1、 房屋房屋建筑学建筑学 第第2章章 第第2 2章章 建筑物理环境基础建筑物理环境基础 物理学是研究客观世界运动规律的学科。 建筑物理学是研究外界环境的运动过程对建筑产生的影响，进而对人体产生的影响的学科。 外界环境的物理要素为热、声、光的运动过程。 建筑物理学的研究对象是热、声、光等物理运动过程对建筑和人体产生的影响。 建筑物理学是设计和建造符合人体生理和心理需要的建筑的基本理论。建筑物理环境建筑物理环境：建筑室内空间与建筑室内空间与人体人体相关的相关的 各个物理要素的总和。各个物理要素的总和。 建筑建筑热热环境环境 建筑建筑声声环境环境 建筑建筑光光环境环境 人通过各类感官器官（眼、耳、鼻、
2、舌、皮肤）接触外界人通过各类感官器官（眼、耳、鼻、舌、皮肤）接触外界物理环境，物理环境对人的生理和心理状态产生着影响着物理环境，物理环境对人的生理和心理状态产生着影响着。 建筑热环境对人的作用建筑热环境对人的作用外界环境与建筑的热交换，外界环境与建筑的热交换，建筑与室内人的热交换建筑与室内人的热交换2.1 2.1 建筑热环境建筑热环境 建筑热环境研究的主要内容有：建筑热环境研究的主要内容有： 建筑保温、建筑保温、 建筑防潮、建筑防潮、 建筑日照、建筑日照、 建筑防热、建筑防热、 建筑中的太阳能利用建筑中的太阳能利用 建筑热环境控制建筑热环境控制就是为了在满足人们的热舒适就是为了在满足人们的热舒
3、适需求前提下，节约资源和能源。需求前提下，节约资源和能源。 （一）稳定传热（一）稳定传热 如果室内外空气温度都不随时间变化，通过围如果室内外空气温度都不随时间变化，通过围护结构的传热过程称为稳定传热。稳定传热计算是护结构的传热过程称为稳定传热。稳定传热计算是建筑保温设计的基础，也是我国严寒和寒冷地区采建筑保温设计的基础，也是我国严寒和寒冷地区采暖居住建筑节能设计的基础。暖居住建筑节能设计的基础。 按照稳态传热计算通过围护结构的传热量公式为按照稳态传热计算通过围护结构的传热量公式为 ： Q Q为单位时间的传热量，为单位时间的传热量，W W；F F为垂直于围护结构的计算传热面积，为垂直于围护结构的
4、计算传热面积，m m2 2；K K为围护结构的传热系数，为围护结构的传热系数，W/(mW/(m2 2.K).K)；t ti i和和t te e分别为室内、外空气温度，分别为室内、外空气温度， 传热系数传热系数K K： R0为围护结构的传热阻，为围护结构的传热阻，m2.K/ W； Ri为内表面换热阻，为内表面换热阻，Ri0.11m2.K/ W； Re为外表面换热阻，为外表面换热阻，Re0.05m2.K/ W； d为材料厚度，为材料厚度，m； 为材料导热系数，为材料导热系数，W/(m.K)。（二）非稳定传热（二）非稳定传热 夏天，室内外空气温度都随时间变化，通过围护夏天，室内外空气温度都随时间变化
5、，通过围护结构的传热过程称为结构的传热过程称为非稳定传热非稳定传热。 非稳定传热计算是建筑防热设计的基础，也是夏非稳定传热计算是建筑防热设计的基础，也是夏热冬冷和夏热冬暖地区建筑节能设计的基础。热冬冷和夏热冬暖地区建筑节能设计的基础。 热惰性指标表征围护结构对温度波动衰减快慢的程度。热惰性指标表征围护结构对温度波动衰减快慢的程度。热惰性指标热惰性指标（2 2）热惰性指标）热惰性指标 D D值越大，温度波在围护结构中衰减越快，围护结构的热稳值越大，温度波在围护结构中衰减越快，围护结构的热稳定性越好。为了抵抗室外热作用的波动，要求外围护结构具有足定性越好。为了抵抗室外热作用的波动，要求外围护结构具
