建筑物理(一) 建筑热工学

  本文选题：建筑物理(一) + 建筑热工学　

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河南大学土木建筑学院 建筑学专业课程

建筑物理
（课程组成员：白宪臣，蒙慧玲，谢丁龙，贺子奇） 课程组负责人：白宪臣

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? 课程定义 从人的生理、心理角度，分析研究建筑中的热、光、声物理现象 和材料的热、光、声物理性能；探究如何通过合理的规划、设计和选 材，营造人们所需要的舒适建筑物理环境的科学。 人（生理、心理）

热、光、声建筑物理现象
规划、设计、选材 舒适建筑物理环境 ? 课程性质 ? 考试形式 专业基础课

? 学时、学分 72学时(一)+(二)、4学分（2+2） 笔试、闭卷 、120分钟
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? 本课程与相关课程的关系
? 进一步拓展相关课程的知识领域和知识面； ? 探究建筑构造、建筑设计等课程的理论依据； ? 深化、细化建筑设计专业主干课的设计内容（主要是技术层面）。 ? 建筑物理学科概述

自从有了人类，便有了人们赖以生存的建筑物理环境。建筑物
理现象和人类一样久远。在远古时期，人们对建筑环境的认识和 营造能力十分有限，对建筑物理现象只是感知而已，但适应性较

强。十九世纪以后，建筑物理作为一门科学诞生了。
? 初始阶段——不太重视；

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? 20世纪初——开始活跃；

? 20世纪中叶——欧洲、美国、日本等，理论、技术水平领先；
? 新中国成立后，《建筑物理》进入我国大学课堂； ? 当今以后——十分看好。 ? 课程内容 ? 建筑热工学（建筑物理一）

? 建筑光学 + 建筑声学
? 课程特点

（建筑物理二）

容量大，概念多而新；理性和实用性强；既独立又联系。

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建筑物理（一）

建筑热工学
主讲：白宪臣

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建筑热工学主要论述如何通过规划与建筑设计的相应措施，有效 防护或利用室内外热湿作用，合理解决房屋的保温、防热、防潮、节 能等问题，以创造良好的室内热环境并提高围护结构的耐久性。

需要说明的是：在大多数情况下，单靠建筑措施是不能完全满足
人对室内热环境的要求,往往需要配备适当的设备措施进行人工调节。 如在寒冷地区设臵采暖设备，在炎热地区采用空调设备等。但是，只 有首先充分发挥各种建筑措施的作用，再配备一些必不可少的设备， 才是技术和经济都合理的设计。

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? 教学内容和教学目标
本篇主要介绍一般工业和民用建筑的热工设计原理与方法， 包括建筑保温防潮设计、防热设计和建筑节能设计等。通过本 篇的学习，能够熟练掌握建筑热工学的基本理论和设计方法， 并能在建筑设计中灵活运用相关的国家标准和规范，如: 《民用建筑热工设计规范》(GB50176-93) 《建筑气候区划标准》(GB50178-93)

《民用建筑节能设计标准》(GBJ24-95)
《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》等。
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? 教学进度及学时安排
章节及其主要内容 第一章 室内、外热环境
§1 室内热环境 §2 人对室内热环境的反映与评价 §3

计划学时
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室外热环境

§4 建筑热工设计分区

第二章 传热基本知识
§1 传热的基本方式
§2 平壁的稳定导热计算 §3 对流换热计算

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§4 辐射换热及其计算 §5 平壁的稳定稳定传热过程及其计算 §6 围护结构内部温度的确定
§7 封闭空气间层传热 §8 简谐热作用下的传热

第三章 建筑保温
§1 建筑保温设计的综合处理措施 §2 保温设计的有关标准 §3 围护结构主体保温设计 §4 围护结构保温构造 §5 围护结构传热异常部位保温设计要点 §6 围护结构的冷凝检验与防止

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第四章 建筑防热
§1 §2 §3 建筑防热的综合处理措施 自然通风的组织 围护结构隔热设计

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第五章 建筑日照与遮阳

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§1 日照的基本原理
§2 §3 棒影日照图的原理和应用 建筑遮阳
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专题:太阳能建筑与建筑节能

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? 本篇重点与难点 ? 重点： 围护结构传热、传湿过程及计算

建筑保温标准及构造
建筑防热的的途径及屋顶防热方法 ? 难点：

围护结构的传热计算
围护结构的蒸汽渗透计算

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? 本篇重要名词和概念 室内热环境、热舒适、正常比例散热、室外热湿作用、城市热岛、 导热、对流、对流换热、辐射、辐射换热、温度场、热流强度、 导热系数、传热系数、热阻、蓄热系数、热惰性指标、建筑节能、 吸热指数、建筑耗热量指标、体型系数、窗墙比、热桥、室外综 合温度、总衰减度、总延迟时间、露点温度、蒸汽渗透、内部冷 凝、冷凝界面、太阳高度角、太阳方位角、遮阳、遮阳系数、倒 铺屋面

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本篇典型作业题 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 室内外热气候
§1 室内热气候
室内热气候:由室内空气温度、湿度、气流状况和壁面热辐射等
诸因素共同构成的一种环境状态。 1、研究意义 ? 舒适的室内热气候人们工作、学习和生活的生理和心理要求； ? 室内热气候是建筑（环境）质量的本质内容； ? 营建良好的室内热环境是建筑热工学的基本任务； ? 室内热环境是建筑环境学的重要组成部分和研究对象。
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●

建筑热环境与工作效能 大量现场调查和实验证实：

? 高温会降低劳动效率； ? 寒冷影响肢体的灵活性； ? 温度偏离最佳值会增加事故发生率；

? 中度激发时效率最高；
? 低激发导致人不清醒； ? 高激发导致不能全神贯注；

? 手的皮肤温度低于15℃时，关节僵硬、灵巧性明显下降；
手的皮肤温度低于6℃时，出现麻木感觉； ? 冷风有涣散精神作用，分散工作注意力等。
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2、室内热气候的构成要素(四要素)

① 室内空气温度
适宜值：冬季 16～22℃；夏季 24～28℃ ② 室内空气湿度 适宜值：30～70% ③ 室内空气气流状况（速度、密度、洁净度）

速度适宜值：冬季 ＜0.2m/s；夏季 0.2～1m/s
④ 壁面辐射温度 室内空气温度与壁面温度总是存在温差，二者接近为佳。

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3、影响室内热气候的因素 ① 室外与室内的热湿作用；

② 区域规划与建筑设计；
（选址、朝向、间距、环境的绿化、建筑的 平剖面形式等) ③ 建筑构造与节点做法； ④ 材料的选用及其热物理性能； ⑤ 建筑设备措施等。

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§2 人对室内热环境的反映与评价
人对室内热环境的反映有主观、客观、生理、心理等诸多方面， 最主要体现在人对室内热环境的冷热感觉，即冷热感。 ? 冷热感：人对周围环境“冷、热”感觉的主观描述。 ? 研究方法：生理学 + 心理学 + 建筑学 + 工程学 + 物理学 1、冷热感的取决因素 （1）环境条件； （2）自身条件（性别、年龄、种族、体型、健康状况等） （3）运动状态和行为模式；

（4）衣着情况等。
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2、人体的温度感受系统 20世纪初人体试验发现： ? 人的皮肤上存在对冷敏感的区域

“冷
点”和对热敏感的区域“热点”。 ? 人体各部位的冷点数目明显多于热 点数目。（为什么人对冷更敏感？） ? 冷、热感受器分布于皮肤、粘膜、 内脏、脊髓、延髓、脑部网状结构等 部位。
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（1）冷、热“感受器”的位臵

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（2）人体各部位冷点和热点的分布密度(个/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

参考文献：H. Hensel, Thermoreception and Temperature Regulation, London: Academic Press, 1981

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（3）人体对热湿环境反应的生理学基础 ? 食物?分解氧化?产生热量

? 人体的基本生理要求
——维持体温恒定。

? 代谢率(Metabolic Rate)
——人体新陈代谢反应过程

中能量释放的速率。

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3、人体的散热方式及与外界的热交换形式 （1）人体的散热方式

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（2）人体与外界的热交换形式 ? 对流换热 ? 辐射换热

? 出汗蒸发
? 呼吸散热

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（3）影响人体与外界热交换的因素

① 环境空气温度：对流换热
② 环境表面温度：辐射换热 ③ 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。

④ 风速：对流热交换和对流质交换
⑤ 服装热阻：影响所有换热形式

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?服装的热阻
单位: m 2 ? k / w或clo，

1clo ? 0.155 m 2 ? k / w
类型
短 袖衬 衣 ，短 裤 长 裤， 短 袖衬 衫 长 裤， 长 袖衬 衫 长 裤， 长袖衬 衫加 短外 衣 厚 大衣 ， 长袖 衬 衫 ，保 暖 内 衣 ，长 内裤 厚 三件 套西衣 服 , 长内 衣 裤 厚 毛衣 厚 长大 衣 厚 裤子 工 作服 夹克

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、人体温度与热舒适感

（1）核心温度与表层温度
核心温度通常包括脑、脊椎、心脏、肝脏、消化器官等内脏 部分，肝脏温度最高（38℃）。

外层温度指皮肤表面到 10 mm 以内的部分，通常包括皮肤，
皮下脂肪和表层的肌肉。皮肤温度与外界环境有关，日夜有1℃以 内的波动。
? 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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皮肤温度 45 ℃ 以上 43～41 ℃ 41～39 ℃ 39～37 ℃

热舒适状态与感觉 皮肤组织迅速损伤 被烫伤的疼痛感 疼感域 热的感觉

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

开始有热的感觉
休息时处于热中性状态,热舒适 2-4met 的(中等)运动量时感觉舒适 3-6met 的(较大)运动量时感觉舒适 坐着时有不愉快的冷感 非常不快的冷感觉 极端不快的冷感觉

5 ℃(手)

伴随疼感的冷感觉
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（2）人体的体温调节系统 下丘脑具有调节、代谢体温和内分泌功能， 前部主要促进散热来降温，后部促进产热抵御寒冷。 ? 散热调节方式： 血管扩张，增加血流，提高表皮温度;出汗。 ? 御寒调节方式： 血管收缩，减少血流，降低表皮温度；通过冷颤

增加代谢率。

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（3）人体的能量代谢率 A 影响因素： 肌肉活动强度（主要因素）;

环境温度（偏高、偏低都增加代谢率）
性别（男性高于女性） 年龄（少年高于老人） 神经紧张程度（紧张时代谢率高） 进食后时间的长短等（进食后代谢率增加，蛋白质代谢率高）

B 单位: met, 1met = 58.2 W/m2

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?肌肉活动与代谢率

肌肉活动强度对代谢率起 决定性的影响。一般的室

内运动代谢率多在5 met
以下。

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?垂直温差对人热舒适的影响 当受试者处于热中性状态时，头足温差仍然使人感到不舒适。

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●材料与人的热舒适感
? ? × ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? °? ? ? ? ? ? × ? ? ? ? ? ? °? ? ? ? ? ? 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、人体的热平衡 人的肌体在正常条件下，可

算是一个恒温体，为了维持这种
状态，人体新陈代谢所产生的热

量向环境散发，不断地与所处的
环境进行热交换。因此，肌体与 环境之间的热交换必然满足以下 公式所表达的条件，即：

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?q —— 人体热负荷，即人体得失热量；

qm qc
qr

—— ——

人体新陈代谢产热率； 人体与周围环境的对流换热率；

——
——

人体与环境的辐射换热率；
人体蒸发散热率。

qw

当△q>0 时，体温将升高；当△q<0 时，体温将降低。如果这种体温变化的差值
不大、时间也不长，可以通过环境因素的改善和肌体本身的调节，不致对人体产生有 害影响；若变化幅度大，时间长，人体将出现不舒适感，严重者将出现病态征兆，甚 至死亡。因此，要维持人体体温的恒定不变，必须△q=0，使人体处于热平衡状态，即：

（热平衡方程）
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（1）对热平衡方程的讨论 热平衡状态是指人体新陈代谢产热量正好等于人体与所处环境 的热交换量。显然，人体的热平衡是达到人体热舒适的必要条件。 由于式中各项可以在较大的范围内变动，许多种不同的组合都可能

满足上述热平衡方程，因此 ?q ? 0 并不充分。
从人体热舒适考虑，单纯达到热平衡是不够的，还应当使人体 与环境的各种方式换热量限制在一定的范围内。据研究，在人体达 到热平衡状态时，当对流换热约占总散热量的25％-30％、辐射散 热量占45％-50％、呼吸和有感觉蒸发散热量占25％-30％时（称为 正常比例散热），人体才能达到热舒适状态，这一条件则是人体热 舒适的充分条件。
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A. 负荷热平衡：人体以非正常比例散热的热平衡。 人体在负荷热平衡时，虽然 ?q ? 0 ，但人体已不在热舒适 状态，是可以忍受的。 B. 室内热气候的类型：

? 舒适的室内热气候
（⊿q=0,且按正常比例散热 ---正常热平衡） ? 可以忍受的室内热气候 （⊿q=0,非正常比例散热 ---负荷热平衡） ? 不可以忍受的室内热气候

（⊿q≠0 --- 热不平衡）

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（2）室内热气候的评价方法
自本学科建立以来，室内热气候的评价问题就是一个热门课题，长期以 来，国内外许多学者都在积极探究此问题,并付出了很多劳动和努力。由于 建筑热环境的影响因素较多，且具有综合性和相互补偿性，因此，很难以单 一因素指标评价热环境的优劣。到目前为止，国外一些学者从不同的途径提 出了多种不同的评价指标或评价方法，主要有以下几种方法：

A 有效温度法
B 作用温度法 C 热应力指标法 D 预计热指标法

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① 预计热指标法(Predicted Mean Vote，简写为PMV)

该方法是丹麦学者范格尔(P.O.Fanger)在人体热平衡方程的基础
上进行研究与推导，得出△q是空气温度、空气湿度、气流速度和平 均辐射温度四个环境参数及人体新陈代谢产热率、皮肤平均温度、 肌体蒸发率和着衣热阻的函数。人体热舒适的必要条件为:
?q ? f ( t i、? i、? i、v i、q m、t sk、q sw、Rcl ) ? 0

人体在环境中感到热舒适的充分条件必须使人体的皮肤温度处
于舒适的温度范围，而且肌体的蒸发率也应处于舒适范围内。 该方 程比较全面合理地表达了人体热感与上述6个参数的定量关系，从而 建立起PMV指标系统，把PMV值按人的热感觉分成7个等级。
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PMV指标的7级分度
热感觉 PMV 值 热 +3 暖 +2 微暖 +1 适中 0 微凉 -1 凉 -2 冷 -3

PMV值是客观值， PMV指标只代表同一环境下绝大多数人的

感觉，不能代表所有个人的感觉。
热舒适的评价有主观因素，主、客观对照有上述相应关系。 ISO规定：PMV=-0.5～+0.5为热舒适标准。这一标准对一 些发达国家可以满足；对我国来讲，差距较大。有专家建议我

国的PMV值可取：-1.5 ～ +1.5

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预测不满意百分比PPD

(Predicted Percent Dissatisfied)

（PPD是通过概率分析确定某环境条件下人群不满意的百分数）

即便 PMV＝0，仍然有5％的人不满意。
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② 有效 温度 指标 法图
干 球 温 度 湿 球 温 度

(℃) 风速 (m/s)

(℃)

普通衣着，坐姿轻劳动。
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（3）人体舒适条件： ? -0.5＜PMV＜+0.5 ? 头部与脚踝的垂直温差＜3℃ ? 由寒冷窗户所造成的不对称辐射温差＜10℃ ? 由暖和窗户所造成的不对称辐射温差＜15℃ ? 由暖和天花板所造成的不对称辐射温差＜5℃

? 19℃＜地板表面温度＜29℃
? 30 %＜相对湿度＜70 %

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§3 室外热气候
建筑物基地的各种气候因素，通过建筑物的围护结构、外门窗及各类 开口，直接影响室内的气候条件。为了获得良好的室内热环境，必须了解 当地各主要气候因素的概况及变化规律特征，以作为建筑设计的依据。

1、室外热气候构成要素
一个地区的气候状况是许多因素综合作用的结果，与建筑物密 切相关的气候因素有：(五要素) ① 太阳辐射； ② 室外空气温度； ③ 室外空气湿度； ④ 风； ⑤ 降水等。
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① 太阳热辐射
太阳是一个灼热气团，表面 温度有6000℃，时刻向四周放射 不同波长的电磁波，波长范围大 致在10 ?10 ~ 10 5 m 。其中波长 在 0.2 ?10 ?6 ~ 3 ?10 ?6 m 范围内的能 量占全部辐射能量的98％。 （属于短波辐射）
10 ?10 m ~ 10 5 m

太阳辐射是地球热能的根本
来源，是决定地球上气候的主要 因素。
太阳辐射热交换示意图
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? 太阳热辐射与地面的热交换
太阳辐射能进入地球大气层后，由于大气层内各种气体分子和其他 微粒的存在，极大地削弱了太阳辐射照度，大气层中各种气体分子的折射 也减弱了太阳辐射 。当太阳辐射遇到云层时要反射一部分；大气层中的

氧、臭氧、二氧化碳和水蒸气又吸收了一部分太阳辐射；大气中尘埃对太
阳辐射的吸收也是不可忽视的。由于反射、折射和吸收的共同作用，使得 太阳辐射到达地面时被极大地削弱。

太阳辐射到达地面之后，一部分被地面所吸收，另一部分则由地面
向天空反射。地面吸收的太阳辐射热量使地面水蒸发，极小一部分以对流、 传导的方式散发热量，因此太阳辐射能量对于地面的热交换是一个复杂的 过程。
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? 太阳辐射热的影响因素
A.太阳高度角 由于大气层对不同波长的太阳辐射具有选择性的反射与 吸收作用，因此在不同的太阳高度角下，光谱的成分不同。太阳高度角愈 高，紫外线及可见光成分就愈多，红外线成分则减少。散射辐射强度与太 阳高度角成正比，与大气透明度成反比,云天的散射辐射照度较晴天大。 B.大气透明度 大气透明度的影响随大气中的烟雾、灰尘、水汽及二氧 化碳等造成的混浊状况而异。城市上空的大气较农村混浊，透明度较差， 因此城市区域的太阳直射辐射照度比农村弱。 C.海拔高度 海拔愈高，太阳光线所透过的大气层愈薄，同时大气中 的云量与尘埃也就愈少，所以在海拔高的地区，太阳直射辐射照度较大。 在海拔高的地方散射辐射照度低。

