建筑热工学篇建筑热工学篇n主要内容核心内容与学习目的核心内容与学习目的通过规划和建筑设计手段，有效防护或利用室内外气候通过规划和建筑设计手段，有效防护或利用室内外气候因素因素合理解决房屋的日照、保温、防热、防潮、通风、能耗合理解决房屋的日照、保温、防热、防潮、通风、能耗等问题等问题创造良好的室内气候环境并提高建筑围护结构的耐久性创造良好的室内气候环境并提高建筑围护结构的耐久性被动方式与主动方式的关系被动方式与主动方式的关系室内、外热环境室内、外热环境传热的基础知识传热的基础知识建筑保温、防潮；建筑防热；建筑日照；建筑节能建筑保温、防潮；建筑防热；建筑日照；建筑节能7/22/20241室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n学习重点室内热环境的组成要素、影响因素、室内热环境的评价室内热环境的组成要素、影响因素、室内热环境的评价室外热环境（气候）要素室外热环境（气候）要素我国气候的特点及建筑热工气候分区我国气候的特点及建筑热工气候分区改善室内热舒适的建筑途径改善室内热舒适的建筑途径7/22/20242室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n1 室内热环境室内热环境1.1 组成要素组成要素室内气温室内气温ti、室内相对湿度室内相对湿度 i、气流速度气流速度vi、壁面的热辐壁面的热辐射射 I室内热环境室内热环境室内热环境室内热环境是指由室内空气温度、空气湿度、室内是指由室内空气温度、空气湿度、室内是指由室内空气温度、空气湿度、室内是指由室内空气温度、空气湿度、室内风速及环境平均辐射温度（室内各壁面温度的当量温度）风速及环境平均辐射温度（室内各壁面温度的当量温度）风速及环境平均辐射温度（室内各壁面温度的当量温度）风速及环境平均辐射温度（室内各壁面温度的当量温度）等因素综合组成的一种室内热环境等因素综合组成的一种室内热环境等因素综合组成的一种室内热环境等因素综合组成的一种室内热环境。 不同的要素组成不同的室内热环境不同的要素组成不同的室内热环境1.2 室内热环境的影响因素室内热环境的影响因素(a)室外的热湿作用室外的热湿作用 ( b)建筑设计及规划手段建筑设计及规划手段(c)材料及构造的热物理性能材料及构造的热物理性能 (d)室内热工设备室内热工设备7/22/20243室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n1 室内热环境室内热环境1.3 人体的舒适感人体的舒适感v人体热平衡方程：人体热平衡方程：v人体热舒适的必要条件：人体热舒适的必要条件：v人体得失热量人体得失热量 q的影响因素：的影响因素： 室内气候四要素、人体室内气候四要素、人体 活动量（新陈代谢率活动量（新陈代谢率m）、）、皮肤平均温度、汗液蒸发率、皮肤平均温度、汗液蒸发率、 衣服的热阻衣服的热阻v人体热舒适的充分条件人体热舒适的充分条件：皮肤温度及汗液蒸发率处于舒：皮肤温度及汗液蒸发率处于舒适的范围，或称按正常比例散热：对流适的范围，或称按正常比例散热：对流25%30%，辐射，辐射45%50%，呼吸和无感蒸发，呼吸和无感蒸发25%30%。7/22/20244室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n1 室内热环境室内热环境1.4 室内热环境的评价方法和标准室内热环境的评价方法和标准室内热环境标准是建筑热工设计的基本依据之一室内热环境标准是建筑热工设计的基本依据之一最简单的标准是室内空气温度，如住宅冬季最简单的标准是室内空气温度，如住宅冬季18 ，夏季夏季26 。