2012年建筑物理热第一讲概论及室内外热环境.ppt
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1、非常荣幸能和同学们相识!,建 筑 物 理,建 筑 热 环 境 建 筑 光 环 境 建 筑 声 环 境 宁波大学建筑与环境学院闫成文 姚健2012年2月,第一讲 建筑物理概论,一、概况,1、教学安排高等学校建筑学主干课程9/15(4学分);注册建筑师必考课程;建筑学研究生主要方向。成绩分四部分:实验、出勤、课程设计、期末考试。分配比例(以学校网上登分比例为准):期末考试占70%;平时表现占10%;课程设计占20%。以上三项共占70%,实验占30%;另:点名三次未到最高分及格,五次未到不及格。,2、国家对本学科教学时数要求,3、主要学习内容及重点,1、热学:传热基本知识,建筑围护结构保温(构造)、
2、防热及建筑节能设计(主要掌握稳定传热计算),日照与遮阳原理等。2、光学:材料的光学性质,采光设计,人工光源、灯具及使用效果,室内照明、环境照明效果等。3、声学:吸声材料和结构,厅堂音质设计(声线法),隔声、隔震、噪声的防治与治理。4、实验:9-11个实验。,4、课程安排 66学时,讲课:44学时(为国家要求108学时的42%)。(每周一 4-309教室,1、2节;单周四4-301教室,1、2节)。热15学时,声14学时,光15学时。自主学习12学时(双周四1、2节自主学习),(做课程调研及课程设计,时间可调整)。期末复习:2学时。实验12学时:双周四3、4节,建D328楼,姚老师。,5、自主学
3、习调研及课程设计题目,一、概论部分全国各民族各地区民居建筑形态与地域的关系二、建筑热学部分:添“宁波市公共建筑节能审查备案登记表”。三、建筑光学部分:1、宁波大学(北大门到大踏步)的夜景设计;2、宁波城区色彩系调查与分析。四、建筑声学部分:1、交通噪声对不同楼层的影响及对策;2、建工学院报告厅室内声学设计分析。,6、学习目的及期末考试,一、学习目的:1.建筑设计的技术支撑;2.运用建筑设计、构造设计、合理选材等手段创造出舒适的建筑热环境、光环境、声环境;3.建筑节能、生态建筑学科科研基础。二、期末考试原则:论述题为主,每单元出一两个题,根据学过的知识分析论述,主要考核学生对知识的理解和综合应用
4、能力。,是研究建筑中物理现象及规律的一门科学。该学科形成于20世纪30年代,其分支学科有建筑声学、建筑光学、建筑热工学等。主要研究室内环境和对建筑有影响的室外环境,研究各种物理因素对人的作用和对建筑环境的影响。从建筑角度研究物理功能和建筑艺术的统一。,二、建筑物理概论,建筑物理,气流与通风,(1)建筑声学研究声波传输的物理条件和处理方法,以保证室内具有良好的听闻条件;控制建筑物内部和外部一定空间内的噪声干扰和危害。分为室内声学和环境噪声控制两个研究领域。(2)建筑光学研究与建筑有关的光的视觉性质、建筑的天然采光和人工照明技术。(3)建筑热工学研究室外热湿参数及对室内热环境的影响,建筑材料的热物
5、理性能,房屋的热稳定性,建筑物的保温、隔热、防潮除湿技术。,1、建筑物理学科内容,本学科是绿色建筑重要组成部分,民居建筑形态与地域的关系自主学习添上名称和特点并背下来,本学科在建筑上的综合应用清华节能建筑,综合应用环境互交,室内厅堂声学设计上海大剧院观众厅,室内厅堂声学设计柏林室内音乐厅声线图,噪声的防治,自然采光柏林市政府大会议厅,光与影,室内光环境比尔盖茨的家,室外光环境上海火车南站,2、建筑物理展望,已建立起建筑系统的声、光、热环境设计与计算的理论和方法,具备完整的实验技术和配套的国际标准及国家标准,理论上可以保证建筑良好的声、光、热环境。城区已全面实施建筑节能技术。即将发展成为低碳建筑
6、和绿色建筑。,2、建筑物理展望-声学,在声学方面:基本可应用声学理论设计,并建造出语言可懂度高和音乐效果良好的厅堂音质和有效控制噪声。目前,北京等大城市在开展对城市噪声的预测和评价。,声环境设计,北京市绘制出首张噪声地图,2、建筑物理展望-光学,在建筑光学方面,目前以改善环境质量和节约能源为中心发展采光和照明技术。开展系统深入的光气候和天然光在建筑中应用的研究;完善采光和照明设计方法;提高光源和灯具的光效、寿命和温色性;开展光环境评价方法的研究;制订了采光和照明的国际和国家标准并出版了各种出版物。,光环境设计,2、建筑物理展望-热学,在建筑热工学方面,积累了较完整的建筑热物理参数,已经开展低碳