D.纬度 因为高纬度地区的太阳高度角小，太阳辐射透过的大气层较
厚，所以太阳直射辐射随纬度的增加而减小。
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② 室外空气温度
室外空气温度是指距地面1.5米背阴处空气的温度。对于太阳辐射言，大 气几乎是透明的，直接受太阳辐射的增温非常微弱，室外空气主要靠吸收地面 的长波辐射而增温。因此，地面与空气的热交换是空气温度升降的直接原因。

影响室外空气温度的因素：
A.太阳辐射热量(决定性作用) 空气温度的日变化、年变化，以及随地理纬度而产生的变化，都是由于太 阳辐射热量的变化而引起的。 B.大气环流作用 无论是水平方向还是垂直方向的空气流动，都会使高、 低温空气混合，从而减少地域间空气温度的差异。 C.下垫面状况 草原、森林、水面、沙漠等不同的地面覆盖层对太阳辐射

的吸收及与空气的热交换状况各不相同，对空气温度的影响不同，因此各地温
度也就有了差别。 D.海拔高度、地形地貌等。
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? 室外气温的变化规律
室外气温有明显的日变化与年变化规律。 日较差:一日内气温的最高值与最低值之差，用来表示气温的日变化。 对北半球来说，最高月平均气温出现在7月或8月，而最低月平均气温出现 在1月或2月。 年较差:一年内最热月与最冷月的平均气温差。我国气温的年较差自南 到北逐渐增大。华南和云贵高原约为10-20℃，长江流域一般为20—30℃， 华北和东北的南部约为30—40℃，东北的北部和西北部则常超过40℃。但 沿海地区常受台风影响，北方地区则受寒流影响，至于长江中下游地区， 常为北方寒流与南方暖湿气流的交汇处，气温波动较大。 注意：目前所用气温资料为各城市近郊气象台站离地面1.5m高处的空 气温度，与城市中心地区的气温有差别。由于城市热岛效应，城市中心地

区的气温常高于城郊和农村。
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台北市

北京市

城市热岛效应
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③ 室外空气湿度
空气湿度是指空气中水蒸气的含量,来源于各种水面、植物及其它载 水体的蒸发和升腾作用。相对湿度的日变化受地面性质、水陆分布、季节 寒暑、天气阴晴等因素影响，相对湿度日变化趋势与气温变化相反。 我国因受海洋气候的影响，南方大部分地区相对湿度以夏季为最大， 秋季最小。华南地区和东南沿海一带，因春季海洋气团侵入，相对湿度以 3~5月为最大，秋季最小，所以在南方地区春夏之交时气候较为潮湿，形成

明显的潮湿季节，对这一地带的建筑防潮和室内热环境都具有重要影响。

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④风
风是由大气压力差引起的大气水平方向的运动，可分为大气环流与地方风 两大类。地表增温不同引起大气压力差是风产生的主要成因。 大气环流：由于太阳辐射热在地球上照射不均匀，引起赤道和两极间出现 温差，从而引起大气从赤道到两极和从两极到赤道的经常性活动。它是造成各 地气候差异的主要原因。 地方风：由于地表水陆分布、地势起伏、表面覆盖等地方性条件的不同而 引起的风叫，如海陆风、季风、山谷风、庭院风及巷道风等。除季风外，都是 由局部地方昼夜受热不均引起的，所以都以一昼夜为周期，风向产生昼夜交替 的变化。 风特性指标：风向、风速。通常用风玫瑰图来表示。

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我国部分城市风玫瑰图

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⑤ 降水
从地球表面蒸发的水汽进人大气层，经凝结后又降到地面上的液态或固态水分，称为
降水。雨、雪、冰雹等都属于降水现象。降水性质包括降水量、降水时间和降水强度等。 降水量：指降落到地面的雨、雪、冰雹等融化后，未经蒸发或渗透流失而积累在水平 面上的水层厚度，以mm为单位。降水量的多少是用雨量筒和雨量计测定的。降水强度的等 级以24h的总量(mm)来划分：小雨<10；中雨10-25；大雨25-50；暴雨50-100。 影响降水 量的因素很复杂，在寒冷地区水的蒸发量不大，而且冷空气也不可能包含很多水汽，因此，

降水量也很有限；在炎热地区，蒸发强烈，由于空气温度高，能包含水汽的容量也大，所
以水汽凝结时会产生大量的降水。此外，大气环流、地形、海陆分布的性质及洋流等对降 水规律都有影响，往往同时起作用。 降水时间：指一次降水过程从开始到结束的持续时间，以h、min表示。 降水强度：单位时间内的降水量。

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2、城市小气候
由于不同区域的地形、地貌、植被、水面等分布状况不同，使某些 地方往往具有独特的气候。这种在小地区因受地方因素影响而形成的气 候，称为“小气候”。如地势小气候、森林小气候、湖泊小气候及城市 小气候等。 （1）城市小气候的成因 城市小气候是由于人类活动,特别是城市化影响下而形成的一种特 殊小气候，成因主要是: ① 城市中街道、建筑物鳞次栉比，高低错落，形成特殊的下垫面。

② 城市中人口密集，交通频繁，生活和生产活动中消耗大量矿物燃
料，排放很多“人为热”、“人为水汽”、废气和其它污染物。
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（2）城市小气候的负效能 ① 大气透明度较小，削弱太阳辐射
由于大气污染，城市的太阳辐射比郊区减少15％一20％。且工业区比非 工业区减少明显。

② 气温较高，形成“热岛效应”
由于城市的“人为热”及下垫面向地面近处大气层散发的热量比郊区多， 气 温也就不同程度地比郊区高，而且由市区中心地带向郊区方向逐渐降低，这种

气温分布的特殊现象叫做“热岛效应”。热岛效应影响所波及的高度在小城市
约为50m，在大城市则可达500m以上。热岛范围内的大气像盖子一样，使发生 在热岛范围内的各种气体污染物质都被围闭在热岛之中。因此，热岛效应对大 范围内的空气污染有很大影响。
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③风速减小、风向随地而异 城市房屋、街道的高低、纵横交错，使城市区域下垫面粗糙程度增大， 市区内风速减小。如北京城区年平均风速比郊区小20％~30％，上海市中心

比郊区小40％，且城市区域内的风向不定，往往受街道走向等因素的影响。
④蒸发减弱、湿度变小 城区降水容易排泄，地面较为干燥，蒸发量小，而且气温较高，所以年

平均相对湿度比郊区低。如广州约低9％，上海约低5％。
⑤雾多、能见度差 由于城市中的大气污染程度要比郊区大，大气中具有丰富的凝结核，一 旦条件适宜就产生大量的雾。如雾都重庆，城区雾日比郊区多1~2倍，甚至 高达4倍。
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§4 建筑热工设计分区
我国幅员辽阔，各地的气候条件相差悬殊。南、北最冷月平均温差可

达50℃左右,当北方海拉尔地区气温低于-28℃时，海南岛则尚在21℃以上。
青藏高原最热月平均仅10~20℃，常年无夏；而广东地区最冷月平均气温不 低于10℃，全年无冬。北部最大积雪深度可达70cm；而南岭以南则为无雪

地区。台湾地区年降水量多达3000mm；而塔里木盆地仅10mm。新疆地区
全年日照时数达3000h以上，四川、贵州部分地区只有1000h左右。 为了科学地提出与建筑有关自然气候条件的设计依据，明确各气候区建 筑的设计要求和相应的技术措施。我国已经根据建筑特点、要求以及各种气 候因素对建筑物的影响，在全国范围内进行了建筑气候分区工作，以指导建 筑热工设计。
59

1、我国主要地区气候描述
北部：长冬无酷暑； 南部：长夏无冬； 东部沿海：温暖湿润，四季分明； 西北、内陆地区：寒暑变化显著，降水少，气候干燥； 云贵高原：冬无严寒，夏无酷暑； 西南山谷： 小气候变化显著。

2、河南省气候概述
地处我国中东部，黄河中下游，地域面积16.7平方公里(占全国的1.74%)；南 北、东西的直线距离分别为530km、580km。境内地表形态复杂，有山地、丘陵、 平原、盆地等多种地貌。山地面积占44%，（北有太行山，西有伏牛山，南有桐柏 和大别山）；豫西南以丘陵地形为主；豫东为黄淮平原；南部属盆地（南阳盆地） 南北纬度相差5度，年降水量在600~1200㎜，分布不均。 冬季寒冷少雨雪；春季干旱多风沙；夏季炎热雨水丰；秋季晴朗日照长。
60

61

3、建筑热工分区及其设计要求
分区 名称 分区 代号

分区指标依据 热工设计要求
主要指标 最冷月平均温度≤-10℃ 辅助指标 日平均温度≤5℃的天数 ≥145天 日平均温度≤5℃的天数 =90~145天 日平均温度≤5℃的天数 =0~90天； 日平均温度≥ 25℃的天数 =40~110天； 日平均温度≥ 25℃的天数 =100~200天； 日平均温度≤5℃的天数 =0~90天； 必须充分满足冬季保温求， 一般可不考虑夏季防热 应满足冬季保温要求， 部分地区兼顾夏季防热 必须满足夏季防热要求，

严寒地区

Ⅰ

寒冷地区

Ⅱ

最冷月平均温度0~-10℃

夏热冬冷地区

Ⅲ

最冷月平均温度0~10℃

最热月平均温度25~30℃
最冷月平均温度＞10℃ 最热月平均温度25~29℃ 最冷月平均温度0~13℃ 最热月平均温度18~25℃

适当兼顾冬季保温
必须充分满足夏季防热， 一般可不考虑冬季保温 部分地区考虑冬季保温， 一般可不考虑夏季防热 62

夏热冬暖地区

Ⅳ

温和地区

Ⅴ

第二章 建筑热工计算与设计原理
§1 传热的基本方式

传热是指物体内部或者物体与物体之间热能转移的现象。凡 是一个物体的各个部分或者物体与物体之间存在着温度差，就必 然有热能的传递、转移现象发生。根据传热机理的不同，传热的

基本方式有三种：
导热 对流 辐射
63

1、导热
导热是由温度不同的质点(分子、原子、自由电子)在热运动中引 起的热能传递现象。在固体、液体和气体中均能产生导热现象，但其

机理却并不相同。
固体导热是由于相邻分子发生的碰撞和自由电子迁移所引起的热 能传递。 在液体中的导热是通过平衡位臵间歇移动着的分子振动引起的。 在气体中则是通过分子无规则运动时互相碰撞而导热。单纯的导

热仅能在密实的固体中发生。

64

2、对流
对流是由于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。因此，对流换热只发生在流体之中或者固体表面和 与其紧邻的运动流体之间。 对流换热的强弱主要取决于层流边界层内的换热与流体运动发生 的原因、流体运动状况、流体与固体壁面温差、流体的物性、固体 壁面的形状、大小及位臵等因素。

65

3、热辐射
（1）热辐射的本质
凡是温度高于绝对零度(K)的物体，由于物体原子中电子的振 动或激动作用，将向外界空间辐射电磁波。不同波长的电磁波落到 物体上可产生各种不同的效应。人们根据这些不同的效应把电磁波 分成许多波段。其中波长在0.8~600?m之间的电磁波称为红外线，

照射物体能产生热效应。把波长在0.4~40?m范围内的电磁波(包括
可见光和红外线的短波部分)称为热射线，因为它照射到物体上的 热效应特别显著。热射线的传播过程叫做热辐射。通过热射线传播 热能称为辐射传热。辐射传热与导热、对流传热有着本质的区别。

66

（2）辐射传热特点 A.在辐射传热过程中伴随着能量形式的转化，即物体的内能 首先转化为电磁能向外界发射，当此电磁能落到另一物体上而被 吸收时，电磁能又转化为吸收物体的内能。

B.电磁波的传播不需要任何中间介质，也不需要冷、热物体的
直接接触。太阳辐射热穿越辽阔的真空空间到达地球表面就是很好 的例证。

C.凡是温度高于绝对零度的一切物体，都在不间断地向外辐射
不同波长的电磁波。因此，辐射传热是物体之间互相辐射的结果。 当两个物体温度不同时，高温物体辐射给低温物体的能量大于低温

物体辐射给高温物体的能量，从而使高温物体的能量传递给了低温
物体。
67

4、几个重要概念
? 温度场：在某一时刻，某一物体的表面及内部所有各点温度的总体 分布。因此，温度场是空间和时间的函数。 ? 稳定温度场

? 非稳定温度场
? 稳定传热 ? 单向稳定传热 ? 双向稳定传热 ? 三向稳定传热 ? 单向不稳定传热 ? 双向不稳定传热 ? 三双向不稳定传热

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

T ? ( x，t )

68

§2

平壁的稳定导热计算
“平壁”指表面较为平整，面积比厚度 大得多的围护结构。 1、单层匀质平壁的稳定导热

? 计算模型：
单层匀质平壁的面积为F、厚度为d ；

使用季节：冬季
壁面温度为：? i、? e 且? i ? ? e 热流方向垂直于平壁

69

（1）热传导过程及其影响因素分析
围护结构在稳定温度场中，由于两壁面存在热传导的动力即 温差，所以有热量将从围护结构内表面通过围护结构传导至围护结 构外表面。 ? 温差 ? i ? ? e ：温差越大，热传导动力就越强，传导的热量就越多。

? 厚度d：厚度越大，热流传导过程中的路径就越长，遇到的阻力就
越大，传导的热量就越少。 ? 面积F：围护结构面积越大，传导的热量就越多。 ? 时间?：时间越长，传导热量积累就越多。 ? 材料种类：材种不同，导热能力则不同。表征此能力的热工量即导 热系数 ? 。
70

综合上述分析，如果设传导的总热量为Q，则：

Q?
Q

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

：总导热量，KJ；

? i ：平壁内表面温度，℃； ? e ：平壁外表面温度，℃； d F ?
：平壁厚度，m； ：垂直于热流方向的平壁表面积，㎡； ：导热时间，h；

? ：导热系数，w/mk 为了比较围护结构的导热能力，当取单位面积、单位时间分析
围护结构导热时，即围护结构的导热热流强度为：
71

q ?

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

其中： R ?
? 对q?

d 称为“导热阻， m 2 ? K / W ?
付立叶(Fourier) 导热计算公式

?i ? ?e d 和R ? 进行分析： R ?

?d 大 q ?? R ?? ? ?? 小
? 保温材料和选材的重要性！

72

（2）关于保温和隔热材料 保温材料：能够有效阻止热量由室内向室外传导的材料，即导热系数 较小的材料。通常将导热系数小于0.25的材料称为保温材料。 保温材料的热工性能表征指标：导热系数

隔热材料：能够防止热量由室外向室内传导的材料。
材料的导热系数?值的大小直接关系到导热传热量，是一个非常 重要的热物理参数。各种不同的材料或物质在一定的条件下都具有确 定的导热系数。 常用建筑材料的导热系数值已列入本书附录工中，未列入的材料

或新材料可在其它参考文献中查到或直接通过实验获得。

73

● 材料的导热系数及其影响因素
A. 材质的影响 由于不同材料的组成成分或结构不同，其导热性能也就各不相同， 并有不同程度的差异.就常用非金属建筑材料而言，其导热系数 值的差异非常明显，如矿棉、泡沫塑料等材料的值比较小，而砖砌体、

钢筋混凝土等材料的值就比较大。至于金属建筑材料,如钢材、
铝合金等,导热系数更大。工程上常把?值小于0.25W／(m·K)的材料 作保温、隔热之用，以充分发挥其材料的特性。空气的导热系数很小， 在27℃状态下仅为0.02624W／(m·K)；而纯银在0℃时，导热系数达
410W／(m·K)，两者相差约1.56万倍，可见材料或物质的导热系数值

变动范围之大。
74

B. 表观密度的影响 材料的表观密度反映材料密实的程度，材料愈密实,表观密度愈 大，材料内部的孔隙愈少，其导热性能也就愈强。因此，在同一类材 料中，表观密度是影响其导热性能的重要因素。

在建筑材料中，一般来说，表观密度大的材料导热系数也大，
尤其是像泡沫混凝土、加气混凝土等多孔材料，表现得很明显；但是 也有某些材料例外，当表观密度降低到某一程度后，如再继续降低， 其导热系数不仅不随之变小，反而会增大。显然，这类材料存在着一 个最佳表观密度，即在该表观密度时，其导热系数最小。在实用中应

充分注意这一特点。

75

C. 材料含湿量的影响
在自然条件下，一般非金属建筑材料并非绝对干燥，而是在不同程 度上含有水分，材料中的水分占据了孔隙的一定体积。含湿量愈大，水 分所占有的体积愈多。水的导热性能约比空气高20倍，因此，材料含湿

量的增大必然使导热系数值增大。
D. 孔隙构造和空隙率的影响 封闭孔隙 连通孔隙 空隙率
砖砌体导热系数与重量湿度的关系 76

2、多层匀质平壁的稳定导热计算
现以三层围护结构为例： 三层材料的厚度和导热 系数分别为 :
d 1、d 2、d 3 和? 1、? 2、? 3
?i

?2

?3

界面温度分别表示为：
?e

? i、? 2、? 3、? e ( ?i ? ?e )
?i

根据付立叶公式，通过三层的热流强度分别为：
q1 ? ?i ? ?2 d1 ?1 ?2 ? ?3 d2 ?2 ?3 ? ?e d3 ?3
77

q2 ?

q3 ?

由于稳定导热时，热流强度不变，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义
? 围护结构内部界面温度的计算
?2 ? ?i ? q d1 ?1 d1 d ? 2 ) ?1 ? 2

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

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

3、组合壁的稳定导热计算
组合壁：在多层平壁中，某一材料层 由两种以上材料组成的平壁。

根据多层次平壁的导热计算公式，组合壁
的热流强度为：

q?