缺点：不全面缺点：不全面主要评价方法：主要评价方法：有效温度有效温度 (Effective Temperature, ET*)热应力指标热应力指标 (Heat Stress Index, HSI)预测热感觉指数（预测热感觉指数（PMV-PPD指标）指标）7/22/20245室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n1 室内热环境室内热环境有效温度有效温度(Effective Effective TemperatureTemperature ET)由由Houghton,Yaglou等等人于人于1923年提出年提出表征室内气温、湿度及气表征室内气温、湿度及气流速度三者对人体综合作流速度三者对人体综合作用的一种主观评价指标用的一种主观评价指标未考虑辐射的影响，改进未考虑辐射的影响，改进后称为后称为ET*, 1972成为成为ASHRAE的评价标准的评价标准7/22/20246室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n1 室内热环境室内热环境有效温度有效温度(ET) 是室内气温，相对湿是室内气温，相对湿度和空气速度在一定组度和空气速度在一定组合下的综合指标。在数合下的综合指标。在数值上等于具有相同热感值上等于具有相同热感觉、静止、饱和觉、静止、饱和（=100%）空气的空气的温度。温度。7/22/20247室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n1 室内热环境室内热环境热应力指数(HSI) 热应力指数热应力指数热应力指数热应力指数HISHIS（HeatHeat Strees Strees Index)Index)是在已知室内气是在已知室内气是在已知室内气是在已知室内气温，相对湿度，空气速度，平均辐射温度和人体新陈代谢温，相对湿度，空气速度，平均辐射温度和人体新陈代谢温，相对湿度，空气速度，平均辐射温度和人体新陈代谢温，相对湿度，空气速度，平均辐射温度和人体新陈代谢产热率的前提下，根据人体热平衡条件，先计算在给定环产热率的前提下，根据人体热平衡条件，先计算在给定环产热率的前提下，根据人体热平衡条件，先计算在给定环产热率的前提下，根据人体热平衡条件，先计算在给定环境中人体所需要的蒸发散热量，然后再计算出在该环境中境中人体所需要的蒸发散热量，然后再计算出在该环境中境中人体所需要的蒸发散热量，然后再计算出在该环境中境中人体所需要的蒸发散热量，然后再计算出在该环境中的最大允许蒸发散热量，以二者的百分比作为热应力指数。的最大允许蒸发散热量，以二者的百分比作为热应力指数。的最大允许蒸发散热量，以二者的百分比作为热应力指数。的最大允许蒸发散热量，以二者的百分比作为热应力指数。热应力指数全面考虑了热环境四个因素的影响，比有效温热应力指数全面考虑了热环境四个因素的影响，比有效温热应力指数全面考虑了热环境四个因素的影响，比有效温热应力指数全面考虑了热环境四个因素的影响，比有效温度更为科学。度更为科学。度更为科学。度更为科学。 热应力指数愈高，维护热平衡时，要求蒸发散热量愈热应力指数愈高，维护热平衡时，要求蒸发散热量愈热应力指数愈高，维护热平衡时，要求蒸发散热量愈热应力指数愈高，维护热平衡时，要求蒸发散热量愈大，热环境条件愈差。大，热环境条件愈差。大，热环境条件愈差。大，热环境条件愈差。 7/22/20248室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n1 室内热环境室内热环境热应力指数热应力指数(HSI) （Heat Strees Index)给定热环境中作用于人体的热应力等于人体所需的蒸发散热量；给定热环境中作用于人体的热应力等于人体所需的蒸发散热量；数值上等于需要的蒸发散热量与人体最大蒸发散热量之比乘以数值上等于需要的蒸发散热量与人体最大蒸发散热量之比乘以100；主要用于夏季室内热环境评价主要用于夏季室内热环境评价q w.req=q m q c q r 7/22/20249室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n1 