7、建筑和绿色建筑的研究,制订相关的指标体系、设计规程、规范和指令性的规定;开发新型建筑材料和构件,进一步研究可再生能源在建筑中的应用。,新加坡环保大楼,第二讲 建筑热工学,1、建筑热工学概述,(一)建筑物外围护结构将空间分为室内和室外两部分,因而,建筑热环境分为室内热环境和室外热环境。1)室外热环境:太阳辐射、空气的温湿度、风、雨雪等。2)室内热环境:空气温湿度、生产和生活散发的热量、水分等。,室外热环境,太阳辐射是一切的源泉,室外热环境对室内的影响,地面反射辐射,地面长波辐射,建筑热湿环境形成过程,建筑热工学概述-1,(二)建筑热环境设计包括:建筑保温设计、防潮设计、隔热设计、建筑节能设计等。
8、设计目标:舒适、健康、高效、低碳。(三)全篇共分六讲;第一讲:建筑热环境基础知识;第二讲:建筑材料的热工特性和建筑围护结构 的传热原理及计算;第三讲:建筑围护结构保温;第四讲:建筑围护结构防潮;第五讲:建筑围护结构隔热与自然通风;第六讲:日照与建筑,可持续发展与建筑节能。,第一节:建筑热环境基础知识,1、室内热环境,1.1 室内热环境的产生,1.2 人体与环境的热交换,显热交换对流散热辐射散热潜热交换皮肤散湿出汗蒸发皮肤湿扩散呼吸散湿,辐射 对流 导热,上面出现三个概念:辐射 对流 导热 1、辐射:把热量以电磁波的形式从一个物体传向另一个物体的现象。(非接触性热交换)2、对流:流体与流体之间、
9、流体与固体之间发生相对位移时所产生的热量交换现象。3、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。,1.3 影响人体与外界热交换的因素,环境空气温度:对流换热 环境表面温度:辐射换热 水蒸汽分压力(空气湿度):对流质交换 高温环境:增加热感 低温环境:增加冷感!风速:对流热交换和对流质交换 吹风感:冷感和对皮肤的压力冲击 服装热阻:影响所有换热形式,概念:服装的热阻Icl,一般指显热热阻 单位m2K/W和clo(克罗),其中1clo=0.155 m2K/W,人体外表温度与感觉,皮肤温度 状 态45 以上皮肤组织迅速损伤43 41 被烫伤的疼痛感4139
10、 疼感域3937 热的感觉3735 开始有热的感觉3433 休息时热中性(met)状态,热舒适3332 2-4met 的(中等)运动量时感觉舒适3230 3-6met 的(较大)运动量时感觉舒适3129 坐着时有不愉快的冷感25(局部)皮肤丧失感觉20(手)非常不快的冷感觉15(手)极端不快的冷感觉5(手)伴随疼感的冷感觉,1.4 人的热舒适要求,人的热舒适感主要建立在人和周围环境正常的热交换上,即人由新陈代谢的产热率和人向周围环境的散热率之间的平衡关系人体得热和失热过程用下式表示:,人体产热量,w,人体蒸发散热量,w,人体辐射换热量,w,人体对流换热量,w,人体得失的热量,w,体温恒定,体温
11、上升,体温下降,1.5 人的热平衡,当q=0时,人体处于热平衡状态,但并不一定表示人都处于舒适状态,因为各种热量之间可能有许多不同的组合使q=0,即人们会遇到各种不同的热平衡,只有那种能使人体按正常比例散热的热平衡,才是舒适的。所谓按正常比例散热是指:对流换热占总热量的25%30%;辐射散热占45%50%;呼吸和无感觉蒸发散热占25%30%。,人体热交换示意(法国),2.0 热舒适与环境,室内热环境大致可分为:舒适的 可以忍受的 不能忍受的 通常能接受的热舒适标准应是低能耗率、不出汗、不冷颤。热舒适可以与一定范围的环境因素联系起来,在这个范围内借助调节衣着或者身体的活动程度或者两者同时调节来达