?i ? ?e R1 ? R ? R3

关键是加权平均热阻的求算问题

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

§3 对流换热计算
对流是由于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。因此，对流换热只发生在流体之中或者固体表面和与其

紧邻的运动流体之间。
仔细观察对流传热过程，可以看出：因受摩擦力的影响，在紧贴 固体壁面处有一平行于固体壁面流动的流体薄层，称为层流边界层， 其垂直壁面的方向主要传热方式是导热，它的温度分布呈倾斜直线 状；而在远离壁面的流体核心部分，流体呈紊流状态，因流体的剧烈

运动而使温度分布比较均匀，呈一水平线；在层流边界层与流体核心
部分之间为过渡区，温度分布可近似看作抛物线 。
80

? 对流和对流换热的区别
对流指一种单一传热方式， 在建筑实际工程中，单一对流 传热方式不可能存在，围护结 构壁面与周围空气之间的热交

换十分复杂，在对流传热的同
时，导热传热也同时存在，实 际上是一种综合效应，在此用

对流换热来描述这一状况。

对流换热示意图

81

1. 对流换热强弱的取决因素
? 流体与固体壁面温差； ? 流体运动状况； ? 流体的物性； ? 固体壁面的形状、大小及位臵等因素。 2. 对流换热强度计算

q c ? ? c ?? ? t ?

牛顿公式

式中

q c ——对流换热强度 w / m 2； ? c ——对流换热系数； ? ——壁面温度℃； t ——流体主体部分温度℃。
82

值得注意的是：对流换热系数为可变常数，是一个取决于许多因 素的物理量。结合建筑围护结构实际情况并为简化计算起见，通常只 考虑气流状况是自然对流还是受迫对流；构件是处于垂直的、水平的 或是倾斜的；壁面是有利于气流流动还是不利于流动；传热方向是由 下而上或是由上而下等主要影响因素。推荐以下公式。 A. 自然对流换热 ?当平壁处于垂直状态时：

?c ? 2 ? 4 ? ? t
?当平壁处于水平状态时：
若热流由下而上

? c ? 2.5 ? 4 ? ? t
若热流由上而下

? c ? 1.3 ? 4 ? ? t
83

B. 受迫对流换热 当流体各部分之间或者流体与紧邻的固体表面之间存在着温度差， 但同时流体又受到外部因素如气流、泵等的扰动而产生传热的现象， 称为受迫对流换热。 建筑物处于大气层内，建筑物与空气紧邻，风成为主要的扰动因素。

由于流体各部分之间或者流体与紧邻固体表面之间存在着温度差，因温
差而引起的自然对流换热也就必然存在，就是说，在受迫对流换 热之中必然包含着自然对流换热的因素。受迫对流换热主要取决于温差、

风速的大小与固体表面的粗糙度。
对于中等粗糙度的固体表面，受迫对流换热时的对流换热系数可按 下式计算： 对于围护结构外表面 对于围护结构内表面 ?c =( 2.5~6.0)+4.2 v ?c = 2.5 + 4.2 v
84

3. 对牛顿对流换热计算公式的变形处理

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

?

? C ? 对流换热系数； 1 ? Rc ? 对流换热阻。 ?c
? 牛顿公式与付立叶公式的数学本质 (请同学们认真思考并总结)
85

§4 热辐射及其换热计算
1. 热辐射的本质与特点 凡是温度高于绝对零度(K)的物体，由于物体原子中的电子振动或激 动，向外界空间辐射电磁波。辐射传热与导热、对流有着本质的区别。 辐射传热特点： A.在辐射传热过程中伴随着能量的转化，即物体的内能首先转化为 电磁能向外界发射，当电磁能落到另一物体上而被吸收时，电磁能又转 化为吸收物体的内能。 B.电磁波的传播不需要任何中间介质. C.辐射传热是物体之间互相辐射的结果。当两个物体温度不同时， 高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量， 从而使高温物体的能量传递给了低温物体。
86

2.热辐射的传播 ---- 吸收、反射和透射
当热辐射能投射到一物体的表面时，其中一部分被物体表面吸收 (absorption) ；另一部分被物体表面反射(reflection) ；还有一部分可能 透过物体(transmission)。 不同材料对不同波长的辐射热的吸收、反射及透射性能是不同的， 这不仅取决于材质、材料的分子结构、表面光洁度等因素，对于短波辐 射热还与物体表面的颜色有关。

辐射热的吸收、反射与透射

不同材料表面对辐射热的反射系数
87

3. 材料对热辐射反应的指标描述

I? I0

? ?h

反射系数

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

吸收系数

透射系数

? I? ? I? ? I? ? I0

? h ? ?h ? ?h ? 1
常见建筑材料的反射系数、吸收系数、透射系数见教材及有关文献。

88

? 对

? h ? ?h ? ?h ? 1

讨论

? h、? h、? h 分别 ? 0，且 ? 1 ? h ? 1 ?h ? ?h ? 0 ， ?h ? 1 ? h ? ?h ? 0 ， ?h ? 1 ?h ? ? h ? 0 ，
凡能将辐射热全部反射的物体称为绝对白体，能全部吸收的称为
绝对黑体，能全部透过的则称为绝对透明体或透热体。 在自然界中并没有绝对黑体、绝对白体及绝对透明体。在应用科学 中，常把吸收系数接近于1的物体近似地当作黑体。而在建筑工程中， 绝大多数材料都是非透明体，对辐射能反射越强的材料，其对辐射能

的吸收、透射就越少；反之亦然。
89

4. 物体的热辐射本领及其规律 凡温度高于绝对零度的物体都具有向外辐射能量的本领。为此， 用“辐射本领”来表示物体的热辐射能力。 ? 全辐射本领：单位时间内在物体单位表面积上辐射的波长从0到∞ 范围的总能量，称作物体的全辐射本领，通常用E表示。 ? 单色辐射本领：单位时间内在物体单位表面积上辐射的某一波长的 能量称为单色辐射本领，通常用E?表示。

? 物体热辐射本领的取决因素：
A.表面温度； B.辐射能力（系数即材料的不同

C.组成与构造；
D.颜色、光洁度等。
90

? “三体”的辐射光谱比较

? 黑体：能吸收一切波长辐射的物体， 同时还能向外发射一切波长的辐射能， 在同温度下其辐射本领最大。“黑体” 并不是指物体的颜色。 ? 灰体：辐射特性和辐射光谱曲线的形 状与黑体辐射光谱曲线形状相似，且单 色辐射本领不仅小于黑体同波长的单色

同温度不同物体的热辐射光谱 1—黑体；2—灰体；3—选择性辐射体

辐射本领的物体。大多数建筑材料都可
近似地看作灰体。

? 选择性辐射体：只能吸收和发射某些波长辐射能的物体，并且其单色辐 射本领总小于同温度黑体同波长的单色辐射本领。
91

? 物体辐射本领的量化
德国科学家斯蒂芬—波尔兹曼（stafan-beltzmamn)对黑体进行了分析
研究，得出:

?T ? Eb ? Cb ? b ? ? 100 ? E b ? ? ?黑体的全辐射本领， w / m 2 ; Tb ? ? ? 黑体的绝对温度， K； C b ? ? ? 黑体的辐射系数， w / m 2 ? K 4

4

即黑体的全辐射本领与其绝对温度的四次幂成正比,这一规律称为 斯—波定律。 S—B定律的实质：说明黑体的辐射本领与其绝对温度的关系。 且黑体的辐射本领随温度的升高而增加。

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（对灰体） 灰体的辐射本领：
? T ? E ? C? ? ? 100 ? E ? ? ? 灰体的辐射本领， w / m 2 ; T ? ? ? 灰体的绝对温度， K ; C ? ? ? 灰体的辐射系数，取决 于灰体本身，有实验或 计算确定。
4

93

? 灰体与黑体辐射本领的比较
E ? Eb ? T ? C? ? C ? 100 ? ? ? 常数 4 Cb Tb ? ? Cb ? ? ? 100 ?
4

C ? ?（常数）称为“黑度” ，表示灰体相对黑体的 辐射能力。 Cb 0 ? ? ?1
根据克希科夫定律,在一定温度下物体对辐射热的吸收系数在数值上 等于其黑度。即物体的辐射能力愈大,它对外来辐射热的吸收能力也愈大。

反之，物体的辐射能力愈小，对辐射热的吸收能力也愈小。
94

5. 辐射换热计算 以上仅是对单一物体热辐射能力的讨论，由于通常情况下自然 界的物体都在进行不同程度的热辐射，而物体之间都在相互作用。 辐射换热实际上是物体之间热辐射相互作用下的综合结果。 A. 两黑体间的辐射换热
模型: 设有面积和温度分别为F1、T1与F2、T2 的两个处于任意位臵的黑体1、2 1 根据S—B定律，两黑体向外辐射的热量为：

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

显然，

在黑体 1辐射的热量 Q b1中, 只有一部分投射到黑体 2上 , 设为 Q12 在黑体 2辐射的热量 Q b 2中, 也只有一部分投射到黑 体1上 , 设为 Q 21 ? 在一定条件下 ( 位臵一定 ), Q Q 令： 12 ? ? 12、 21 ? ? 21 Q b1 Qb 2 ? ? ? ? 平均角系数，完全取决 于物体间的相对位臵。 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 、 是一个定值。 Q b1 Q b 2

由于辐射是两物体之间的相互作用,就一个物体(黑体)而言,在

辐射过程中得失的净热量又如何呢？

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

据传热学,可以证明:
F1 ?12 ? F2 ? 21 称为“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. 两灰体之间的辐射换热量计算
灰体间的辐射换热计算比较复杂，因为灰体在辐射的同时，

还有反射问题。但对于黑度较大（>4.7)的灰体，可仿照上式进行
计算，其误差不大（<3%)，可以使用。
98

任意相对位臵两灰体的净辐射换热量为：

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 — 相当辐射系数 C 1C 2 ? ? ? 1? 2 C b Cb

Q 2?1

C12 ? C 21

99

C. 两无限大平行平面间的辐射换热量计算
在建筑热工计算中,如果面积尺度比壁面间距大得多的平行平面,可按 此模型计算。

在此情况下，可认为一个表面的辐射热全部投射到另一个表面，因此
它们之间的平均角系数相等且等于1。
Q1? 2 ?? T1 ? 4 ? T2 ? 4 ? ? C12 ?? ? ?? ? ? F1 ? 12 ?? 100 ? ? 100 ? ? ? ? 当取单位面积时： ?? 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. 一个物体被另一个物体包围时的辐射换热计算
在此情况下,物体1的辐射热全部投射到物体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 ? 当F1 ?? F2时， C12 ? C 1 C 12 ?
101

6. 辐射换热与对流换热公式的比较与化简
? q c ? ? c ?? ? t ? ? ??t ??t ? 1 RC ?c

辐射换热量算式： ?? T1 ? 4 ? T2 ? 4 ? Q1? 2 ? C12 ?? ? ?? ? ? F2 ?12 ?? 100 ? ? 100 ? ? ? ? ? 当单位面积时，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

辐射换热强度可表达为:

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

?

Rr ? 辐射换热阻

平壁导热： q ? ?

总 结

?i ? ?e ?i ? ?e ? d R ?? ??t ??t 对流换热： q c ? ? c ?? ? t ? ? ? 1 Rc ?c ?1 ? ? 2 ?1 ? ? 2 ? 1 Rr ?r

付立叶公式

牛顿公式

辐射换热： q r ? ? r ??1 ? ? 2 ? ?

103

§5 平壁的稳定传热过程及其计算
? 冬季：内表面吸热—结构导热—外表面放热； （热量由室内到室外）

? 夏季：外表面吸热—结构导热—内表面放热。
（热量由室外到室内） ? 无论是冬季或夏季，热量传导的路径都是： 表面——结构本身——表面 （传热三过程） 冬季平壁的传热过程 ? 实际的建筑围护结构往往是三种基本传热 的综合作用过程。如何计算？
104

? 现以冬季节、三层平壁围护结构为例，分析实际传热计算问题。
计算模型： 三层平壁的厚度分别为 ：d 1、d 2、d 3 室内、外空气的温度为 ：t i、t e , ?t i ? t e ? 围护结构内、外表面的 温度为： ? i、? e
传热过程：

所用材料的导热系数分 别为： ? 1、? 2、? 3

内表面主要以对流、辐射换热方式吸热；
围护结构本身导热；
多层平壁的温度分布

外表面主要以对流、辐射换热方式放热。

105

(1）内表面吸热

如果设内表面总的传热 （吸热）强度为 q i , 则： 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 则： q i ? ? i ?t i ? ? i ?

? i ? ? ic ? ? ir ? 称为内表面热转移系数 1 ? Ri ? 成为内表面热转移阻 ?i

?

106

(2）结构本身导热

q? ?

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

(3) 外表面放热

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 ? 称为围护结构外表面热 转移系数 1 ? Re ? 称为围护结构外表面热 转移阻 ?e

108

? 对传热三过程热流强度的整理
因为讨论的是单向稳定传热，依次通过围护结构的热流强度应不变。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 ? 称为围护结构总传热阻 ； ? 1 K0 ? ? 称为围护结构总传热系 数。 R0 ?

109

ti ? te 对q ? 的讨论： R0
q的大或小说明的问题； q值取决于哪些因素； d R0 ? Ri ? ? ? Re 对q的价值； ? Ri、Re的确定方法（计算法和 查表法）

110

111

§6 平壁内部温度的确定
研究意义：
围护结构内部温度和内表面 温度也是衡量和评价围护结构热工 性能的重要依据。为了检验内表 面和内部是否会产生凝结水以及 内表面温度对室内热环境的影响，

都需要对所设计的围护结构内部
多层平壁的温度分布

进行温度核算。

112

你能推导出下列公式吗？

113

§7 封闭空气间层的传热
由于空气材料的导热系
数非常小（是界定绝热材料 导热系数的1/10），因此可 把空气作为一种十分高效的 保温隔热材料。在房屋建筑 中，为了提高围护结构的热 工性能，常把围护结构作成 空腔，在其中设臵封闭空气
空气间层传热过程

间层。

114

1、封闭空气间层的传热工作机理 封闭空气间层的传热过程与固体材料层的传热迥然不同，在 有限封闭空间内两个表面之间进行的热转移过程，是导热、对流 和辐射三种传热方式综合作用的结果。

2、封闭空气间层的使用形式
（1）垂直封闭空气间层 当间层两界面存在温度差时，热面将热量通过空气层流边界

层的导热传给空气层；由于空气的导热性能差，空气层的温度降
落较大，随后附近的空气将上升，冷表面附近的空气则下沉，进 入自然对流状态，温度变化较为平缓；当靠近冷表面时，又经过 层流边界层导热，热量传到冷表面。
115

不同状态下封闭空气间层内的自然对流情况 （a）较厚的垂直间层；（b）较薄的垂直间层 （c）热面在上的水平间层；（d）热面在下的水平间层
116

（2）水平封闭空气间层 在水平空气间层中，当上表面温度较高时，间层内空气难以形 成对流；而当下表面温度较高时，热空气上升和冷空气下沉形成了 自然对流。因此，间层下表面温度高于上表面时对流换热要比上表 面温度高于下表面时强一些。总之，在有限封闭空间内空气伴随着 导热会产生自然对流换热，对流换热的强度与间层的厚度、位臵、 形状等因素有关。既然空气间层两侧表面存在着温度差，两表面材 料又都有一定的辐射系数或者黑度，根据前面所述的辐射换热原理 可知封闭空气间层中必然存在着辐射换热。其辐射换热量取决于间

层表面材料的辐射系数或黑度和间层的温度状态。
117

3、封闭空气间层热阻的影响因素及改善措施 对于用一般建筑材料作成的封闭空气间层，辐射换热量占总传热 量的70%以上。当间层厚度超过5cm时，增加间层的厚度并不能有效 地减少传热量。要减少空气间层传热量必须减少辐射传热量。为此，

应设法减小间层表面的辐射系数。
目前在建筑工程中常采用的是铝箔。(一般建筑材料的辐射系数 为4.65~5.23 ，而铝箔的辐射系数仅为0.29~1.12)。将铝箔贴于间层

壁面，改变壁面的辐射特性，能够有效地减少辐射换热量。当一个表
面贴上铝箔后，成效相当显著；当两个表面都贴上铝箔后，较一个表 面贴铝箔时的效果有些增加，但传热量的减少并不很多。因此，在应

用中常以一个表面贴反射材料为宜。
118

119

4、应用封闭空气间层时应注意的几个问题
（1）在建筑围护结构中采用封闭空气间层可以增加热阻，并且材料
省、重量轻，是一项有效而经济的技术措施。 （2）如果构造技术可行，在围护结构中用一个“厚”的空气间层不如 用几个“薄”的空气间层。 （3）为了有效地减少空气间层的辐射传热量，可以在间层表面涂贴

反射材料，一般在一个表面涂贴，并且是在温度较高一侧的表面，以
防止间层内结露。

120

§8 简谐热作用下的传热
通过围护结构的热流量及围护结构内部的温度分布随着时间而变动的传热 过程，称为不稳定传热。如果外界热作用随时间呈周期性变化的不稳定传热， 称为周期性不稳定传热。显然，周期性传热是不稳定传热的一种特例。气候因 素的变化近于周期性，春夏秋冬，周而复始，以年为周期变化；日出日落，昼 夜交替以日为周期变化。在严寒的冬季，采暖建筑倘若为间歇性供热，室内温 度的波动也可视为周期性热作用． 简谐热作用:温度随时间呈正弦函数或余弦函数规律变化的周期性不稳定热。 围护结构所受到的周期性热作用，并不都是随时间呈余弦(或正弦)函数规律变 化的，但可用傅立叶级数展开，通过谐量分析，把周期性的热作用变换成若干 阶谐量的组合。所以通过研究简谐热作用下的传热过程，就能反映围护结构和 房屋在周期性热作用下的传热特性。
121

1. 简谐热作用的温度表达
如果用 t ? 表示 ?时刻介质的温度，用 t表示谐波在一个周期内 的平均温度，则： ? 360 ? ? t ? ? t ? At cos? ? ?? ? Z ? ? 360 ? ? 其中， At cos? ? ? ?是以平均温度为基准的 相对温度，是温度变化 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. 半无限厚平壁在简谐热作用下的传热特征
半无限厚平壁：一侧由一个平 面所限制，另一侧延伸到无限 远处，不能确定其厚度的壁体 称为半无限厚平壁。如地层、 地下室的侧壁等。对某些有限 厚度的壁体，如在所讨论的时 间内，外界的热作用不能影响 到壁体的另一面，即外界的热 作用未能穿透整个壁体，这种 情况也可看作半无限厚平壁。
123

? 半无限厚平壁在简谐热作用下的传热特征：
A.平壁表面及内部任一点x处的温度，都会出现与介质温度周期Z相同的 简谐波动,即周期相同(各温度都是同一周期的谐波)。

Ze ? Z f ? Z x
B.从介质到壁体表面及内部，温度波动的振幅逐渐减少，这种现象叫作 温度波的振幅衰减。

Ae ? A f ? A x Ae ? ? ? 称为衰减度 Ax
C.从介质到壁体表面及内部，温度波动的相位逐渐向后推延。这种现象

叫温度波动的相位延迟，如从外到内各个面出现最高温度的时间向后推延。

?e ? ? f ? ? x
124

? 温度波在传播过程中发生振幅衰减和相位延迟的原因

A. 材料的热容作用; B. 材料的热阻作用.

125

3. 简谐热作用下材料和围护结构的热特性指标 在简谐热作用下，材料和围护结构内部温度分布、温度波波幅的

衰减程度以及相位延迟的多少，都与所选用的材料、构造情况和边界
条件有直接的关系。如何标度其热特性，主要有以下热特性指标。 (1)材料的蓄热系数S

建筑材料在周期性波动的热作用下，均有蓄存热量或放出热量的
能力，借以调节材料层表面温度的波动。在建筑热工学中，把半无限 厚物体表面接受的热流波动振幅与该表面的温度波动振幅的比值称为

物体在谐波热作用下的“材料蓄热系数”，常用S表示。常用建筑材
料的S值可查教材附录。
蓄热系数 S ? S? 迎波面接受的热流振幅 Aq 该表面的温度振幅 A? Aq A? , ?定义式 ? 单位： W / m 2 ? K

?