室内热环境室内热环境预测热感觉指数(PMV-PPD)由丹麦学者由丹麦学者P.O.Fanger在在19601960年代提出；年代提出；基于下列方程：基于下列方程：舒适的充要条件舒适的充要条件热平衡方程热平衡方程实际环境的舒适度实际环境的舒适度PMV-3-2-10123热感觉很冷冷稍冷舒适稍热热很热7/22/202410室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n1 室内热环境室内热环境预测热感觉指数(PMV-PPD)7/22/202411室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境 人体在环境中感到热舒适的充分条件，必须使人体的皮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肤温度tsktsk处于舒适的温度范围，而且肌体的蒸发率也应处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。于舒适范围内。 该方程比较全面合理地表达了人体热感与该方程比较全面合理地表达了人体热感与上述上述6 6个参数的定量关系，从而建立起个参数的定量关系，从而建立起PMVPMV指标系统，把指标系统，把PMVPMV值按人的热感觉分成值按人的热感觉分成7 7个等级。个等级。 7/22/202412室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n1 室内热环境室内热环境预测热感觉指数(PMV-PPD)最为全面的评价最为全面的评价方式，广为采用方式，广为采用尽管尽管PMV=0，仍有仍有 5%的人的人感觉不舒适感觉不舒适ISO推荐推荐-0.50.5为热舒适为热舒适环境环境7/22/202413室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n2 室内热环境的影响因素室内热环境的影响因素2.1 室外气候因素室外气候因素 室外热环境是指由太阳辐射，大气温度，空气湿室外热环境是指由太阳辐射，大气温度，空气湿室外热环境是指由太阳辐射，大气温度，空气湿室外热环境是指由太阳辐射，大气温度，空气湿度，风、降水等因素综合组成的一种热环境。度，风、降水等因素综合组成的一种热环境。度，风、降水等因素综合组成的一种热环境。度，风、降水等因素综合组成的一种热环境。（一）太阳辐射（一）太阳辐射（一）太阳辐射（一）太阳辐射1. 1.太阳辐射能是地球上热量的基本来源太阳辐射能是地球上热量的基本来源太阳辐射能是地球上热量的基本来源太阳辐射能是地球上热量的基本来源, ,是决定室外热是决定室外热是决定室外热是决定室外热环境的主要因素。环境的主要因素。环境的主要因素。环境的主要因素。2. 2.太阳辐射的分类。到达地球表面太阳辐射分为两个部太阳辐射的分类。到达地球表面太阳辐射分为两个部太阳辐射的分类。到达地球表面太阳辐射分为两个部太阳辐射的分类。到达地球表面太阳辐射分为两个部分，一部分是分，一部分是分，一部分是分，一部分是直射辐射直射辐射直射辐射直射辐射，另一部分是，另一部分是，另一部分是，另一部分是散射辐射散射辐射散射辐射散射辐射。3. 3.影响太阳辐射照度的因素。影响太阳辐射照度的因素。影响太阳辐射照度的因素。影响太阳辐射照度的因素。大气中射程的长短、太阳大气中射程的长短、太阳大气中射程的长短、太阳大气中射程的长短、太阳高度角、海拔高度、大气质量。高度角、海拔高度、大气质量。高度角、海拔高度、大气质量。高度角、海拔高度、大气质量。7/22/202414室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境4. 4.太阳光谱。太阳辐射能量主要分布在紫外线、可见光和红外线区域，太阳光谱。太阳辐射能量主要分布在紫外线、可见光和红外线区域，太阳光谱。太阳辐射能量主要分布在紫外线、可见光和红外线区域，太阳光谱。太阳辐射能量主要分布在紫外线、可见光和红外线区域，其中其中其中其中97.8%97.8%是短波辐射。是短波辐射。是短波辐射。是短波辐射。( (波长波长波长波长0.20.2m3 m)m3 m)5. 5.