚平壁在簡諧熱作用下的傳熱特征
半無限厚平壁：一側(cè)由一個平 面所限制，另一側(cè)延伸到無限 遠處，不能確定其厚度的壁體 稱為半無限厚平壁。如地層、 地下室的側(cè)壁等。對某些有限 厚度的壁體，如在所討論的時 間內(nèi)，外界的熱作用不能影響 到壁體的另一面，即外界的熱 作用未能穿透整個壁體，這種 情況也可看作半無限厚平壁。
123

? 半無限厚平壁在簡諧熱作用下的傳熱特征：
A.平壁表面及內(nèi)部任一點x處的溫度，都會出現(xiàn)與介質(zhì)溫度周期Z相同的 簡諧波動,即周期相同(各溫度都是同一周期的諧波)。

Ze ? Z f ? Z x
B.從介質(zhì)到壁體表面及內(nèi)部，溫度波動的振幅逐漸減少，這種現(xiàn)象叫作 溫度波的振幅衰減。

Ae ? A f ? A x Ae ? ? ? 稱為衰減度 Ax
C.從介質(zhì)到壁體表面及內(nèi)部，溫度波動的相位逐漸向后推延。這種現(xiàn)象

叫溫度波動的相位延遲，如從外到內(nèi)各個面出現(xiàn)最高溫度的時間向后推延。

?e ? ? f ? ? x
124

? 溫度波在傳播過程中發(fā)生振幅衰減和相位延遲的原因

A. 材料的熱容作用; B. 材料的熱阻作用.

125

3. 簡諧熱作用下材料和圍護結(jié)構的熱特性指標 在簡諧熱作用下，材料和圍護結(jié)構內(nèi)部溫度分布、溫度波波幅的

衰減程度以及相位延遲的多少，都與所選用的材料、構造情況和邊界
條件有直接的關系。如何標度其熱特性，主要有以下熱特性指標。 (1)材料的蓄熱系數(shù)S

建筑材料在周期性波動的熱作用下，均有蓄存熱量或放出熱量的
能力，借以調(diào)節(jié)材料層表面溫度的波動。在建筑熱工學中，把半無限 厚物體表面接受的熱流波動振幅與該表面的溫度波動振幅的比值稱為

物體在諧波熱作用下的“材料蓄熱系數(shù)”，常用S表示。常用建筑材
料的S值可查教材附錄。
蓄熱系數(shù) S ? S? 迎波面接受的熱流振幅 Aq 該表面的溫度振幅 A? Aq A? , ?定義式 ? 單位： W / m 2 ? K

?

?
126

? 材料蓄熱系數(shù)S的取決因素及實質(zhì)性意義 材料蓄熱系數(shù)不僅與諧波的周期有關，還與材料的導熱系數(shù)、

比熱容、表觀密度等因素有關。物理意義在于半無限厚物體在諧
波熱作用下，表面對諧波熱作用的敏感程度，即在同樣熱作用下， 材料蓄熱系數(shù)越大，其表面溫度波動越��；反之，材料蓄熱系數(shù)

越小，則其表面溫度波動越大。這樣，我們在選擇房屋圍護結(jié)構
的材料時，可通過材料蓄熱系數(shù)的大小來調(diào)節(jié)溫度波動的幅度， 使圍護結(jié)構具有良好的熱工性能。 S的計算式為:

S?

2?? c? Z
127

(2)材料層的熱惰性指標D 材料層的熱惰性指標D:指材料受到諧波作用后,背波面上的

溫度波動劇烈程度。即材料層抵抗溫度波動的能力。
顯然，材料層的熱惰性取決于： 材料層迎波面的抗波能力； 波動傳至背波面時遇到的阻力。 所以，D = S?R

圍護結(jié)構的熱惰性指標D為各分層材料熱惰性指標之和。若
其中有封閉空氣間層，因間層中空氣的材料蓄熱系數(shù)甚小，接近 于零，間層的熱惰性指標也就忽略不計。
128

(3)材料層表面蓄熱系數(shù)Y
前面討論的半無限厚壁體在諧波熱作用下波幅的衰減與相位的延遲都只 涉及到單一壁體材料的熱物理參數(shù)，材料蓄熱系數(shù)也就是在這種條件下提出來 的。但在工程實踐中，絕大多數(shù)是有限厚度的單層或多層圍護結(jié)構。在這種情 況下，材料層受到簡諧溫度波作用時，其表面溫度的波動不僅與各構造層材料

的熱物理性能有關，而且與邊界條件有關。
對于有限厚度的材料層，必須研究如何適合這種實際情況，因此提出了材

料層表面蓄熱系數(shù)的概念，為區(qū)別起見，一般以Y表示。Y與S的物理意義是相
同的，其定義式都是材料層表面的熱流波動振幅與表面溫度波動振幅的比值， 差別僅在于計算式的不同。當邊界條件的影響可以忽略不計時，兩者在數(shù)值上 也可視為相等。
129

? S與Y的聯(lián)系和區(qū)別

? 定義式、物理意義相同；
S? Y ? Aq A? Aq A?

? 計算式不同。
2?c?? Z 當D ? 1.0時， Y ? S S? 當D ? 1.0時 ,Y ? S ? 2?c?? Z
130

（4）有限厚度平壁在簡諧熱作用下的傳熱
圍護結(jié)構的厚度都是有限的，兩側(cè)都有空氣介質(zhì)的熱影響，有的可能是一 側(cè)受簡諧溫度波作用，另一側(cè)處于穩(wěn)定或準穩(wěn)定溫度狀態(tài)；有的兩側(cè)都受到簡 諧溫度波作用，這就是通常所說的“雙向溫度波”的作用。顯然，這種雙向溫 度波的作用更為復雜些，所涉及到的工程實際問題也更具普遍性。在建筑熱工 學中，從實際應用出發(fā)，采用便于工程應用的近似方法，因為所關心的主要問

題是與室內(nèi)熱環(huán)境密切相關的內(nèi)表面溫度狀況，至于圍護結(jié)構內(nèi)部的溫度分布
與變化，一般不去深究，這樣就可以使所處理的問題大為簡化。

雙向諧波熱作用傳熱過程分解
131

§9 濕空氣及其蒸汽滲透計算
研究意義：
自然環(huán)境中的房屋建筑，除受熱的作用之外，潮濕是另一個重要的影 響因素。大氣層中存在大量的水分，會以各種方式與途徑滲入建筑圍護結(jié) 構。建筑材料受潮后，可能導致強度降低、變形、腐爛、脫落，從而降低 使用質(zhì)量，影響建筑物的耐久性。圍護結(jié)構中的保溫材料受潮，將使其導 熱系數(shù)增大，保溫能力降低。潮濕的材料還會孳生木菌、霉菌和其他微生 物，嚴重危害環(huán)境衛(wèi)生和人體健康。 因此，建筑師在設計中，除需考慮改善熱環(huán)境和圍護結(jié)構熱狀況外， 還須注意改善建筑物的濕環(huán)境和圍護結(jié)構的濕狀況。 熱與濕既有本質(zhì)的區(qū)別，又相互聯(lián)系和影響，熱與濕是研究和處理 建筑熱環(huán)境的不可分割的問題。
132

1. 濕空氣的物理性質(zhì)
影響圍護結(jié)構濕狀況的因素很多，屬于建筑熱工學研究范疇的，主要是 空氣中的水蒸汽在圍護結(jié)構內(nèi)表面及內(nèi)部凝結(jié)而引起的濕狀況。 自然界中的空氣包含許多種不同的氣體，也可歸納為干空氣與水蒸汽兩

類。凡是含有水蒸汽的空氣通稱為濕空氣。因此，濕空氣的壓力等于干空氣
的分壓力和水蒸汽分壓力之和。即：

Pw = Pd + P

（道爾頓定律）

式中 Pw ——濕空氣的壓力(Pa)；
Pd ——干空氣的分壓力(Pa)； P ——水蒸汽的分壓力(Pa)。

133

建筑環(huán)境中一般都是濕空氣。空氣中所含的水分愈多，則水蒸汽分壓力

愈大。在一定的溫度和壓力條件下，一定體積的空氣所能容納的水蒸汽量有
一定的限度，極限值的大小卻隨空氣的溫度和壓力而變。 水蒸汽含量達到極限值時的空氣稱為飽和空氣，否則稱為未飽和空氣。

空氣中水蒸汽呈飽和狀態(tài)時水蒸汽部分所產(chǎn)生的壓力，叫做“飽和蒸汽壓”
或“最大水蒸汽分壓力”，常用Ps表示。Ps值隨溫度的升高而增大；未飽和 空氣的水蒸汽分壓力用P表示。

2. 濕空氣的表征
A.絕對濕度:單位體積空氣所含水蒸汽的質(zhì)量稱為空氣的絕對濕度。

f ?

m V

絕對濕度說明空氣在某一溫度狀態(tài)下實際所含水蒸汽的質(zhì)量，但并不能
直接說明空氣的干、濕程度。只有在相同溫度條件下，才能依據(jù)絕對濕度來 比較空氣的潮濕程度。
134

B. 相對濕度:是指一定溫度及大氣壓力下，空氣的絕對濕度f與同溫同 壓下飽和蒸汽量fmax的比值。一般用百分數(shù)表達。由于在一定溫度條件下， 空氣中的水蒸汽的含量與水蒸汽分壓力成正比，因此，相對濕度也可用空氣 中的水蒸汽分壓力P與同溫度下的水蒸汽飽和蒸汽壓Ps之比的百分數(shù)表示。

??

f f max

? 100 % ?

P ? 100 % Ps

相對濕度反映了空氣在某一溫度時所含水蒸汽分量接近飽和的程度。相 對濕度值小，表示空氣比較干燥，容納水蒸汽的能力較強；相對濕度值大，

則空氣比較潮濕，能容納水蒸汽的能力較弱。當相對濕度為零時，表示空氣
中全是干空氣，即絕對干燥；當相對濕度為100％時，則表示空氣已經(jīng)達到 飽和。因此,依照相對濕度值的大小就可直接判斷空氣的干、濕程度。
135

? 露點溫度td 一定溫度的空氣,其含水蒸氣量是一定的.對不飽和的空氣因其 溫度下降而使達到飽和,即冷卻到它的相對濕度達到100％時所對應的 溫度稱為該狀態(tài)下空氣的露點溫度，以td表示。如果繼續(xù)降溫，空氣 中的水蒸汽就有一部分液化成水珠析出，溫度降得愈低，析出的水愈

多。這種由于溫度降到露點溫度以下，空氣中水蒸汽液化析出的現(xiàn)象
稱為冷凝。 例題1-1.(p12)

136

2.圍護結(jié)構的濕狀況及蒸汽滲透計算
(1)研究意義(質(zhì)量、耐久性、衛(wèi)生等方面） (2)影響外圍護結(jié)構濕狀況的因素

A.材料的原始濕度；
B.施工工藝； C.構造措施； D.降水及材料的吸濕作用等。 當室內(nèi)、外空氣的水蒸汽含量不等時，在圍護結(jié)構的兩側(cè)就存

在著水蒸汽分壓力差，水蒸汽將從壓力較高的一側(cè)通過圍護結(jié)構向
水蒸汽壓力較低的一側(cè)滲透擴散，這種現(xiàn)象稱為蒸汽滲透。
137

（3）圍護結(jié)構蒸汽滲透與傳熱的異同
水蒸汽在圍護結(jié)構中的滲透與前面所述圍護結(jié)構的傳熱有本質(zhì)上

的區(qū)別，但在一定條件下，計算方法有類似之處。
水蒸汽滲透屬于物質(zhì)的遷移，并往往伴隨著形態(tài)的變換，既可由 汽態(tài)變成液態(tài)再變成固態(tài)(冰)，又可能逆轉(zhuǎn)換，并且在這些變換中又 存在著熱流或溫度的變化與影響；而傳熱是屬于能量的傳遞。因此， 前者要比后者復雜得多。如果從應用的角度予以簡化，僅僅討論圍護 結(jié)構在穩(wěn)定條件下單純的水蒸汽滲透過程，則與穩(wěn)定傳熱過程的計算 方法相類似。 蒸汽滲透系數(shù)表明材料的蒸汽滲透能力，與材料的材質(zhì)和密實程 度有關。材料的孔隙率愈大，透汽性愈強。材料的蒸汽滲透系數(shù)還與 溫度、相對濕度有關，計算中采用的是平均值。
138

（4）穩(wěn)態(tài)下蒸汽滲透計算
蒸汽滲透強度 ? ? Pi ? Pe H0

Pi、Pe ? ? ? 室內(nèi)、外空氣水蒸氣分 壓力， pa ; H 0 ? ? ? 圍護結(jié)構總蒸汽滲透阻 。 H0 ? Hi ? ? ?? d ? d ? He ?

蒸汽滲透過程

水蒸汽分壓力 Pm ? Pi ?

?H
j ?1

m ?1

j

H0

?Pi ? Pe ?