?
126

? 材料蓄热系数S的取决因素及实质性意义 材料蓄热系数不仅与谐波的周期有关，还与材料的导热系数、

比热容、表观密度等因素有关。物理意义在于半无限厚物体在谐
波热作用下，表面对谐波热作用的敏感程度，即在同样热作用下， 材料蓄热系数越大，其表面温度波动越小；反之，材料蓄热系数

越小，则其表面温度波动越大。这样，我们在选择房屋围护结构
的材料时，可通过材料蓄热系数的大小来调节温度波动的幅度， 使围护结构具有良好的热工性能。 S的计算式为:

S?

2?? c? Z
127

(2)材料层的热惰性指标D 材料层的热惰性指标D:指材料受到谐波作用后,背波面上的

温度波动剧烈程度。即材料层抵抗温度波动的能力。
显然，材料层的热惰性取决于： 材料层迎波面的抗波能力； 波动传至背波面时遇到的阻力。 所以，D = S?R

围护结构的热惰性指标D为各分层材料热惰性指标之和。若
其中有封闭空气间层，因间层中空气的材料蓄热系数甚小，接近 于零，间层的热惰性指标也就忽略不计。
128

(3)材料层表面蓄热系数Y
前面讨论的半无限厚壁体在谐波热作用下波幅的衰减与相位的延迟都只 涉及到单一壁体材料的热物理参数，材料蓄热系数也就是在这种条件下提出来 的。但在工程实践中，绝大多数是有限厚度的单层或多层围护结构。在这种情 况下，材料层受到简谐温度波作用时，其表面温度的波动不仅与各构造层材料

的热物理性能有关，而且与边界条件有关。
对于有限厚度的材料层，必须研究如何适合这种实际情况，因此提出了材

料层表面蓄热系数的概念，为区别起见，一般以Y表示。Y与S的物理意义是相
同的，其定义式都是材料层表面的热流波动振幅与表面温度波动振幅的比值， 差别仅在于计算式的不同。当边界条件的影响可以忽略不计时，两者在数值上 也可视为相等。
129

? S与Y的联系和区别

? 定义式、物理意义相同；
S? Y ? Aq A? Aq A?

? 计算式不同。
2?c?? Z 当D ? 1.0时， Y ? S S? 当D ? 1.0时 ,Y ? S ? 2?c?? Z
130

（4）有限厚度平壁在简谐热作用下的传热
围护结构的厚度都是有限的，两侧都有空气介质的热影响，有的可能是一 侧受简谐温度波作用，另一侧处于稳定或准稳定温度状态；有的两侧都受到简 谐温度波作用，这就是通常所说的“双向温度波”的作用。显然，这种双向温 度波的作用更为复杂些，所涉及到的工程实际问题也更具普遍性。在建筑热工 学中，从实际应用出发，采用便于工程应用的近似方法，因为所关心的主要问

题是与室内热环境密切相关的内表面温度状况，至于围护结构内部的温度分布
与变化，一般不去深究，这样就可以使所处理的问题大为简化。

双向谐波热作用传热过程分解
131

§9 湿空气及其蒸汽渗透计算
研究意义：
自然环境中的房屋建筑，除受热的作用之外，潮湿是另一个重要的影 响因素。大气层中存在大量的水分，会以各种方式与途径渗入建筑围护结 构。建筑材料受潮后，可能导致强度降低、变形、腐烂、脱落，从而降低 使用质量，影响建筑物的耐久性。围护结构中的保温材料受潮，将使其导 热系数增大，保温能力降低。潮湿的材料还会孳生木菌、霉菌和其他微生 物，严重危害环境卫生和人体健康。 因此，建筑师在设计中，除需考虑改善热环境和围护结构热状况外， 还须注意改善建筑物的湿环境和围护结构的湿状况。 热与湿既有本质的区别，又相互联系和影响，热与湿是研究和处理 建筑热环境的不可分割的问题。
132

1. 湿空气的物理性质
影响围护结构湿状况的因素很多，属于建筑热工学研究范畴的，主要是 空气中的水蒸汽在围护结构内表面及内部凝结而引起的湿状况。 自然界中的空气包含许多种不同的气体，也可归纳为干空气与水蒸汽两

类。凡是含有水蒸汽的空气通称为湿空气。因此，湿空气的压力等于干空气
的分压力和水蒸汽分压力之和。即：

Pw = Pd + P

（道尔顿定律）

式中 Pw ——湿空气的压力(Pa)；
Pd ——干空气的分压力(Pa)； P ——水蒸汽的分压力(Pa)。

133

建筑环境中一般都是湿空气。空气中所含的水分愈多，则水蒸汽分压力

愈大。在一定的温度和压力条件下，一定体积的空气所能容纳的水蒸汽量有
一定的限度，极限值的大小却随空气的温度和压力而变。 水蒸汽含量达到极限值时的空气称为饱和空气，否则称为未饱和空气。

空气中水蒸汽呈饱和状态时水蒸汽部分所产生的压力，叫做“饱和蒸汽压”
或“最大水蒸汽分压力”，常用Ps表示。Ps值随温度的升高而增大；未饱和 空气的水蒸汽分压力用P表示。

2. 湿空气的表征
A.绝对湿度:单位体积空气所含水蒸汽的质量称为空气的绝对湿度。

f ?

m V

绝对湿度说明空气在某一温度状态下实际所含水蒸汽的质量，但并不能
直接说明空气的干、湿程度。只有在相同温度条件下，才能依据绝对湿度来 比较空气的潮湿程度。
134

B. 相对湿度:是指一定温度及大气压力下，空气的绝对湿度f与同温同 压下饱和蒸汽量fmax的比值。一般用百分数表达。由于在一定温度条件下， 空气中的水蒸汽的含量与水蒸汽分压力成正比，因此，相对湿度也可用空气 中的水蒸汽分压力P与同温度下的水蒸汽饱和蒸汽压Ps之比的百分数表示。

??

f f max

? 100 % ?

P ? 100 % Ps

相对湿度反映了空气在某一温度时所含水蒸汽分量接近饱和的程度。相 对湿度值小，表示空气比较干燥，容纳水蒸汽的能力较强；相对湿度值大，

则空气比较潮湿，能容纳水蒸汽的能力较弱。当相对湿度为零时，表示空气
中全是干空气，即绝对干燥；当相对湿度为100％时，则表示空气已经达到 饱和。因此,依照相对湿度值的大小就可直接判断空气的干、湿程度。
135

? 露点温度td 一定温度的空气,其含水蒸气量是一定的.对不饱和的空气因其 温度下降而使达到饱和,即冷却到它的相对湿度达到100％时所对应的 温度称为该状态下空气的露点温度，以td表示。如果继续降温，空气 中的水蒸汽就有一部分液化成水珠析出，温度降得愈低，析出的水愈

多。这种由于温度降到露点温度以下，空气中水蒸汽液化析出的现象
称为冷凝。 例题1-1.(p12)

136

2.围护结构的湿状况及蒸汽渗透计算
(1)研究意义(质量、耐久性、卫生等方面） (2)影响外围护结构湿状况的因素

A.材料的原始湿度；
B.施工工艺； C.构造措施； D.降水及材料的吸湿作用等。 当室内、外空气的水蒸汽含量不等时，在围护结构的两侧就存

在着水蒸汽分压力差，水蒸汽将从压力较高的一侧通过围护结构向
水蒸汽压力较低的一侧渗透扩散，这种现象称为蒸汽渗透。
137

（3）围护结构蒸汽渗透与传热的异同
水蒸汽在围护结构中的渗透与前面所述围护结构的传热有本质上

的区别，但在一定条件下，计算方法有类似之处。
水蒸汽渗透属于物质的迁移，并往往伴随着形态的变换，既可由 汽态变成液态再变成固态(冰)，又可能逆转换，并且在这些变换中又 存在着热流或温度的变化与影响；而传热是属于能量的传递。因此， 前者要比后者复杂得多。如果从应用的角度予以简化，仅仅讨论围护 结构在稳定条件下单纯的水蒸汽渗透过程，则与稳定传热过程的计算 方法相类似。 蒸汽渗透系数表明材料的蒸汽渗透能力，与材料的材质和密实程 度有关。材料的孔隙率愈大，透汽性愈强。材料的蒸汽渗透系数还与 温度、相对湿度有关，计算中采用的是平均值。
138

（4）稳态下蒸汽渗透计算
蒸汽渗透强度 ? ? Pi ? Pe H0

Pi、Pe ? ? ? 室内、外空气水蒸气分 压力， pa ; H 0 ? ? ? 围护结构总蒸汽渗透阻 。 H0 ? Hi ? ? ?? d ? d ? He ?

蒸汽渗透过程

水蒸汽分压力 Pm ? Pi ?

?H
j ?1

m ?1

j

H0

?Pi ? Pe ?

139

第三章 建筑保温
§1 建筑保温设计的综合处理措施

（1）充分利用太阳能 （2）防止冷风的不利影响 （3）选择合理的建筑体形和平面形式 （4）选用合理的供热系统

（5）科学合理的围护结构保温设计

140

§2 保温设计的有关标准
围护结构保温设计是建筑设计的重要组成部分，也是一项政策

性强、涉及面宽的技术工作。为了指导和规范这项工作的进行，政
府主管部门颁布了《民用建筑热工设计规范》(GB50176——93)和 《民用建筑节能设计标准》(采暖居住建筑部分)(JGJ 26—95)等。 规范为围护结构保温设计提供了依据，在实际工程中应当依据规范、 标准规定的有关要求进行设计。由于规范、标准涉及的内容非常广

泛，本章主要从基本理论和实际应用的角阐述围护结构保温设计时
应特别注意的问题。

141

§3 围护结构主体保温设计
(1)保温设计的计算模型——单向稳定传热

围护结构保温设计的计算方法是建立在一维稳定传热的基础上。
但实际上，室内、外空气温度都有不同程度的波动。为此，依据围 护结构热惰性指标D的大小分成4种类型，分别取不同的冬季室外计

算温度。
热惰性指标D
D>6.0

围护结构类型
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) 保温设计控制指标——围护结构最小总传热阻
理想要求：应使 ? i ? t i , 较为困难； 起码要求：应使围护结 构内表面不结露，即 ? i ? t d 要使 ? i ? t d ,围护结构必然存在着一 个最小的传热阻，即 R0?min
围护结构最小总传热阻是采暖建筑外围护结构保温性能的最低要求。是

依据室内计算温度与围护结构内表面温度的允许温度差而确定的。按此热阻
值进行设计，能够保证在采暖系统正常供热及室外实际空气温度不低于室外 计算温度前提下，围护结构内表面不致低于室内空气的露点温度。为此，围 护结构的实际热阻必须满足这一要求，否则，将严重影响使用功能和环境卫 生，同时也将对人体产生过强的冷辐射。

143

? 围护结构最小总传热阻的确定
R0?min ? ti ? te nR ??t ? i

t i、t e ? ? ? 冬季室内、外计算温度 ； Ri ? ? ? 围护结构内表面热转移 阻； n ? ? ? 温差修正系数，取决于 围护结构外表面所处的 位臵，查表求得； 要求，查表求得。

??t ? ? ? ? 允许温差 ?t i ? ? i ?，取决于房间的类型和
于此值，但不能低于此值。

注意：最小总传热阻是最低要求，也叫低限热阻。围护结构的实际热阻可以大

上式的用途：A 检验已有建筑围护结构是否满足保温要求；

B 按照保温要求，确定围护结构的保温构造。
例题：求算24清水砖墙，是否满足开封地区住宅采暖建筑的保温要求。
144

? 围护结构的经济传热阻 按最小总热阻方法进行保温设计，可以防止围护结构内表面温度 过低而出现结露，并在一定程度上节约了能源，而且计算方法简捷、 方便。但同时可以看出，若围护结构的总热阻愈大，则热损失愈小。 就是说，如果要能耗少、采暖费用低，围护结构的土建投资就得加大； 如果降低围护结构土建费用，采暖的设备费和运行费必然增加。因此， 在设计方案的比较中，难以求得一个既能保证围护结构必要的保温性 能，而总投资又最省的方案。为了求得围护结构造价、采暖设备费及 运行费用之总和最为经济合理，必须采用经济传热阻方法进行围护结 构保温设计。所谓经济传热阻，是指围护结构单位面积的建造费用在 计算出围护结构的经济传热阻后，求出保温层的经济热阻和经济厚度。

145

尽管目前围护结构保温 设计仍只能按最小总热阻方

法实施，但建筑与设备的关
系，经济热阻中各种因素对 围护结构经济性的影响，却 是客观存在的。对这一概念 有所了解，无疑将有助于全 面处理设计中涉及的各个方 面，使建筑设计方案更趋经 济合理。
围护结构经济传热阻

146

§4 围护结构保温构造
在进行围护结构保温设计时，通过围护结构最小总热阻的计算， 确定了保温层的厚度，但设计的结果仍然要通过构造图体现出来，以

便交付施工。
需要指出的是，如果构造设计不当，即使计算准确无误，也可能 带来隐患或造成损失。因此，热工设计与构造设计是相辅相成、密不

可分的。为实现某一种建筑保温要求，可能采用的构造方案往往有多
种多样，设计中应本着因地制宜、因建筑制宜的原则，经过分析比较 后，选择一种最佳方案予以实施。

147

1、保温构造类型
（1）保温、承重合二为一 如果承重材料或构件除具有足够的力学性能外，同时还具有足够 的热阻值，就能二者合为一体，例如混凝土空心砌块、轻质实心砌块 等。这种方式构造简单、施工方便，多用于低层或多层墙承式建筑。 （2）单设保温层

在房屋建筑中，由于承重层必须采用强度高、力学性能好的材料
或构件，但这些材料的导热系数大，在结构要求的厚度内，热阻远不 能满足保温的需要。为此，必须用导热系数较小的材料作保温层，铺

设或粘贴在承重层上。由于保温层与承重层分开设臵，对保温材料选
择的灵活性比较大，不论是板块状、纤维状以至松散颗粒材料，均可 应用。材料的选择要结合建筑物的使用性质、构造方案、施工工艺、

材料来源及经济指标等因素，在设计中必须进行具体分析。
148

（3）复合构造

近些年来，新型、高效材料、新的技术不断出现，当单独用某一
种方式不能满足功能要求(其中包含保温要求)时，或为达到这些要求 而造成技术经济不合理时，或者施工甚为困难时，往往采用复合构造。

这样既能充分利用各种材料的特性，又能经济、有效地满足包括保温
性能要求在内的各项功能要求。虽然构造可能复杂些，但在方案比较 中却有明显的技术和经济优势。 特别值得提到的是，在复合结构中常采用单层或多层封闭空气间 层与带反射材料的封闭空气间层。这样既可有效地增大热阻、满足保 温性能的需要，也可减轻围护结构的自重，使承重结构更经济合理。

149

2、保温层的位臵
保温层的位臵对围护结构的性能、造价、施工等都有很大影响， 其布臵方式有： （1）内保温——保温层设在承重层内侧 （2）外保温——保温层设在承重层外侧

（3）中保温或夹芯保温——保温层设在承重结构层中间

室外

室内

150

? 三种保温构造的特点比较
保温构造形式 优点
A.室内升温快,但降温也快; B.对于间歇式供暖有利节能; C.保温材料选材广泛; D.构造简单。 A.保护围护结构,提高耐久性; B.提高房间热稳定性; C.降低热桥热损失; D.防止围护结构内部产生冷凝; E.有利旧房改造,扩大使用面积。 效果较好,集内、外保温之长。 构造复杂