日照百分率日照百分率日照百分率日照百分率 实际日照时数实际日照时数实际日照时数实际日照时数 日照百分率日照百分率日照百分率日照百分率= = 100%100% 可照时数可照时数可照时数可照时数（二）大气温度（二）大气温度1.气温。指距地面气温。指距地面1.5m处百叶箱内的空气温度。处百叶箱内的空气温度。2.变化规律变化规律（1）年变化规律。由地球围绕太阳公转引起，形成一年）年变化规律。由地球围绕太阳公转引起，形成一年四季气温变化，北半球最高气温出现在四季气温变化，北半球最高气温出现在7月（大陆）或月（大陆）或8月（沿海、岛屿），最低气温出现在月（沿海、岛屿），最低气温出现在1月或月或2月。月。（2）日变化规律。由地球自转引起。日最低气温出现在）日变化规律。由地球自转引起。日最低气温出现在6：007：00左右。日最高气温出现在左右。日最高气温出现在14：00左右。左右。7/22/202415室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境（三）空气湿度（三）空气湿度1.湿度：空气中水蒸气的含量。可用绝对湿度湿度：空气中水蒸气的含量。可用绝对湿度或相对湿度表示，通常使用相或相对湿度表示，通常使用相 对湿度表示对湿度表示空气的湿度。空气的湿度。2.变化规律变化规律（1）年变化规律）年变化规律:最热月绝对湿度最大，最冷最热月绝对湿度最大，最冷月绝对湿度最小。月绝对湿度最小。（2）日变化规律）日变化规律:晴天时，日相对湿度最大值晴天时，日相对湿度最大值出现在出现在4：005：00，日相对湿日相对湿 度最小值度最小值出现在出现在13：00 15：00。7/22/202416室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境（四）风四）风四）风四）风1. 1.风风风风指由大气压力差所引起的大气水平方向的运动。指由大气压力差所引起的大气水平方向的运动。指由大气压力差所引起的大气水平方向的运动。指由大气压力差所引起的大气水平方向的运动。2. 2.风的类型风的类型风的类型风的类型（1 1）季候风（大气环流）季候风（大气环流）季候风（大气环流）季候风（大气环流） 由于太阳辐射热在地球上照射不均由于太阳辐射热在地球上照射不均由于太阳辐射热在地球上照射不均由于太阳辐射热在地球上照射不均匀，使得赤道和两极之间出现温差，从而引起大气在赤道和两极匀，使得赤道和两极之间出现温差，从而引起大气在赤道和两极匀，使得赤道和两极之间出现温差，从而引起大气在赤道和两极匀，使得赤道和两极之间出现温差，从而引起大气在赤道和两极之间产生活动，即为大气环流。之间产生活动，即为大气环流。之间产生活动，即为大气环流。之间产生活动，即为大气环流。（2 2）地方风）地方风）地方风）地方风局部地区受热不均引起的小范围内的大气流动，局部地区受热不均引起的小范围内的大气流动，局部地区受热不均引起的小范围内的大气流动，局部地区受热不均引起的小范围内的大气流动，如海陆风、山谷风、庭院风等。如海陆风、山谷风、庭院风等。如海陆风、山谷风、庭院风等。如海陆风、山谷风、庭院风等。3. 3.风的特性风的特性风的特性风的特性（1 1）风向）风向）风向）风向风吹来的地平方向为风向，通常用风向风风吹来的地平方向为风向，通常用风向风风吹来的地平方向为风向，通常用风向风风吹来的地平方向为风向，通常用风向风玫瑰图玫瑰图玫瑰图玫瑰图表示。表示。表示。表示。（2 2）风速）风速）风速）风速单位时间内风前进的距离，单位为单位时间内风前进的距离，单位为单位时间内风前进的距离，单位为单位时间内风前进的距离，单位为m/sm/s，也可用，也可用，也可用，也可用风玫瑰风玫瑰风玫瑰风玫瑰图表示。图表示。图表示。图表示。7/22/202417室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境（五）降水（五）降水（五）降水（五）降水1. 1.降水降水降水降水 从大地蒸发出来的水蒸汽进入大气层从大地蒸发出来的水蒸汽进入大气层从大地蒸发出来的水蒸汽进入大气层从大地蒸发出来的水蒸汽进入大气层, ,经过凝结后又降经过凝结后又降经过凝结后又降经过凝结后又降到地面上的液态或固态的水分。