热工环境

1 建筑热工学基本知识1.1 传热的基本概念1）传热的概念建筑物的室内与室外环境之间通过围护结构进行的热量传递与交换2）传热的过程①吸热阶段：室内向墙②导热阶段：墙体向外表面③放热阶段：外表面向室外1.2 传热的基本方式1）导热当物体各部分之间不发生相对位移或不同的物体直接接触时，依靠物质的分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称为导热（或热传导）2）对流当指流体各部分之间发生相对位移，依靠冷热流体互相掺混和移动所引起的热量传递方式。

①自然对流：由于流体冷、热各部分密度不同而引起的热传递。

如散热器表面空气受热向上流动，城市中心区域空气受建筑物和城市非绿地表面的加热升温后上升，形成城市热岛环流等都属于自然对流现象。

②强制对流：流体的流动是在水泵或风机等机械的驱动下造成的3）辐射①辐射的概念辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式。

热辐射：物体会因为各种原因发出辐射能，其中因为自身温度的原因发出辐射能的现象。

辐射热：通过热辐射方式传递的热量。

辐射换热：自然界中的各个物体都在不停地向空间散发出辐射热，同时又在不停地吸收其他物体散发出的辐射热，这种在物体表面之间由辐射与吸收综合作用下完成的热量传递就是辐射换热。

1.3 建筑材料的热物理性质1）基本热物理量①比热容c：单位质量的物质，温度变化 l℃所吸收或放出的热量。

②导热系数λ：指厚度为1m的材料，当两侧表面温差为1K时，单位时间内通过1m2表面积的导热量。

主要影响因素为材料的密度和湿度。

③辐射系数C：表示材料向外发射辐射热能力的高低。

④蒸气渗透系数μ：表征1m厚的物体，两侧水蒸气压差为1Pa，单位时间内通过 1m2面积渗透的水蒸气量。

材料密度越大，透汽性越差。

2）导出热物理量①蓄热系数s：用表面上的热流波幅与表面温度波幅之比表示材料蓄热能力的大小。

②热情性指标D ：材料层抵抗温度波动能力。

D＝s·R2 建筑气候2.1 建筑日照与太阳辐射建筑对日照的要求a 争取日照：病房、幼儿活动室和农用日光室等；b 避免日照：室内环境不宜过热的房间，如炎热季节里，民用建筑的主要居室、恒温恒湿的生产车间、高温的冶炼车间等；易于引起视觉眩光和某些化学反应的房间，如档案库、展览室、阅览室、绘图室、精密仪器室，以及某些化学生产车间、实验室、药品室等。

建筑日照设计的主要目的是：根据建筑的不同使用要求，采取措施使房间内部获得适当的日照，防止过量的太阳直射光。

2.2 气温1）气温的变化①气温的日变化和年变化a 气温日较差：b 气温年较差：②影响气温的因素a 纬度影响：我国各地气温日较差大小分布一般是从东南至西北逐渐增大。

b 地势影响：谷地和盆地，气温的日较差大。

c 下垫面性质影响：海洋比大陆上的气温日较差小，植物覆盖减小日较差。

d 天气影响：云雨多的地区气温日较差小。

f 季节影响：青藏高原冬季气温日较差最大，夏季最小；秦淮线以北及西南地区，气温日较差春季最大，夏季最小；江南地区夏季日较差最大，冬季最小；新疆地区冬季日较差最小，秋季日较差最大。

2）地温和冻土①地温的分布a 年平均地面温度：东北0~5℃，北京10℃，石家庄、西安一线以南均在15℃以上，江南南部大多20℃以上，华南沿海超过25℃，至海南南部接近30℃b 冬季和夏季平均地面温度分布：冬季：大兴安岭北部在-30℃以下，华南沿海大于15℃，海南省南缘超过20℃夏季：西北内陆的干旱地区，普遍超过30℃，青藏高原高海拔地带，平均为13～15℃，江南南部因多伏旱天气，地面温度可达35～36℃c 地温的垂直分布：冬季1月：地温从地表向地下深层增加，但增加的幅度随纬度的降低而变小。

夏季7月：地温则是从地表向深层降低，降低的幅度也是北方比南方大。

②冻土从东部北纬30°以南及川陕地区北纬33°以南基本没有冻土。

西安、山西晋城和河北衡水一线以北，最大冻土深度超过50cm；宁夏固原、山西原平、河北遵化和辽宁岫岩以北，厚度超过100cm；内蒙和黑龙江北部都曾出现过2m以上的最大冻土深度。