6、有足够的热惰性指标值。够的热惰性指标值。 R R为材料层的热阻，为材料层的热阻，S S为材料层的蓄热系数为材料层的蓄热系数二、建筑热工设计分区二、建筑热工设计分区 我国幅员辽阔，各地气候差异较大。为了使建我国幅员辽阔，各地气候差异较大。为了使建筑设计能够较好适应气候，我国筑设计能够较好适应气候，我国民用建筑热工设民用建筑热工设计规范计规范提出了建筑热工设计分区的概念。具体分提出了建筑热工设计分区的概念。具体分区和设计要求见下表区和设计要求见下表。2.1.2 2.1.2 建筑保温设计建筑保温设计 严寒与寒冷地区的民用建筑为了保证严寒与寒冷地区的民用建筑为了保证: : (1) (1) 冬季室内的冬
7、季室内的气温、湿度、气流速度和室内热辐射气温、湿度、气流速度和室内热辐射在一定允许范围内；在一定允许范围内； (2)(2)建筑围护结构内表面温度不低于室内露点温度，建筑围护结构内表面温度不低于室内露点温度， 必须进行建筑保温设计。必须进行建筑保温设计。 建筑保温设计包括建筑方案设计中的保温综合处建筑保温设计包括建筑方案设计中的保温综合处理和外围护结构保温构造设计。理和外围护结构保温构造设计。 一、建筑保温的综合处理措施一、建筑保温的综合处理措施 （1 1）控制体形系数：）控制体形系数： 体型系数是指一栋建筑物的外表面积体型系数是指一栋建筑物的外表面积F F0 0与其所包围的体积与其所包围的体积
8、V V0 0之比。如果之比。如果建筑外表面凹凸过多，体形系数变大，则建筑物传热耗热量增大。建筑外表面凹凸过多，体形系数变大，则建筑物传热耗热量增大。（2 2）合理布置建筑朝向：）合理布置建筑朝向： 建筑应朝向正南向，建筑立面应避开当地冬季主导风向。建筑应朝向正南向，建筑立面应避开当地冬季主导风向。（3 3）防止冷风渗透：）防止冷风渗透： 冬季通过外围护结构缝隙的冷风渗透使建筑物热损失增大。应提高窗户冬季通过外围护结构缝隙的冷风渗透使建筑物热损失增大。应提高窗户密封性；建筑立面避开冬季主导风向；设置避风措施；利用地形、树木密封性；建筑立面避开冬季主导风向；设置避风措施；利用地形、树木来挡风。来挡
9、风。（4 4）合理选择窗墙面积比：）合理选择窗墙面积比： 窗墙面积比（窗墙比）是指窗洞口面积与房间立面单元墙面积之比。窗墙面积比（窗墙比）是指窗洞口面积与房间立面单元墙面积之比。为了利用太阳能，南向窗墙比最大，北向窗墙比最小，东、西向窗墙比为了利用太阳能，南向窗墙比最大，北向窗墙比最小，东、西向窗墙比介于其间。介于其间。 二、建筑围护结构保温设计二、建筑围护结构保温设计 （1 1）最小传热阻：）最小传热阻： 为了控制围护结构内表面温度不低于室内露点温为了控制围护结构内表面温度不低于室内露点温度，保证内表面不结露的要求，围护结构的传热阻不能度，保证内表面不结露的要求，围护结构的传热阻不能小于某个
10、最低限度值，这个最低限度称为小于某个最低限度值，这个最低限度称为“最小传热最小传热阻阻”。（2 2）围护结构主体部位保温构造）围护结构主体部位保温构造 围护结构保温构造分两类：围护结构保温构造分两类： 单一材料结构；单一材料结构； 复合保温结构复合保温结构 单一材料结构如空心板、空心砌块、加气混凝土等，既能单一材料结构如空心板、空心砌块、加气混凝土等，既能承重，又能保温。承重，又能保温。 复合保温结构由保温层和承重层复合而成。复合结构按保复合保温结构由保温层和承重层复合而成。复合结构按保温层所处的位置可分为内保温（保温层在室内一侧），外保温温层所处的位置可分为内保温（保温层在室内一侧），外保温