如雨、雪、雹都属降水现象。到地面上的液态或固态的水分。如雨、雪、雹都属降水现象。到地面上的液态或固态的水分。如雨、雪、雹都属降水现象。到地面上的液态或固态的水分。如雨、雪、雹都属降水现象。2. 2.降水的性质降水的性质降水的性质降水的性质（1 1）降水量）降水量）降水量）降水量降落到地面的雨、雪、雹等融化后，未经蒸发或降落到地面的雨、雪、雹等融化后，未经蒸发或降落到地面的雨、雪、雹等融化后，未经蒸发或降落到地面的雨、雪、雹等融化后，未经蒸发或渗透流失而累积在水平面上的水层厚度。单位为渗透流失而累积在水平面上的水层厚度。单位为渗透流失而累积在水平面上的水层厚度。单位为渗透流失而累积在水平面上的水层厚度。单位为mm mm 。（2 2）降水强度）降水强度）降水强度）降水强度单位时间（单位时间（单位时间（单位时间（2424小时）内的降水量，单位：小时）内的降水量，单位：小时）内的降水量，单位：小时）内的降水量，单位：mm/dmm/d根据降水强度，可将降水划分如下：根据降水强度，可将降水划分如下：根据降水强度，可将降水划分如下：根据降水强度，可将降水划分如下： 小雨小雨小雨小雨 10 10 中雨中雨中雨中雨 10 102525 大雨大雨大雨大雨25 25 50 50 暴雨暴雨暴雨暴雨 50 50 100 1007/22/202418室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境2.2 2.2 室内的影响因素室内的影响因素室内的影响因素室内的影响因素 （1 1）热环境设备的影响）热环境设备的影响）热环境设备的影响）热环境设备的影响 （2 2）其他设备的影响）其他设备的影响）其他设备的影响）其他设备的影响 （3 3）人体活动的影响）人体活动的影响）人体活动的影响）人体活动的影响7/22/202419室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n福建省气候分区福建省气候分区7/22/202420室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n4 改善室内热环境的建筑途径改善室内热环境的建筑途径4.1太阳辐射热的利用与调节（1 1）窗口设计）窗口设计夏热冬冷地区夏热冬冷地区:居住建筑的外墙面积不应过大，各朝向的窗居住建筑的外墙面积不应过大，各朝向的窗墙面积比，北向不应大于墙面积比，北向不应大于0.450.45；东、西向不应大于；东、西向不应大于0.300.30；南向不应大于南向不应大于0.500.50。（2 2）透射体设计）透射体设计（3 3）被动式太阳能建筑）被动式太阳能建筑7/22/202421室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n4 改善室内热环境的建筑途径改善室内热环境的建筑途径4.1太阳辐射热的利用与调节（3）被动式太阳能建筑（被动式太阳能建筑（Passive solar house) 以墙、地板、屋盖等为主体，组成吸热、储存以墙、地板、屋盖等为主体，组成吸热、储存、控制与分配太阳能的系统。不用机械力量而靠、控制与分配太阳能的系统。不用机械力量而靠对流、传导、辐射等传热机制吸收、蓄存、释放对流、传导、辐射等传热机制吸收、蓄存、释放太阳能的建筑。太阳能的建筑。7/22/202422室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n4 改善室内热环境的建筑途径改善室内热环境的建筑途径4.1太阳辐射热的利用与调节（4）太阳房（太阳房（ solar house)n太阳房是直接利用太阳辐射能的重要方面。把房屋看作太阳房是直接利用太阳辐射能的重要方面。把房屋看作一个集热器，通过建筑设计把高效一个集热器，通过建筑设计把高效隔热材料、透光材料、隔热材料、透光材料、储能材料储能材料等有机地集成在一起，使房屋尽可能多地吸收等有机地集成在一起，使房屋尽可能多地吸收并保存太阳能，达到房屋采暖目的。