建筑物理-熱工學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)市公開課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

4/13/2024《建筑物理》

主講人:南新軍電話筑物理講義第1頁緒論建筑物理概述

一、為何要學(xué)習(xí)建筑物理知識(shí)？

二、建筑物理知識(shí)包含那些范圍？

三、怎樣經(jīng)過建筑物理知識(shí)應(yīng)用處理工程技術(shù)問題？

建筑物理講義第2頁《建筑物理》總課時(shí)理論課時(shí)其它適用專業(yè)64604建筑學(xué)

《建筑物理》是建筑學(xué)專業(yè)選修課，經(jīng)過本課程教學(xué)，使學(xué)生把建筑藝術(shù)與建筑技術(shù)有機(jī)融為一體，使之掌握室內(nèi)物理環(huán)境基本設(shè)計(jì)原理與方法、處理與設(shè)計(jì)相關(guān)技能和辦法。它是建筑設(shè)計(jì)理論組成部分，而且為建筑設(shè)計(jì)和建筑創(chuàng)作提供必要基礎(chǔ)。目標(biāo)在于使學(xué)生了解并掌握建筑物中熱環(huán)境、聲環(huán)境、光環(huán)境設(shè)計(jì)基本知識(shí)，充分利用自然能源，確保室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，以滿足人們生活質(zhì)量不停提升要求。一、課程性質(zhì)與目標(biāo)建筑物理講義第3頁

第一章筑熱工學(xué)基本知識(shí)

第二章圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱原理及其計(jì)算

第三章建筑保溫設(shè)計(jì)

第四章外圍護(hù)結(jié)構(gòu)濕情況

第五章建筑防熱

第六章建筑日照

第七章建筑光學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

第八章天然采光

第九章建筑照明

第十章建筑聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

第十一章室內(nèi)聲學(xué)原理

第十二章吸聲材料與吸聲結(jié)構(gòu)

第十三章室內(nèi)音質(zhì)設(shè)計(jì)

第十四章噪聲控制與建筑隔音

建筑物理試驗(yàn)8課時(shí)30課時(shí)12課時(shí)12課時(shí)二、課程教學(xué)內(nèi)容：理論教學(xué)試驗(yàn)教學(xué)建筑物理講義第4頁三、課程教學(xué)基本要求：

1.要求學(xué)生在了解建筑傳熱、聲音傳輸?shù)任锢硪?guī)

律基礎(chǔ)上，知道客觀物理現(xiàn)象“是什么”？“為什么”？；

2.結(jié)合對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)實(shí)踐，知道“做什么”？“怎么做”？能利用理論知識(shí)處理設(shè)計(jì)中所碰到一些技術(shù)問題，以提升今后工作中后勁。

四、教學(xué)要求：

教學(xué)要求：經(jīng)過學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)很好掌握熱工學(xué)、光學(xué)，了解聲學(xué)相關(guān)基本理論知識(shí)，并能利用這些知處理工程實(shí)際問題，尤其是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)問題。建筑物理講義第5頁五、與其它相關(guān)課程關(guān)系：

本課程前續(xù)課程，主要與建筑材料、建筑結(jié)構(gòu)緊密聯(lián)絡(luò)，要求后續(xù)課程：住宅設(shè)計(jì)（保溫、防熱），影劇院設(shè)計(jì)、陳展館（博物館）設(shè)計(jì)相配合。

建筑物理講義第6頁第一篇建筑熱工學(xué)

（32課時(shí)）

本篇主要內(nèi)容：

建筑熱工學(xué)基本知識(shí)

圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱原理及其計(jì)算

建筑保溫設(shè)計(jì)

外圍護(hù)結(jié)構(gòu)濕情況

建筑防熱

建筑日照

建筑物理講義第7頁第一章建筑熱工學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

§1-1建筑中傳熱現(xiàn)象

熱量傳遞稱為傳熱，只要存在溫差，就會(huì)有傳熱現(xiàn)象。

熱傳導(dǎo)幾個(gè)方式：導(dǎo)熱傳熱—分子熱運(yùn)動(dòng)對(duì)流傳熱—相對(duì)位移輻射傳熱—電磁波

建筑物理講義第8頁建筑物理講義第9頁1-2圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱基礎(chǔ)知識(shí)

一、導(dǎo)熱

概念：導(dǎo)熱是指物體中有溫差時(shí)因?yàn)橹苯咏佑|物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)