139

第三章 建筑保溫
§1 建筑保溫設計的綜合處理措施

（1）充分利用太陽能 （2）防止冷風的不利影響 （3）選擇合理的建筑體形和平面形式 （4）選用合理的供熱系統(tǒng)

（5）科學合理的圍護結(jié)構保溫設計

140

§2 保溫設計的有關標準
圍護結(jié)構保溫設計是建筑設計的重要組成部分，也是一項政策

性強、涉及面寬的技術工作。為了指導和規(guī)范這項工作的進行，政
府主管部門頒布了《民用建筑熱工設計規(guī)范》(GB50176——93)和 《民用建筑節(jié)能設計標準》(采暖居住建筑部分)(JGJ 26—95)等。 規(guī)范為圍護結(jié)構保溫設計提供了依據(jù)，在實際工程中應當依據(jù)規(guī)范、 標準規(guī)定的有關要求進行設計。由于規(guī)范、標準涉及的內(nèi)容非常廣

泛，本章主要從基本理論和實際應用的角闡述圍護結(jié)構保溫設計時
應特別注意的問題。

141

§3 圍護結(jié)構主體保溫設計
(1)保溫設計的計算模型——單向穩(wěn)定傳熱

圍護結(jié)構保溫設計的計算方法是建立在一維穩(wěn)定傳熱的基礎上。
但實際上，室內(nèi)、外空氣溫度都有不同程度的波動。為此，依據(jù)圍 護結(jié)構熱惰性指標D的大小分成4種類型，分別取不同的冬季室外計

算溫度。
熱惰性指標D
D>6.0

圍護結(jié)構類型
Ⅰ

t e 的取值 te ? tw
t e ? 0.6t w ? 0.4t e?min t e ? 0.3t w ? 0.7t e?min
t e ? t e?min

D=4.1～6.0
D=1.6～4.0 D<1.5

Ⅱ
Ⅲ Ⅳ

142

(2) 保溫設計控制指標——圍護結(jié)構最小總傳熱阻
理想要求：應使 ? i ? t i , 較為困難； 起碼要求：應使圍護結(jié) 構內(nèi)表面不結(jié)露，即 ? i ? t d 要使 ? i ? t d ,圍護結(jié)構必然存在著一 個最小的傳熱阻，即 R0?min
圍護結(jié)構最小總傳熱阻是采暖建筑外圍護結(jié)構保溫性能的最低要求。是

依據(jù)室內(nèi)計算溫度與圍護結(jié)構內(nèi)表面溫度的允許溫度差而確定的。按此熱阻
值進行設計，能夠保證在采暖系統(tǒng)正常供熱及室外實際空氣溫度不低于室外 計算溫度前提下，圍護結(jié)構內(nèi)表面不致低于室內(nèi)空氣的露點溫度。為此，圍 護結(jié)構的實際熱阻必須滿足這一要求，否則，將嚴重影響使用功能和環(huán)境衛(wèi) 生，同時也將對人體產(chǎn)生過強的冷輻射。

143

? 圍護結(jié)構最小總傳熱阻的確定
R0?min ? ti ? te nR ??t ? i

t i、t e ? ? ? 冬季室內(nèi)、外計算溫度 ； Ri ? ? ? 圍護結(jié)構內(nèi)表面熱轉(zhuǎn)移 阻； n ? ? ? 溫差修正系數(shù)，取決于 圍護結(jié)構外表面所處的 位臵，查表求得； 要求，查表求得。

??t ? ? ? ? 允許溫差 ?t i ? ? i ?，取決于房間的類型和
于此值，但不能低于此值。

注意：最小總傳熱阻是最低要求，也叫低限熱阻。圍護結(jié)構的實際熱阻可以大

上式的用途：A 檢驗已有建筑圍護結(jié)構是否滿足保溫要求；

B 按照保溫要求，確定圍護結(jié)構的保溫構造。
例題：求算24清水磚墻，是否滿足開封地區(qū)住宅采暖建筑的保溫要求。
144

? 圍護結(jié)構的經(jīng)濟傳熱阻 按最小總熱阻方法進行保溫設計，可以防止圍護結(jié)構內(nèi)表面溫度 過低而出現(xiàn)結(jié)露，并在一定程度上節(jié)約了能源，而且計算方法簡捷、 方便。但同時可以看出，若圍護結(jié)構的總熱阻愈大，則熱損失愈小。 就是說，如果要能耗少、采暖費用低，圍護結(jié)構的土建投資就得加大； 如果降低圍護結(jié)構土建費用，采暖的設備費和運行費必然增加。因此， 在設計方案的比較中，難以求得一個既能保證圍護結(jié)構必要的保溫性 能，而總投資又最省的方案。為了求得圍護結(jié)構造價、采暖設備費及 運行費用之總和最為經(jīng)濟合理，必須采用經(jīng)濟傳熱阻方法進行圍護結(jié) 構保溫設計。所謂經(jīng)濟傳熱阻，是指圍護結(jié)構單位面積的建造費用在 計算出圍護結(jié)構的經(jīng)濟傳熱阻后，求出保溫層的經(jīng)濟熱阻和經(jīng)濟厚度。

145

盡管目前圍護結(jié)構保溫 設計仍只能按最小總熱阻方

法實施，但建筑與設備的關
系，經(jīng)濟熱阻中各種因素對 圍護結(jié)構經(jīng)濟性的影響，卻 是客觀存在的。對這一概念 有所了解，無疑將有助于全 面處理設計中涉及的各個方 面，使建筑設計方案更趨經(jīng) 濟合理。
圍護結(jié)構經(jīng)濟傳熱阻

146

§4 圍護結(jié)構保溫構造
在進行圍護結(jié)構保溫設計時，通過圍護結(jié)構最小總熱阻的計算， 確定了保溫層的厚度，但設計的結(jié)果仍然要通過構造圖體現(xiàn)出來，以

便交付施工。
需要指出的是，如果構造設計不當，即使計算準確無誤，也可能 帶來隱患或造成損失。因此，熱工設計與構造設計是相輔相成、密不

可分的。為實現(xiàn)某一種建筑保溫要求，可能采用的構造方案往往有多
種多樣，設計中應本著因地制宜、因建筑制宜的原則，經(jīng)過分析比較 后，選擇一種最佳方案予以實施。

147

1、保溫構造類型
（1）保溫、承重合二為一 如果承重材料或構件除具有足夠的力學性能外，同時還具有足夠 的熱阻值，就能二者合為一體，例如混凝土空心砌塊、輕質(zhì)實心砌塊 等。這種方式構造簡單、施工方便，多用于低層或多層墻承式建筑。 （2）單設保溫層

在房屋建筑中，由于承重層必須采用強度高、力學性能好的材料
或構件，但這些材料的導熱系數(shù)大，在結(jié)構要求的厚度內(nèi)，熱阻遠不 能滿足保溫的需要。為此，必須用導熱系數(shù)較小的材料作保溫層，鋪

設或粘貼在承重層上。由于保溫層與承重層分開設臵，對保溫材料選
擇的靈活性比較大，不論是板塊狀、纖維狀以至松散顆粒材料，均可 應用。材料的選擇要結(jié)合建筑物的使用性質(zhì)、構造方案、施工工藝、

材料來源及經(jīng)濟指標等因素，在設計中必須進行具體分析。
148

（3）復合構造

近些年來，新型、高效材料、新的技術不斷出現(xiàn)，當單獨用某一
種方式不能滿足功能要求(其中包含保溫要求)時，或為達到這些要求 而造成技術經(jīng)濟不合理時，或者施工甚為困難時，往往采用復合構造。

這樣既能充分利用各種材料的特性，又能經(jīng)濟、有效地滿足包括保溫
性能要求在內(nèi)的各項功能要求。雖然構造可能復雜些，但在方案比較 中卻有明顯的技術和經(jīng)濟優(yōu)勢。 特別值得提到的是，在復合結(jié)構中常采用單層或多層封閉空氣間 層與帶反射材料的封閉空氣間層。這樣既可有效地增大熱阻、滿足保 溫性能的需要，也可減輕圍護結(jié)構的自重，使承重結(jié)構更經(jīng)濟合理。

149

2、保溫層的位臵
保溫層的位臵對圍護結(jié)構的性能、造價、施工等都有很大影響， 其布臵方式有： （1）內(nèi)保溫——保溫層設在承重層內(nèi)側(cè) （2）外保溫——保溫層設在承重層外側(cè)

（3）中保溫或夾芯保溫——保溫層設在承重結(jié)構層中間

室外

室內(nèi)

150

? 三種保溫構造的特點比較
保溫構造形式 優(yōu)點
A.室內(nèi)升溫快,但降溫也快; B.對于間歇式供暖有利節(jié)能; C.保溫材料選材廣泛; D.構造簡單。 A.保護圍護結(jié)構,提高耐久性; B.提高房間熱穩(wěn)定性; C.降低熱橋熱損失; D.防止圍護結(jié)構內(nèi)部產(chǎn)生冷凝; E.有利舊房改造,擴大使用面積。 效果較好,集內(nèi)、外保溫之長。 構造復雜

缺點

內(nèi)保溫

外保溫

中保溫

151

§5 圍護結(jié)構異常部位的保溫設計要點
圍護結(jié)構除主體外，還有一些傳熱特性不同的異常部位和構件，如熱橋、

外墻角、窗洞口、地面等。由于這些部位的構造或材料與主體圍護結(jié)構不同，
使得這些局部的傳熱超出了前述的一維傳熱理論范疇，從而形成傳熱的異常部 位。這些部位的內(nèi)表面溫度一般比主體結(jié)構的內(nèi)表面溫度低，需驗算并進行特 殊保溫處理，以達到和圍護結(jié)構主體同樣的保溫水平。此外，近些年隨著建筑 事業(yè)的發(fā)展，新型輕質(zhì)材料和輕型構件墻體應用日趨廣泛，這些材料和構件的 材質(zhì)、材性差別較大，以致影響到圍護結(jié)構的熱穩(wěn)定性。為此，對于熱穩(wěn)定性 要求較高的建筑物，將隨采暖供熱方式的不同，對其計算所得的圍護結(jié)構最小 總熱阻進行附加的修正。
152

1.窗的保溫
窗的作用是多方面的，如采光、通風、聯(lián)系、防火、日照、泄爆、建筑 造型等，窗作為圍護結(jié)構的一部分同樣應具有保溫或隔熱、得熱或散熱的作 用。因此，外窗的大小、形式、材料和構造就需要兼顧各個方面，以取得整 體的最佳效果。 從圍護結(jié)構的保溫性能來看，窗是保溫能力最差的部件；主要原因是窗 框、窗樘、窗玻璃等的熱阻太�。唤�(jīng)縫隙滲透的冷風和窗洞口的附加熱損失。 窗的熱阻或傳熱系數(shù)取決于窗的材料與構造，《規(guī)范》列舉的常用窗戶傳熱 系數(shù)值。一磚墻的總傳熱阻R0=0.493，則其傳熱系數(shù)為2.028。單層鋼、鋁 窗的傳熱系數(shù)為6.4，即單位面積的熱損失為1磚墻的3倍以上。顯然，窗面 積愈大，對保溫和節(jié)能愈不利。為了既保證各項使用功能、又改善窗的保溫 性能、減少能源消耗，必須采取相關措施。
153

154

? 提高窗保溫能力的措施：
A. 迎風面(冬季主導風)不設或少設洞口; B. 控制各向墻面的開窗面積 《規(guī)范》規(guī)定以窗墻面積比為控制指標。窗墻面積比是表示窗洞口面 積與房間立面單元面積(即房間層高與開間定位線圍成的面積)的比值。并 規(guī)定采暖居住建筑當墻體按最小總熱阻設計時，各朝向的窗墻面積比為： ? 北向不大于0.20； ? 東、西向不大于0.25(單層窗)或0.30(雙層窗)； ? 南向不大于0.35。

155

C. 提高窗的氣密性，減少冷風滲透
窗戶在一般情況下均有縫隙，特別是材質(zhì)不
佳、加工和安裝質(zhì)量不高時，縫隙更大，從而加 大了圍護結(jié)構的熱損失，影響了室內(nèi)熱環(huán)境。 我國有關標準作了規(guī)定，如果達不到標準的 要求，則應采取密封措施。右上圖是實腹鋼窗窗 縫處理方法之一，這種方法是將彈性較好的橡皮 條固定在窗框上，窗扇關閉時壓緊在密封條上， 效果良好。在木窗上同時采用密封條和減壓槽效 果較好，風吹進減壓槽時，形成渦流，使冷風和 灰塵的滲入減少，如右下圖所示。
鋼窗窗縫密封處理示意

在提高窗戶氣密性的同時，并非氣密程度愈
高愈好，窗戶過分氣密對居室衛(wèi)生狀況和人體健 康都是不利的。
木鋼窗窗縫密封處理示意 156

D. 提高窗框的保溫性能
通過窗框的熱損失，在窗戶的總熱損失中占有一定的比例。它的大小主要 取決于窗框材料的導熱系數(shù)。以木材或塑料作窗框時，其保溫性能較好，熱損 失較少；而用鋼或鋁合金作窗框時，由于金屬材料導熱系數(shù)大，其熱損失亦相 應增大。為此，為節(jié)約能源與提高建筑室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，宜推廣應用塑料窗框。

但不論用什么材料做窗框，都應將窗框與墻之間的縫隙用保溫砂漿或泡沫塑料
等填充密封。此外，窗框不宜平墻體內(nèi)表面裝臵，而應設在墻體的中間部位， 以防止窗洞口周邊內(nèi)表面溫度過低。

E. 增加玻璃部分的保溫能力
玻璃的熱阻很小，增加窗扇層數(shù)，可使層與層之間形成封閉空氣間層， 從而增大窗的熱阻。為了節(jié)省材料、簡化構造，也可在單層窗扇上安裝雙層玻 璃，兩層玻璃之間形成封閉空氣層，從而加大了玻璃部分的熱阻。這種窗常稱

