第5章建筑熱工學(xué)

5.1建筑保溫

5.2建筑防熱

5.3建筑日照

5.4建筑防潮

1第5章建筑熱工學(xué)

5.1建筑保溫

5.2建筑防熱5.3建筑日照本節(jié)要點(diǎn)：1.日照基本規(guī)律；2.日照標(biāo)準(zhǔn);3.日照設(shè)計(jì)方法。

25.3建筑日照25.3.1日照基本規(guī)律

一、地球運(yùn)行規(guī)律公轉(zhuǎn),自轉(zhuǎn)35.3.1日照基本規(guī)律3

(1)地球公轉(zhuǎn)一年365天黃道面:地球繞太陽(yáng)運(yùn)行的軌道平面地軸與黃道面成66o33′傾斜。太陽(yáng)赤緯角:太陽(yáng)光線與赤道平面的夾角。4(1)地球公轉(zhuǎn)一年365天

夏至日太陽(yáng)赤緯角=23o27′

5夏至日5

夏至日太陽(yáng)赤緯角=23o27′

6夏至日6

夏至日太陽(yáng)赤緯角=23o27′北半球晝長(zhǎng)夜短南半球晝短夜長(zhǎng)

7夏至日7

夏至日太陽(yáng)赤緯角=23o27′北半球晝長(zhǎng)夜短南半球晝短夜長(zhǎng)北極圈永晝南極圈長(zhǎng)夜

8夏至日899

冬至日太陽(yáng)赤緯角=－23o27′北半球晝短夜長(zhǎng)南半球晝長(zhǎng)夜短北極圈長(zhǎng)夜南極圈永晝

10

春分、秋分太陽(yáng)赤緯角=0南北半球晝夜等長(zhǎng)

11春分、秋分11

地球公轉(zhuǎn)的日期

赤緯角δ

δ:23°27′～﹣23°27′

1212季節(jié)日期赤緯δ日期季節(jié)夏至6月21日或22日＋23°27′芒種6月6日左右＋22°30′7月7日左右小暑小滿5月21日左右＋20°00′7月21日左右大暑立夏5月6日左右＋15°00′8月8日左右立秋谷雨4月21日左右＋11°00′8月21日左右處暑清明4月5日左右＋6°00′9月8日左右白露春分3月21日或22日0°9月22日或23日秋分驚蟄3月6日左右－6°00′10月8日左右寒露雨水2月21日左右－11°00′10月21日左右霜降立春2月4日左右－15°00′11月7日左右立冬大寒1月21日左右－20°00′11月21日左右小雨小寒1月6日左右－22°30′12月7日左右大雪－23°27′12月22日或23日冬至一年二十四節(jié)氣的太陽(yáng)赤緯角δ

13日期赤緯δ日期季節(jié)夏至6月21日或22日＋23

(2)地球自轉(zhuǎn)一天24小時(shí)太陽(yáng)時(shí):以太陽(yáng)位于正南向?yàn)?2時(shí)規(guī)定的時(shí)間系統(tǒng)時(shí)角Ω:0°～360°

14(2)地球自轉(zhuǎn)一天24小時(shí)14

(3)日照規(guī)律基本參數(shù)地球公轉(zhuǎn):赤緯角δ(23°27′～﹣23°27′)地球自轉(zhuǎn):時(shí)角Ω

(0°～360°)地面位置:緯度Ф(0°～90°)

15(3)日照規(guī)律基本參數(shù)15

二、太陽(yáng)在天空中的位置太陽(yáng)高度角hs太陽(yáng)方位角As

16二、太陽(yáng)在天空中的位置16一天中:正午As=0,hs最大上午、下午As

,

hs對(duì)稱分布

hs17一天中:hs17一年中:春分、秋分:﹣90°≤As

≤90°

As范圍:180°hs18一年中:As范圍:180°hs18一年中:春分、秋分:﹣90°≤As

≤90°

As范圍:180°hs19一年中:As范圍:180°hs19一年中:冬至日:﹣90°<As<90°

As范圍:<

180°hs20一年中:As范圍:<180°hs20一年中:夏至日:

As范圍:>

180°hs21一年中:As范圍:>180°hs21

三、太陽(yáng)高度角hs和方位角As計(jì)算

sinhs=sinφ

sinδ+cosφcosδcosΩ位置日期時(shí)間hs

,Asφ

δ

Ω22三、太陽(yáng)高度角hs和方位角As計(jì)算sinhs=sinφ

1.太陽(yáng)高度角hs計(jì)算(1)南向hs

南向:Ω=0sinhs=sinφ

sinδ+cosφcosδcosΩsinhs=sinφ

sinδ+cosφcosδ=cos(φ－δ)

