PPT《建筑物理》

建筑物理 建筑热工学 建筑 光学 建筑声学 主讲人: 王振彪联系

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sjzri.edu.cn/jzwl/index.htmemail:physics@sjzri.edu.cn 教学安排 建筑物理共64学时.教材:《建筑物理》,东南大学 柳孝图.教学内容以教材为主,适当删减或补充,讲课次序不一定全按教材.考试内容以讲课和作业为准,请同学适当做好笔记.考试:闭卷考试. 物理环境概论 建筑热环境建筑光环境建筑声环境 建筑热环境 室内温度、湿度、通风如何满足人的舒适性要求?围护结构的保温、防热机理和措施?墙体内部冷凝现象的研究以及预防措施?节能建筑的原则?室内通风?建筑日照,太阳能的利用? 建筑光环境 光照的度量及视觉特征?建筑的采光标准及措施?室内照明?各类电光源、灯具发光原理、发光特性及使用? 建筑声环境 人的听觉特性(频率特性、定位、哈斯效应等)?建筑内音质的控制?噪声控制?隔声? 第1.1章 室内热环境第1.2章 建筑热工学基本知识第1.3章 建筑保温第1.4章 建筑防热第1.5章 建筑日照与遮阳 第1.1章 室内热环境 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,如图. 体温恒定;

体温上升;

体温下降. qr: 人体与环境辐射换热率 qw: 人体蒸发散热率 qm: 人体新陈代谢产热率 qc:人体与环境对流换热率 室内热环境 所谓按正常比例散热,指的是对流换热约占总散热量的25-30? ,辐射散热约为45-50? ,呼吸和无感觉蒸发散热约占 25-30? ,处于舒适状况的热平衡,可称之为 正常热平衡 . 各地区建筑物的形式、风格受气候条件的影响. 室外热环境: 构成室外热环境的主要气候因素:太阳辐射、温度、湿度和风等. 1. 太阳辐射: 太阳辐射是房屋外部的主要热源: 如图:太阳辐射图解 到达地面的太阳辐射又可分为:直接辐射和散射辐射. 进入大气上界的太阳辐射100 被气体分子与尘埃吸收15 云吸收

3 因散射而反射5 云反射21 地面反射

6 总反射:32 总吸收:68 地面吸收50 影响太阳辐射强度的因素:太阳高度角、大气透明度、地理纬度、云量和海拔高度等. 2. 风风:就是大气的流动.大气环流是各地气候差异的原因. 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. 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. 3. 气温: 气温:指空气的温度.一般气象学上所指气温是距地面 高处的空气温度. ? 影响气温的主要因素:入射到地面上的太阳辐射热量,地形与地表面的覆盖以及大气环流的热交换作用等.其中,太阳辐射起决定作用. ? 气温变化:四季变化(年变化)、日变化和随地理纬度的变化. 4. 空气湿度: 空气湿度:表示大气湿润程度.一般用相对湿度表示.? 相对湿度的日变化通常与气温的日变化相反:如图11-1? 我国各地的相对湿度:受海洋气候影响,南方大部分地区相对湿度一年内夏季最大, 秋季最小;

华南和东南沿海一带因春季海洋气团入侵,且此时温度还不高,形成较大相对湿度,大约以3-5月为最大,秋季最小,南方地区在夏季之交气候潮湿,室内地面常出现泛潮现象. 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. 热环境的综合评价 略第1.2章 建筑热工学基本知识 2-1 传热的基本方式2-2 围护结构的传热过程2-3 湿空气的物理性质 温度 T=t+273.16F=32+9/5t温度:分子平均平动动能.绝对温标k,绝对零度,水的三相点,温度计,超导. 国际单位制SI基本单位 7-1 传热的基本方式 传热的特点:传热发生在有温度差的地方,并且总是自发地由高温处向低温处传递. 实际传热过程 温度场 传热有三种基本方式(如图7-1)1. 导热 2. 对流 3. 辐射

一、导热:(传热) 定义:指温度不同的物体直接接触时,靠物质微观粒子(分子、原子、自由电子等)的热运动引起的热能转移现象. 导热可在固体、液体、和气体中发生,但只有在密实的固体中才存在单纯的导热过程. 在建筑热工学中,大量课题涉及非金属固体材料的导热,有时也涉及空气、水分或金属导热问题.