11、（保温层在室外一侧）和中间保温（保温层夹在中间）三种。（保温层在室外一侧）和中间保温（保温层夹在中间）三种。 外保温的优点较多：外保温的优点较多： 减小热桥处的热损失。减小热桥处的热损失。 有利于防止保温层内部产生凝结水。有利于防止保温层内部产生凝结水。 房间的热稳定性好。房间的热稳定性好。 降低墙或屋顶的主要部分的温度应力起伏。降低墙或屋顶的主要部分的温度应力起伏。 有利于旧房节能改造。有利于旧房节能改造。 外保温是我国建筑节能的发展方向。外保温是我国建筑节能的发展方向。（3 3）围护结构异常部位的保温设计）围护结构异常部位的保温设计 窗户的保温：可以选用木材、塑料和塑钢窗框；使用断窗户的保
12、温：可以选用木材、塑料和塑钢窗框；使用断热金属窗框。寒冷地区，可采用多层窗；使用新型节能窗户，热金属窗框。寒冷地区，可采用多层窗；使用新型节能窗户，如低辐射玻璃窗（即如低辐射玻璃窗（即Low-ELow-E窗）、中空玻璃窗等。窗）、中空玻璃窗等。 热桥保温：热桥是热量容易通过的地方（如钢或钢筋混热桥保温：热桥是热量容易通过的地方（如钢或钢筋混凝土骨架、圈梁、过梁、板材的肋部等），热桥处内表面温凝土骨架、圈梁、过梁、板材的肋部等），热桥处内表面温度低于主体。对热桥应进行内表面温度验算和保温处理。度低于主体。对热桥应进行内表面温度验算和保温处理。 其他异常部位保温：外墙角、外墙与内墙交角、楼地板其他
13、异常部位保温：外墙角、外墙与内墙交角、楼地板或屋顶与外墙交角等应加强保温。靠近外墙或屋顶与外墙交角等应加强保温。靠近外墙0.51.0m0.51.0m宽的地宽的地面散热最大，因此，外墙周边地板采用局部保温措施。面散热最大，因此，外墙周边地板采用局部保温措施。 图图(a)(a)水蒸气饱和压力水蒸气饱和压力p ps s曲线与水蒸气分压力曲线与水蒸气分压力p p线不相交，线不相交，说明围护结构不会产生内部冷凝。说明围护结构不会产生内部冷凝。 图图(b)(b)中中p ps s线与线与p p线相交，则线相交，则在在p ps s小于小于p p部位围护结构内部部位围护结构内部有冷凝产生有冷凝产生。（a a）围
14、护结构内部无冷凝）围护结构内部无冷凝（b b）围护结构内部有冷凝）围护结构内部有冷凝二、围护结构表面结露的防止和控制二、围护结构表面结露的防止和控制控制控制表面冷凝表面冷凝的主要措施有：的主要措施有：（1）利用保温材料，增加围护结构传热阻，进而提高其内表面温）利用保温材料，增加围护结构传热阻，进而提高其内表面温 度；度；（2）保证室内表面空气气流畅通，加强自然通风；）保证室内表面空气气流畅通，加强自然通风；（3）选择具有一定调湿能力的内墙材料；）选择具有一定调湿能力的内墙材料；（4）高湿环境应考虑有组织引导表面冷凝水，比如，房间吊顶具）高湿环境应考虑有组织引导表面冷凝水，比如，房间吊顶具 有一
15、定坡度。有一定坡度。 三、围护结构内部冷凝的防止和控制三、围护结构内部冷凝的防止和控制控制控制内部冷凝内部冷凝的主要措施有：的主要措施有：（1 1）利用保温材料提高围护结构内部温度，材料层次的布）利用保温材料提高围护结构内部温度，材料层次的布置应使水蒸气渗透置应使水蒸气渗透“进难出易进难出易”；（2 2）在保温层水蒸气流入的一侧设置隔气层（如沥青、卷）在保温层水蒸气流入的一侧设置隔气层（如沥青、卷材和隔汽涂料等）；材和隔汽涂料等）；（3 3）设置通风间层或泄气沟道使进入保温层的水分有出路。）设置通风间层或泄气沟道使进入保温层的水分有出路。 一、围护结构隔热设计一、围护结构隔热设计（一）屋顶隔热