=cos(δ－φ)hs=90o－∣φ－δ∣231.太陽(yáng)高度角hs計(jì)算sinhs=sinφsi

(1)南向hs:hs=90o－∣φ－δ∣重慶(φ=29o35′)冬至日δ=－23o27′

hs=90o－∣29o35′－(－23o27′)∣=36o58′夏至日δ=23o27′

hs=90o－∣29o35′－23o27′∣=83o52′秋、春分δ=

0o

hs=90o－∣29o35′－0o∣=60o25′24(1)南向hs:hs=90o－∣φ－δ∣

(1)南向hs:hs=90o－∣φ－δ∣重慶(φ=29o35′)冬至日δ=－23o27′

hs=90o－∣29o35′－(－23o27

′)∣=36o58′夏至日δ=23o27′

hs=90o－∣29o35′－23o27

′∣=83o52′25(1)南向hs:hs=90o－∣φ－δsinhs=sinφ

sinδ+cosφcosδcosΩ=0(2)日出、日沒(méi)時(shí)間T

日出、日沒(méi):

hs=0

日出、日沒(méi)時(shí)角Ω:cosΩ=－tanφtanδ

日出、日沒(méi)時(shí)間T:12時(shí)0時(shí)

Ω

Ω

時(shí)間360°24小時(shí)15°1小時(shí)1°4分26sinhs=sinφsinδ+cosφcosδcosΩ日出、日沒(méi)時(shí)角Ω:cosΩ=－tanφtanδ重慶(φ=29o35′)冬至日δ=－23o27′cosΩ=－tan29o35′tan(－23o27′)=0.246

Ω=±75.7o27日出、日沒(méi)時(shí)角Ω:cosΩ=－tanφ日出、日沒(méi)時(shí)角Ω:cosΩ=－tanφtanδ重慶(φ=29o35′)冬至日:

Ω=±75.7o

T=±6時(shí)57分12時(shí)0時(shí)

Ω=75.7o

75.7o5時(shí)3分28日出、日沒(méi)時(shí)角Ω:cosΩ=－tanφ6時(shí)57分－6時(shí)57分(17時(shí)3分)12時(shí)日出、日沒(méi)時(shí)角Ω:cosΩ=－tanφtanδ重慶(φ=29o35′)冬至日:

T=±6時(shí)57分

0時(shí)296時(shí)57分－6時(shí)57分(17時(shí)3分)12時(shí)日出、日出、日沒(méi)時(shí)角Ω:cosΩ=－tanφtanδ重慶(φ=29o35′)春、秋分:

δ=

0o,

Ω=±90o

T=±6時(shí)

6時(shí)－6時(shí)(18時(shí))12時(shí)0時(shí)30日出、日沒(méi)時(shí)角Ω:cosΩ=－tanφ日出、日沒(méi)時(shí)間T:重慶(φ=29o35′)冬至日:

T=±6時(shí)57分春、秋分:

T=±6時(shí)

夏至日:

T=±5時(shí)3分

12時(shí)0時(shí)特點(diǎn):T春+T秋=T冬+T夏=1231日出、日沒(méi)時(shí)間T:12時(shí)0時(shí)特點(diǎn):T春+T秋

2.太陽(yáng)方位角As計(jì)算

日出、日沒(méi):hs=0

322.太陽(yáng)方位角As計(jì)算32日出、日沒(méi)As:重慶(φ=29o35′)

冬至日δ=－23o27′

As=±62.8o=±62o48′

s62o48’－62o48’冬至33日出、日沒(méi)As:s62o48’－62o48’冬至日出、日沒(méi)As:重慶(φ=29o35′)冬至日:As=±62o48′春、秋分:

As=±90o

夏至日:

As=±117o12′

s冬至夏至秋、春分特點(diǎn):As春+As秋=As冬+As夏=180o34日出、日沒(méi)As:s冬至夏至秋、春分特點(diǎn):As春s冬至夏至終年陰影區(qū)終日陰影區(qū)35s冬至夏至終年終日陰影區(qū)355.3.2日照標(biāo)準(zhǔn)