雙玻璃窗。玻璃之間空氣層厚度以20-30mm為宜，既可有良好的保溫性能，造
價也不致過高。
157

在玻璃上涂貼對輻射有選擇性穿透及吸收性能的材料(如二氧
化錫、銦等)，可使其最大限度地向室內(nèi)透射陽光，減少室內(nèi)向室

外輻射的熱損失，因而增強了窗戶的保溫能力，其效果幾乎相當
于設臵雙層玻璃窗。 F. 窗簾的使用

在窗的內(nèi)側(cè)或雙層窗的中間掛窗簾是提高窗戶保溫能力的一
種靈活、簡便的方法。如在窗內(nèi)側(cè)掛鋁箔隔熱窗簾(在玻璃纖維布 或其他布質(zhì)材料內(nèi)側(cè)貼鋁箔)后，窗戶的熱阻值可比單層玻璃提高

2.7倍。此外，以各種適宜的保溫材料制作各種形式的保溫窗扇，
在白天開啟、夜晚關上，可以大大地減少通過窗戶的熱損失。這 一措施，近年來在太陽能建筑中得到了廣泛的應用。
158

2.熱橋的保溫
在建筑熱工學中，形象地將容易
傳熱的構件或部分稱為“熱橋”。右 圖為高效輕質(zhì)保溫材料制成的輕板，

其中的薄壁型鋼骨架，就是板材的熱
橋。從圖中可以看出，以熱橋為中心 的一小部分，內(nèi)表面層失去的熱量比 其他部位多，所以該處內(nèi)表面溫度比 主體部分低一些。在外表面上則相反，
熱橋的表象：

由于傳到熱橋外表面處的熱量比主體 部分多，所以該處外表面溫度要比主 體部分外表面溫度高一些。當然，這 里所說的熱量指的是熱流強度，而不 是總熱量。

? 熱橋部分的內(nèi)表面溫度 ? i ? ? i圍護結(jié)構主體內(nèi)表面溫 度 , ? 且： ? i ? ? i

159

（1）熱橋的特點： 根據(jù)以上分析可知，熱橋是圍護結(jié)構中熱量容易通過的構件或部位。因 此，熱橋的特點是由比較才能表現(xiàn)出來的,只有相對概念。例如，在鋼筋混 凝土框架填充墻中的鋼筋混凝土梁、柱都是磚墻的熱橋；但如在加氣混凝土 砌塊墻中有磚砌的柱子，那么磚柱就成了加氣混凝土墻的熱橋。 （2）熱橋的類別: A.貫通式熱橋 B.非貫通式熱橋(內(nèi)熱橋、外熱橋） （3）熱橋的保溫控制指標——熱橋內(nèi)表面溫度 由于前述按最小總熱阻設計的圍護結(jié)構，只保證主體部分達到保溫要求，

并沒有考慮熱橋的影響，所以，還要單獨校核熱橋內(nèi)表面是否會因溫度過低
而結(jié)露，以便決定是否需要采取相應的保溫措施。
160

（4）熱橋內(nèi)表面溫度的計算
? ? R0 ? ??R0 ? R0 ? ?t i ? t e ?Ri 熱橋內(nèi)表面溫度 ??i ? t i ? ? R0 R0 t i ? ? ? 室內(nèi)計算溫度； t e ? ? ? 室外計算溫度； R0 ? ? ? 圍護結(jié)構主體部分總傳 熱阻； ? R0 ? ? ? 熱橋部分總傳熱阻； Ri ? ? ? 圍護結(jié)構內(nèi)表面熱轉(zhuǎn)移 阻； a ? ? ? ? 修正系數(shù)，取決于熱橋 的形式和寬厚比 , 。 ?

161

（5）熱橋部位的保溫處理方法
當??i ? t d 時，不另作處理； ? 當? i ? t d 時，熱橋局部應作保溫 處理，即附加保溫材料 ，使 R0 ? R0 保溫材料的長度 l ? 1.5? 保溫材料厚度 d ? ?R ? ? ? ? ?R0 ? R0 ??

貫通式熱橋保溫處理示意

屋面板接縫處理構造

需說明的是熱橋的保溫處理理論上并不深奧，但在實際工程中卻很復雜。

162

3. 外墻交角的保溫
盡管從保溫和節(jié)能的要求考慮，希望建筑師在平面設計中力求減少凹凸 部位，但外墻角總是免不了的建筑部位。由下圖(a)我們可以看出在外墻主 體部位外表面的散熱面積Fe與內(nèi)表面的吸熱面積是相等的。但是在墻角部 位的情況就不同，外表面的散熱面積Fe‘大于內(nèi)表面的吸熱面積Fi‘,另外加以 室內(nèi)交角部位氣流不暢，于是該部位表面吸收的熱量比主體表面少。致使交 角內(nèi)表面溫度比主體內(nèi)表面的溫度低。(b)圖表示了外墻交角部位的溫度分 布情況。

外墻交角的傳熱 （a）外墻交角內(nèi)表面溫度較低的原因；（b）外墻交角部位的溫度分布
163

節(jié)點的保溫處理方法
（a）外墻角節(jié)點；（b）內(nèi)、外墻連接節(jié)點；（c）樓板與外墻連接節(jié)點； （d）地下室樓板與外墻連接節(jié)點；（e）勒腳節(jié)點；（f）檐口節(jié)點 164

4. 地面的保溫
俗話說：寒從腳下起。這既說明人體的足部在與地面直接接觸時對地 面冷暖變化甚為敏感，同時也說明地面熱工質(zhì)量的優(yōu)劣直接關系到人體的 健康與舒適。在寒冷的冬季，采暖房間地面下土壤的溫度一般都低于室內(nèi) 氣溫，特別是靠近外墻的地面比房間中間部位的熱損失大得多。腳在地面 上行走或活動，實際上是人體向地面?zhèn)鳠�，其性質(zhì)屬于不穩(wěn)定間歇性傳熱。 據(jù)測定，裸足直接接觸地面散失的熱量，約為人體其他部位向環(huán)境散熱量 的1/6。因此，為減少熱損失和維持地面一定的溫度狀況，地面應有妥善的 保溫措施。

165

經(jīng)驗表明，即使水磨石地面與木地面溫度相同，人們接觸水磨石 地面比接觸木地面的感覺要冷。其原因在于水磨石地面比木地面的傳 熱系數(shù)大,單位時間從人體腳部傳導的熱量多。 評價地面熱工性能的指標參數(shù): A.熱阻R B.吸熱指數(shù)B

B ? f ?b1 ? ? ? 1c1?1

依據(jù)B值大小將地面分為3類，以分別在不同的建筑中采用。嚴寒
地區(qū)采暖建筑的底層地面，可根據(jù)室內(nèi)、外高差，基礎形式，是否有 采暖管溝等情況，在外墻內(nèi)側(cè)0.5-1.0m的范圍內(nèi)，在土壤上面鋪設無

機材料保溫層，其構造如圖1.3-13所示，而保溫層熱阻應不小于外墻
的熱阻。
166

地面保溫構造

167

§6 圍護結(jié)構冷凝的檢驗與防止
冬季在采暖房屋中，室內(nèi)空氣溫度和絕對濕度都比室外空氣高，

使室內(nèi)空氣的水蒸汽分壓力遠高于室外空氣的水蒸汽分壓力。因此，
在圍護結(jié)構中除存在傳熱現(xiàn)象外，還存在著蒸汽滲透現(xiàn)象。如果圍護 結(jié)構熱工性能不良或構造設計不當，當水蒸汽作用于圍護結(jié)構時，將

在圍護結(jié)構內(nèi)表面或內(nèi)部材料的孔隙中凝結(jié)成水甚至凍結(jié)成冰，也可
能當水蒸汽接觸圍護結(jié)構內(nèi)表面時，就會在內(nèi)表面冷凝成水。這些現(xiàn) 象的存在都將直接影響房間正常的使用功能，損害圍護結(jié)構的質(zhì)量和

耐久性，也會增大能源的消耗。所以，在設計時應當認真檢驗，并采
取措施予以防止。 圍護結(jié)構冷凝的類型: 表面凝結(jié)

內(nèi)部凝結(jié)
168

1、表面冷凝的檢驗 從前面所介紹的概念已經(jīng)知道，凡屬水蒸汽產(chǎn)生冷凝，由氣態(tài)變

成液態(tài)，必然是所處的環(huán)境或者接觸的表面或物體的溫度低于露點溫
度。換句話說，無論是環(huán)境還是室內(nèi)某個表面，只要其溫度低于露點 溫度，空氣中的水蒸汽都會在該處冷凝而成為水。因此，檢驗內(nèi)表面

是否產(chǎn)生冷凝，實質(zhì)上是檢驗該處的溫度是否低于露點溫度。
通常，對正常濕度的房間，若圍護結(jié)構按最小總熱阻方法進行設 計，主體部分一般不會產(chǎn)生表面冷凝。但圍護結(jié)構中的保溫薄弱部位 則應認真檢驗和慎重處理。

169

2、內(nèi)部冷凝的檢驗
為判斷圍護結(jié)構內(nèi)部是否會出現(xiàn)冷
凝現(xiàn)象，可按下述步驟檢驗: （1）根據(jù)室內(nèi)、外空氣的溫濕度， 確定水蒸汽分壓力Pi和Pe，并依次計算 出圍護結(jié)構各層的水蒸汽分壓力，作出 P分布線。 （2）根據(jù)室內(nèi)、外空氣溫度ti和te，
圍護結(jié)構內(nèi)部冷凝的判斷

確定圍護結(jié)構各層的溫度，并從附錄Ⅲ 中查出相應的飽和水蒸汽分壓力Ps，作 出Ps分布線。

170

（3）根據(jù)P線與Ps線相交與否來判斷
圍護結(jié)構內(nèi)部是否會出現(xiàn)冷凝現(xiàn)象。 ? Ps線與P線不相交，說明內(nèi)部 不會產(chǎn)生冷凝； ? Ps線與P線兩線相交，則內(nèi)部
圍護結(jié)構內(nèi)部冷凝的判斷

會

出現(xiàn)冷凝。

171

3、冷凝位臵及冷凝強度 實踐經(jīng)驗和理論分析表明， 在圍護結(jié)構蒸汽滲透的途徑中，

若材料的蒸汽滲透系數(shù)出現(xiàn)由
大變小的界面，水蒸汽在此將 遇到較大的阻礙，最易發(fā)生冷

凝現(xiàn)象。習慣上把這個最易出
冷凝界面的位臵

現(xiàn)冷凝而且凝結(jié)最嚴重的界面， 叫做圍護結(jié)構內(nèi)部的“冷凝界 面”，如圖所示。

172

4、冷凝控制指標
采暖房屋，在圍護結(jié)構內(nèi)部出現(xiàn)少量的冷凝水是允許的，這些冷凝水在

暖季會從結(jié)構內(nèi)部蒸發(fā)出去，不致逐年累積而使圍護結(jié)構保溫層嚴重受潮。
若假定在整個采暖期可能產(chǎn)生的內(nèi)部冷凝水全部被保溫層所吸收，為保證圍 護結(jié)構內(nèi)部處于正常的濕度狀態(tài)，不影響其保溫效果，保溫層受潮后的濕度 增量△w不應超過允許值[△w]。一些常用保溫材料的[△w]值見下表。

173

5、防止和控制冷凝的措施 （1）表面冷凝的控制與防止

A.對于正常濕度的采暖房間，若圍護結(jié)構已按最小總熱阻設計，
且保溫薄弱的部位也進行了檢驗和處理，一般情況下不會出現(xiàn)表面冷 凝現(xiàn)象。但使用中應盡可能使圍護結(jié)構內(nèi)表面附近的氣流暢通，家具

不宜緊靠外墻布臵。為防止供熱不均勻而引起圍護結(jié)構內(nèi)表面溫度的
波動，圍護結(jié)構內(nèi)表面層宜采用蓄熱系數(shù)較大的材料，利用它蓄存的 熱量起調(diào)節(jié)作用，減少出現(xiàn)周期性冷凝的可能。 B.對于高濕房間，一般是指冬季室內(nèi)空氣溫度處于18~20℃以 上，而相對濕度高于75％的房間。此類建筑應盡量防止表面顯潮和 滴水現(xiàn)象，以免結(jié)構受潮和影響房間使用質(zhì)量。
174

當房屋在使用中處于短暫或間歇性高濕狀況時，為避免圍護結(jié) 構內(nèi)表面冷凝水形成水滴下落，內(nèi)表面可采用吸濕能力強又耐潮濕的 飾面層。在凝結(jié)期，水分被飾面層所吸收，待房間比較干燥時，水分 又從飾面層蒸發(fā)出去。 當房屋在使用中處于連續(xù)高濕狀態(tài)時，為避免圍護結(jié)構內(nèi)部受 潮，內(nèi)表面應設不透水飾面或增設防水層，以阻止冷凝水滲入圍護結(jié) 構深部。對于那種連續(xù)處于高濕條件下、又不允許內(nèi)表面冷凝水滴落 的房間，內(nèi)表面在采用不透水材料層時，還應在構造上采取措施將表 面冷凝水滴導流，并有組織地排除。

175

防止地面泛潮的處理辦法：
在我國廣大南方地區(qū)，由于春季大量的降水，春夏之交氣溫驟升驟降， 變化幅度甚大，加之空氣的濕度大，當空氣溫度突然升高時，某些表面特別 是地面的溫度將處于露點溫度之下，于是出現(xiàn)了泛潮現(xiàn)象。由于南方地區(qū)的 氣候條件與北方地區(qū)顯著不同，建筑狀況也有許多區(qū)別，因此地面泛潮的防

止措施也與采暖建筑不盡相同。
? 地面應具有一定的熱阻，減少地面對土層的傳熱量； ? 地面表層材料的蓄熱系數(shù)要小，當空氣溫度升高時，表面溫度能隨之波動；