作熱運(yùn)動(dòng)而引發(fā)熱量傳遞過程。

固體——平衡位置不變質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)

氣體——分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)相互碰撞

液體——平衡位置間歇移動(dòng)著分子振動(dòng)

1.溫度場、溫度梯度和熱流密度

溫度t與空間坐標(biāo)x，y，z和時(shí)間τ函數(shù)關(guān)系：

t=f（x，y，z，τ）（1-1）

溫度場：在某一時(shí)刻物體內(nèi)各質(zhì)點(diǎn)溫度分

布，稱為溫度場

等溫面：溫度場中同一時(shí)刻由相同溫度連成

面叫“等溫面”

溫度梯度：

（1-2）

建筑物理講義第10頁熱流密度:經(jīng)過等溫面上單位面積熱量稱為熱流密度。設(shè)單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過等溫面上微元面積dF[m2]熱量為dQ[W]則熱流密度可表示為：

(1-3)

由式（1－3)得：

或：(1-4)

假如熱流密度在面積F上均勻分布，則熱流量為：

(1-5)w/m2建筑物理講義第11頁2.傅立葉定律

法國數(shù)學(xué)物理學(xué)家傅立葉于1822年最先發(fā)覺提出導(dǎo)熱規(guī)律：勻質(zhì)材料物體內(nèi)各點(diǎn)熱流密度與溫度梯度大小成正比，即

（1-6）

式中λ是個(gè)百分比常數(shù)，恒為正數(shù)，叫做材料導(dǎo)熱系數(shù)。負(fù)號(hào)是表示熱量傳遞只能沿溫度降低方向進(jìn)行。

3.導(dǎo)熱系數(shù)

定義：當(dāng)溫度梯度為1oC/m時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)經(jīng)過單位面積導(dǎo)熱量。由式（1-6）

w/(m.k)(1-7)

建筑物理講義第12頁

普通來說,λ以金屬最大,非金屬和液體次之,氣體最小。工程上通常把導(dǎo)熱系數(shù)小于0.25材料，作為絕熱材料。材料種類氣體液體建筑材料金屬λ0.006~0.60.07~0.70.025~32.2~420導(dǎo)熱系數(shù)λ還與溫度相關(guān)，即：λ=λ0+bt

式中λ0——0oC時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)b——試驗(yàn)測定常數(shù)二、對(duì)流對(duì)流傳熱只發(fā)生在流體之中。建筑物理講義第13頁概念：溫度不一樣各流體之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)、相互摻合而傳遞熱能一個(gè)傳熱方式。分為兩種：

自然對(duì)流——原來溫度相同流體，因其中一部分受熱（或冷）而產(chǎn)生溫差，形成對(duì)流運(yùn)動(dòng)。

受迫對(duì)流——受外力作用迫使流體運(yùn)動(dòng)。在建筑熱工中所包括主要是空氣沿圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面流動(dòng)時(shí)，與壁面之間所產(chǎn)生熱交換過程（表面對(duì)流換熱），包含：

1）空氣流動(dòng)時(shí)所引發(fā)對(duì)流傳熱；2）空氣分子間和相接觸空氣分子與壁面分子之間導(dǎo)熱對(duì)流換熱量可用牛頓公式：(1-8)Qc——對(duì)流換熱強(qiáng)度t——流體溫度ac——對(duì)流換熱系

——固體表面溫度w/m2w/(m2.k)建筑物理講義第14頁1.自然對(duì)流（指圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面）

垂直表面（1-9）

水平表面（熱流由下而上）（1-10）

水平表面（熱流由上而下）（1-11）

上式中是壁面與室內(nèi)空氣溫度差

下面討論對(duì)流換熱系數(shù)2.受迫對(duì)流

內(nèi)表面外表面（1-12）（1-13）式中是氣流速度，m/s建筑物理講義第15頁三、輻射概念：與導(dǎo)熱和對(duì)流在機(jī)理有本質(zhì)區(qū)分，它是以電磁波形式傳遞熱能，凡是溫度高于絕對(duì)零度物體都存在輻射。

1.物體輻射特征

黑體：能發(fā)射全波段熱輻射，在相同溫度條件下，輻射能力最大。建筑物理講義第16頁灰體：其輻射光譜含有與黑體輻射光譜相同形狀，且對(duì)應(yīng)每一波長單色輻射力與同溫同波長黑體比值為一常數(shù)，即比值稱為“發(fā)射率”或“黑度”非灰體:其輻射光譜含有與黑體光譜截然不一樣,甚至有只能發(fā)射一些波長輻射線。