12、到良好的热舒适。,室内热环境及评价方法,室内热环境构成要素-人的热舒适受环境影响的因素:室内空气温度 空气湿度 气流速度(室内风速)环境辐射温度(室内热辐射)以人的热舒适程度为评价标准。,人体舒适度指标,2.1 室内热环境综合评价方法,室内空气温度、空气湿度、气流速度、环境辐射温度作为室内热环境各因素,它们是互不相同的物理量,但对人们的热感觉来说,他们相互之间又有着密切的关系。改变其中的一个因素往往可以补偿其他因素的不足,如室内空气温度低而平均辐射温度高,和室内空气温度高而平均辐射温度低的房间就可以有同样的热感觉。任何一项单项因素都不足说明人体对热环境的反应。科学家们长期以来就一直希望用一个单
13、一的参数来描述这种反应,这个参数叫做热舒适指数,它综合了同时起作用的全部因素的效果。P8-12,室内热环境综合评价图示,T=t+273.16F=32+9/5t,热感指数(PMV),丹麦学者范某在人体热平衡基础上研究出人体热感是空气温度、空气相对湿度、气流速度和平均辐射温度四个环境参数及人体新陈代谢量、衣服热阻等的函数。,满足热舒适度的温度分布,a)室内热辐射:,对一般民用建筑来说,室内热辐射主要是指房间周围墙壁、顶棚、地面、窗玻璃对人体的热辐射作用。室内热辐射的强弱通常用“平均辐射温度”(Tmrt)代表,即室内对人体辐射热交换有影响的各表面温度的平均值。,各表面温度,K,各表面面积。,房间的平
14、均辐射温度,K,平均辐射温度Tmrt:一个假想的等温围合面的表面温度,它与人体间的辐射热交换量等于人体周围实际的非等温围合面与人体间的辐射热交换量。,=,黑球温度,平均辐射温度也可以用黑球温度换算出来 黑球温度是将温度计放在直径为150mm黑色空心球中心测的反映热辐射影响的温度。平均辐射温度与黑球温度见可用贝尔丁公式换算。,平均辐射温度,室内黑球温度,室内空气温度,室内风速,2.2 室内热辐射的影响,室内热辐射对室内热环境有很大影响:在炎热地区,夏季室内过热的原因除了夏季气温高外,主要是外围护结构内表面的热辐射,特别是由通过窗口进入的日辐射所造成。在寒冷地区,如外围护结构内表面的温度过低,将对
15、人产生“冷辐射”,也严重影响室内热环境。,b)室内风速,室内气流状态影响人的对流换热和蒸发换热,也影响室内空气的更新。在一般情况下,对人体舒适的气流速度应小于0.3m/s。(关窗)人头顶上的自然对流速度0.2m/s是人体对风速可以觉察的阈(读:欲)值,往往用来确定室内风速的设计标准。当空气流速0.5m/s,实验研究表明,只要把空气温度调整的合适(提高空气温度),就可以使空气的流动几乎觉察不到。但在夏季利用自然通风的房间,由于室温较高,舒适的气流速度也应较大。(开窗),c)室内温度,国家规定室内温度:冬季18,夏季26。宁波属于非采暖地区,如不采取措施:整个夏季室内热环境有85%左右的时间是不舒
16、适的,有35%左右的时间影响居民生活;冬季室内气温低于10度的频率为75%左右,在此条件下,90%以上的人感觉到冷,25%的人感到冷的难受。,地面的舒适温度,d)室内相对湿度,皮肤湿润度增高皮肤黏着性增加不适 问题:为什么潮湿的空气使人不舒服?空气湿度对人体排汗量有影响吗?在皮肤没有完全湿润的情况下,增加空气 湿度会减少人体散热量吗?,2 室外热环境,1 室外热环境,室外热环境是室外气候的组成部分,是建筑设计的依据;建筑物所在地的气候条件,会通过围护结构,直接影响室内的环境,为得到良好的室内气候条件以满足人们生活和生产的需要,必须了解当地各主要气候要素的变化规律及其特征。一个地区的气候是在许多
17、因素综合作用下形成的。对建筑密切有关的气候要素有:太阳辐射、气温、湿度、风、降水等等。建筑外围护结构的主要功能即在于抵御或利用室外热环境的作用。做好建筑设计,必须掌握室外气候学的基本知识,熟悉建筑与气候的关系。,1.1 气候与地方特征,气候因素(日照、风、降水、温度、湿度等)直接影响建筑的功能、形式、围护结构构造。气候与其它相关因素共同影响建筑。例如气候条件决定了一个地区的水源、植被状况,对地质土壤也有一定程度的影响,从而大体上限定了该地区的建筑材料。气候还会影响人、社会审美等方面的差异性,最终间接而又鲜明的影响到建筑本身。,学生演讲民居建筑外形与地域的关系,1.2 气候与建筑,随着科学技术的
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