? 表面材料有一定的吸濕作用，以“吞吐”表層偶爾凝結(jié)的水分。
水泥砂漿地面、混凝土地面、水磨石地面等不滿足上述三個條件，故容 易泛潮；而木地面、粘土磚地面、三合土地面基本滿足上述要求，一般也就 不泛潮。值得注意的是，泛潮現(xiàn)象也可能在墻面、頂棚等表面出現(xiàn)，所以在 一般非用水房間不宜采用不透汽材料作內(nèi)飾面。
176

（2）內(nèi)部冷凝的控制與防止 A.材料層次的布臵使水蒸汽“進難出易”

材料布臵層次對內(nèi)部冷凝的影響
（a）進易出難，可能產(chǎn)生冷凝 （b）進難出易，不易產(chǎn)生冷凝
177

B.設臵隔汽層
建筑設計是一項綜合性的技術工作，盡管“進難出易”是合理構造的原則， 但有時卻難以完全遵循。此時為了消除或減弱圍護結(jié)構內(nèi)部的冷凝現(xiàn)象，在保 溫層蒸汽滲入的一側(cè)設臵隔蒸汽層，使水蒸汽分壓力急劇下降，從而避免內(nèi)部

冷凝的產(chǎn)生。采用隔汽層防止和控制圍護結(jié)構內(nèi)部冷凝，是目前設計中應用最
普遍的一種措施。

設臵隔氣層防止內(nèi)部冷凝

（a）未設隔氣層

（b）設臵隔氣層
178

C.設臵通風間層或泄汽溝道
設臵隔汽層雖能改善圍護結(jié)構內(nèi)部的濕狀況，但有時并不一定是最妥 善的辦法，因為隔汽層的隔汽質(zhì)量在施工和使用過程中難以保證。為此， 在圍護結(jié)構中設臵通風間層或泄汽通道。

圍護結(jié)構內(nèi)設臵通風間層 （a）冬季冷凝受潮 （b）暖季蒸發(fā)干燥
179

倒臵屋面構造

180

第四章 建筑防熱
1、夏季室內(nèi)過熱的原因
A.較高的室外氣溫;
B.較強的太陽熱輻射; C.室內(nèi)生產(chǎn)、生活產(chǎn)熱;

D.圍護結(jié)構隔熱能力差。

2、建筑防熱的主要任務
在建筑規(guī)劃及建筑設計中采取合理的技
夏季室內(nèi)過熱的原因
1——熱空氣傳入；2——太陽熱輻射；

術措施，減弱室 外熱作用，使室外熱量 盡量少傳人室內(nèi)，并使室內(nèi)熱量能很快 地散發(fā)出去，從而改善室內(nèi)熱環(huán)境。
181

3——反射及長波輻射；
4——屋頂及墻體傳熱；5——室內(nèi)余熱

§1 建筑防熱的綜合處理措施
(1)城市、區(qū)域以及建筑的科學規(guī)劃
(2)房間的自然通風組織

(3)圍護結(jié)構的隔熱與散熱
(4)窗口遮陽 (5)較高的環(huán)境綠化率與合理的建筑飾面處理 ? 室內(nèi)環(huán)境過熱往往是多種因素造成的，因此，必須采取綜合措 施才能取得較好的效果。

182

§2 自然通風的組織
1、通風的效用 （1）可排除房間內(nèi)滯留的余熱、濕氣、煙塵、氣味等，保持室內(nèi)

空氣 應有的潔凈度。
（2）通風可使室內(nèi)具有一定的風速，從而增加人體的蒸發(fā)散熱 量，緩 解夏季的悶熱感。 （3）低溫氣流對人體與房間起冷卻作用，有利于改善炎熱季節(jié)室 內(nèi)熱環(huán)境。 2、通風的類型

空氣的流動，必須要有動力，利用機械能驅(qū)動空氣(例如鼓風機、
電扇)，稱為機械通風；利用自然因素形成的空氣流動，稱為自然通 風。本節(jié)研究有關建筑中的自然通風問題。
183

3、自然通風的成因

A.熱壓作用 當空氣受熱后溫度升高，密度減小；相反， 空氣溫度降低，則密度增大。當室內(nèi)氣溫高于室 外氣溫時，室外空氣因密度較大將通過建筑物下 部的門、窗洞口流人室內(nèi)，較輕的室內(nèi)空氣從上 部的洞口排除出去。進入室內(nèi)的空氣被加熱后， 又變輕上升，被新流人的室外空氣所代替而排出。 因此，室內(nèi)空氣形成自下而上的流動。這種現(xiàn)象 是因溫度差而形成，稱為熱壓作用。熱壓的大小 取決于室內(nèi)、外空氣溫度差所導致的空氣密度差 和進出氣口的高度差。要形成熱壓，建筑物的進、 排氣口要有高差，熱壓的大小與高差成正比；此 外，室內(nèi)外空氣一定要有溫差，從而因溫度不同 形成密度差，熱壓也與密度差成正比，這兩個條 件缺一不可。
184

在熱壓作用下的自然通風

熱壓: ?p ? h?? e ? ? i ?

B. 風壓作用 風壓作用是風作用在建筑物上產(chǎn)生的 壓力差。當自然風吹到建筑物上時，在迎 風面上，由于空氣流動受阻，速度減小， 使風的部分動能變成靜壓，亦即使建筑物 迎風面上的壓力大于大氣壓，形成正壓區(qū)。

在建筑物的背風面、屋頂和兩側(cè)，由于氣
流的曲繞，這些面上的壓力小于大氣壓， 形成負壓區(qū)。如左圖所示。如果在建筑物 的正、負壓區(qū)都設有門窗口，氣流就從正
風在建筑物上形成的正、負壓區(qū)

壓區(qū)流向室內(nèi)，再從室內(nèi)流至負壓區(qū)，形 成室內(nèi)空氣的流動。顯然，形成風壓的關 鍵因素是室外風速，確切地說，是作用到

風壓: p ? k

?e 2 V 2g

建筑物上的風速。而且，風壓值是與其平
方成正比。
185

? 注意： 上述兩種自然通風的動力因素對不同建筑物是不一樣的。隨著地 區(qū)的不同、地形的變化、建筑物的布局和周邊環(huán)境狀況的差異、室內(nèi)的 使用情況等產(chǎn)生很大的差別。如工廠的熱車間，常有穩(wěn)定的熱壓可利用； 沿誨地帶的建筑物，往往風壓值較大，因此房間通風良好。在一般民用 建筑中，室內(nèi)、外溫差不大，進、排氣口高度相近，難以形成有實效的 熱壓，主要依靠風壓組織自然通風。若室外風速較小，或沒有風時，通 風必然難以通暢。因此，建筑師要善于利用自然通風原理，合理地進行 建筑物的總體布局和設計建筑物的門、窗洞口，并采取必要的技術措施， 使通風成為改善室內(nèi)熱環(huán)境的有利因素。

186

4、自然通風的要求 自然通風組織的關鍵是要讓房間形成穿堂風。穿堂風即風從迎

風面的進風口吹入，穿過整個房間或房間的大部分區(qū)域，從背風面
的出風口吹出。對穿堂風的要求： （1）風場均勻；

（2）流線短捷；
（3）風速適宜（0.3~1.0m/s) （4）穿過人經(jīng)常活動的區(qū)域。

187

5、自然通風組織的建筑措施 ? 正確選擇建筑的朝向、間距； ? 合理布臵建筑組群及其空間構成； ? 確定合理的建筑平面形式； ? 選擇合理的建筑平面形式；

? 計算確定洞口的面積、位臵及構造。

188

（1）建筑朝向與間距
影響建筑朝向、間距及總體布局的因素很多，通 風、日照是其中的基本因素。 自然風具有方向的多變化性、時間上的不連續(xù)性 及速度上的不穩(wěn)定性。就一個地區(qū)而言，經(jīng)過多年的 觀測與分析，得出了一些規(guī)律，以風玫瑰圖的方式表

示，因此，風玫瑰圖成為自然通風設計的基本依據(jù)。
由于建筑物迎風面最大的壓力是在與風向垂直的面上， 所以在夏季有主導風向的地區(qū)，應盡量使房屋縱軸垂 直于主導風向。我國大部分地區(qū)夏季主導風向都是南
風向投射角

或南偏東，因而，在傳統(tǒng)建筑中多為坐北朝南，即使 在現(xiàn)代建筑中，也以南或南偏東為最佳朝向。選擇這 樣的朝向也有利于避免東、西曬，兩者都可以兼顧。

對于那些朝向不夠理想的建筑，就應采取有效措施妥
善解決上述兩方面問題。
189

有些地區(qū)由于地理環(huán)境、地形、地貌的影響，夏季主導風向與風
玫瑰圖并不一致，則應按實際的地方風向確定建筑物的朝向。

在城鎮(zhèn)地區(qū)，無論街坊或居住區(qū)，都是多排、成群的布臵，若風
向垂直于前幢建筑物的縱軸，則屋后的旋渦區(qū)很長，為保證后一排房 屋的良好通風，兩排房屋的間距一般要達到前幢建筑物高度的4倍左 右。這樣大的距離，與節(jié)約用地的原則有矛盾，難以在規(guī)劃設計中實 施。為合理解決這一矛盾，常將建筑朝向偏轉(zhuǎn)一定角度，使風向?qū)?筑物產(chǎn)生一投射角。這樣，可以使風斜吹人室，室內(nèi)風速及氣流場會 因此受到影響。由下表可知，盡管室內(nèi)風速有所降低，但屋后的旋渦 區(qū)卻大為縮短。

190

風向投射角

風向投射角
（度）

室內(nèi)風速降低值
（%）

屋后渦漩區(qū)深度
(H為前排建筑物高度)

0 30 45 60

0 13 30 50

3.75H 3.0H 1.5H 1.5H

191

（2）建筑群的布局 建筑群的布局和自然通風的關系，可以從平面和空間兩個方

面考慮。一般建筑群的平面布局有行列式、錯列式、斜列式、周
邊式等。如下圖所示。 從通風的角度來看，以錯列、斜列較行列式、周邊式為好。 當用行列式布臵時，建筑群內(nèi)部的流場因風向投射角不同而有很 大變化。錯列和斜列可使風從斜向?qū)私ㄖ簝?nèi)部，有時亦可結(jié)

合地形采用自由排列的方式。周邊式很難使風導入，這種布臵方
式只適于冬季寒冷地區(qū)。 建筑物的高度、長度和深度對自然通風有很大影響。
192

建筑群的平面布臵
（a）行列式 （b）周邊式 （c）自由式 193

（3）建筑的平面布臵與剖面設計
建筑平面與剖面的設計，除了滿足使用要求外，在炎熱地區(qū)應盡量
做到有較好的自然通風。為此,應遵循以下基本原則: ? 主要房間應布臵在夏季迎風面，輔助用房可布臵在背風面，并以建筑構造 與輔助措施改善通風效果。 ? 開口位臵的布臵應盡量使室內(nèi)氣流場的分布均勻，并力求風能吹過房間中 的主要使用部位。 ? 炎熱期較長的地區(qū)洞口開口面積宜大，以爭取自然通風。夏熱冬冷地區(qū)， 門窗洞不宜過大，可用調(diào)節(jié)開口的辦法，調(diào)節(jié)氣流速度和流量。 ? 門、窗相對位臵以貫通為最好，減少氣流的迂回和阻力�？v向間隔墻在適

當部位開設通風口或者調(diào)節(jié)通風構造。
? 利用天井、小廳、樓梯間等增加建筑物內(nèi)部的開口面積，并利用這些開口 引導氣流，組織自然通風。
194

（4）房間的開口和通風構造措施
房間開口尺寸的大小，直接影響風速及進風量。開口大，則氣流場較大； 縮小開口面積，流速雖相對增加，但氣流場縮小，如圖(a)、(b)所示。因此， 開口大小與通風效率之間并不存在正比關系。據(jù)測定，當開口寬度為開間寬度 的1／3—2／3、開口面積為地板面積的15％-25％時，通風效率最佳。圖(c)表 示進風口大于出風口，結(jié)果加大了排出室外的風速；要想加大室內(nèi)風速，應加 大排氣口面積。如圖(d)所示。

室內(nèi)氣流場示意
195

開口的相對位臵，不論是平面位臵，還是剖面的高低，都直接影響氣流 路線，圖1．4-24表示幾種開口位臵對室內(nèi)氣流的影響。因此，在建筑設計中 應依對室內(nèi)氣流場的要求調(diào)整開口位臵，以取得良好的通風效率。

圍護結(jié)構開口位臵對室內(nèi)氣流的影響
（a）平面圖 （b）剖面圖 196

在房屋建筑中，某些建筑構件對室內(nèi)通風將產(chǎn)生影響。首先，門、 窗裝臵的方式對室內(nèi)自然通風的影響很大。窗扇的開啟有擋風或?qū)эL作 用，裝臵得當，則能增加室內(nèi)通風效果。一般房屋建筑中的窗扇常向外 開啟成90角。這種開啟方式，當風向入射角較大時，將使風受到阻擋，

如圖(a)所示。如增大開啟角度，則�？蓪эL人室，如圖(b)所示。

窗扇的擋風或?qū)эL作用
197

立轉(zhuǎn)窗、上懸窗、中懸窗、

百頁窗都可起調(diào)節(jié)氣流方
向的作用。

利用窗扇導風入室降溫
（a）立轉(zhuǎn)窗 （b）上懸窗 （c）隔墻上的中旋窗 198

§3 圍護結(jié)構的隔熱
1. 隔熱設計標準

根據(jù)《民用建筑熱工設計規(guī)范》(GB50176—93)的規(guī)定，房間
在自然通風情況下，建筑物的屋頂和東、西外墻的內(nèi)表面最高溫度 應滿足下式要求： ?max≤te.max 式中 ?max ——圍護結(jié)構內(nèi)表面最高溫度(℃)； te.max ——夏季室外計算溫度最高值(℃)。 上式中?max應依據(jù)(規(guī)范》規(guī)定的參數(shù)及計算方法，按圍護結(jié)構

的實際構造計算確定；te.max則應按規(guī)范的規(guī)定取值。
內(nèi)表面溫度的高低直接反映了圍護結(jié)構的隔熱性能；同時，內(nèi) 表面溫度直接與室內(nèi)平均輻射溫度相聯(lián)系，即直接關系到內(nèi)表面與 室內(nèi)人體的輻射換熱，控制內(nèi)表面最高溫度，實際上就控制了圍護 結(jié)構對人體輻射的最大值。
199

2. 室外綜合溫度 由于引起室內(nèi)溫度過熱的室外環(huán)境氣候因素主要是太陽熱輻

射和室外氣溫。它們對圍護結(jié)構的熱作用方式雖然不同，但對圍
護結(jié)構的影響結(jié)果卻是一樣的，即最終結(jié)果都使圍護結(jié)構內(nèi)表面 溫度升高。

為了便于進行圍護結(jié)構的隔熱計算和設計，有必要給定一個
室外熱作用參數(shù)。

圍護結(jié)構所受熱作用及室外綜合溫度的概念
200

如果設： 圍護結(jié)構外表面受太陽 熱輻射產(chǎn)生的熱流強度 為q1 圍護結(jié)構外表面受室外 氣溫作用產(chǎn)生的熱流強 度為 q 2 則：圍護結(jié)構在二者共 同熱作用下的熱流強度 為 q ? q1 ? q 2 ? I? s ? ? e ?t e ? ? e ? ? I? s ? ? ? ?e ? ? te ? ?e ? ? ? ?e ? I? ? s ? te ?e
? s ? ? ? 圍護結(jié)構外表面對太陽 熱輻射的吸收系數(shù)； I ? ? ? 某地某時刻的太陽熱輻 射強度， w / m 2 .