一、背景工業(yè)革命以來(lái)出現(xiàn)了城市擁擠,居住條件惡化,流行病漫延等環(huán)境問(wèn)題。城市改造,城市環(huán)境建設(shè),田園城市‥‥‥1932年第四屆國(guó)際建筑師大會(huì)提出:居住建筑在冬季至少應(yīng)有2小時(shí)的日照美國(guó)公眾健康協(xié)會(huì)要求:至少有一半的居住用房在冬至日中午有1~2小時(shí)日照各國(guó)制定了相應(yīng)法規(guī),規(guī)定了居住建筑日照要求。365.3.2日照標(biāo)準(zhǔn)36二、日照標(biāo)準(zhǔn)《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50180—93《住宅建筑規(guī)范》GB50368—2005住宅建筑日照標(biāo)準(zhǔn)建筑氣候區(qū)劃Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ氣候區(qū)Ⅳ氣候區(qū)Ⅴ、Ⅵ氣候區(qū)大城市中小城市大城市中小城市日照標(biāo)準(zhǔn)日大寒日冬至日日照時(shí)數(shù)（h）≥2≥3≥1有效日照時(shí)間（h）8~169~15計(jì)算起點(diǎn)底層窗臺(tái)面37二、日照標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ氣候區(qū)Ⅳ氣候區(qū)Ⅴ、Ⅵ氣候建筑氣候分區(qū)

38

建筑日照分區(qū)

大寒日日照時(shí)數(shù):

≥2(大城市)

≥

3(中小城市)

日照時(shí)數(shù):≥

3(大城市大寒日)≥

1(中小城市冬至日)

冬至日日照時(shí)數(shù):

≥

1

39

日照標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn):(1)按不利原則規(guī)定日照標(biāo)準(zhǔn)日:冬至日,大寒日計(jì)算起點(diǎn):底層窗臺(tái)面

建筑氣候區(qū)劃Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ氣候區(qū)Ⅳ氣候區(qū)Ⅴ、Ⅵ氣候區(qū)大城市中小城市大城市中小城市日照標(biāo)準(zhǔn)日大寒日冬至日日照時(shí)數(shù)（h）≥2≥3≥1有效日照時(shí)間（h）8~169~15計(jì)算起點(diǎn)底層窗臺(tái)面40日照標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn):Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ氣候區(qū)Ⅳ氣候區(qū)Ⅴ、Ⅵ氣候日照標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn):(2)在經(jīng)濟(jì)、人口集中的I,II,III,IV,VII氣候區(qū),大城市的日照要求低于中小城市比較:日照時(shí)數(shù)

建筑氣候區(qū)劃Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ氣候區(qū)Ⅳ氣候區(qū)Ⅴ、Ⅵ氣候區(qū)大城市中小城市大城市中小城市日照標(biāo)準(zhǔn)日大寒日冬至日日照時(shí)數(shù)（h）≥2≥3≥1有效日照時(shí)間（h）8~169~15計(jì)算起點(diǎn)底層窗臺(tái)面41日照標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn):Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ氣候區(qū)Ⅳ氣候區(qū)Ⅴ、Ⅵ氣候日照標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn):(2)在經(jīng)濟(jì)、人口集中的I,II,III,IV,VII氣候區(qū),大城市的日照要求低于中小城市比較:日照有效時(shí)間帶(太陽(yáng)時(shí))

建筑氣候區(qū)劃Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ氣候區(qū)Ⅳ氣候區(qū)Ⅴ、Ⅵ氣候區(qū)大城市中小城市大城市中小城市日照標(biāo)準(zhǔn)日大寒日冬至日日照時(shí)數(shù)（h）≥2≥3≥1有效日照時(shí)間（h）8~169~15計(jì)算起點(diǎn)底層窗臺(tái)面42日照標(biāo)準(zhǔn)特點(diǎn):Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ氣候區(qū)Ⅳ氣候區(qū)Ⅴ、Ⅵ氣候三、太陽(yáng)時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)太陽(yáng)時(shí)T與位置有關(guān):經(jīng)度相同的位置,太陽(yáng)時(shí)相同43三、太陽(yáng)時(shí)與標(biāo)準(zhǔn)時(shí)43時(shí)區(qū)劃分:按經(jīng)度每15°為一個(gè)時(shí)區(qū),共24個(gè)時(shí)區(qū),每個(gè)時(shí)區(qū)以其中央子午線所在處的太陽(yáng)時(shí)為標(biāo)準(zhǔn)時(shí),每?jī)蓚€(gè)相鄰時(shí)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)相差1小時(shí)