缺点

内保温

外保温

中保温

151

§5 围护结构异常部位的保温设计要点
围护结构除主体外，还有一些传热特性不同的异常部位和构件，如热桥、

外墙角、窗洞口、地面等。由于这些部位的构造或材料与主体围护结构不同，
使得这些局部的传热超出了前述的一维传热理论范畴，从而形成传热的异常部 位。这些部位的内表面温度一般比主体结构的内表面温度低，需验算并进行特 殊保温处理，以达到和围护结构主体同样的保温水平。此外，近些年随着建筑 事业的发展，新型轻质材料和轻型构件墙体应用日趋广泛，这些材料和构件的 材质、材性差别较大，以致影响到围护结构的热稳定性。为此，对于热稳定性 要求较高的建筑物，将随采暖供热方式的不同，对其计算所得的围护结构最小 总热阻进行附加的修正。
152

1.窗的保温
窗的作用是多方面的，如采光、通风、联系、防火、日照、泄爆、建筑 造型等，窗作为围护结构的一部分同样应具有保温或隔热、得热或散热的作 用。因此，外窗的大小、形式、材料和构造就需要兼顾各个方面，以取得整 体的最佳效果。 从围护结构的保温性能来看，窗是保温能力最差的部件；主要原因是窗 框、窗樘、窗玻璃等的热阻太小；经缝隙渗透的冷风和窗洞口的附加热损失。 窗的热阻或传热系数取决于窗的材料与构造，《规范》列举的常用窗户传热 系数值。一砖墙的总传热阻R0=0.493，则其传热系数为2.028。单层钢、铝 窗的传热系数为6.4，即单位面积的热损失为1砖墙的3倍以上。显然，窗面 积愈大，对保温和节能愈不利。为了既保证各项使用功能、又改善窗的保温 性能、减少能源消耗，必须采取相关措施。
153

154

? 提高窗保温能力的措施：
A. 迎风面(冬季主导风)不设或少设洞口; B. 控制各向墙面的开窗面积 《规范》规定以窗墙面积比为控制指标。窗墙面积比是表示窗洞口面 积与房间立面单元面积(即房间层高与开间定位线围成的面积)的比值。并 规定采暖居住建筑当墙体按最小总热阻设计时，各朝向的窗墙面积比为： ? 北向不大于0.20； ? 东、西向不大于0.25(单层窗)或0.30(双层窗)； ? 南向不大于0.35。

155

C. 提高窗的气密性，减少冷风渗透
窗户在一般情况下均有缝隙，特别是材质不
佳、加工和安装质量不高时，缝隙更大，从而加 大了围护结构的热损失，影响了室内热环境。 我国有关标准作了规定，如果达不到标准的 要求，则应采取密封措施。右上图是实腹钢窗窗 缝处理方法之一，这种方法是将弹性较好的橡皮 条固定在窗框上，窗扇关闭时压紧在密封条上， 效果良好。在木窗上同时采用密封条和减压槽效 果较好，风吹进减压槽时，形成涡流，使冷风和 灰尘的渗入减少，如右下图所示。
钢窗窗缝密封处理示意

在提高窗户气密性的同时，并非气密程度愈
高愈好，窗户过分气密对居室卫生状况和人体健 康都是不利的。
木钢窗窗缝密封处理示意 156

D. 提高窗框的保温性能
通过窗框的热损失，在窗户的总热损失中占有一定的比例。它的大小主要 取决于窗框材料的导热系数。以木材或塑料作窗框时，其保温性能较好，热损 失较少；而用钢或铝合金作窗框时，由于金属材料导热系数大，其热损失亦相 应增大。为此，为节约能源与提高建筑室内环境质量，宜推广应用塑料窗框。

但不论用什么材料做窗框，都应将窗框与墙之间的缝隙用保温砂浆或泡沫塑料
等填充密封。此外，窗框不宜平墙体内表面装臵，而应设在墙体的中间部位， 以防止窗洞口周边内表面温度过低。

E. 增加玻璃部分的保温能力
玻璃的热阻很小，增加窗扇层数，可使层与层之间形成封闭空气间层， 从而增大窗的热阻。为了节省材料、简化构造，也可在单层窗扇上安装双层玻 璃，两层玻璃之间形成封闭空气层，从而加大了玻璃部分的热阻。这种窗常称

双玻璃窗。玻璃之间空气层厚度以20-30mm为宜，既可有良好的保温性能，造
价也不致过高。
157

在玻璃上涂贴对辐射有选择性穿透及吸收性能的材料(如二氧
化锡、铟等)，可使其最大限度地向室内透射阳光，减少室内向室

外辐射的热损失，因而增强了窗户的保温能力，其效果几乎相当
于设臵双层玻璃窗。 F. 窗帘的使用

在窗的内侧或双层窗的中间挂窗帘是提高窗户保温能力的一
种灵活、简便的方法。如在窗内侧挂铝箔隔热窗帘(在玻璃纤维布 或其他布质材料内侧贴铝箔)后，窗户的热阻值可比单层玻璃提高

2.7倍。此外，以各种适宜的保温材料制作各种形式的保温窗扇，
在白天开启、夜晚关上，可以大大地减少通过窗户的热损失。这 一措施，近年来在太阳能建筑中得到了广泛的应用。
158

2.热桥的保温
在建筑热工学中，形象地将容易
传热的构件或部分称为“热桥”。右 图为高效轻质保温材料制成的轻板，

其中的薄壁型钢骨架，就是板材的热
桥。从图中可以看出，以热桥为中心 的一小部分，内表面层失去的热量比 其他部位多，所以该处内表面温度比 主体部分低一些。在外表面上则相反，
热桥的表象：

由于传到热桥外表面处的热量比主体 部分多，所以该处外表面温度要比主 体部分外表面温度高一些。当然，这 里所说的热量指的是热流强度，而不 是总热量。

? 热桥部分的内表面温度 ? i ? ? i围护结构主体内表面温 度 , ? 且： ? i ? ? i

159

（1）热桥的特点： 根据以上分析可知，热桥是围护结构中热量容易通过的构件或部位。因 此，热桥的特点是由比较才能表现出来的,只有相对概念。例如，在钢筋混 凝土框架填充墙中的钢筋混凝土梁、柱都是砖墙的热桥；但如在加气混凝土 砌块墙中有砖砌的柱子，那么砖柱就成了加气混凝土墙的热桥。 （2）热桥的类别: A.贯通式热桥 B.非贯通式热桥(内热桥、外热桥） （3）热桥的保温控制指标——热桥内表面温度 由于前述按最小总热阻设计的围护结构，只保证主体部分达到保温要求，

并没有考虑热桥的影响，所以，还要单独校核热桥内表面是否会因温度过低
而结露，以便决定是否需要采取相应的保温措施。
160

（4）热桥内表面温度的计算
? ? R0 ? ??R0 ? R0 ? ?t i ? t e ?Ri 热桥内表面温度 ??i ? t i ? ? R0 R0 t i ? ? ? 室内计算温度； t e ? ? ? 室外计算温度； R0 ? ? ? 围护结构主体部分总传 热阻； ? R0 ? ? ? 热桥部分总传热阻； Ri ? ? ? 围护结构内表面热转移 阻； a ? ? ? ? 修正系数，取决于热桥 的形式和宽厚比 , 。 ?

161

（5）热桥部位的保温处理方法
当??i ? t d 时，不另作处理； ? 当? i ? t d 时，热桥局部应作保温 处理，即附加保温材料 ，使 R0 ? R0 保温材料的长度 l ? 1.5? 保温材料厚度 d ? ?R ? ? ? ? ?R0 ? R0 ??

贯通式热桥保温处理示意

屋面板接缝处理构造

需说明的是热桥的保温处理理论上并不深奥，但在实际工程中却很复杂。

162

3. 外墙交角的保温
尽管从保温和节能的要求考虑，希望建筑师在平面设计中力求减少凹凸 部位，但外墙角总是免不了的建筑部位。由下图(a)我们可以看出在外墙主 体部位外表面的散热面积Fe与内表面的吸热面积是相等的。但是在墙角部 位的情况就不同，外表面的散热面积Fe‘大于内表面的吸热面积Fi‘,另外加以 室内交角部位气流不畅，于是该部位表面吸收的热量比主体表面少。致使交 角内表面温度比主体内表面的温度低。(b)图表示了外墙交角部位的温度分 布情况。

外墙交角的传热 （a）外墙交角内表面温度较低的原因；（b）外墙交角部位的温度分布
163

节点的保温处理方法
（a）外墙角节点；（b）内、外墙连接节点；（c）楼板与外墙连接节点； （d）地下室楼板与外墙连接节点；（e）勒脚节点；（f）檐口节点 164

4. 地面的保温
俗话说：寒从脚下起。这既说明人体的足部在与地面直接接触时对地 面冷暖变化甚为敏感，同时也说明地面热工质量的优劣直接关系到人体的 健康与舒适。在寒冷的冬季，采暖房间地面下土壤的温度一般都低于室内 气温，特别是靠近外墙的地面比房间中间部位的热损失大得多。脚在地面 上行走或活动，实际上是人体向地面传热，其性质属于不稳定间歇性传热。 据测定，裸足直接接触地面散失的热量，约为人体其他部位向环境散热量 的1/6。因此，为减少热损失和维持地面一定的温度状况，地面应有妥善的 保温措施。

165

经验表明，即使水磨石地面与木地面温度相同，人们接触水磨石 地面比接触木地面的感觉要冷。其原因在于水磨石地面比木地面的传 热系数大,单位时间从人体脚部传导的热量多。 评价地面热工性能的指标参数: A.热阻R B.吸热指数B

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

依据B值大小将地面分为3类，以分别在不同的建筑中采用。严寒
地区采暖建筑的底层地面，可根据室内、外高差，基础形式，是否有 采暖管沟等情况，在外墙内侧0.5-1.0m的范围内，在土壤上面铺设无

机材料保温层，其构造如图1.3-13所示，而保温层热阻应不小于外墙
的热阻。
166

地面保温构造

167

§6 围护结构冷凝的检验与防止
冬季在采暖房屋中，室内空气温度和绝对湿度都比室外空气高，

使室内空气的水蒸汽分压力远高于室外空气的水蒸汽分压力。因此，
在围护结构中除存在传热现象外，还存在着蒸汽渗透现象。如果围护 结构热工性能不良或构造设计不当，当水蒸汽作用于围护结构时，将

在围护结构内表面或内部材料的孔隙中凝结成水甚至冻结成冰，也可
能当水蒸汽接触围护结构内表面时，就会在内表面冷凝成水。这些现 象的存在都将直接影响房间正常的使用功能，损害围护结构的质量和

耐久性，也会增大能源的消耗。所以，在设计时应当认真检验，并采
取措施予以防止。 围护结构冷凝的类型: 表面凝结

内部凝结
168

1、表面冷凝的检验 从前面所介绍的概念已经知道，凡属水蒸汽产生冷凝，由气态变

成液态，必然是所处的环境或者接触的表面或物体的温度低于露点温
度。换句话说，无论是环境还是室内某个表面，只要其温度低于露点 温度，空气中的水蒸汽都会在该处冷凝而成为水。因此，检验内表面

是否产生冷凝，实质上是检验该处的温度是否低于露点温度。
通常，对正常湿度的房间，若围护结构按最小总热阻方法进行设 计，主体部分一般不会产生表面冷凝。但围护结构中的保温薄弱部位 则应认真检验和慎重处理。

169

2、内部冷凝的检验
为判断围护结构内部是否会出现冷
凝现象，可按下述步骤检验: （1）根据室内、外空气的温湿度， 确定水蒸汽分压力Pi和Pe，并依次计算 出围护结构各层的水蒸汽分压力，作出 P分布线。 （2）根据室内、外空气温度ti和te，
围护结构内部冷凝的判断

确定围护结构各层的温度，并从附录Ⅲ 中查出相应的饱和水蒸汽分压力Ps，作 出Ps分布线。

170

（3）根据P线与Ps线相交与否来判断
围护结构内部是否会出现冷凝现象。 ? Ps线与P线不相交，说明内部 不会产生冷凝； ? Ps线与P线两线相交，则内部
围护结构内部冷凝的判断

会

出现冷凝。

171

3、冷凝位臵及冷凝强度 实践经验和理论分析表明， 在围护结构蒸汽渗透的途径中，

若材料的蒸汽渗透系数出现由
大变小的界面，水蒸汽在此将 遇到较大的阻碍，最易发生冷

凝现象。习惯上把这个最易出
冷凝界面的位臵

现冷凝而且凝结最严重的界面， 叫做围护结构内部的“冷凝界 面”，如图所示。

172

4、冷凝控制指标
采暖房屋，在围护结构内部出现少量的冷凝水是允许的，这些冷凝水在

暖季会从结构内部蒸发出去，不致逐年累积而使围护结构保温层严重受潮。
若假定在整个采暖期可能产生的内部冷凝水全部被保温层所吸收，为保证围 护结构内部处于正常的湿度状态，不影响其保温效果，保温层受潮后的湿度 增量△w不应超过允许值[△w]。一些常用保温材料的[△w]值见下表。

173

5、防止和控制冷凝的措施 （1）表面冷凝的控制与防止

A.对于正常湿度的采暖房间，若围护结构已按最小总热阻设计，
且保温薄弱的部位也进行了检验和处理，一般情况下不会出现表面冷 凝现象。但使用中应尽可能使围护结构内表面附近的气流畅通，家具

不宜紧靠外墙布臵。为防止供热不均匀而引起围护结构内表面温度的
波动，围护结构内表面层宜采用蓄热系数较大的材料，利用它蓄存的 热量起调节作用，减少出现周期性冷凝的可能。 B.对于高湿房间，一般是指冬季室内空气温度处于18~20℃以 上，而相对湿度高于75％的房间。此类建筑应尽量防止表面显潮和 滴水现象，以免结构受潮和影响房间使用质量。
174

当房屋在使用中处于短暂或间歇性高湿状况时，为避免围护结 构内表面冷凝水形成水滴下落，内表面可采用吸湿能力强又耐潮湿的 饰面层。在凝结期，水分被饰面层所吸收，待房间比较干燥时，水分 又从饰面层蒸发出去。 当房屋在使用中处于连续高湿状态时，为避免围护结构内部受 潮，内表面应设不透水饰面或增设防水层，以阻止冷凝水渗入围护结 构深部。对于那种连续处于高湿条件下、又不允许内表面冷凝水滴落 的房间，内表面在采用不透水材料层时，还应在构造上采取措施将表 面冷凝水滴导流，并有组织地排除。

175

防止地面泛潮的处理办法：
在我国广大南方地区，由于春季大量的降水，春夏之交气温骤升骤降， 变化幅度甚大，加之空气的湿度大，当空气温度突然升高时，某些表面特别 是地面的温度将处于露点温度之下，于是出现了泛潮现象。由于南方地区的 气候条件与北方地区显著不同，建筑状况也有许多区别，因此地面泛潮的防

止措施也与采暖建筑不尽相同。
? 地面应具有一定的热阻，减少地面对土层的传热量； ? 地面表层材料的蓄热系数要小，当空气温度升高时，表面温度能随之波动；

? 表面材料有一定的吸湿作用，以“吞吐”表层偶尔凝结的水分。
水泥砂浆地面、混凝土地面、水磨石地面等不满足上述三个条件，故容 易泛潮；而木地面、粘土砖地面、三合土地面基本满足上述要求，一般也就 不泛潮。值得注意的是，泛潮现象也可能在墙面、顶棚等表面出现，所以在 一般非用水房间不宜采用不透汽材料作内饰面。
176

（2）内部冷凝的控制与防止 A.材料层次的布臵使水蒸汽“进难出易”

材料布臵层次对内部冷凝的影响
（a）进易出难，可能产生冷凝 （b）进难出易，不易产生冷凝
177

B.设臵隔汽层
建筑设计是一项综合性的技术工作，尽管“进难出易”是合理构造的原则， 但有时却难以完全遵循。此时为了消除或减弱围护结构内部的冷凝现象，在保 温层蒸汽渗入的一侧设臵隔蒸汽层，使水蒸汽分压力急剧下降，从而避免内部

冷凝的产生。采用隔汽层防止和控制围护结构内部冷凝，是目前设计中应用最
普遍的一种措施。

设臵隔气层防止内部冷凝

（a）未设隔气层

（b）设臵隔气层
178

C.设臵通风间层或泄汽沟道
设臵隔汽层虽能改善围护结构内部的湿状况，但有时并不一定是最妥 善的办法，因为隔汽层的隔汽质量在施工和使用过程中难以保证。为此， 在围护结构中设臵通风间层或泄汽通道。

围护结构内设臵通风间层 （a）冬季冷凝受潮 （b）暖季蒸发干燥
179

倒臵屋面构造

180

第四章 建筑防热
1、夏季室内过热的原因
A.较高的室外气温;
B.较强的太阳热辐射; C.室内生产、生活产热;

D.围护结构隔热能力差。

2、建筑防热的主要任务
在建筑规划及建筑设计中采取合理的技
夏季室内过热的原因
1——热空气传入；2——太阳热辐射；

术措施，减弱室 外热作用，使室外热量 尽量少传人室内，并使室内热量能很快 地散发出去，从而改善室内热环境。
181

3——反射及长波辐射；
4——屋顶及墙体传热；5——室内余热

§1 建筑防热的综合处理措施
(1)城市、区域以及建筑的科学规划
(2)房间的自然通风组织

(3)围护结构的隔热与散热
(4)窗口遮阳 (5)较高的环境绿化率与合理的建筑饰面处理 ? 室内环境过热往往是多种因素造成的，因此，必须采取综合措 施才能取得较好的效果。

182

§2 自然通风的组织
1、通风的效用 （1）可排除房间内滞留的余热、湿气、烟尘、气味等，保持室内

空气 应有的洁净度。
（2）通风可使室内具有一定的风速，从而增加人体的蒸发散热 量，缓 解夏季的闷热感。 （3）低温气流对人体与房间起冷却作用，有利于改善炎热季节室 内热环境。 2、通风的类型

空气的流动，必须要有动力，利用机械能驱动空气(例如鼓风机、
电扇)，称为机械通风；利用自然因素形成的空气流动，称为自然通 风。本节研究有关建筑中的自然通风问题。
183

3、自然通风的成因

A.热压作用 当空气受热后温度升高，密度减小；相反， 空气温度降低，则密度增大。当室内气温高于室 外气温时，室外空气因密度较大将通过建筑物下 部的门、窗洞口流人室内，较轻的室内空气从上 部的洞口排除出去。进入室内的空气被加热后， 又变轻上升，被新流人的室外空气所代替而排出。 因此，室内空气形成自下而上的流动。这种现象 是因温度差而形成，称为热压作用。热压的大小 取决于室内、外空气温度差所导致的空气密度差 和进出气口的高度差。要形成热压，建筑物的进、 排气口要有高差，热压的大小与高差成正比；此 外，室内外空气一定要有温差，从而因温度不同 形成密度差，热压也与密度差成正比，这两个条 件缺一不可。
184

在热压作用下的自然通风

热压: ?p ? h?? e ? ? i ?