令： t sa

室外綜合溫度

? q ? ? e ?t sa ? ? e ?

I? s ? 稱為太陽輻射的等效溫 度或當量溫度 ?e
201

對室外綜合溫度 t sa ?

I? s ? t e的討論 ?e

A .室外綜合溫度取決因素 的多向性 t sa ? f ?I、? S、t e、? e ? I、? s、? e C. 圍護結(jié)構隔熱的重點是 屋頂和西、東墻。 D .室外綜合溫度是一個隨 時隨地而變化的非穩(wěn)定 值 ,即有波動
室外綜合溫度代表了室外熱作用的大小。平屋頂、西墻、東墻、西南 向墻和東南向墻所受室外熱作用較大。因此，在設計時對它們進行隔熱處 理非常必要。

B .由于室外氣溫對各朝向 的影響相同 ,因此室外綜合溫度的大 小主要取決于

202

室外綜合溫度除有周期波動外，還有以下特點： A.在夏季，同一地點、同一天中，各朝向的太陽輻射照度是不

同的。即使房屋各朝向的外表面狀況相同，各朝向的室外綜合溫度
也是不一樣的。 B.在室外綜合溫度中，太陽輻射熱當量溫度表示圍護結(jié)構外表 面所吸收的太陽輻射熱對室外熱作用提高的程度。外表面太陽輻射 熱吸收系數(shù)起著舉足輕重的作用。室外綜合溫度并非完全客觀的參 數(shù)，而是具有人為因素的影響。 C.由于室外綜合溫度呈周期性波動變化，在圍護結(jié)構隔熱設計 的計算中，必須確定其最大值、平均值及振幅。
203

3.外圍護結(jié)構隔熱計算 在我國南方炎熱地區(qū)，無論是夏熱冬暖地區(qū)還是夏熱冬冷地區(qū)，

房屋圍護結(jié)構(特別是屋頂、西墻和東墻)，都必須進行隔熱設計。
夏季自然通風的房屋建筑，其圍護結(jié)構外表面受到室外綜合溫度的 周期性熱作用，內(nèi)表面則處于室內(nèi)空氣周期性熱作用下，這兩種溫 度的波動周期都是24h。因此，應按雙向周期性傳熱理論計算。當圍 護結(jié)構構造方案確定后，便可進行隔熱性能的驗算，其目的是檢驗 內(nèi)表面最高溫度是否滿足(規(guī)范)要求。

204

4. 外圍護結(jié)構隔熱設計原則 （1）分清 主次,突出重點;

首先且重要的是屋頂；其次是西、東墻; …
（2）選用淺色、平滑的材料做圍護結(jié)構外飾面； （3）重視建筑遮陽的作用； （4）設臵通風間層構造，分流傳熱量； （5）促使太陽能轉(zhuǎn)化，減少建筑及圍護結(jié)構獲取的熱量。

205

5.外圍護結(jié)構隔熱措施及構造 圍護結(jié)構隔熱是防止夏季室內(nèi)過熱的重要途徑。國內(nèi)許多單位 和學者進行了卓有成效的探討與研究，取得了豐碩的成果。 (1)屋頂隔熱 A.采用淺色外飾面，減小當量溫度 當量溫度反映了圍護結(jié)構外表面吸收太陽輻射熱使室外熱作用

提高的程度，水平面接受的太陽輻射熱量最大。因此，要減少熱作
用，必須降低外表面太陽輻射熱吸收系數(shù)。屋面材料的吸收系數(shù)值 對當量溫度的影響很大。當采用太陽輻射熱吸收系數(shù)較小的屋面材

料時，即降低了室外熱作用，從而達到隔熱的目的。這種措施簡便
適用，所增荷載小，無論是新建房屋或者是改建的屋頂都適用。
206

B. 增大熱阻與熱惰性
圍護結(jié)構總熱阻的大小，關系到內(nèi)表面的平均溫度值，而熱惰性

指標值卻對諧波的總衰減度有著舉足輕重的影響。通常，平屋頂?shù)闹?br />要構造層次是承重層與防水層，另有一些輔助性層次。因此，屋頂?shù)?熱阻與熱惰性都不足，致使其隔熱性能達不到標準的要求。為此，常 在承重層與防水層之間增設一層實體輕質(zhì)材料，如爐渣混凝土、泡沫

混凝土等，以增大屋頂?shù)臒嶙枧c熱惰性。如屋頂采用構造找坡，也可
利用找坡層材料，但其厚度當按熱工設計確定。這種隔熱構造方式的 特點在于，它不僅具有隔熱的性能，在冬季也能起保溫作用，特別適

合于夏熱冬冷地區(qū)。不過，這種方式的屋面荷載較大，而且夜間也難
以散熱，內(nèi)表面溫度的高溫區(qū)段時間較長，出現(xiàn)高溫的時間也較晚。 若用于辦公、學校等以白天使用為主的建筑則最為理想，同時也可用 于空調(diào)建筑。
207

C. 通風隔熱屋頂 ? 通風屋頂防熱原理

利用屋頂內(nèi)部通風帶走面層傳下的熱量，達到隔熱的目的，是
這種屋頂隔熱措施的簡單原理。這種屋頂?shù)臉嬙旆绞捷^多，既可用 于平屋頂，也可用于坡屋頂；既可在屋面防水層之上組織通風，也 可在防水層之下組織通風，基本構造如下圖所示。 通風屋頂起源于南方沿海地區(qū)民間的雙層瓦屋頂，在平屋頂房

屋中，以大階磚通風屋頂最為流行�，F(xiàn)以架空大階磚通風屋頂為例，
說明這種屋頂?shù)膫鳠徇^程、構造要點及適用范圍。

208

? 通風屋頂構造方式

通風屋頂構造方式
（a）平屋頂外架空層；（b）平屋頂外架空層；
（c）坡屋頂山墻通風；（d）坡屋頂檐口與屋脊通風；（e）坡屋頂老虎窗通風 209

? 通風屋頂傳熱過程
當室外綜合溫度將熱量傳給 間層的上層板面時，上層將所接 受的熱量向下傳遞，在間層中借 助于空氣的流動帶走部分熱量，

余下部分傳人下層。因此，隔熱
效果如何，取決于間層所能帶走 的熱量，這與間層的氣流速度、

進氣口溫度和間層高度有密切關
通風屋頂傳熱過程

系。

210

? 屋頂構造與隔熱效果
? 間層高度關系到通風面積。實測資料表明，隨著間層高度的增加，

隔熱效果呈上升趨勢；但超過250mm后，隔熱效果的增長已不明顯，而造 價和荷載卻持續(xù)增加。此外，間層常由磚帶或磚墩構成，也應考慮方便施 工，故一般多采用180mm或240mm。 ? 間層的氣流速度關系到間層的通風量。盡管間層內(nèi)各表面的光潔程度

影響通風阻力的大小，但至關重要的則是當?shù)厥彝怙L速的大小。因為間 層內(nèi)空氣的流動，主要借助于室外風速作用在房屋上時，迎風面與背風 面產(chǎn)生的壓力差，即常說的風壓差。當室外風速很小或處于靜風狀態(tài) 時，間層內(nèi)空氣很難流動，當然也就不可能將上層板傳下的熱量帶走。 一般夜間的室內(nèi)氣溫高于室外氣溫，屋頂?shù)膫鳠崾怯蓛?nèi)向外，處于散熱 狀態(tài)，也需借助間層內(nèi)氣流的運動將熱量帶走，對屋頂起冷卻作用。
211

?

沿海地區(qū)因陸地與海面的氣溫差而形成氣流，間層內(nèi)通風流暢，效果較好。
坡屋頂采用通風隔熱，使進、排氣口有一定高差，對間層通風更為有利。加之 本地區(qū)夏季太陽輻射強烈，而氣溫卻不很高，日間又常有陣雨，粘土瓦和大階 磚吸水率較大，水的蒸發(fā)又消耗了不少熱量。綜合因素使得這種屋頂隔熱方式 在沿海地區(qū)具有良好的效果。 在長江中、下游地區(qū)采用架空通風屋頂，情況與沿海地區(qū)完全不同，因為 這一地區(qū)的氣候狀況與沿海地區(qū)差異較大。長江中、下游和兩湖(鄱陽、洞庭) 盆地夏季氣溫高、濕度大，加以丘陵環(huán)繞，風速甚小，形成全國悶熱中心。 像武漢、長沙兩地，7、8月份的風速從傍晚至次日凌晨的風速甚微，使間 層內(nèi)通風不暢，隔熱效果也與沿海地區(qū)大不相同。為了改善這種狀況，盡管作

成兜風構造，效果并不理想。并且這一地區(qū)夏熱冬冷，如果間層的下板太單薄，
對于冬季防寒也不利。因此，必須從構造上采取綜合措施，才能滿足氣候條件 對屋頂熱工性能的要求。
212

D. 蓄水隔熱屋頂
利用水隔熱的屋頂有蓄水屋頂、 淋水屋頂和噴水屋頂?shù)炔煌问�。水�?br />
所以能起隔熱作用，主要是水的熱容量
大，而且水在蒸發(fā)時要吸收大量的汽化 熱，從而減少了經(jīng)屋頂傳人室內(nèi)的熱量， 降低了屋頂?shù)膬?nèi)表面溫度，是行之有效 的隔熱措施之一，特別是蓄水屋頂在南 方地區(qū)使用較多。
蓄水屋頂檐口泛水構造

蓄水屋頂?shù)幕緲嬙烊缱髨D所示。 其隔熱性能與蓄水深度密切相關。
213

? 蓄水屋頂優(yōu)點：
A. 屋頂外表面溫度大幅度下降。如以蓄水深8cm為例，外表面的平均溫 度和最高溫度，分別從不蓄水時的35.3℃和62.3℃下降到31.7℃和42.3℃， 溫度振幅從16.7℃下降到6.2℃。 B. 屋頂?shù)膬?nèi)表面溫度降低。蓄水深8cm時，內(nèi)表面最高溫度從無水時的 38.6℃下降32．4℃。 C. 屋頂?shù)膫鳠崃看蟠鬁p少。如蓄水深8cm時，最大傳熱量可從無水時的 351kJ／m2．h減少到146kJ／m2．h。 D. 蓄水深度增加，內(nèi)表面溫度最大值下降愈多。當蓄水深4、8、12、 18cm時，內(nèi)表面溫度最大值分別下降6.2℃、6.5℃、6.8℃和7.3℃。

214

? 蓄水屋頂?shù)娜秉c： A. 在夜間，屋頂蓄水后的外表面溫度始終高于無水屋面，不但不能 利用屋頂散熱，相反地它仍繼續(xù)向室內(nèi)傳熱。這對夜間使用的住宅和 某些公共建筑是十分不利的； B. 屋頂蓄水增大了屋頂靜荷載，倘若蓄水深度增加，荷載將更大， 這對于下部結(jié)構和抗震性能都不利； C. 屋面所蓄的水，日夜都在蒸發(fā)，蒸發(fā)速度取決于室外空氣的濕度、 風速和太陽輻射大小。不論蒸發(fā)速度大或小，必然要補充水，而且一 年四季都不能沒有水。如果依靠城市供水作水源，無疑會加重市政建 設的負擔，并且因水資源的限制可能許多城市難以滿足要求。

至于淋水屋頂與噴水屋頂，因耗水量大及難以管理等原因，近些
年一般已很少應用。
215

E. 種植隔熱屋頂

在屋頂上種植植物，利用植 物的光合作用，將熱能轉(zhuǎn)化為生 化能；利用植物葉面的蒸騰作用 增加蒸發(fā)散熱量，均可大大降低 屋頂?shù)氖彝饩C合溫度；同時，利 用植物培植基質(zhì)材料的熱阻與熱