普通建筑材料都可看作灰體。

斯蒂芬—波爾茲曼定律：

黑體和灰體全輻射能力與其表面絕對(duì)溫度四次冪成正比。即：（1-14）（1-15）C—物體輻射系數(shù)w/(m2.k4)T—物體表面絕對(duì)溫度,K黑體輻射系數(shù)Cb=5.68是由試驗(yàn)測得建筑物理講義第17頁由式（1-14）可得灰體輻射系數(shù)：(1-16)2.物體表面對(duì)外來輻射吸收與反射特征任何物體不但含有向外發(fā)射熱輻射能力，而且對(duì)外來輻射含有吸收和反射特征，一些物體還含有透射特征。(1-18)建筑物理講義第18頁3.物體之間輻射換熱換熱量按下式計(jì)算：或（1-19）從上式能夠看出，換熱量與表面溫度相關(guān)。建筑物理講義第19頁第一章建筑熱工學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)§1-2圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱基礎(chǔ)知識(shí)四、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱過程普通要經(jīng)過三個(gè)過程1）表面吸熱2）結(jié)構(gòu)本身傳熱3）表面放熱建筑物理講義第20頁嚴(yán)格地講，每一傳熱過程都是三種基本傳熱方式綜合過程。

1.表面換熱建筑物理講義第21頁2.結(jié)構(gòu)傳熱平壁——厚度尺寸比另外兩個(gè)方向尺寸小多構(gòu)件稱為平壁。單一材料組成平壁叫做單層平壁。在工程上僅對(duì)均勻材料進(jìn)行研究由式（1-6）得在單位時(shí)間內(nèi)，經(jīng)過單位面積熱流——熱流強(qiáng)度為：（w/m2）（1-21）建筑物理講義第22頁當(dāng)平壁兩側(cè)溫度不隨時(shí)間改變時(shí)，此種傳熱稱為:“穩(wěn)定傳熱”。

建筑物理講義第23頁§1-3濕空氣物理性質(zhì)一、水蒸氣分壓力

濕空氣—干空氣和水蒸氣混合物在溫度、壓力一定條件下，一定容積干空氣所能容納水蒸氣量是有限，當(dāng)水蒸氣含量到達(dá)這一程度時(shí)，該濕空氣叫做“飽和”。建筑物理講義第24頁

依據(jù)道爾頓分壓定律，濕空氣壓力等于干空氣分壓力和水蒸氣分壓力之和，即

處于飽和狀態(tài)濕空氣中水蒸氣所展現(xiàn)壓力叫做“飽和水蒸氣壓”或最大水蒸氣分壓力，用PS表示PS與溫度關(guān)系:建筑物理講義第25頁二、空氣濕度概念：表示空氣干濕程度。水蒸氣實(shí)際分壓力可近似按下式表示:（1-23）（1-24）

相對(duì)濕度：在一定溫度、一定大氣壓力下，濕空氣絕對(duì)濕度f與同溫同壓下飽和水蒸氣量fmax百分比。建筑物理講義第26頁相對(duì)濕度也可用公式：（1-25）三、露點(diǎn)溫度td概念:原來不飽和空氣，因溫度降低而到達(dá)飽和狀態(tài)，這一特定溫度稱為露點(diǎn)溫度。建筑物理講義第27頁【例題】已知室內(nèi)空氣溫度t=20°C,相對(duì)濕度φ=60.5%,試求該室空氣露點(diǎn)溫度td。[解]首先應(yīng)求出該居室實(shí)際水蒸氣分壓力P,從附錄2中查得Ps=2337.1Pa；由式（1-25）得P=PSφ=2337.1x60.5%=1413.9Pa

從附錄2中查得Ps=1413.9Pa對(duì)應(yīng)溫度td=12.15°C建筑物理講義第28頁§1-4室內(nèi)熱環(huán)境室內(nèi)環(huán)境包含：一、室內(nèi)熱環(huán)境組成要素及對(duì)人體熱舒適影響組成要素：空氣溫度、空氣濕度、氣流速度、環(huán)境輻射溫度建筑物理講義第29頁

熱平衡公式：

=0時(shí)，體溫恒定不變；>0時(shí)，體溫上升；<0時(shí)，體溫下降。qm—