内蒙的锡林郭勒盟北部和大兴安岭北部深达3m以上。

西部山地和青藏高原也都发生过3m以上的冻土深度。

2.3 建筑气候区划1）建筑气候的区划分级①区划指标：气温、降水和相对湿度在空间和时间分布。

②区划分级：全国划分为7个一级区，20个二级区。

一级区以I、Ⅱ、Ⅲ…Ⅶ表示，二级区在一级区号的右下角注以A、B、C表示。

③适用范围：适用于一般工业与民用建筑的规划、设计与施工。

ⅠⅦⅡⅥⅢⅤⅣ2）建筑热工设计分区①区划指标：气温②区划分级：全国划分为五个气候分区：严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区③适用范围：适用于民用建筑的热工设计需要建筑热工设计分区和设计要求3 建筑室内热环境3.1 室内热环境与人体的热平衡1）室内热环境室内热环境是指室内空气温度、空气湿度、室内气流速度以及围护结构内面之间的辐射热等因素综合组成的一种室内环境。

2）影响室内热环境的因素Array①通过屋顶、墙、地面，窗的导热；②通过门、窗与室外进行的对流换热；③太阳辐射到室内，被墙面和地面吸收；④室内各表面之间由于温差，存在着长波辐射交换热量；⑤室内产生的余热（包括人体散热，电器散热等）。

3）人体与环境的热交换人体正常热平衡：对流换热占25％～30％；辐射散热占45％～50％；呼吸和无感觉蒸发散热占25％～30％。

3.2 室内热环境的舒适性1）影响人体热舒适的因素①人体的活动状态②人体的衣着状态③室内空气温度：人体最舒适的温度范围是24～26℃④室内空气湿度⑤室内气流速度⑥室内平均辐射温度2）改善热环境舒适性的设计措施第一层次为小区热环境的设计规划中建筑群的布局合理，间距适当，寒冷地区争取日照，炎热地区组织通风，良好的绿化等。

第二层次是合理设计建筑物从围护结构上达到保温隔热要，正确选择朝向以争取日照或主导风向，合理组织室内自然通风，处理好窗户保温、热桥保温、遮阳等与构造措施。

第三层次是采用人工改善措施空气调节或采暖等设备方法3）室内环境与室内空气质量①室内空气中的污染物无机污染物：如一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、臭氧等，有机污染物如易挥发性有机物、福尔马林、杀虫剂等。

物理性的污染物：如尘埃、人造矿物纤维、石棉、氛等。

抽烟散布的烟雾：是室内最大的污染物，不但吸烟者自己受害，周围的人也要受害。

②控制室内污染物的方法除去室内污染物，加强室内通风，对人体的活动进行管理，保持清洁卫生，以创造一个健康舒适的热环境。

3.3 室内热环境的评价指标1）预计热指标 PMV（Predicted Mean Vote）评价指标：人的活动衣着状况空气温度相对湿度平均辐射温度室内风速2）标准有效温度 SET（Standard Effcctive Temperature）标准环境的条件：是平均辐射温度与气温相同，相对湿度为50%，低风速（小于0.1m/s），人的衣着热阻为0.093m2·K/W。

标准有效温度：当人体在实际环境及标准环境中的活动量相同，并且具有相同的皮肤温度和皮肤湿润度时，那么，这种标准环境的一致温度就定义为实际环境的标准有效温度（SET）。

人体热舒适 SET 值为 22.2～25.6 ℃4.建筑热环境设计4．1 通风设计1.1 风环境概述1）盛行风①季风区：盛行风向随季节的变化而转变，冬、夏季风向基本相反。

风向稳定，一般冬季或夏季盛行风频率为20％～40％。

在城市规划布局时，将工业区布置在最小频率风向的上风向，而把居住区布置在最小风频风向的下风向。

②主导风向区：该风型风向稳定，全年基本上吹一个方向的风。

这类地区应将工业区布置在盛行风的下游，居住区布置在上游。

③无主导风向区：全年风向不定，没有一个明显的主导风向，各风向频率相差不大，一般在10％以下。

在城市布局时，应将工业区布置在污染系数小的方位上，居住区布置在污染系数大的方位上。

④ 准静风区：指静风频率全年平均在50％以上，年平均风速仅0.5m/s 。

这类地区污染浓度最大值出现在烟囱高度的10～20倍的地方，因此，规划时就应把居住区布置在该距离半径以外。

1.2规划布局与自然通风 1）通风形式① 热压通风：热压的大小原决于室内外空气温差所形成的空气密度差，以及进出风口的高差。

② 风压通风：风压是当风吹向建筑物时，由于空气流动受阻，风速降低，使风的部分动能变为静压，作用在建筑物的迎风面上，使迎风面上所受到的压力大于大气压，从而形成正压区。

2）建筑朝向的选择 ① 风频玫瑰图的应用风频是各风向的频率。

用各风向出现的次数占风向 总观测次数的百分率来表示 ② 建筑朝向的确定为组织好自然通风，应当使房屋的朝向尽量靠近夏季的主导风向。

为减少建筑物接受太阳辐射，宜选择南北朝向。

选择朝向时，还必须考虑该地区暴风雨主要的吹袭方向及夏季高温时太阳辐射的方向。

3）建筑群的布局① 建筑背风涡流区的形成② 风向对背风涡流区的影响。