惰性，降低內(nèi)表面平均溫度與沮
度振幅。綜合起來，達到隔熱的
無土種植屋頂構造

目的。
216

? 種植屋頂類型
種植屋頂有有土種植與無土種植兩種類型。
有土種植是以土為培植基質(zhì)，是民間的一種傳統(tǒng)作法。但土壤的密度大， 常使屋面荷載增大很多，而且土的保水性差，若補水不足，會使所栽植物因 干旱而枯萎，現(xiàn)已較少采用。 無土種植是采用膨脹蛭石作培植基質(zhì)，它是一種密度小、保水性強、不 腐爛、無異味的礦物材料。屋頂所種植物品種多樣，有花卉、苗木，也有蔬 菜、水果。因為是在屋頂上栽培，宜于選用淺根植物，并應妥善解決栽培中 的水、肥、管等問題；而且不應對屋頂基層、尤其是鋼筋混凝土承重層產(chǎn)生 有害影響，并注意環(huán)境保護。如果種植草被就簡單得多，因為草被生長力旺 盛，抗氣候性強，春發(fā)冬枯，夏季一片蔥綠，自生自滅，勿需肥料，一般也 不必澆水，管理可粗可細。草種既可采用青翠秀麗的絲絨草，也可用當?shù)赝?生土長的草種，因此適用面很廣。
217

(2)墻體隔熱

在南方炎熱地區(qū)，西向墻體的 室外綜合溫度僅次于屋頂。因此，

西墻的隔熱處理，對改善室內(nèi)熱環(huán)
境同樣具有很重要的意義。 墻體隔熱的機理與屋頂相同， 只是墻體為豎向部件，在構造上有 其特殊方式。在目前所用的墻體材 料中，粘土磚實體墻是常見的一種。 經(jīng)許多單位多年的研究、實測，兩

面抹灰的一磚厚墻體，尚能滿足當
前一般建筑西墻和東墻的隔熱要求。 由于其具有一定的防寒性能，不僅 適用于夏熱冬暖地區(qū)，也可用于夏 熱冬冷地區(qū)。
218

砌塊是遍布全國廣泛使用的一種墻體構件，目前大多以中、小型砌塊為
主；原材料以普通混凝土及礦渣、粉煤灰、煤渣、火山灰等工業(yè)廢料與地方材

料為多，尤以混凝土空心砌塊應用最為廣泛。從熱工性能看，研究表明，單排
孔混凝土空心砌塊不能滿足南方地區(qū)墻體隔熱的要求，當然不能用于東、西向 外墻。雙排孔混凝土空心砌塊加上內(nèi)、外抹灰后，其隔熱性能與兩面抹灰的一

磚厚實體粘土磚墻相當，可以用于東、西外墻。
鋼筋混凝土大板是一種工業(yè)化程度較高的墻體構件，且多用于住宅建筑。 主要板型為鋼筋混凝土空心墻板及多種材料的復合墻板。鋼筋混凝土空心板在 南方大多數(shù)地區(qū)都不能滿足隔熱性能的要求，其主要特點是熱穩(wěn)定性差，內(nèi)表 面溫度波幅大，因此內(nèi)表面最高溫度值很高。當然也可采取一些彌補技術措施， 但勢必會降低工業(yè)化程度，也增加了施工的困難。
219

第五章 建筑日照
1.日照的作用與建筑物對日照的要求
由于陽光照射，引起動植物的各種光生物學反應，因而促進生物機體的新 陳代謝。陽光中所含紫外線能預防和治療一些疾病，如感冒、支氣管炎、扁桃 腺炎和佝僂病等。因此，建筑物具有適宜的日照有著重要的衛(wèi)生意義；其次， 陽光中含有大量紅外線和可見光，若冬季能直射入室內(nèi)，所產(chǎn)生的熱效應能提 高室內(nèi)溫度，有良好的取暖和干燥作用；此外，日照對建筑物造型藝術有不可 替代的作用與影響，直射陽光不僅能增強建筑物的立體感，不同角度變化的陰 影使建筑物更具藝術風采。 過量的日照，特別是在我國南方炎熱地區(qū)的夏季，容易造成室內(nèi)過熱，惡

化室內(nèi)熱環(huán)境；若陽光直射到工作面上，可能產(chǎn)生眩光，不僅會影響視力、降
低工作效率，甚至造成嚴重事故；此外，直射陽光對許多物品有褪色、變質(zhì)等 損壞作用，有時還有導致爆炸的危險。 建筑工作者要根據(jù)建筑物的性質(zhì)、使用功能要求和建筑條件，通過必要的

建筑措施爭取日照或者避免日照。
220

2. 建筑日照設計的任務
(1)按地理緯度、地形與環(huán)境條件，合理地確定城鄉(xiāng)規(guī)劃的道路網(wǎng)方位、道
路寬度、居住區(qū)位臵、居住區(qū)布臵形式和建筑物的體形； (2)根據(jù)建筑物對日照的要求及相鄰建筑的遮擋情況，合理地選擇和確定 建筑物的朝向和間距； (3)根據(jù)陽光通過采光口進入室內(nèi)的時間、面積和太陽輻射照度等的變化

情況，確定采光口及建筑構件的位臵、形狀及大小；
(4)正確設計遮陽構件的形式、尺寸與構造。 建筑日照設計是城鄉(xiāng)規(guī)劃和建筑設計中必須考慮的重要因素，且隨著城市 化進程和建筑事業(yè)的發(fā)展、人們對環(huán)境質(zhì)量要求的提高，其意義將更為廣泛 和深遠。
221

陽光直射地球的范圍
222

3. 地球繞太陽運行的規(guī)律
地球?qū)儆谔栂档囊粋�行星，除繞地軸自轉(zhuǎn)外，還繞太陽公轉(zhuǎn)。自轉(zhuǎn)一 周為一天，公轉(zhuǎn)一周為一年。地球公轉(zhuǎn)的軌道平面稱為黃道面。地球在自轉(zhuǎn)與 公轉(zhuǎn)的運動中，其地軸始終與黃道面保持66°33‘的夾角。這樣，太陽光線直 射在地球南、北緯度23? 27’之間的范圍內(nèi)，并且年復一年、周而復始地變動著， 從而形成了地球上春、夏、秋、冬四季的更替。

通過地心并與地軸垂直的平面與地球表面相交而成的圓，即是地球的赤
道，太陽光線與地球赤道面所夾的圓心角，即所謂太陽赤緯角?。赤緯角從赤 道面起算，向北為正，向南為負。顯然，赤緯角變化于±23? 27'范圍內(nèi)。

223

春分時，陽光直射地球赤道，赤緯角為0? ，陽光正好切過兩極，因此， 南北半球晝夜等長。 夏至日，陽光直射北緯23? 27‘，且切過北極圈，即北緯66? 33’線，這時的 赤緯角為23? 27‘。赤緯亦可看作是陽光直射的地理緯度。在北半球從夏至到秋 分為夏季，北極圈內(nèi)都在向陽的一側(cè)，故為“永晝”；南極圈內(nèi)卻在背陽的

一側(cè)，故為“長夜”；北半球晝長夜短，南半球則晝短夜長。
夏至以后，太陽不再向北移動，而是逐日南移返回赤道，所以北緯23? 27’ 處稱為北回歸線。當陽光又直射到地球赤道時，赤緯角為0? ，稱為秋分。這 時，南北半球晝夜又是等長。 陽光繼續(xù)向南半球移動，達南緯23? 27‘時，即赤緯角為-23? 27’，稱為冬至。 此時，陽光切過南極圈，南極圈內(nèi)為“永晝”，北極圈內(nèi)背陽為“長夜”； 南半球晝長夜短，北半球則晝短夜長。 冬至以后，陽光又向北移動返回赤道，當回到赤道時，又是春分。如此 周期性變化，年復一年。
224

地球在繞太陽公轉(zhuǎn)的行程中，太陽赤緯角的變化反映了地球的不同 季節(jié)�；蛘哒f，地球上的季節(jié)可用太陽赤緯角代表。全年主要季節(jié)的太陽 赤緯角占值列于表。

225

為了確切地描述太陽在天空中的移動與位臵，必須要選定一套合 適的坐標系統(tǒng)。為了說明太陽在天空中與地球的相對運動，假定地球 不動，以地球為中心，以任意長為半徑作一假想球面，天空中包括太 陽在內(nèi)的一切星體，均在這個球面上繞地軸轉(zhuǎn)動，這個假想的球體， 稱為天球。延長地軸線與天球相交的兩點稱為天極，PN為北天極；PS 為南天極，PNPS即為天軸。擴展地球赤道面與天球相交所成的圓QQ’稱 為天球赤道。由于黃道面與天軸的夾角為66? 33'，則黃道面與天球赤 道面夾角為23? 27'，這就是黃赤交角。天球赤道與黃道相交的兩點即 為春分與秋分。

226

赤道坐標系——赤緯與時角
227

4. 太陽位臵的確定，太陽高度角和太陽方位角的計算 太陽在天球上的位臵每日、每時都有變化。為了確定其位臵，

常用赤道坐標系和地平坐標系來共同表示。
赤道坐標系是把地球上的經(jīng)、緯度坐標系擴展至天球，在地球 上與赤道面子行的緯度圈，在天球上則叫赤緯圈；在地球上通過南 北極的經(jīng)度圈，在天球上則稱時圈。以赤緯和時角(?)表示太陽的 位臵。所謂時角，是指太陽所在的時圈與通過南點的時圈構成的夾 角，單位為度。自天球北極看，順時針方向為正，逆時針方向為負。 時角表示太陽的方位，因為天球在一天24小時內(nèi)旋轉(zhuǎn)360? ，所以每 小時為15? 。

228

地平坐標系是以地平圈為基圈，用太陽高度角hs和方位角As來確 定太陽在天球中的位臵。 太陽高度角是指太陽直射光線與地平面間的夾角。 太陽方位角是指太陽直射光線在地平面上的投影線與地平面正南 向所夾的角，通常以南點S為0? ，向西為正值，向東為負值。 任何一個地區(qū)，在日出、日沒時，太陽高度角hs=0? ；一天中的 正午，即當?shù)靥枙r12時，太陽高度角最大，此時太陽位于正南(或 正北)，即太陽方位角As=0? (或180? )。 任何一天內(nèi)，按當?shù)靥枙r，上、下午太陽的位臵對稱于正午。 例如下午3h15min對稱于上午8h45min，二者太陽高度角和方位角的數(shù)

值相同，只是方位角的符號相反，表示上午偏東，方位角為負值；下
午偏西，方位角為正值。
229

(1)春分日和秋分日，太陽從正東方升起，12時到達子午線，方位
正南，然后從正西日投，且晝夜時段平分；

(2)夏至日，太陽從東北方升起，繞過東南向，12時到達子午線上，
方位正南，然后經(jīng)西南向到西北向日沒。在一年之中的晝間時段最長、 夜間時段最短；正午太陽高度角最大； (3)冬至日，太陽從東南方升起，12時到達子午線，方位正南，然 后在西南向日沒，且在一年之中晝間時段最短、夜間時段最長；就正 午而言，一年中該日的太陽高度角最小。

230

太陽高度角和太陽方位角的計算：

特殊時刻的太陽高度角和太陽方位角： （1）日出、日落時刻（hs=0)：

（2）正午時刻（As=0)：

231

5. 地方時與標準時 一天時間的測定，是以地球自轉(zhuǎn)為依據(jù)的。日照設計所用的時間， 均為當?shù)仄骄枙r，它與日常鐘表所指示的標準時之間往往有一差 值，故需加以換算。 所謂平均太陽時，是以太陽通過該地子午線為正午12h來計算一天 的時間。這樣，經(jīng)度不同的地方，正午時間都不同，使用很不方便。 因此規(guī)定在一定經(jīng)度范圍內(nèi)統(tǒng)一使用一種標準時，在該范圍內(nèi)同一時 刻的鐘點均相同。 經(jīng)國際協(xié)議，以本初子午線處的平均太陽時為世界時間的標準， 叫“世界時”。將整個地球按地理經(jīng)度劃分為24個時區(qū)，每個時區(qū)包 含地理經(jīng)度15? 。以本初子午線東西各7.5? 為零時區(qū)，向東分12個時區(qū)， 向西亦分12個時區(qū)。每個時區(qū)都按它的中央子午線的平均太陽時為計

時標準，稱為該時區(qū)的標準時，相鄰兩個時區(qū)的時差為1h。
232

我國地域遼闊，從東五時區(qū)到東九時區(qū)，橫跨5個時區(qū)。為了方便起見，
統(tǒng)一采用東八時區(qū)的時間，即以東經(jīng)120? 的平均太陽時為全國標準時，稱為 “北京時間”。北京時間和世界時相差8h，即北京時間等于世界時加上8h。

根據(jù)天文學有關公式，地方平均太陽時與標準時之間的轉(zhuǎn)換關系為:

T0 = Tm + 4(L0 - Lm) + Ep
式中

T0 L0

-----

標準時間(h：min)；

Tm ---- 地方平均太陽時(h：min)；
-----

標準時間子午線的經(jīng)度(deg)；

Lm ---- 當?shù)貢r間子午線的經(jīng)度(deg)； Ep ----均時差(min)。
Ep是一個修正系數(shù)，這是因為地球繞太陽公轉(zhuǎn)的軌道是一個橢圓，且地軸
傾斜于黃道面，致使一年中太陽時的量值不斷變化，故需加以修正。Ep值的變 化范圍是從-16min到+14min之間�？紤]到日照設計中所用的時間不需要那樣精 確，Ep值一般可忽略不計，而近似地按下式換算：

T0 = Tm + 4(L0 - Lm)
233

6. 棒影日照圖的原理及應用
在建筑設計和城鄉(xiāng)規(guī)