44時(shí)區(qū)劃分:440時(shí)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時(shí):英國(guó)倫敦格林威治時(shí)間中國(guó):東5時(shí)區(qū)東9時(shí)區(qū)中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)=北京時(shí)間=東8時(shí)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)450時(shí)區(qū)標(biāo)準(zhǔn)時(shí):英國(guó)倫敦格林威治時(shí)間45標(biāo)準(zhǔn)時(shí)與太陽(yáng)時(shí)的關(guān)系:經(jīng)度L太陽(yáng)時(shí)T北京時(shí)間T′120o

T

=T′北京市116°17’?12時(shí)

△L

△T1°4分

46標(biāo)準(zhǔn)時(shí)與太陽(yáng)時(shí)的關(guān)系:46標(biāo)準(zhǔn)時(shí)與太陽(yáng)時(shí)的關(guān)系:經(jīng)度L太陽(yáng)時(shí)T北京時(shí)間T′120o

T=T′北京市116°17’11時(shí)45分12秒

12時(shí)

△L

△T1°4分

3.7°14.8分47標(biāo)準(zhǔn)時(shí)與太陽(yáng)時(shí)的關(guān)系:47標(biāo)準(zhǔn)時(shí)與太陽(yáng)時(shí)的關(guān)系:經(jīng)度L太陽(yáng)時(shí)T北京時(shí)間T′120o

T=T′北京市116°17’11時(shí)45分12秒

12時(shí)

太陽(yáng)時(shí)T與北京時(shí)間T′的換算:

T=T′+4(L－120)分

48標(biāo)準(zhǔn)時(shí)與太陽(yáng)時(shí)的關(guān)系:485.3.3日照設(shè)計(jì)

內(nèi)容:確定建筑的日照間距計(jì)算建筑的日照時(shí)間

方法:(1)棒影日照?qǐng)D(2)日照模型實(shí)驗(yàn)

(3)日照分析軟件

495.3.3日照設(shè)計(jì)49(1)棒影日照?qǐng)D

50(1)棒影日照?qǐng)D50(1)棒影日照?qǐng)D

51(1)棒影日照?qǐng)D51(2)日照模型實(shí)驗(yàn)

52(2)日照模型實(shí)驗(yàn)52(2)日照模型實(shí)驗(yàn)

53(2)日照模型實(shí)驗(yàn)53(2)日照模型實(shí)驗(yàn)

54(2)日照模型實(shí)驗(yàn)54(3)日照分析軟件

55(3)日照分析軟件55(3)日照分析軟件詳見(jiàn)第8章介紹

56(3)日照分析軟件565.3建筑日照復(fù)習(xí)：日照三參數(shù):赤緯角δ,時(shí)角Ω,緯度Ф

太陽(yáng)高度角hs和方位角As的變化特點(diǎn)及計(jì)算日照標(biāo)準(zhǔn)及其特點(diǎn)日照設(shè)計(jì)方法575.3建筑日照復(fù)習(xí)：57思考題：地球上哪些位置日照規(guī)律相同?哪些位置太陽(yáng)時(shí)相同?一年中太陽(yáng)方位角的變化范圍在高緯度地區(qū)和低高緯度地區(qū)有何差別?58思考題：58第5章建筑熱工學(xué)

5.1建筑保溫

5.2建筑防熱

5.3建筑日照

5.4建筑防潮

59第5章建筑熱工學(xué)

5.1建筑保溫

5.2建筑防熱5.4建筑防潮本節(jié)要點(diǎn)：1.圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱濕分布；2.圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝控制。

605.4建筑防潮605.4.1建筑中的濕問(wèn)題(1)內(nèi)表面凝結(jié)潮濕表面容易滋生霉菌及其他微生物繁殖，并會(huì)散布到室內(nèi)空氣中和物品上，使物品變質(zhì)，影響環(huán)境衛(wèi)生,危害人體健康。解決辦法:圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫達(dá)到最小熱阻要求615.4.1建筑中的濕問(wèn)題61(2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部凝結(jié)建筑材料受潮,導(dǎo)致強(qiáng)度降低、變形、腐爛、脫落，降低使用質(zhì)量，影響建筑物的耐久性。圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的保溫材料受潮，導(dǎo)致導(dǎo)熱系數(shù)增大，保溫能力降低。P室外＜P室內(nèi)62(2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部凝結(jié)P室外＜P室內(nèi)625.4.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝

一、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝判定依據(jù)凝結(jié)條件:P≥Ps

不凝結(jié)凝結(jié)635.4.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部冷凝63二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度分布

根據(jù)計(jì)算

64二、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度分布64

65656666溫度分布圖解法材料層的熱阻越大，溫度分布直線降落越陡

67溫根據(jù)溫度得到飽和水蒸氣分壓力:68根據(jù)溫度68三、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部水蒸汽分壓力分布穩(wěn)定傳熱傳濕比較:

傳熱

傳濕

熱流強(qiáng)度q

單位:W/m2

蒸汽滲透強(qiáng)度ω

單位:g/(m2·h)

q=溫差熱阻R=d

熱阻:材料的導(dǎo)熱系數(shù)

ω=蒸汽壓力差蒸汽滲透阻H=d

μ蒸汽滲透阻μ:材料的蒸汽滲透系數(shù)一般密實(shí)材料μ小,多孔透氣材料μ大69三、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部水蒸汽分壓力分布q=溫差R=d

ω=蒸汽壓力差蒸汽滲透阻70ω=蒸汽壓力差70計(jì)算Pi、P2、P3、Pe:(1)由ti、te和φi、φe，計(jì)算出Pi、Pe

ti、te

Psi、Pse

Pi=φi

Psi

Pe=φe

Pse

(2)根據(jù)ω

=ω1=ω2=ω3計(jì)算P2,P3

71計(jì)算Pi、P2、P3、Pe:71Pi－P2

H1

==P2－P3

H2Pi－Pe

H0

ω=ω1=ω2

72Pi－P2==四、

圍護(hù)結(jié)構(gòu)濕分布計(jì)算步驟

(1)由ti、te，計(jì)算θi

、

θ1

、

‥‥‥θe;

(2)由θi、θ1

、‥‥‥θe,查表得Psi，

Ps1,‥‥‥

Pse,(3)由ti、te和φi、φe，計(jì)算Pi、P1,‥‥‥

Pe

(4)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)剖面圖上，以壓力為縱坐標(biāo)，連接Psi

Ps1,‥‥‥

Pse各點(diǎn)為一折線，即為飽和水蒸汽分壓力Ps分布；同理，連接Pi、P1,‥‥‥

Pe各點(diǎn)為一折線，即為水蒸汽分壓力P分布。

73四、圍護(hù)結(jié)構(gòu)濕分布計(jì)算步驟73【例5-8】檢查下圖所示外墻是否會(huì)產(chǎn)生冷凝。已知:ti=16℃，φi

=60%，te

=－4℃，

φe

=50%外墻構(gòu)造：1—20mm厚石灰砂漿內(nèi)粉刷；2—50mm厚加氣混凝土（密度500kg/m3）；3—120mm厚磚墻?！窘狻坎襟E如下:（1）計(jì)算各層熱阻和水蒸汽滲透阻

（2）計(jì)算室內(nèi)、外空氣的水蒸汽分壓力（3）計(jì)算各層的溫度和水蒸汽分壓力（4）作出P與Ps分布圖

74【例5-8】檢查下圖所示外墻是否會(huì)產(chǎn)生冷凝。74序號(hào)材料層d(m)λRμH1石灰粉刷0.020.810.0250.00012166.672加氣混凝土0.050.190.2630.000199251.513磚墻0.120.810.1480.00006671799.10（1）計(jì)算各層熱阻和水蒸汽滲透阻m2.K/Wm2﹒h﹒Pa/gm2·K/Wm2﹒h﹒Pa/g75序號(hào)材料層d(m)λRμH1石灰粉刷0.020.810.02（2）計(jì)算室內(nèi)、外空氣的水蒸汽分壓力

ti=16℃，Psi=1817Pa則Pi=φi

Psi=1817×60%=1090.3Pa

te

=－4℃，

Pse=437.3Pa則Pe=φe

Pse=437.3×50%=218.7Pa76（2）計(jì)算室內(nèi)、外空氣的水蒸汽分壓力76（3）計(jì)算各層的溫度和水蒸汽分壓力

℃,Psi=1419.9Pa

℃,

Ps2=1347.9

Pa℃,

Ps3=726.6

Pa

℃,

Pse=492.0

PaPaPa77（3）計(jì)算各層的溫度和水蒸汽分壓力77（4）作出P與Ps分布圖

P曲線與Ps曲線相交，說(shuō)明墻體內(nèi)部將出現(xiàn)冷凝