二、对流: 定义:对流只发生在流体中,是因温度不同的各部分流体之间发生相对运动,互相掺合而传递热能的. 促使流体产生对流的原因:1. 本来温度相同的流体,因其中某一部分受热(或冷却)而产生温度差,形成对流运动,称为 自然对流 2. 因受外力作用(如风吹、泵压等)迫使流体产生对流,称为 受迫对流 . 工程上遇到的一般是流体流过一个固体壁面时发生的热量交换过程,称为 对流换热 . 单纯的对流换热不存在,总伴随有导热发生.

三、辐射: 定义:辐射指依靠物体表面向外发射热射线(能产生显著效应的电磁波)来传递能量的现象. 自然界中凡温度高于绝对零度(0K)的物体,都能发射辐射热,同时,也不断吸收其它物体投射来的辐射热. 特点:辐射换热时有能量转化:热能 --?辐射能-? 热能 参与换热的物体无须接触. 如图,辐射热的反射、吸收与透射.例:普通窗玻璃 的保温能力、吸热玻璃 实际传热过程: 例:冬季,室内通过外墙向室外传热是包含三种基本传热方式的复杂过程.如图所示: 对流辐射 导热 对流辐射 温度场: 热量传递的动力是温度差,研究传热时必须知道物体的温度分布. 对某一物体或某一空间来说,某一瞬时,物体内各点的温度总计叫温度场. 物体内各点温度不随时间变化,称为稳定温度场;

反之,则为不稳定温度场. 在稳定温度场内发生的热量传递过程为稳定传热过程;

在不稳定温度场内发生的热量传递过程为不稳定传热过程. 2-2 围护结构的传热过程

一、平壁导热

二、对流换热

三、辐射换热

一、平壁导热: 定义:指通过围护结构材料传热.经过单层平壁导热经过多层平壁导热 经过单层平壁导热: 设一单层匀质平壁(如图7-2),厚d平壁内、外温度为 θi 、 θe (设θi >

θe , 且均不随时间变化). 单位时间内通过单位面积的热流量,称为热流强度. (7-3) 这是一稳定导热问题,实践证明,通过壁体的热流量Q 满足下面关系式: 热阻 :在同样温差条件下,热阻越大,通过材料层的热量越少;

增加热阻的方法:加大平壁厚度或选用导热系数小的材料. 说明: 导热系数 :当材料层单位厚度内的温差为 10C 时,在 1小时内通过 1m2 表面积的热量. 影响 的最大因素是:容重和湿度. 材料 导热系数W/(m?K) 特点 气体 0.006~0.6 最小 液体 0.07~0.7 次之 金属 2.2~420 最大 非金属 0.3~3.5 常用建材 保温隔热材料 ?e , 且均不随时间变化),可用 ?2 、 ?3 表示层间接触面的温度. 将多层壁视为三个单层壁,分别算出通过每层壁的热流强度为: 稳定导热条件下有: 由以上四式解得:7-4) n层多层壁的导热计算公式: 各层接触面的温度: 多层壁内第 层与第 层之间接触面温度: 作业 某砖墙(λ=1.1W/mk)厚24cm,外侧保温材料(λ=0.2W/mk)厚5cm,内侧抹灰(λ=0.8W/mk)厚度0.5cm.内表面温度25℃,外表面温度-10 ℃,求通过墙体的热流强度,并图示温度分布.要求在课堂内完成.

二、对流换热: 层流边界层:由于摩擦力作用,在紧贴固体壁面处有一平行于固体壁面流动的流体薄层,叫 层流边界层 . 对流换热系数 对流换热热阻 对流换热过程:(如图7-4)倾斜直线区―层流边界层;

抛物线区―流体核心部分 水平线区―过度区 . 对流换热计算公式: 确定对流换热系数 对流换热系数包含了影响对流换热强度的一切因素.建筑热工学中常遇到的对流换热问题都是指固体壁面与空气间的换热,据具体情况选用表7-1公式:

三、辐射换热: 本质:物体表面向外辐射出的电磁波在空间传播;

电磁波的波长可从 到数公里;

不同波长的电磁波落到物体上可产生各种不同的效应(如图7-5)红外线:波长范围 热射线:波长范围 热辐射:热射线的传播过程.

1、辐射换热的本质和特点: 特点:1)辐射换热中伴随有能量形式的转化:一物体内能?电磁波?另一物体内能........