建筑物理-熱工學基礎(chǔ)知識市公開課一等獎省賽課獲獎?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、為何要學習建筑物理知識？

二、建筑物理知識包含那些范圍？

三、怎樣經(jīng)過建筑物理知識應用處理工程技術(shù)問題？

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

《建筑物理》是建筑學專業(yè)選修課，經(jīng)過本課程教學，使學生把建筑藝術(shù)與建筑技術(shù)有機融為一體，使之掌握室內(nèi)物理環(huán)境基本設(shè)計原理與方法、處理與設(shè)計相關(guān)技能和辦法。它是建筑設(shè)計理論組成部分，而且為建筑設(shè)計和建筑創(chuàng)作提供必要基礎(chǔ)。目標在于使學生了解并掌握建筑物中熱環(huán)境、聲環(huán)境、光環(huán)境設(shè)計基本知識，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)與目標建筑物理講義第3頁

第一章筑熱工學基本知識

第二章圍護結(jié)構(gòu)傳熱原理及其計算

第三章建筑保溫設(shè)計

第四章外圍護結(jié)構(gòu)濕情況

第五章建筑防熱

第六章建筑日照

第七章建筑光學基礎(chǔ)知識

第八章天然采光

第九章建筑照明

第十章建筑聲學基礎(chǔ)知識

第十一章室內(nèi)聲學原理

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

第十四章噪聲控制與建筑隔音

建筑物理試驗8課時30課時12課時12課時二、課程教學內(nèi)容：理論教學試驗教學建筑物理講義第4頁三、課程教學基本要求：

1.要求學生在了解建筑傳熱、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)合對應設(shè)計實踐，知道“做什么”？“怎么做”？能利用理論知識處理設(shè)計中所碰到一些技術(shù)問題，以提升今后工作中后勁。

四、教學要求：

教學要求：經(jīng)過學習，學生應很好掌握熱工學、光學，了解聲學相關(guān)基本理論知識，并能利用這些知處理工程實際問題，尤其是建筑節(jié)能設(shè)計問題。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（保溫、防熱），影劇院設(shè)計、陳展館（博物館）設(shè)計相配合。

建筑物理講義第6頁第一篇建筑熱工學

（32課時）

本篇主要內(nèi)容：

建筑熱工學基本知識

圍護結(jié)構(gòu)傳熱原理及其計算

建筑保溫設(shè)計

外圍護結(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基礎(chǔ)知識

§1-1建筑中傳熱現(xiàn)象

熱量傳遞稱為傳熱，只要存在溫差，就會有傳熱現(xiàn)象。

熱傳導幾個方式：導熱傳熱—分子熱運動對流傳熱—相對位移輻射傳熱—電磁波

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

一、導熱

概念：導熱是指物體中有溫差時因為直接接觸物質(zhì)質(zhì)點

作熱運動而引發(fā)熱量傳遞過程。

固體——平衡位置不變質(zhì)點振動

氣體——分子無規(guī)則運動相互碰撞

液體——平衡位置間歇移動著分子振動

1.溫度場、溫度梯度和熱流密度

溫度t與空間坐標x，y，z和時間τ函數(shù)關(guān)系：

t=f（x，y，z，τ）（1-1）

溫度場：在某一時刻物體內(nèi)各質(zhì)點溫度分

布，稱為溫度場

等溫面：溫度場中同一時刻由相同溫度連成

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)學物理學家傅立葉于1822年最先發(fā)覺提出導熱規(guī)律：勻質(zhì)材料物體內(nèi)各點熱流密度與溫度梯度大小成正比，即

（1-6）

式中λ是個百分比常數(shù)，恒為正數(shù)，叫做材料導熱系數(shù)。負號是表示熱量傳遞只能沿溫度降低方向進行。

3.導熱系數(shù)

定義：當溫度梯度為1oC/m時，在單位時間內(nèi)經(jīng)過單位面積導熱量。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導熱系數(shù)λ還與溫度相關(guān)，即：λ=λ0+bt

式中λ0——0oC時導熱系數(shù)b——試驗測定常數(shù)二、對流對流傳熱只發(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)生相對運動、相互摻合而傳遞熱能一個傳熱方式。分為兩種：

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

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

1）空氣流動時所引發(fā)對流傳熱；2）空氣分子間和相接觸空氣分子與壁面分子之間導熱對流換熱量可用牛頓公式：(1-8)Qc——對流換熱強度t——流體溫度ac——對流換熱系

——固體表面溫度w/m2w/(m2.k)建筑物理講義第14頁1.自然對流（指圍護結(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

下面討論對流換熱系數(shù)2.受迫對流

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：與導熱和對流在機理有本質(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，且對應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—物體表面絕對溫度,K黑體輻射系數(shù)Cb=5.68是由試驗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基礎(chǔ)知識§1-2圍護結(jié)構(gòu)傳熱基礎(chǔ)知識四、圍護結(jié)構(gòu)傳熱過程普通要經(jīng)過三個過程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。在工程上僅對均勻材料進行研究由式（1-6）得在單位時間內(nèi)，經(jīng)過單位面積熱流——熱流強度為：（w/m2）（1-21）建筑物理講義第22頁當平壁兩側(cè)溫度不隨時間改變時，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，當水蒸氣含量到達這一程度時，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。水蒸氣實際分壓力可近似按下式表示:（1-23）（1-24）

相對濕度：在一定溫度、一定大氣壓力下，濕空氣絕對濕度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頁相對濕度也可用公式：（1-25）三、露點溫度td概念:原來不飽和空氣，因溫度降低而到達飽和狀態(tài)，這一特定溫度稱為露點溫度。建筑物理講義第27頁【例題】已知室內(nèi)空氣溫度t=20°C,相對濕度φ=60.5%,試求該室空氣露點溫度td。[解]首先應求出該居室實際水蒸氣分壓力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對應溫度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，體溫恒定不變；>0時，體溫上升；<0時，體溫下降。qm—