劃中都包含了多種建筑日

N
h h
hs hs

照問題，而在設計中采用
l l

的方法也有很多種，并且

W
As

O

E

各具特色。在這些方法之
中，棒影日照圖法比較簡 單、直觀，用途廣泛且使

S

用方便。因此，特就此法 的原理和應用作一介紹。

234

? 棒影日照圖的原理與繪制 太陽相對于地球的位臵不斷變 化。怎樣才能把這種情況與地球
旋轉(zhuǎn)180°后的棒影圖

表面的建筑物聯(lián)系起來呢?棒影日

照圖是以地面上某點的棒及其影
的關系來描述太陽運行的規(guī)律， 也就是以棒在直射陽光下產(chǎn)生的 棒影端點移動的軌跡，采代表太 陽運行的軌跡。
棒影日照圖制作步驟 235

? 棒影日照圖應用舉例
建筑物的高度、形體各不一樣，鄰近建筑物的情況也各不相同，甚至相
差懸殊，但都可以簡化，把它們看成由一系列直立于地面的不同高度的棒所 圍合而成。因此，可利用棒影日照圖解決有關建筑日照的問題。

(1)求建筑物的陰影區(qū)
在設計某建筑物或規(guī)劃建筑群時，以居住區(qū)為例，往往并不是孤立的一 幢建筑物，而是在其周邊已有或?qū)⒂衅渌ㄖ锵噜�。特別是近些年隨著經(jīng)

濟的發(fā)展，城鎮(zhèn)建筑出現(xiàn)了高密度、高層化的趨勢，建筑物互相遮擋問題日
漸突出。因此，在設計時也應掌握建筑物陰影的變化。 (2)求建筑物室內(nèi)日照面積

太陽直射光可以通過采光口照在室內(nèi)的墻面和地面上。為了了解室內(nèi)的
日照時間、日照面積與變化范圍，對于設計窗口的位臵、形式及尺寸以及進 行室內(nèi)設計、防止眩光等都有直接的關系。
236

(3)求建筑物的日照時間
(4)建筑朝向與間距 [例]：若兩幢房屋朝向正南，為保證后幢房屋在正午前后有3h日照(從上午 10:30至13:30)，房屋的間距應為33．95m。若以同樣的間距，將朝向改為南 偏東15? 時，則可看出，從上午11h許直到日落，均有連續(xù)的日照。由此可見， 合理選擇間距和朝向，對日照狀況有重大影響。換言之，為滿足同樣的日照 要求，通過合理調(diào)整朝向，能夠縮小房屋間距從而節(jié)約建筑用地。

237

7. 窗口建筑遮陽
在我國南方炎熱地區(qū)，日照時間長，太陽輻射強烈，建筑物的某些部位或 構件如窗口、外廊、櫥窗、中庭屋頂與玻璃幕墻等需要調(diào)節(jié)太陽直射輻射，以 揚其利而避其害。當然，最常見與最具代表性的仍然是窗口遮陽，因此，特以 窗口為例說明建筑遮陽設計的原理與方法。

遮陽的基本方式 （a）水平式；（b）垂直式；（c）綜合式；（d）擋板式
238

? 遮陽形式及適用朝向
(1)水平式遮陽 如圖(a)所示。這種形式能夠有效地遮擋太陽高度角較大，從窗口前上方投射

下來的直射陽光。就我國地域而言，在北回歸線以北地區(qū)，它適用于南向附近窗
口；而在北回歸線以南地區(qū)，它既可用于南向窗口，也可用于北向窗口。 (2)垂直式遮陽 如圖(b)所示。這種形式能夠有效地遮擋太陽高度角較小從窗側(cè)向斜射過來的 直射陽光。故主要適用于北向、東北向和西北向附近的窗口。 (3)綜合式遮陽 這種遮陽形式是由水平式遮陽形式與垂直式遮陽形式綜合而成。其基本形式如 圖(c)所示。它能夠有效地遮擋從窗前側(cè)向斜射下來的、中等大小太陽高度角的直 射陽光。故它主要適用于東南向或西南向附近窗口，且適應范圍較大。 (4)擋板式遮陽 基本形式如圖(d)所示。這種形式能夠有效地遮擋從窗口正前方射來、太陽高

度角較小的直射陽光。因此，這種遮陽形式主要適用于東向、西向附近窗口。
239

? 值得注意的是：以上基本形式的適用朝向并不是絕對的，在設計中還必須根 據(jù)建筑要求、構造方式與經(jīng)濟條件進行比較后再選定。 永久性的就是在窗口設臵各種形式的遮陽板。 臨時性的可在窗口設臵輕便的布簾、竹簾、軟百葉、布篷等。 在永久性遮陽設施中，又可分為固定式與活動式兩種。 活動式遮陽可視一年中季節(jié)的變換、一天中時間的變化和天氣的陰晴情 況等因素進行調(diào)節(jié)；在寒冷季節(jié)為爭取日照，還可以拆除。因此，靈活性大， 使用合理，近年來在建筑中應用日趨廣泛。 有些建筑，特別是低層建筑，可以依建筑與環(huán)境的條件，利用綠化遮陽。 既有利于建筑與環(huán)境的綠化與美化，也是一種經(jīng)濟、有效的技術措施。此外，

結(jié)合建筑構件的處理進行遮陽也是常見的措施，如加大挑檐、設臵百葉挑檐、
外廊、凹廊及旋窗等。但其構造應合理，并同樣應滿足遮陽要求。
240

? 遮陽板尺寸計算

1)水平式遮陽 A. 水平板的挑出長度L-的計算

B. 水平板端翼挑出長度D的計算

水平式遮陽尺寸計算
241

L

As

,w

2)垂直式遮陽

B
3)綜合式遮陽 首先分別計算出垂直板和水平板的挑出長度， 然后按構造要求來確定遮陽板的挑出長度 4)擋板式遮陽 擋板式遮陽的構造有兩個基本部分，即水平 板的挑出長度L-和擋板的高度H'。根據(jù)窗戶的 實際狀況首先決定水平挑出的長度L-，然后根 據(jù)公式確定擋板高度H'。

L-

H0

H

242

? 遮陽設施對室內(nèi)環(huán)境的影響
窗口設臵遮陽構件之后，對室內(nèi)物理環(huán)境因素將產(chǎn)生一定的影響。

A. 對太陽輻射熱的阻擋
遮陽設臵盡管形式有所不同，但經(jīng)合理設計的遮陽構件對遮擋太陽輻射熱 的效果是很顯著的。

遮陽設施對太陽輻射熱的影響

243

B. 對室內(nèi)氣溫的影響 遮陽設施對室內(nèi)空氣溫度的影響如圖1．5—26所示。由圖可見，閉窗 時，遮陽對防止室沮上升的作用較明顯。有無遮陽、室溫最大差值達2℃， 平均差值為1．4℃。而且有遮陽時，房間溫度波幅較小，出現(xiàn)高溫的時間 也較晚。開窗時，室溫最大差值為1．2℃，平均差值為1．0℃，這在炎熱 的夏季仍具有一定的意義。

遮陽對室內(nèi)氣溫的影響

（a）開窗 （b）閉窗

244

C. 對室內(nèi)采光的影響

遮陽設施依據(jù)其形式、構造、色彩的不同，擋光作用亦有程度上的差
異，從而不同程度地影響室內(nèi)照度。據(jù)觀測，一般室內(nèi)照度約降低53%73%。但遮陽設施也能阻擋直射陽光，使室內(nèi)照度的分布均勻，并防止發(fā) 生眩光，有助于視覺的正常工作。 D. 對室內(nèi)通風的影響 遮陽設施對室內(nèi)通風有一定的阻擋作用，使室內(nèi)風速有所降低。實測

資料表明，有遮陽的房間，室內(nèi)風速約減弱22%—47%，并隨遮陽的形式與
構造而有所不同。

245

? 遮陽設施構造設計要點
遮陽設施的使用效果除與遮陽形式有關外，，還與構造處理、安裝位 臵、材料與顏色等因素有很大關系。 A. 遮陽的板面組合與構造 遮陽板在滿足阻擋直射陽光的前提下，可以有不同的板面組合，以便選 擇對采光、通風、視野、立面造型和構造等要求都更為有利的形式。下圖表 示水平式遮陽的不同的板面組合形式。為了減少板底熱空氣向室內(nèi)逸散和對 采光、通風的影響，通常將遮陽板面全部或部分做成百葉形式；也可中間各 層做成百葉。

水平遮陽板的組合形式

246

頂層做成實體并在前面加吸熱玻璃擋板，如下圖所示。

遮陽板面構造形式

247

B. 遮陽板的安裝位臵

遮陽板的安裝位臵對防熱和通風的影響很大。例如將板面靠墻面布
臵時，由受熱表面上升的熱空氣將由室外空氣導人室內(nèi)。這種情況對綜合 式更為嚴重，如圖(d)所示。為了克服這個缺點，板面應與墻面有一定的

距離部分熱空氣沿墻面排走，如圖(b)所示。同樣，裝在窗口內(nèi)側(cè)的布簾、
軟百葉等遮陽設施，其所吸收的太陽輻射熱，大部分散發(fā)到了室內(nèi)，如圖 (c)所示。若裝在外側(cè)，則會有較大的改善，如圖(d)所示。

遮陽設施的安裝位臵

248

C. 材料與顏色 遮陽設施多懸挑于室外，因 此多采用堅固耐久的輕質(zhì)材料。如果 是可調(diào)節(jié)的活動形式，還要求輕便、 靈活。構件外表面的顏色宜淺，以減 少對太陽輻射熱的吸收；內(nèi)表面則應 稍暗，以避免產(chǎn)生眩光，并希望材料 的輻射系數(shù)較小。 此外，采用特種玻璃作窗玻璃， 也能起到遮陽防熱的作用。左圖表示
凈片玻璃窗與熱反射玻璃簾的防熱作用

了幾種不同玻璃的傳熱情況.

249

如在構造上加以處理，還 可將不同玻璃進行組合， 如圖所示，使遮陽防熱的 效果更佳。

不同玻璃傳熱性能比較

250

專題：

太陽能建筑與建筑節(jié)能

被動式太陽能建筑采暖原理示意圖
251

1、太陽能及太陽能建筑
太陽能是首選的可持續(xù)能源。具有清潔衛(wèi)生、永久（相對）持續(xù)、覆蓋 受益面大、適應性強以及安全無污染等特點。

我國太陽能資源豐富，但各地有差異。中等級以上地區(qū)主要分布在我國
中北部，而這些地區(qū)恰好是需保溫節(jié)能且其他能源資源相對貧乏地區(qū)。
太陽能 熱能等級
一 二 三 四 五

全年 日照時數(shù)
3200～3300 3000～3200 2200～3000 1400～2200 1000～1400

全年總輻射能 （萬kcal/㎡)
160～200 140～160 120～140 100～120 80～100

分布地區(qū)

太陽能 資源
最富區(qū) 富 區(qū)

寧夏北、甘肅北、新疆東南、青海西、西藏西 冀西北、晉北、內(nèi)蒙及寧夏南、甘肅中、青海 東、西藏南、新疆南

魯、豫、冀東南、晉南、新疆北、吉林、遼寧、 中 等 云南、陜北、甘肅東南、粵南 湘、桂、贛、浙、鄂、閩北、粵北、陜南、黑 龍江 川、黔
較 差 差

252

太陽能建筑
（1）主動式太陽能建筑

集熱器

泵、風機

蓄熱器

泵、風機

用戶管道

在利用太陽能的同時，靠機械動力驅(qū)動，一定程度上也耗能。 （2）被動式太陽能建筑 將建筑物自身或某一部分、構件作為太陽能的集熱、蓄熱及散熱 “設備”，而進行太陽能與建筑用能的熱運轉(zhuǎn)形式。 A 直接受益型被動式太陽能建筑 原理：通過建筑洞口的合理設計，讓太陽能（陽光）直接進入建筑室 內(nèi)空間，通過對流、輻射的方式與室內(nèi)進行熱交換，達到用能并節(jié)能目的。

253

存在的問題： 室內(nèi)獲得的熱量可能會“入不符出” 對玻璃有很強的選擇性； 室內(nèi)熱穩(wěn)定性差。

提高熱特性途徑： 增加玻璃層（單—雙）；
冬季、夏季hs不同

提高氣密性； 選擇蓄熱系數(shù)大的材料，提高熱穩(wěn)

優(yōu)點：構造簡單；

室內(nèi)升溫快；
建筑藝術處理靈活。

定性。

254

B 集熱墻被動式太陽能建筑 1956年法國太陽能lab主任(Trombe)特朗伯教授首先提出。在直接受益 式太陽能窗后面筑起一道重型結(jié)構墻，如圖所示：

最早的集熱墻采用50㎝厚砼制成。

目前集熱墻在材料選用上有較大變化，
雙 層 玻 璃 、 間 層

如：磚、石墻；
集 熱 墻

水墻；

相變蓄熱材料墻（清華大學）等。

10cm

集熱墻太陽能建筑
255

特朗伯墻太陽能建筑工作原理（冬季）

太陽光照射后，利用空氣間層的“溫室效應”和集熱墻的吸熱、蓄熱
特性，間層中的空氣被加熱上浮，通過上氣口進入室內(nèi)，同室內(nèi)較低的

空氣進行熱交換后，通過下氣口再進入間層被加熱。如此循環(huán)，使室內(nèi)
升溫，達到建筑運行節(jié)能目的。 ? 集熱墻外側(cè)一般涂黑？ ? 集熱墻選擇重質(zhì)材料？ ? 集熱墻在夏季的工作原理？