B. 风压作用 风压作用是风作用在建筑物上产生的 压力差。当自然风吹到建筑物上时，在迎 风面上，由于空气流动受阻，速度减小， 使风的部分动能变成静压，亦即使建筑物 迎风面上的压力大于大气压，形成正压区。

在建筑物的背风面、屋顶和两侧，由于气
流的曲绕，这些面上的压力小于大气压， 形成负压区。如左图所示。如果在建筑物 的正、负压区都设有门窗口，气流就从正
风在建筑物上形成的正、负压区

压区流向室内，再从室内流至负压区，形 成室内空气的流动。显然，形成风压的关 键因素是室外风速，确切地说，是作用到

风压: p ? k

?e 2 V 2g

建筑物上的风速。而且，风压值是与其平
方成正比。
185

? 注意： 上述两种自然通风的动力因素对不同建筑物是不一样的。随着地 区的不同、地形的变化、建筑物的布局和周边环境状况的差异、室内的 使用情况等产生很大的差别。如工厂的热车间，常有稳定的热压可利用； 沿诲地带的建筑物，往往风压值较大，因此房间通风良好。在一般民用 建筑中，室内、外温差不大，进、排气口高度相近，难以形成有实效的 热压，主要依靠风压组织自然通风。若室外风速较小，或没有风时，通 风必然难以通畅。因此，建筑师要善于利用自然通风原理，合理地进行 建筑物的总体布局和设计建筑物的门、窗洞口，并采取必要的技术措施， 使通风成为改善室内热环境的有利因素。

186

4、自然通风的要求 自然通风组织的关键是要让房间形成穿堂风。穿堂风即风从迎

风面的进风口吹入，穿过整个房间或房间的大部分区域，从背风面
的出风口吹出。对穿堂风的要求： （1）风场均匀；

（2）流线短捷；
（3）风速适宜（0.3~1.0m/s) （4）穿过人经常活动的区域。

187

5、自然通风组织的建筑措施 ? 正确选择建筑的朝向、间距； ? 合理布臵建筑组群及其空间构成； ? 确定合理的建筑平面形式； ? 选择合理的建筑平面形式；

? 计算确定洞口的面积、位臵及构造。

188

（1）建筑朝向与间距
影响建筑朝向、间距及总体布局的因素很多，通 风、日照是其中的基本因素。 自然风具有方向的多变化性、时间上的不连续性 及速度上的不稳定性。就一个地区而言，经过多年的 观测与分析，得出了一些规律，以风玫瑰图的方式表

示，因此，风玫瑰图成为自然通风设计的基本依据。
由于建筑物迎风面最大的压力是在与风向垂直的面上， 所以在夏季有主导风向的地区，应尽量使房屋纵轴垂 直于主导风向。我国大部分地区夏季主导风向都是南
风向投射角

或南偏东，因而，在传统建筑中多为坐北朝南，即使 在现代建筑中，也以南或南偏东为最佳朝向。选择这 样的朝向也有利于避免东、西晒，两者都可以兼顾。

对于那些朝向不够理想的建筑，就应采取有效措施妥
善解决上述两方面问题。
189

有些地区由于地理环境、地形、地貌的影响，夏季主导风向与风
玫瑰图并不一致，则应按实际的地方风向确定建筑物的朝向。

在城镇地区，无论街坊或居住区，都是多排、成群的布臵，若风
向垂直于前幢建筑物的纵轴，则屋后的旋涡区很长，为保证后一排房 屋的良好通风，两排房屋的间距一般要达到前幢建筑物高度的4倍左 右。这样大的距离，与节约用地的原则有矛盾，难以在规划设计中实 施。为合理解决这一矛盾，常将建筑朝向偏转一定角度，使风向对建 筑物产生一投射角。这样，可以使风斜吹人室，室内风速及气流场会 因此受到影响。由下表可知，尽管室内风速有所降低，但屋后的旋涡 区却大为缩短。

190

风向投射角

风向投射角
（度）

室内风速降低值
（%）

屋后涡漩区深度
(H为前排建筑物高度)

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风的关系，可以从平面和空间两个方

面考虑。一般建筑群的平面布局有行列式、错列式、斜列式、周
边式等。如下图所示。 从通风的角度来看，以错列、斜列较行列式、周边式为好。 当用行列式布臵时，建筑群内部的流场因风向投射角不同而有很 大变化。错列和斜列可使风从斜向导人建筑群内部，有时亦可结

合地形采用自由排列的方式。周边式很难使风导入，这种布臵方
式只适于冬季寒冷地区。 建筑物的高度、长度和深度对自然通风有很大影响。
192

建筑群的平面布臵
（a）行列式 （b）周边式 （c）自由式 193

（3）建筑的平面布臵与剖面设计
建筑平面与剖面的设计，除了满足使用要求外，在炎热地区应尽量
做到有较好的自然通风。为此,应遵循以下基本原则: ? 主要房间应布臵在夏季迎风面，辅助用房可布臵在背风面，并以建筑构造 与辅助措施改善通风效果。 ? 开口位臵的布臵应尽量使室内气流场的分布均匀，并力求风能吹过房间中 的主要使用部位。 ? 炎热期较长的地区洞口开口面积宜大，以争取自然通风。夏热冬冷地区， 门窗洞不宜过大，可用调节开口的办法，调节气流速度和流量。 ? 门、窗相对位臵以贯通为最好，减少气流的迂回和阻力。纵向间隔墙在适

当部位开设通风口或者调节通风构造。
? 利用天井、小厅、楼梯间等增加建筑物内部的开口面积，并利用这些开口 引导气流，组织自然通风。
194

（4）房间的开口和通风构造措施
房间开口尺寸的大小，直接影响风速及进风量。开口大，则气流场较大； 缩小开口面积，流速虽相对增加，但气流场缩小，如图(a)、(b)所示。因此， 开口大小与通风效率之间并不存在正比关系。据测定，当开口宽度为开间宽度 的1／3—2／3、开口面积为地板面积的15％-25％时，通风效率最佳。图(c)表 示进风口大于出风口，结果加大了排出室外的风速；要想加大室内风速，应加 大排气口面积。如图(d)所示。

室内气流场示意
195

开口的相对位臵，不论是平面位臵，还是剖面的高低，都直接影响气流 路线，图1．4-24表示几种开口位臵对室内气流的影响。因此，在建筑设计中 应依对室内气流场的要求调整开口位臵，以取得良好的通风效率。

围护结构开口位臵对室内气流的影响
（a）平面图 （b）剖面图 196

在房屋建筑中，某些建筑构件对室内通风将产生影响。首先，门、 窗装臵的方式对室内自然通风的影响很大。窗扇的开启有挡风或导风作 用，装臵得当，则能增加室内通风效果。一般房屋建筑中的窗扇常向外 开启成90角。这种开启方式，当风向入射角较大时，将使风受到阻挡，

如图(a)所示。如增大开启角度，则常可导风人室，如图(b)所示。

窗扇的挡风或导风作用
197

立转窗、上悬窗、中悬窗、

百页窗都可起调节气流方
向的作用。

利用窗扇导风入室降温
（a）立转窗 （b）上悬窗 （c）隔墙上的中旋窗 198

§3 围护结构的隔热
1. 隔热设计标准

根据《民用建筑热工设计规范》(GB50176—93)的规定，房间
在自然通风情况下，建筑物的屋顶和东、西外墙的内表面最高温度 应满足下式要求： ?max≤te.max 式中 ?max ——围护结构内表面最高温度(℃)； te.max ——夏季室外计算温度最高值(℃)。 上式中?max应依据(规范》规定的参数及计算方法，按围护结构

的实际构造计算确定；te.max则应按规范的规定取值。
内表面温度的高低直接反映了围护结构的隔热性能；同时，内 表面温度直接与室内平均辐射温度相联系，即直接关系到内表面与 室内人体的辐射换热，控制内表面最高温度，实际上就控制了围护 结构对人体辐射的最大值。
199

2. 室外综合温度 由于引起室内温度过热的室外环境气候因素主要是太阳热辐

射和室外气温。它们对围护结构的热作用方式虽然不同，但对围
护结构的影响结果却是一样的，即最终结果都使围护结构内表面 温度升高。

为了便于进行围护结构的隔热计算和设计，有必要给定一个
室外热作用参数。

围护结构所受热作用及室外综合温度的概念
200

如果设： 围护结构外表面受太阳 热辐射产生的热流强度 为q1 围护结构外表面受室外 气温作用产生的热流强 度为 q 2 则：围护结构在二者共 同热作用下的热流强度 为 q ? q1 ? q 2 ? I? s ? ? e ?t e ? ? e ? ? I? s ? ? ? ?e ? ? te ? ?e ? ? ? ?e ? I? ? s ? te ?e
? s ? ? ? 围护结构外表面对太阳 热辐射的吸收系数； I ? ? ? 某地某时刻的太阳热辐 射强度， w / m 2 .

令： t sa

室外综合温度

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

I? s ? 称为太阳辐射的等效温 度或当量温度 ?e
201

对室外综合温度 t sa ?

I? s ? t e的讨论 ?e

A .室外综合温度取决因素 的多向性 t sa ? f ?I、? S、t e、? e ? I、? s、? e C. 围护结构隔热的重点是 屋顶和西、东墙。 D .室外综合温度是一个随 时随地而变化的非稳定 值 ,即有波动
室外综合温度代表了室外热作用的大小。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，在设计时对它们进行隔热处 理非常必要。

B .由于室外气温对各朝向 的影响相同 ,因此室外综合温度的大 小主要取决于

202

室外综合温度除有周期波动外，还有以下特点： A.在夏季，同一地点、同一天中，各朝向的太阳辐射照度是不

同的。即使房屋各朝向的外表面状况相同，各朝向的室外综合温度
也是不一样的。 B.在室外综合温度中，太阳辐射热当量温度表示围护结构外表 面所吸收的太阳辐射热对室外热作用提高的程度。外表面太阳辐射 热吸收系数起着举足轻重的作用。室外综合温度并非完全客观的参 数，而是具有人为因素的影响。 C.由于室外综合温度呈周期性波动变化，在围护结构隔热设计 的计算中，必须确定其最大值、平均值及振幅。
203

3.外围护结构隔热计算 在我国南方炎热地区，无论是夏热冬暖地区还是夏热冬冷地区，

房屋围护结构(特别是屋顶、西墙和东墙)，都必须进行隔热设计。
夏季自然通风的房屋建筑，其围护结构外表面受到室外综合温度的 周期性热作用，内表面则处于室内空气周期性热作用下，这两种温 度的波动周期都是24h。因此，应按双向周期性传热理论计算。当围 护结构构造方案确定后，便可进行隔热性能的验算，其目的是检验 内表面最高温度是否满足(规范)要求。

204

4. 外围护结构隔热设计原则 （1）分清 主次,突出重点;

首先且重要的是屋顶；其次是西、东墙; …
（2）选用浅色、平滑的材料做围护结构外饰面； （3）重视建筑遮阳的作用； （4）设臵通风间层构造，分流传热量； （5）促使太阳能转化，减少建筑及围护结构获取的热量。

205

5.外围护结构隔热措施及构造 围护结构隔热是防止夏季室内过热的重要途径。国内许多单位 和学者进行了卓有成效的探讨与研究，取得了丰硕的成果。 (1)屋顶隔热 A.采用浅色外饰面，减小当量温度 当量温度反映了围护结构外表面吸收太阳辐射热使室外热作用

提高的程度，水平面接受的太阳辐射热量最大。因此，要减少热作
用，必须降低外表面太阳辐射热吸收系数。屋面材料的吸收系数值 对当量温度的影响很大。当采用太阳辐射热吸收系数较小的屋面材

料时，即降低了室外热作用，从而达到隔热的目的。这种措施简便
适用，所增荷载小，无论是新建房屋或者是改建的屋顶都适用。
206

B. 增大热阻与热惰性
围护结构总热阻的大小，关系到内表面的平均温度值，而热惰性

指标值却对谐波的总衰减度有着举足轻重的影响。通常，平屋顶的主
要构造层次是承重层与防水层，另有一些辅助性层次。因此，屋顶的 热阻与热惰性都不足，致使其隔热性能达不到标准的要求。为此，常 在承重层与防水层之间增设一层实体轻质材料，如炉渣混凝土、泡沫

混凝土等，以增大屋顶的热阻与热惰性。如屋顶采用构造找坡，也可
利用找坡层材料，但其厚度当按热工设计确定。这种隔热构造方式的 特点在于，它不仅具有隔热的性能，在冬季也能起保温作用，特别适

合于夏热冬冷地区。不过，这种方式的屋面荷载较大，而且夜间也难
以散热，内表面温度的高温区段时间较长，出现高温的时间也较晚。 若用于办公、学校等以白天使用为主的建筑则最为理想，同时也可用 于空调建筑。
207

C. 通风隔热屋顶 ? 通风屋顶防热原理

利用屋顶内部通风带走面层传下的热量，达到隔热的目的，是
这种屋顶隔热措施的简单原理。这种屋顶的构造方式较多，既可用 于平屋顶，也可用于坡屋顶；既可在屋面防水层之上组织通风，也 可在防水层之下组织通风，基本构造如下图所示。 通风屋顶起源于南方沿海地区民间的双层瓦屋顶，在平屋顶房

屋中，以大阶砖通风屋顶最为流行。现以架空大阶砖通风屋顶为例，
说明这种屋顶的传热过程、构造要点及适用范围。

208

? 通风屋顶构造方式

通风屋顶构造方式
（a）平屋顶外架空层；（b）平屋顶外架空层；
（c）坡屋顶山墙通风；（d）坡屋顶檐口与屋脊通风；（e）坡屋顶老虎窗通风 209

? 通风屋顶传热过程
当室外综合温度将热量传给 间层的上层板面时，上层将所接 受的热量向下传递，在间层中借 助于空气的流动带走部分热量，

余下部分传人下层。因此，隔热
效果如何，取决于间层所能带走 的热量，这与间层的气流速度、

进气口温度和间层高度有密切关
通风屋顶传热过程

系。

210

? 屋顶构造与隔热效果
? 间层高度关系到通风面积。实测资料表明，随着间层高度的增加，

隔热效果呈上升趋势；但超过250mm后，隔热效果的增长已不明显，而造 价和荷载却持续增加。此外，间层常由砖带或砖墩构成，也应考虑方便施 工，故一般多采用180mm或240mm。 ? 间层的气流速度关系到间层的通风量。尽管间层内各表面的光洁程度

影响通风阻力的大小，但至关重要的则是当地室外风速的大小。因为间 层内空气的流动，主要借助于室外风速作用在房屋上时，迎风面与背风 面产生的压力差，即常说的风压差。当室外风速很小或处于静风状态 时，间层内空气很难流动，当然也就不可能将上层板传下的热量带走。 一般夜间的室内气温高于室外气温，屋顶的传热是由内向外，处于散热 状态，也需借助间层内气流的运动将热量带走，对屋顶起冷却作用。
211

?