并保存太阳能，达到房屋采暖目的。 7/22/202423室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n4 改善室内热环境的建筑途径改善室内热环境的建筑途径4.1太阳辐射热的利用与调节（4）太阳房（太阳房（ solar house) 太阳房可以节约太阳房可以节约75907590的能耗，并具有良好的能耗，并具有良好的环境效益和经济效益，成为各国太阳能利用技术的的环境效益和经济效益，成为各国太阳能利用技术的重要方面。在太阳房技术和应用方面欧洲处于领先地重要方面。在太阳房技术和应用方面欧洲处于领先地位，特别是在位，特别是在玻璃涂层、窗技术、透明隔热材料玻璃涂层、窗技术、透明隔热材料等方等方面居世界领先地位。面居世界领先地位。 7/22/202424室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境 4.2 优化围护结构性能 1)1)保温性能保温性能 在采暖建筑中，围护结构应有足够的保温性能。这不仅是保在采暖建筑中，围护结构应有足够的保温性能。这不仅是保证室内热环境的要求，同时对建筑节能亦具有重要意义。证室内热环境的要求，同时对建筑节能亦具有重要意义。 2)2)隔热性能隔热性能 在夏季需要防热的地区，围护结构应具有足够的隔热性能，在夏季需要防热的地区，围护结构应具有足够的隔热性能，对于屋顶、西墙和东墙，更应特别重视。对于屋顶、西墙和东墙，更应特别重视。 3)3)防潮性能防潮性能 无论是从室内环境的要求，还是从围护结构的性能和耐久性无论是从室内环境的要求，还是从围护结构的性能和耐久性考虑，围护结构防潮都是重要的。由于引起围护结构受潮湿有多方考虑，围护结构防潮都是重要的。由于引起围护结构受潮湿有多方面的原因，因此，防潮措施必须有的放矢。本课程涉及到的仅是热面的原因，因此，防潮措施必须有的放矢。本课程涉及到的仅是热物理性能的潮湿问题。物理性能的潮湿问题。7/22/202425室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n4 改善室内热环境的建筑途径改善室内热环境的建筑途径 4.3 自然通风 为为了了保保持持室室内内空空气气的的清清新新，排排除除室室内内产产生生的的不不洁洁气气体体、物物质质、烟烟尘尘、湿湿汽汽与与热热空空气气，通通风风换换气气是是必必不不可可少少的的。就就炎炎热热地地区区防防热热而而言言，不不仅仅应应有有一一定定的的通通风风量量，还还应应使使空空气气具具有有适适当当的的流流速速。但但通通风风的的前前提提条条件件是是室室外外空空气气的的品品质质( (包包括括温温、湿湿度度等等) )，都都应应优优于于室室内内空空气气才才有有意意义义，才才能能有有助助于于改善室内环境。改善室内环境。 7/22/202426室内热环境室内热环境第一章第一章 室内外热环境室内外热环境n4 改善室内热环境的建筑途径改善室内热环境的建筑途径 4.4 绿化 植物对人体的影响，除心理因素和美化环境外，还具有增加氧植物对人体的影响，除心理因素和美化环境外，还具有增加氧气、清洁空气、调节水分和湿度、降低噪声干扰等多种作用。特别是气、清洁空气、调节水分和湿度、降低噪声干扰等多种作用。特别是植物通过光合作用吸收太阳辐射热，茂密的簇叶能有效地遮挡直射阳植物通过光合作用吸收太阳辐射热，茂密的簇叶能有效地遮挡直射阳光，在炎热的夏季起到隔热降温的作用。总之，绿化是在多方面可以光，在炎热的夏季起到隔热降温的作用。总之，绿化是在多方面可以改善环境的有效措施。改善环境的有效措施。 由由于于影影响响人人体体热热舒舒适适的的因因素素较较多多，改改善善热热环环境境必必须须采采取取综综合合措措施施，而而且且应应当当在在规规划划设设计计与与单单体体设设计计中中，从从方方案案构构思思到到建建筑筑施施工工图图逐逐一一落落实，以便创造优雅、舒适的建筑环境。实，以便创造优雅、舒适的建筑环境。 7/22/202427室内热环境室内热环境