256

? 特朗伯集熱墻在應用推廣中存在的問題
? ? ? ? 自重大，對房屋結(jié)構抗震不利； 建筑立面藝術處理難度大，矛盾較多； 構造復雜，使用不便； 得熱效率不高等。

C 關于：“水墻”
利用水的比熱容大（c = 1kcal/kg?C，常見建筑材料的比熱容=1/5 C水)的特點，吸收、蓄存熱量。相比較而言，水的比重較小，可減輕自重。 國外有試點工程（美國），我國研究和應用較少。

257

D 附加日光間式被動太陽能建筑 在建筑的適當位臵或利用建筑的走廊（南外廊）、封閉陽臺、門廳 等輔助房間，通過合理設計使其成為太陽能暖房，達到與室內(nèi)熱交換的 目的。這種形式國內(nèi)外都有研究和應用，其效果較好。

利于建筑造型的藝術處理；房屋的利用率提高；熱損失減少。

日光間

日 光 間

258

E 被動式太陽能建筑
在太陽能資源較為豐富的地區(qū)，利用太陽能改善室內(nèi)熱環(huán)境不僅可行 而且這種能源用之不竭，又不污染環(huán)境。

實踐證明，如設計合理、使用得當，能取得較好的效果。目前，國內(nèi)多
采用被動式太陽能采暖方案：當太陽輻 射熱透過日光室玻璃照射到墻面上時， 墻面吸收熱能，溫度升高，并通過對流 方式將熱量傳給日光室內(nèi)的空氣，使之 溫度升高，由上部開口流入室內(nèi)；室內(nèi) 的低溫空氣由下部開口流進日光室，不 斷循環(huán)流動的空氣提高了室內(nèi)氣溫，從

而改善了室內(nèi)熱環(huán)境。
259

注意問題: (A)日光室的朝向應選擇當?shù)厝照諘r間長、太陽輻射強烈的方位，一般以東 南、南、西南向為宜； (B)日光室的玻璃應選擇熱光比大的玻璃，并應有較大的面積。這是因為玻 璃是短波熱射線的透射體，而又是長波熱射線的非透射體，能阻擋日光室的熱量 輻射外逸； (C)墻面對太陽輻射熱的吸收至關重要，表面一定要用對太陽輻射熱吸收系 數(shù)大的材料； (D)上下通風口尺寸應適當，過大、過小都會影響采暖效果； (E)在使用上，當夜晚或無日輻射的時候，如日光室的氣溫低于室內(nèi)氣溫， 應關閉上、下通風口，避免室內(nèi)熱量的損失。 除利用太陽能采暖之外，在建筑上還可設法利用太陽能使建筑物的各部分產(chǎn) 生較大的溫差，以加強室內(nèi)通風，也能取得較好的效果。
260

2、建筑節(jié)能現(xiàn)狀
（1）我國建筑能耗現(xiàn)狀
建筑能耗包括建筑采暖、制冷、照明、熱水使用等方面。 從建筑的全壽命周期來看，能耗有建造和運行兩方面。 A.耗量大 B.水平低 C.負效應多 年能耗折算超過2億噸標準煤； 單位建筑能耗是美國的3.2倍、日本的3.4倍、印度的1.52倍。 …

（ 2 ）我國的能源政策 “節(jié)約與開發(fā)并重，近期把節(jié)約放在首位”

261

（3）建筑高能耗的原因
A.建筑節(jié)能技術水平低； B.建筑節(jié)能的法律、法規(guī)制度建立晚，標準不高； C.國民節(jié)能意識差等。 目前處于建筑高能耗階段，建筑節(jié)能任務很重。

高能耗建筑

節(jié)能建筑

零能耗建筑（自運行）

建筑節(jié)能問題成為當前建筑領域的重要研究課題，是因為： ? 生態(tài)、環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展的需要； ? 推動建筑科學發(fā)展的動力； ? 具有較多的科技切入點（計算機技術、納米技術、生物技術等）

262

3、建筑節(jié)能原則 1) 正確處理節(jié)能目標和計劃、局部與整體、階段與長遠的關系；

2）注重因地制宜、同而有別的方法和措施；
3）開發(fā)利用新能源，充分利用太陽能； 4）既要做好新建筑的節(jié)能設計，又要重視已有建筑的節(jié)能改造； 5）在最大限度地發(fā)揮建筑節(jié)能效益的同時，提高設備節(jié)能運行效益； 6）重視綜合用能，提高生產(chǎn)、生活殘余能量的利用水平； 7）堅持效益為上、效益優(yōu)先的評估體系； 8）正確處理節(jié)能與需求的關系。
263

4、建筑節(jié)能目標
《民用建筑節(jié)能設計標準》JGJ26—95和《民用建筑節(jié)能管理規(guī)定》

（2000.10.1),都對我國建筑節(jié)能工作提出了具體要求。
《建筑節(jié)能“九五”目標和2010年規(guī)劃》目標： 在第一階段節(jié)能30%基礎上，第二階段達到節(jié)能50%。其中：

（1）改善建筑圍護結(jié)構設計，減少建筑物采暖能耗30%；
（2）改善采暖供熱系統(tǒng)，節(jié)約采暖能耗20%（提高鍋爐運行效率 10%，提高管網(wǎng)輸送效率10%）。

264

5、建筑節(jié)能設計原則（綜合控制原則） ? 建筑規(guī)劃 主要內(nèi)容包括建筑選址、朝向、間距、樓宇平面布局、空間構 成、綠化配臵、風向以及道路網(wǎng)絡等設計元素。 ? 建筑初步設計 主要包括對建筑的體形、體量等內(nèi)容的合理選擇。 ? 技術和施工圖設計 構造做法、材料選擇以及采暖、通風、照明、電氣等方面的選擇 與設計。 施工工藝和水平對建筑的整體節(jié)能效果也有較大影響。

265

6、建筑節(jié)能設計標準(要求)
《民用建筑節(jié)能設計標準》JGJ26—95中規(guī)定: （1）建筑熱工設計 ? 建筑物朝向宜采用南北向或接近南北向，主要房間避開冬季主導 風向。

? 建筑物體型系數(shù)宜控制在0.3以下；若體型系數(shù)大于0.3，屋頂和
外墻應加強保溫，其傳熱系數(shù)應符合要求。 ? 采暖居住建筑的樓梯間和外廊應設臵門窗。在采暖期室外平均溫 度在-0.6℃～-6.0℃的地區(qū),樓梯間不采暖時，樓梯間隔墻和戶門應 采取保溫措施；在采暖期室外平均溫度-6.0℃的地區(qū)，樓梯間應采 暖，入口處應設臵門斗等避風措施。
266

? 不同地區(qū)建筑各部分圍護結(jié)構的傳熱系數(shù)應符合規(guī)定的限值。
不同地區(qū)采暖居住建筑各部分圍護結(jié)構傳熱系數(shù)限值 (W/㎡· k)
采暖期室外 平均溫度 (℃) 2.0～1.0 代表 城市 屋頂
S≤0.3 S≥0. 3

外墻
S≤0.3 S≥0.3

不采暖 樓梯間 隔墻 戶門

地板
接觸室 外空氣 不采暖地 下室上部

地面
周邊 地面 非周邊 地面

鄭州 洛陽 …

0.8

0.6

1.4

1.1

1.8

2.7

0.6

0.65

0.52

0.3

0.9～0.0

安陽 …

0.8

0.6

1.2

1.0

1.8

2.7

0.6

0.65

0.52

0.3

……

267

? 采用氣密窗或窗戶加設密封條時，房間應設臵換氣調(diào)節(jié)裝臵。
? 圍護結(jié)構熱橋部位應加強保溫措施，保證圍護結(jié)構內(nèi)表面不結(jié)露。 ? 采暖期室外平均溫度低于-5.0℃的地區(qū)，外墻在室外地坪以下的垂 直墻面、周邊直接接觸土壤的地面應加強保溫措施。其傳熱系數(shù)不應 超過規(guī)定值。在外墻周邊內(nèi)側(cè)2米范圍內(nèi)，地面的傳熱系數(shù)不應超過 0.30 (W/㎡· k)。 （2）采暖設計

《民用建筑節(jié)能設計標準》JGJ26—95對“供熱系統(tǒng)設計和供熱管
網(wǎng)敷設與保溫設計” 都有所規(guī)定。（略）
268

7、建筑節(jié)能的建筑學措施
節(jié)能對建筑的本質(zhì)性要求： ? 從營建角度 營建一定體量的建筑，當所用材料最少時需有較小的 外表面積。 ? 從運行角度 一定體量的建筑，當建筑與室外有較少的熱交換（耗 能最少）時需有較小的圍護結(jié)構外表面積。所以，當 建筑的體量、圍體熱阻一定時，建筑的外圍護結(jié)構須 有較小的表面積。

（1）節(jié)能體型
建筑體型系數(shù)S：建筑外圍護結(jié)構表面積∑F與之所包圍的體積V 之比。
269

S = ∑F/ V 容易證明，當V一定時球形∑F最�。徽襟w∑F次之；長方體 … 所以，建筑的體型越規(guī)則，節(jié)能效果越好。 體型系數(shù)S≤0.3的建筑稱為節(jié)能建筑。

定向體形系數(shù)Sd：考慮到太陽輻射在不同季節(jié)對圍護結(jié)構的不同影
響（冬季正效應；夏季負效應），建筑圍護結(jié)構不同立面的面積也不相 等。建筑某一立面面積F與建筑體積V之比稱為定向體形系數(shù)。

Sd = F/V
由于冬夏季節(jié)對建筑的要求不同，對建筑的定向體形系數(shù)有相對 不同的要求。冬季太陽能采暖建筑，南向體型系數(shù)要求相對較大；夏季 防熱建筑，南向體型系數(shù)則要求較小。
270

（2）節(jié)能平面 不同平面形狀及其節(jié)能分析：

零星小單體不如大體量節(jié)能。因為面積相等時，外周長前者大于后者。

平面面積相等時，板式平面不如點式平面節(jié)能。因為外周長依次變小。

凹凸曲折變化的平面形狀不如規(guī)整平面節(jié)能。因為后者外周長較小。
271

? 平面形狀與建筑能耗的關系：
平面形狀 正方形 0.16 100 長方形 0.17 106 長條形 0.18 114 L 形 0.195 124 回字形 0.21 136 門字形 0.25 163

S
能耗(%)

?

建筑幢深與能耗(W/㎡)的關系:
幢 深 (m) 建筑面積 1000㎡ 建筑面積 8000㎡ 能耗指標 差值

9
10 11

41.20
39.43 38.01

39.98
38.07 36.48

1.22
1.36 1.53

12

36.85

35.23

1.62

幢深加大，能耗降低。
272

平面布局與建筑節(jié)能：

（a）熱功能合理分區(qū)
由于不同的房間有不同的使用要求，設計時可根據(jù)對不同房間的 熱環(huán)境要求，對房間進行合理的熱功能分區(qū)，將熱環(huán)境要求相近的房 間相對集中布臵。 （b）設臵溫度阻尼區(qū)（buffer zone）

為保證熱環(huán)境要求較高的房間獲得較好的熱環(huán)境并節(jié)能，可在與
室外接觸的區(qū)域之間，結(jié)合使用情況設臵溫度阻尼區(qū)（過渡區(qū)），形 成一道“熱閘”，不但減少房間外墻的熱損失，而且也可減少房間的

冷
風滲透。設于南向的溫度阻尼區(qū)可作為附加陽光間使用，是冬季減少 熱能耗的有效措施。
273

（3） 建筑層數(shù)與節(jié)能

對于單幢建筑，當幢深相同層數(shù)不同時， 隨著層數(shù)的增加，單位建筑面積所分擔的 外圍護結(jié)構表面積逐漸減少，能耗逐漸減少。

274

（4）建筑間距與節(jié)能

間距較小，后排建筑處在前 排建筑較多的太陽陰影區(qū)中， 不利于冬季保溫節(jié)能。

間距適當，后排建筑沒有處在 前排建筑陽光的陰影區(qū)，利于 冬季保溫節(jié)能。

275

（5）建筑密度與節(jié)能
由于建筑間距的增大將帶來建筑密度的減小，建筑密度的減小雖對 采暖節(jié)能不利，但卻提高了土地的利用率（節(jié)地），從廣義概念上屬于

節(jié)約資源和節(jié)能的范疇。因此在建筑設計時，應協(xié)調(diào)解決建筑間距與建
筑密度二者之間在節(jié)能問題上的矛盾。

退層處理 錯列布臵

（A）

（B）

276

（6）圍護結(jié)構熱工節(jié)能設計
? 重要性 夏云先生：“一個燈泡的啟示”

? 實質(zhì)性要求
冬季，使室內(nèi)熱量較少外逸； 夏季，使室外熱量較少侵入。 室、內(nèi)外有較少的熱交換 圍護結(jié)構對熱流具有較強的阻礙作用

冬季

夏季

277

? 國、內(nèi)外建筑外圍護結(jié)構傳熱系數(shù)比較(W/㎡· k)
國家 中國北京 中國哈爾濱 加拿大
(相當于北京地區(qū))

外墻 1.16 0.52 0.36 0.27 0.42 0.50 0.25

外窗 4.00 2.50 2.86 2.22 2.33 1.50 2.90

屋頂 0.80 0.50 0.40 0.17 0.23 0.22 0.15

加拿大
(相當于哈爾濱地區(qū))

日本北海道 德國柏林 丹麥

比較來看,我國建筑圍護結(jié)構的保溫隔熱水平與發(fā)達國家有著較大差距。
278

（7）夏季圍護結(jié)構節(jié)能設計 由學生討論并自行總結(jié)

279