沿海地区因陆地与海面的气温差而形成气流，间层内通风流畅，效果较好。
坡屋顶采用通风隔热，使进、排气口有一定高差，对间层通风更为有利。加之 本地区夏季太阳辐射强烈，而气温却不很高，日间又常有阵雨，粘土瓦和大阶 砖吸水率较大，水的蒸发又消耗了不少热量。综合因素使得这种屋顶隔热方式 在沿海地区具有良好的效果。 在长江中、下游地区采用架空通风屋顶，情况与沿海地区完全不同，因为 这一地区的气候状况与沿海地区差异较大。长江中、下游和两湖(鄱阳、洞庭) 盆地夏季气温高、湿度大，加以丘陵环绕，风速甚小，形成全国闷热中心。 像武汉、长沙两地，7、8月份的风速从傍晚至次日凌晨的风速甚微，使间 层内通风不畅，隔热效果也与沿海地区大不相同。为了改善这种状况，尽管作

成兜风构造，效果并不理想。并且这一地区夏热冬冷，如果间层的下板太单薄，
对于冬季防寒也不利。因此，必须从构造上采取综合措施，才能满足气候条件 对屋顶热工性能的要求。
212

D. 蓄水隔热屋顶
利用水隔热的屋顶有蓄水屋顶、 淋水屋顶和喷水屋顶等不同形式。水之

所以能起隔热作用，主要是水的热容量
大，而且水在蒸发时要吸收大量的汽化 热，从而减少了经屋顶传人室内的热量， 降低了屋顶的内表面温度，是行之有效 的隔热措施之一，特别是蓄水屋顶在南 方地区使用较多。
蓄水屋顶檐口泛水构造

蓄水屋顶的基本构造如左图所示。 其隔热性能与蓄水深度密切相关。
213

? 蓄水屋顶优点：
A. 屋顶外表面温度大幅度下降。如以蓄水深8cm为例，外表面的平均温 度和最高温度，分别从不蓄水时的35.3℃和62.3℃下降到31.7℃和42.3℃， 温度振幅从16.7℃下降到6.2℃。 B. 屋顶的内表面温度降低。蓄水深8cm时，内表面最高温度从无水时的 38.6℃下降32．4℃。 C. 屋顶的传热量大大减少。如蓄水深8cm时，最大传热量可从无水时的 351kJ／m2．h减少到146kJ／m2．h。 D. 蓄水深度增加，内表面温度最大值下降愈多。当蓄水深4、8、12、 18cm时，内表面温度最大值分别下降6.2℃、6.5℃、6.8℃和7.3℃。

214

? 蓄水屋顶的缺点： A. 在夜间，屋顶蓄水后的外表面温度始终高于无水屋面，不但不能 利用屋顶散热，相反地它仍继续向室内传热。这对夜间使用的住宅和 某些公共建筑是十分不利的； B. 屋顶蓄水增大了屋顶静荷载，倘若蓄水深度增加，荷载将更大， 这对于下部结构和抗震性能都不利； C. 屋面所蓄的水，日夜都在蒸发，蒸发速度取决于室外空气的湿度、 风速和太阳辐射大小。不论蒸发速度大或小，必然要补充水，而且一 年四季都不能没有水。如果依靠城市供水作水源，无疑会加重市政建 设的负担，并且因水资源的限制可能许多城市难以满足要求。

至于淋水屋顶与喷水屋顶，因耗水量大及难以管理等原因，近些
年一般已很少应用。
215

E. 种植隔热屋顶

在屋顶上种植植物，利用植 物的光合作用，将热能转化为生 化能；利用植物叶面的蒸腾作用 增加蒸发散热量，均可大大降低 屋顶的室外综合温度；同时，利 用植物培植基质材料的热阻与热

惰性，降低内表面平均温度与沮
度振幅。综合起来，达到隔热的
无土种植屋顶构造

目的。
216

? 种植屋顶类型
种植屋顶有有土种植与无土种植两种类型。
有土种植是以土为培植基质，是民间的一种传统作法。但土壤的密度大， 常使屋面荷载增大很多，而且土的保水性差，若补水不足，会使所栽植物因 干旱而枯萎，现已较少采用。 无土种植是采用膨胀蛭石作培植基质，它是一种密度小、保水性强、不 腐烂、无异味的矿物材料。屋顶所种植物品种多样，有花卉、苗木，也有蔬 菜、水果。因为是在屋顶上栽培，宜于选用浅根植物，并应妥善解决栽培中 的水、肥、管等问题；而且不应对屋顶基层、尤其是钢筋混凝土承重层产生 有害影响，并注意环境保护。如果种植草被就简单得多，因为草被生长力旺 盛，抗气候性强，春发冬枯，夏季一片葱绿，自生自灭，勿需肥料，一般也 不必浇水，管理可粗可细。草种既可采用青翠秀丽的丝绒草，也可用当地土 生土长的草种，因此适用面很广。
217

(2)墙体隔热

在南方炎热地区，西向墙体的 室外综合温度仅次于屋顶。因此，

西墙的隔热处理，对改善室内热环
境同样具有很重要的意义。 墙体隔热的机理与屋顶相同， 只是墙体为竖向部件，在构造上有 其特殊方式。在目前所用的墙体材 料中，粘土砖实体墙是常见的一种。 经许多单位多年的研究、实测，两

面抹灰的一砖厚墙体，尚能满足当
前一般建筑西墙和东墙的隔热要求。 由于其具有一定的防寒性能，不仅 适用于夏热冬暖地区，也可用于夏 热冬冷地区。
218

砌块是遍布全国广泛使用的一种墙体构件，目前大多以中、小型砌块为
主；原材料以普通混凝土及矿渣、粉煤灰、煤渣、火山灰等工业废料与地方材

料为多，尤以混凝土空心砌块应用最为广泛。从热工性能看，研究表明，单排
孔混凝土空心砌块不能满足南方地区墙体隔热的要求，当然不能用于东、西向 外墙。双排孔混凝土空心砌块加上内、外抹灰后，其隔热性能与两面抹灰的一

砖厚实体粘土砖墙相当，可以用于东、西外墙。
钢筋混凝土大板是一种工业化程度较高的墙体构件，且多用于住宅建筑。 主要板型为钢筋混凝土空心墙板及多种材料的复合墙板。钢筋混凝土空心板在 南方大多数地区都不能满足隔热性能的要求，其主要特点是热稳定性差，内表 面温度波幅大，因此内表面最高温度值很高。当然也可采取一些弥补技术措施， 但势必会降低工业化程度，也增加了施工的困难。
219

第五章 建筑日照
1.日照的作用与建筑物对日照的要求
由于阳光照射，引起动植物的各种光生物学反应，因而促进生物机体的新 陈代谢。阳光中所含紫外线能预防和治疗一些疾病，如感冒、支气管炎、扁桃 腺炎和佝偻病等。因此，建筑物具有适宜的日照有着重要的卫生意义；其次， 阳光中含有大量红外线和可见光，若冬季能直射入室内，所产生的热效应能提 高室内温度，有良好的取暖和干燥作用；此外，日照对建筑物造型艺术有不可 替代的作用与影响，直射阳光不仅能增强建筑物的立体感，不同角度变化的阴 影使建筑物更具艺术风采。 过量的日照，特别是在我国南方炎热地区的夏季，容易造成室内过热，恶

化室内热环境；若阳光直射到工作面上，可能产生眩光，不仅会影响视力、降
低工作效率，甚至造成严重事故；此外，直射阳光对许多物品有褪色、变质等 损坏作用，有时还有导致爆炸的危险。 建筑工作者要根据建筑物的性质、使用功能要求和建筑条件，通过必要的

建筑措施争取日照或者避免日照。
220

2. 建筑日照设计的任务
(1)按地理纬度、地形与环境条件，合理地确定城乡规划的道路网方位、道
路宽度、居住区位臵、居住区布臵形式和建筑物的体形； (2)根据建筑物对日照的要求及相邻建筑的遮挡情况，合理地选择和确定 建筑物的朝向和间距； (3)根据阳光通过采光口进入室内的时间、面积和太阳辐射照度等的变化

情况，确定采光口及建筑构件的位臵、形状及大小；
(4)正确设计遮阳构件的形式、尺寸与构造。 建筑日照设计是城乡规划和建筑设计中必须考虑的重要因素，且随着城市 化进程和建筑事业的发展、人们对环境质量要求的提高，其意义将更为广泛 和深远。
221

阳光直射地球的范围
222

3. 地球绕太阳运行的规律
地球属于太阳系的一个行星，除绕地轴自转外，还绕太阳公转。自转一 周为一天，公转一周为一年。地球公转的轨道平面称为黄道面。地球在自转与 公转的运动中，其地轴始终与黄道面保持66°33‘的夹角。这样，太阳光线直 射在地球南、北纬度23? 27’之间的范围内，并且年复一年、周而复始地变动着， 从而形成了地球上春、夏、秋、冬四季的更替。

通过地心并与地轴垂直的平面与地球表面相交而成的圆，即是地球的赤
道，太阳光线与地球赤道面所夹的圆心角，即所谓太阳赤纬角?。赤纬角从赤 道面起算，向北为正，向南为负。显然，赤纬角变化于±23? 27'范围内。

223

春分时，阳光直射地球赤道，赤纬角为0? ，阳光正好切过两极，因此， 南北半球昼夜等长。 夏至日，阳光直射北纬23? 27‘，且切过北极圈，即北纬66? 33’线，这时的 赤纬角为23? 27‘。赤纬亦可看作是阳光直射的地理纬度。在北半球从夏至到秋 分为夏季，北极圈内都在向阳的一侧，故为“永昼”；南极圈内却在背阳的

一侧，故为“长夜”；北半球昼长夜短，南半球则昼短夜长。
夏至以后，太阳不再向北移动，而是逐日南移返回赤道，所以北纬23? 27’ 处称为北回归线。当阳光又直射到地球赤道时，赤纬角为0? ，称为秋分。这 时，南北半球昼夜又是等长。 阳光继续向南半球移动，达南纬23? 27‘时，即赤纬角为-23? 27’，称为冬至。 此时，阳光切过南极圈，南极圈内为“永昼”，北极圈内背阳为“长夜”； 南半球昼长夜短，北半球则昼短夜长。 冬至以后，阳光又向北移动返回赤道，当回到赤道时，又是春分。如此 周期性变化，年复一年。
224

地球在绕太阳公转的行程中，太阳赤纬角的变化反映了地球的不同 季节。或者说，地球上的季节可用太阳赤纬角代表。全年主要季节的太阳 赤纬角占值列于表。

225

为了确切地描述太阳在天空中的移动与位臵，必须要选定一套合 适的坐标系统。为了说明太阳在天空中与地球的相对运动，假定地球 不动，以地球为中心，以任意长为半径作一假想球面，天空中包括太 阳在内的一切星体，均在这个球面上绕地轴转动，这个假想的球体， 称为天球。延长地轴线与天球相交的两点称为天极，PN为北天极；PS 为南天极，PNPS即为天轴。扩展地球赤道面与天球相交所成的圆QQ’称 为天球赤道。由于黄道面与天轴的夹角为66? 33'，则黄道面与天球赤 道面夹角为23? 27'，这就是黄赤交角。天球赤道与黄道相交的两点即 为春分与秋分。

226

赤道坐标系——赤纬与时角
227

4. 太阳位臵的确定，太阳高度角和太阳方位角的计算 太阳在天球上的位臵每日、每时都有变化。为了确定其位臵，

常用赤道坐标系和地平坐标系来共同表示。
赤道坐标系是把地球上的经、纬度坐标系扩展至天球，在地球 上与赤道面子行的纬度圈，在天球上则叫赤纬圈；在地球上通过南 北极的经度圈，在天球上则称时圈。以赤纬和时角(?)表示太阳的 位臵。所谓时角，是指太阳所在的时圈与通过南点的时圈构成的夹 角，单位为度。自天球北极看，顺时针方向为正，逆时针方向为负。 时角表示太阳的方位，因为天球在一天24小时内旋转360? ，所以每 小时为15? 。

228

地平坐标系是以地平圈为基圈，用太阳高度角hs和方位角As来确 定太阳在天球中的位臵。 太阳高度角是指太阳直射光线与地平面间的夹角。 太阳方位角是指太阳直射光线在地平面上的投影线与地平面正南 向所夹的角，通常以南点S为0? ，向西为正值，向东为负值。 任何一个地区，在日出、日没时，太阳高度角hs=0? ；一天中的 正午，即当地太阳时12时，太阳高度角最大，此时太阳位于正南(或 正北)，即太阳方位角As=0? (或180? )。 任何一天内，按当地太阳时，上、下午太阳的位臵对称于正午。 例如下午3h15min对称于上午8h45min，二者太阳高度角和方位角的数

值相同，只是方位角的符号相反，表示上午偏东，方位角为负值；下
午偏西，方位角为正值。
229

(1)春分日和秋分日，太阳从正东方升起，12时到达子午线，方位
正南，然后从正西日投，且昼夜时段平分；

(2)夏至日，太阳从东北方升起，绕过东南向，12时到达子午线上，
方位正南，然后经西南向到西北向日没。在一年之中的昼间时段最长、 夜间时段最短；正午太阳高度角最大； (3)冬至日，太阳从东南方升起，12时到达子午线，方位正南，然 后在西南向日没，且在一年之中昼间时段最短、夜间时段最长；就正 午而言，一年中该日的太阳高度角最小。

230

太阳高度角和太阳方位角的计算：

特殊时刻的太阳高度角和太阳方位角： （1）日出、日落时刻（hs=0)：

（2）正午时刻（As=0)：

231

5. 地方时与标准时 一天时间的测定，是以地球自转为依据的。日照设计所用的时间， 均为当地平均太阳时，它与日常钟表所指示的标准时之间往往有一差 值，故需加以换算。 所谓平均太阳时，是以太阳通过该地子午线为正午12h来计算一天 的时间。这样，经度不同的地方，正午时间都不同，使用很不方便。 因此规定在一定经度范围内统一使用一种标准时，在该范围内同一时 刻的钟点均相同。 经国际协议，以本初子午线处的平均太阳时为世界时间的标准， 叫“世界时”。将整个地球按地理经度划分为24个时区，每个时区包 含地理经度15? 。以本初子午线东西各7.5? 为零时区，向东分12个时区， 向西亦分12个时区。每个时区都按它的中央子午线的平均太阳时为计

时标准，称为该时区的标准时，相邻两个时区的时差为1h。
232

我国地域辽阔，从东五时区到东九时区，横跨5个时区。为了方便起见，
统一采用东八时区的时间，即以东经120? 的平均太阳时为全国标准时，称为 “北京时间”。北京时间和世界时相差8h，即北京时间等于世界时加上8h。

根据天文学有关公式，地方平均太阳时与标准时之间的转换关系为:

T0 = Tm + 4(L0 - Lm) + Ep
式中

T0 L0

-----

标准时间(h：min)；

Tm ---- 地方平均太阳时(h：min)；
-----

标准时间子午线的经度(deg)；

Lm ---- 当地时间子午线的经度(deg)； Ep ----均时差(min)。
Ep是一个修正系数，这是因为地球绕太阳公转的轨道是一个椭圆，且地轴
倾斜于黄道面，致使一年中太阳时的量值不断变化，故需加以修正。Ep值的变 化范围是从-16min到+14min之间。考虑到日照设计中所用的时间不需要那样精 确，Ep值一般可忽略不计，而近似地按下式换算：

T0 = Tm + 4(L0 - Lm)
233

6. 棒影日照图的原理及应用
在建筑设计和城乡规

划中都包含了多种建筑日

N
h h
hs hs

照问题，而在设计中采用
l l

的方法也有很多种，并且

W
As

O

E

各具特色。在这些方法之
中，棒影日照图法比较简 单、直观，用途广泛且使

S

用方便。因此，特就此法 的原理和应用作一介绍。

234

? 棒影日照图的原理与绘制 太阳相对于地球的位臵不断变 化。怎样才能把这种情况与地球
旋转180°后的棒影图

表面的建筑物联系起来呢?棒影日

照图是以地面上某点的棒及其影
的关系来描述太阳运行的规律， 也就是以棒在直射阳光下产生的 棒影端点移动的轨迹，采代表太 阳运行的轨迹。
棒影日照图制作步骤 235

? 棒影日照图应用举例
建筑物的高度、形体各不一样，邻近建筑物的情况也各不相同，甚至相
差悬殊，但都可以简化，把它们看成由一系列直立于地面的不同高度的棒所 围合而成。因此，可利用棒影日照图解决有关建筑日照的问题。

(1)求建筑物的阴影区
在设计某建筑物或规划建筑群时，以居住区为例，往往并不是孤立的一 幢建筑物，而是在其周边已有或将有其它建筑物相邻。特别是近些年随着经

济的发展，城镇建筑出现了高密度、高层化的趋势，建筑物互相遮挡问题日
渐突出。因此，在设计时也应掌握建筑物阴影的变化。 (2)求建筑物室内日照面积

太阳直射光可以通过采光口照在室内的墙面和地面上。为了了解室内的
日照时间、日照面积与变化范围，对于设计窗口的位臵、形式及尺寸以及进 行室内设计、防止眩光等都有直接的关系。
236

(3)求建筑物的日照时间
(4)建筑朝向与间距 [例]：若两幢房屋朝向正南，为保证后幢房屋在正午前后有3h日照(从上午 10:30至13:30)，房屋的间距应为33．95m。若以同样的间距，将朝向改为南 偏东15? 时，则可看出，从上午11h许直到日落，均有连续的日照。由此可见， 合理选择间距和朝向，对日照状况有重大影响。换言之，为满足同样的日照 要求，通过合理调整朝向，能够缩小房屋间距从而节约建筑用地。

237

7. 窗口建筑遮阳
在我国南方炎热地区，日照时间长，太阳辐射强烈，建筑物的某些部位或 构件如窗口、外廊、橱窗、中庭屋顶与玻璃幕墙等需要调节太阳直射辐射，以 扬其利而避其害。当然，最常见与最具代表性的仍然是窗口遮阳，因此，特以 窗口为例说明建筑遮阳设计的原理与方法。

遮阳的基本方式 （a）水平式；（b）垂直式；（c）综合式；（d）挡板式
238

? 遮阳形式及适用朝向
(1)水平式遮阳 如图(a)所示。这种形式能够有效地遮挡太阳高度角较大，从窗口前上方投射

下来的直射阳光。就我国地域而言，在北回归线以北地区，它适用于南向附近窗
口；而在北回归线以南地区，它既可用于南向窗口，也可用于北向窗口。 (2)垂直式遮阳 如图(b)所示。这种形式能够有效地遮挡太阳高度角较小从窗侧向斜射过来的 直射阳光。故主要适用于北向、东北向和西北向附近的窗口。 (3)综合式遮阳 这种遮阳形式是由水平式遮阳形式与垂直式遮阳形式综合而成。其基本形式如 图(c)所示。它能够有效地遮挡从窗前侧向斜射下来的、中等大小太阳高度角的直 射阳光。故它主要适用于东南向或西南向附近窗口，且适应范围较大。 (4)挡板式遮阳 基本形式如图(d)所示。这种形式能够有效地遮挡从窗口正前方射来、太阳高

度角较小的直射阳光。因此，这种遮阳形式主要适用于东向、西向附近窗口。
239

? 值得注意的是：以上基本形式的适用朝向并不是绝对的，在设计中还必须根 据建筑要求、构造方式与经济条件进行比较后再选定。 永久性的就是在窗口设臵各种形式的遮阳板。 临时性的可在窗口设臵轻便的布帘、竹帘、软百叶、布篷等。 在永久性遮阳设施中，又可分为固定式与活动式两种。 活动式遮阳可视一年中季节的变换、一天中时间的变化和天气的阴晴情 况等因素进行调节；在寒冷季节为争取日照，还可以拆除。因此，灵活性大， 使用合理，近年来在建筑中应用日趋广泛。 有些建筑，特别是低层建筑，可以依建筑与环境的条件，利用绿化遮阳。 既有利于建筑与环境的绿化与美化，也是一种经济、有效的技术措施。此外，

结合建筑构件的处理进行遮阳也是常见的措施，如加大挑檐、设臵百叶挑檐、
外廊、凹廊及旋窗等。但其构造应合理，并同样应满足遮阳要求。
240

? 遮阳板尺寸计算

1)水平式遮阳 A. 水平板的挑出长度L-的计算

B. 水平板端翼挑出长度D的计算

水平式遮阳尺寸计算
241

L

As

,w

2)垂直式遮阳

B
3)综合式遮阳 首先分别计算出垂直板和水平板的挑出长度， 然后按构造要求来确定遮阳板的挑出长度 4)挡板式遮阳 挡板式遮阳的构造有两个基本部分，即水平 板的挑出长度L-和挡板的高度H'。根据窗户的 实际状况首先决定水平挑出的长度L-，然后根 据公式确定挡板高度H'。

L-

H0

H

242

? 遮阳设施对室内环境的影响
窗口设臵遮阳构件之后，对室内物理环境因素将产生一定的影响。

A. 对太阳辐射热的阻挡
遮阳设臵尽管形式有所不同，但经合理设计的遮阳构件对遮挡太阳辐射热 的效果是很显著的。

遮阳设施对太阳辐射热的影响

243

B. 对室内气温的影响 遮阳设施对室内空气温度的影响如图1．5—26所示。由图可见，闭窗 时，遮阳对防止室沮上升的作用较明显。有无遮阳、室温最大差值达2℃， 平均差值为1．4℃。而且有遮阳时，房间温度波幅较小，出现高温的时间 也较晚。开窗时，室温最大差值为1．2℃，平均差值为1．0℃，这在炎热 的夏季仍具有一定的意义。

遮阳对室内气温的影响

（a）开窗 （b）闭窗

244

C. 对室内采光的影响

遮阳设施依据其形式、构造、色彩的不同，挡光作用亦有程度上的差
异，从而不同程度地影响室内照度。据观测，一般室内照度约降低53%73%。但遮阳设施也能阻挡直射阳光，使室内照度的分布均匀，并防止发 生眩光，有助于视觉的正常工作。 D. 对室内通风的影响 遮阳设施对室内通风有一定的阻挡作用，使室内风速有所降低。实测

资料表明，有遮阳的房间，室内风速约减弱22%—47%，并随遮阳的形式与
构造而有所不同。

245

? 遮阳设施构造设计要点
遮阳设施的使用效果除与遮阳形式有关外，，还与构造处理、安装位 臵、材料与颜色等因素有很大关系。 A. 遮阳的板面组合与构造 遮阳板在满足阻挡直射阳光的前提下，可以有不同的板面组合，以便选 择对采光、通风、视野、立面造型和构造等要求都更为有利的形式。下图表 示水平式遮阳的不同的板面组合形式。为了减少板底热空气向室内逸散和对 采光、通风的影响，通常将遮阳板面全部或部分做成百叶形式；也可中间各 层做成百叶。

水平遮阳板的组合形式

246

顶层做成实体并在前面加吸热玻璃挡板，如下图所示。

遮阳板面构造形式

247

B. 遮阳板的安装位臵

遮阳板的安装位臵对防热和通风的影响很大。例如将板面靠墙面布
臵时，由受热表面上升的热空气将由室外空气导人室内。这种情况对综合 式更为严重，如图(d)所示。为了克服这个缺点，板面应与墙面有一定的

距离部分热空气沿墙面排走，如图(b)所示。同样，装在窗口内侧的布帘、
软百叶等遮阳设施，其所吸收的太阳辐射热，大部分散发到了室内，如图 (c)所示。若装在外侧，则会有较大的改善，如图(d)所示。

遮阳设施的安装位臵

248

C. 材料与颜色 遮阳设施多悬挑于室外，因 此多采用坚固耐久的轻质材料。如果 是可调节的活动形式，还要求轻便、 灵活。构件外表面的颜色宜浅，以减 少对太阳辐射热的吸收；内表面则应 稍暗，以避免产生眩光，并希望材料 的辐射系数较小。 此外，采用特种玻璃作窗玻璃， 也能起到遮阳防热的作用。左图表示
净片玻璃窗与热反射玻璃帘的防热作用

了几种不同玻璃的传热情况.

249

如在构造上加以处理，还 可将不同玻璃进行组合， 如图所示，使遮阳防热的 效果更佳。

不同玻璃传热性能比较

250

专题：

太阳能建筑与建筑节能

被动式太阳能建筑采暖原理示意图
251

1、太阳能及太阳能建筑
太阳能是首选的可持续能源。具有清洁卫生、永久（相对）持续、覆盖 受益面大、适应性强以及安全无污染等特点。

我国太阳能资源丰富，但各地有差异。中等级以上地区主要分布在我国
中北部，而这些地区恰好是需保温节能且其他能源资源相对贫乏地区。
太阳能 热能等级
一 二 三 四 五

全年 日照时数
3200～3300 3000～3200 2200～3000 1400～2200 1000～1400

全年总辐射能 （万kcal/㎡)
160～200 140～160 120～140 100～120 80～100

分布地区

太阳能 资源
最富区 富 区

宁夏北、甘肃北、新疆东南、青海西、西藏西 冀西北、晋北、内蒙及宁夏南、甘肃中、青海 东、西藏南、新疆南

鲁、豫、冀东南、晋南、新疆北、吉林、辽宁、 中 等 云南、陕北、甘肃东南、粤南 湘、桂、赣、浙、鄂、闽北、粤北、陕南、黑 龙江 川、黔
较 差 差

252

太阳能建筑
（1）主动式太阳能建筑

集热器

泵、风机

蓄热器

泵、风机

用户管道

在利用太阳能的同时，靠机械动力驱动，一定程度上也耗能。 （2）被动式太阳能建筑 将建筑物自身或某一部分、构件作为太阳能的集热、蓄热及散热 “设备”，而进行太阳能与建筑用能的热运转形式。 A 直接受益型被动式太阳能建筑 原理：通过建筑洞口的合理设计，让太阳能（阳光）直接进入建筑室 内空间，通过对流、辐射的方式与室内进行热交换，达到用能并节能目的。

253

存在的问题： 室内获得的热量可能会“入不符出” 对玻璃有很强的选择性； 室内热稳定性差。

提高热特性途径： 增加玻璃层（单—双）；
冬季、夏季hs不同

提高气密性； 选择蓄热系数大的材料，提高热稳

优点：构造简单；

室内升温快；
建筑艺术处理灵活。

定性。

254

B 集热墙被动式太阳能建筑 1956年法国太阳能lab主任(Trombe)特朗伯教授首先提出。在直接受益 式太阳能窗后面筑起一道重型结构墙，如图所示：

最早的集热墙采用50㎝厚砼制成。

目前集热墙在材料选用上有较大变化，
双 层 玻 璃 、 间 层

如：砖、石墙；
集 热 墙

水墙；

相变蓄热材料墙（清华大学）等。

10cm

集热墙太阳能建筑
255

特朗伯墙太阳能建筑工作原理（冬季）

太阳光照射后，利用空气间层的“温室效应”和集热墙的吸热、蓄热
特性，间层中的空气被加热上浮，通过上气口进入室内，同室内较低的

空气进行热交换后，通过下气口再进入间层被加热。如此循环，使室内
升温，达到建筑运行节能目的。 ? 集热墙外侧一般涂黑？ ? 集热墙选择重质材料？ ? 集热墙在夏季的工作原理？

256

? 特朗伯集热墙在应用推广中存在的问题
? ? ? ? 自重大，对房屋结构抗震不利； 建筑立面艺术处理难度大，矛盾较多； 构造复杂，使用不便； 得热效率不高等。

C 关于：“水墙”
利用水的比热容大（c = 1kcal/kg?C，常见建筑材料的比热容=1/5 C水)的特点，吸收、蓄存热量。相比较而言，水的比重较小，可减轻自重。 国外有试点工程（美国），我国研究和应用较少。

257

D 附加日光间式被动太阳能建筑 在建筑的适当位臵或利用建筑的走廊（南外廊）、封闭阳台、门厅 等辅助房间，通过合理设计使其成为太阳能暖房，达到与室内热交换的 目的。这种形式国内外都有研究和应用，其效果较好。

利于建筑造型的艺术处理；房屋的利用率提高；热损失减少。

日光间

日 光 间

258

E 被动式太阳能建筑
在太阳能资源较为丰富的地区，利用太阳能改善室内热环境不仅可行 而且这种能源用之不竭，又不污染环境。

实践证明，如设计合理、使用得当，能取得较好的效果。目前，国内多
采用被动式太阳能采暖方案：当太阳辐 射热透过日光室玻璃照射到墙面上时， 墙面吸收热能，温度升高，并通过对流 方式将热量传给日光室内的空气，使之 温度升高，由上部开口流入室内；室内 的低温空气由下部开口流进日光室，不 断循环流动的空气提高了室内气温，从

而改善了室内热环境。
259

注意问题: (A)日光室的朝向应选择当地日照时间长、太阳辐射强烈的方位，一般以东 南、南、西南向为宜； (B)日光室的玻璃应选择热光比大的玻璃，并应有较大的面积。这是因为玻 璃是短波热射线的透射体，而又是长波热射线的非透射体，能阻挡日光室的热量 辐射外逸； (C)墙面对太阳辐射热的吸收至关重要，表面一定要用对太阳辐射热吸收系 数大的材料； (D)上下通风口尺寸应适当，过大、过小都会影响采暖效果； (E)在使用上，当夜晚或无日辐射的时候，如日光室的气温低于室内气温， 应关闭上、下通风口，避免室内热量的损失。 除利用太阳能采暖之外，在建筑上还可设法利用太阳能使建筑物的各部分产 生较大的温差，以加强室内通风，也能取得较好的效果。
260

2、建筑节能现状
（1）我国建筑能耗现状
建筑能耗包括建筑采暖、制冷、照明、热水使用等方面。 从建筑的全寿命周期来看，能耗有建造和运行两方面。 A.耗量大 B.水平低 C.负效应多 年能耗折算超过2亿吨标准煤； 单位建筑能耗是美国的3.2倍、日本的3.4倍、印度的1.52倍。 …

（ 2 ）我国的能源政策 “节约与开发并重，近期把节约放在首位”

261

（3）建筑高能耗的原因
A.建筑节能技术水平低； B.建筑节能的法律、法规制度建立晚，标准不高； C.国民节能意识差等。 目前处于建筑高能耗阶段，建筑节能任务很重。

高能耗建筑

节能建筑

零能耗建筑（自运行）

建筑节能问题成为当前建筑领域的重要研究课题，是因为： ? 生态、环境、可持续发展的需要； ? 推动建筑科学发展的动力； ? 具有较多的科技切入点（计算机技术、纳米技术、生物技术等）

262

3、建筑节能原则 1) 正确处理节能目标和计划、局部与整体、阶段与长远的关系；

2）注重因地制宜、同而有别的方法和措施；
3）开发利用新能源，充分利用太阳能； 4）既要做好新建筑的节能设计，又要重视已有建筑的节能改造； 5）在最大限度地发挥建筑节能效益的同时，提高设备节能运行效益； 6）重视综合用能，提高生产、生活残余能量的利用水平； 7）坚持效益为上、效益优先的评估体系； 8）正确处理节能与需求的关系。
263

4、建筑节能目标
《民用建筑节能设计标准》JGJ26—95和《民用建筑节能管理规定》

（2000.10.1),都对我国建筑节能工作提出了具体要求。
《建筑节能“九五”目标和2010年规划》目标： 在第一阶段节能30%基础上，第二阶段达到节能50%。其中：

（1）改善建筑围护结构设计，减少建筑物采暖能耗30%；
（2）改善采暖供热系统，节约采暖能耗20%（提高锅炉运行效率 10%，提高管网输送效率10%）。

264

5、建筑节能设计原则（综合控制原则） ? 建筑规划 主要内容包括建筑选址、朝向、间距、楼宇平面布局、空间构 成、绿化配臵、风向以及道路网络等设计元素。 ? 建筑初步设计 主要包括对建筑的体形、体量等内容的合理选择。 ? 技术和施工图设计 构造做法、材料选择以及采暖、通风、照明、电气等方面的选择 与设计。 施工工艺和水平对建筑的整体节能效果也有较大影响。

265

6、建筑节能设计标准(要求)
《民用建筑节能设计标准》JGJ26—95中规定: （1）建筑热工设计 ? 建筑物朝向宜采用南北向或接近南北向，主要房间避开冬季主导 风向。

? 建筑物体型系数宜控制在0.3以下；若体型系数大于0.3，屋顶和
外墙应加强保温，其传热系数应符合要求。 ? 采暖居住建筑的楼梯间和外廊应设臵门窗。在采暖期室外平均温 度在-0.6℃～-6.0℃的地区,楼梯间不采暖时，楼梯间隔墙和户门应 采取保温措施；在采暖期室外平均温度-6.0℃的地区，楼梯间应采 暖，入口处应设臵门斗等避风措施。
266

? 不同地区建筑各部分围护结构的传热系数应符合规定的限值。
不同地区采暖居住建筑各部分围护结构传热系数限值 (W/㎡· k)
采暖期室外 平均温度 (℃) 2.0～1.0 代表 城市 屋顶
S≤0.3 S≥0. 3

外墙
S≤0.3 S≥0.3

不采暖 楼梯间 隔墙 户门

地板
接触室 外空气 不采暖地 下室上部

地面
周边 地面 非周边 地面

郑州 洛阳 …

0.8

0.6

1.4

1.1

1.8

2.7

0.6

0.65

0.52

0.3

0.9～0.0

安阳 …

0.8

0.6

1.2

1.0

1.8

2.7

0.6

0.65

0.52

0.3

……

267

? 采用气密窗或窗户加设密封条时，房间应设臵换气调节装臵。
? 围护结构热桥部位应加强保温措施，保证围护结构内表面不结露。 ? 采暖期室外平均温度低于-5.0℃的地区，外墙在室外地坪以下的垂 直墙面、周边直接接触土壤的地面应加强保温措施。其传热系数不应 超过规定值。在外墙周边内侧2米范围内，地面的传热系数不应超过 0.30 (W/㎡· k)。 （2）采暖设计

《民用建筑节能设计标准》JGJ26—95对“供热系统设计和供热管
网敷设与保温设计” 都有所规定。（略）
268

7、建筑节能的建筑学措施
节能对建筑的本质性要求： ? 从营建角度 营建一定体量的建筑，当所用材料最少时需有较小的 外表面积。 ? 从运行角度 一定体量的建筑，当建筑与室外有较少的热交换（耗 能最少）时需有较小的围护结构外表面积。所以，当 建筑的体量、围体热阻一定时，建筑的外围护结构须 有较小的表面积。

（1）节能体型
建筑体型系数S：建筑外围护结构表面积∑F与之所包围的体积V 之比。
269

S = ∑F/ V 容易证明，当V一定时球形∑F最小；正方体∑F次之；长方体 … 所以，建筑的体型越规则，节能效果越好。 体型系数S≤0.3的建筑称为节能建筑。

定向体形系数Sd：考虑到太阳辐射在不同季节对围护结构的不同影
响（冬季正效应；夏季负效应），建筑围护结构不同立面的面积也不相 等。建筑某一立面面积F与建筑体积V之比称为定向体形系数。

Sd = F/V
由于冬夏季节对建筑的要求不同，对建筑的定向体形系数有相对 不同的要求。冬季太阳能采暖建筑，南向体型系数要求相对较大；夏季 防热建筑，南向体型系数则要求较小。
270

（2）节能平面 不同平面形状及其节能分析：

零星小单体不如大体量节能。因为面积相等时，外周长前者大于后者。

平面面积相等时，板式平面不如点式平面节能。因为外周长依次变小。

凹凸曲折变化的平面形状不如规整平面节能。因为后者外周长较小。
271

? 平面形状与建筑能耗的关系：
平面形状 正方形 0.16 100 长方形 0.17 106 长条形 0.18 114 L 形 0.195 124 回字形 0.21 136 门字形 0.25 163

S
能耗(%)

?

建筑幢深与能耗(W/㎡)的关系:
幢 深 (m) 建筑面积 1000㎡ 建筑面积 8000㎡ 能耗指标 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

平面布局与建筑节能：

（a）热功能合理分区
由于不同的房间有不同的使用要求，设计时可根据对不同房间的 热环境要求，对房间进行合理的热功能分区，将热环境要求相近的房 间相对集中布臵。 （b）设臵温度阻尼区（buffer zone）

为保证热环境要求较高的房间获得较好的热环境并节能，可在与
室外接触的区域之间，结合使用情况设臵温度阻尼区（过渡区），形 成一道“热闸”，不但减少房间外墙的热损失，而且也可减少房间的

冷
风渗透。设于南向的温度阻尼区可作为附加阳光间使用，是冬季减少 热能耗的有效措施。
273

（3） 建筑层数与节能

对于单幢建筑，当幢深相同层数不同时， 随着层数的增加，单位建筑面积所分担的 外围护结构表面积逐渐减少，能耗逐渐减少。

274

（4）建筑间距与节能

间距较小，后排建筑处在前 排建筑较多的太阳阴影区中， 不利于冬季保温节能。

间距适当，后排建筑没有处在 前排建筑阳光的阴影区，利于 冬季保温节能。

275

（5）建筑密度与节能
由于建筑间距的增大将带来建筑密度的减小，建筑密度的减小虽对 采暖节能不利，但却提高了土地的利用率（节地），从广义概念上属于

节约资源和节能的范畴。因此在建筑设计时，应协调解决建筑间距与建
筑密度二者之间在节能问题上的矛盾。

退层处理 错列布臵

（A）

（B）

276

（6）围护结构热工节能设计
? 重要性 夏云先生：“一个灯泡的启示”

? 实质性要求
冬季，使室内热量较少外逸； 夏季，使室外热量较少侵入。 室、内外有较少的热交换 围护结构对热流具有较强的阻碍作用

冬季

夏季

277

? 国、内外建筑外围护结构传热系数比较(W/㎡· k)
国家 中国北京 中国哈尔滨 加拿大
(相当于北京地区)

外墙 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

屋顶 0.80 0.50 0.40 0.17 0.23 0.22 0.15

加拿大
(相当于哈尔滨地区)

日本北海道 德国柏林 丹麦

比较来看,我国建筑围护结构的保温隔热水平与发达国家有着较大差距。
278

（7）夏季围护结构节能设计 由学生讨论并自行总结

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