16、（一）屋顶隔热 建筑围护结构隔热设计的重点是屋顶。建筑围护结构隔热设计的重点是屋顶。 隔热屋顶的构造有绝热层隔热屋顶、通风间隔热屋顶的构造有绝热层隔热屋顶、通风间层隔热屋顶、吊顶隔热屋顶、阁楼隔热屋顶、蓄层隔热屋顶、吊顶隔热屋顶、阁楼隔热屋顶、蓄水隔热屋顶和植被隔热屋顶等几类。水隔热屋顶和植被隔热屋顶等几类。 屋顶遮阳、浅色屋面可有效防热。通风屋顶长度不大于屋顶遮阳、浅色屋面可有效防热。通风屋顶长度不大于10m10m，间层高，间层高20cm20cm，檐口兜风。蓄水面应有水生植物或浅色漂浮物，水深为，檐口兜风。蓄水面应有水生植物或浅色漂浮物，水深为1520cm1520cm。有土种植屋面，土壤厚有
17、土种植屋面，土壤厚10cm10cm左右。左右。 二、自然通风设计二、自然通风设计 （一）热压和风压（一）热压和风压 当较重的冷空气从进当较重的冷空气从进风口进入室内后，吸收风口进入室内后，吸收了室内的热量后变成较了室内的热量后变成较轻的热空气上升从出风轻的热空气上升从出风口排出室外，不断流入口排出室外，不断流入的冷空气在室内被加热的冷空气在室内被加热后从建筑物的上部出风后从建筑物的上部出风口排出就形成了室内自口排出就形成了室内自然通风，称为然通风，称为热压通风。热压通风。h1h2tit0中和面A2A1Hp1p2热压作用下的自然通风热压作用下的自然通风 根据流体力学根据流体力学原理，当风吹向建原
18、理，当风吹向建筑物时，在迎风面筑物时，在迎风面上形成正压区，在上形成正压区，在屋顶、两侧及背风屋顶、两侧及背风面形成负压区。面形成负压区。 如果建筑物上如果建筑物上设有开口，气流就设有开口，气流就会从正压区流入室会从正压区流入室内，再经室内流向内，再经室内流向负压区，这就形成负压区，这就形成了了风压通风风压通风。 ( +)( -)( -)( -)( -)( -)( -)( -)( -)+风压作用下的自然通风风压作用下的自然通风 自然通风是热压和风压的综合结果。自然通风是热压和风压的综合结果。 通常，风压通风对改善室内气候条件的通常，风压通风对改善室内气候条件的效果比较显著，故应效果比较显著，故
19、应首先考虑如何组织风压首先考虑如何组织风压通风通风来进行建筑防热设计。来进行建筑防热设计。（二）自然通风设计（二）自然通风设计 1. 1.建筑群自由式、错列式和斜列式布局及建筑南北朝向有建筑群自由式、错列式和斜列式布局及建筑南北朝向有利于自然通风。利于自然通风。 2.2.穿堂风（房间进风口直对着出风口）会使气流直通，风穿堂风（房间进风口直对着出风口）会使气流直通，风速较大，但风场范围小。进、出风口错开，风场区域大。速较大，但风场范围小。进、出风口错开，风场区域大。进、出风口相距太近，室内通风效果不佳。如果进、出风进、出风口相距太近，室内通风效果不佳。如果进、出风口都开在正压区或负压区墙面一侧或
20、房间只有一个开口，口都开在正压区或负压区墙面一侧或房间只有一个开口，室内通风较差。开口的高度低，气流才能作用到人身上。室内通风较差。开口的高度低，气流才能作用到人身上。设辅助高窗可使顶部热空气散出。进出风口面积相等为宜，设辅助高窗可使顶部热空气散出。进出风口面积相等为宜，或进风口小一点。或进风口小一点。 3. 3. 利用窗扇，水平挑檐、百页板，外遮阳板及绿化可以利用窗扇，水平挑檐、百页板，外遮阳板及绿化可以挡风、导风，有效地组织室内通风。挡风、导风，有效地组织室内通风。 建建筑筑群群的的布布置置挑檐对室内通风的影响挑檐对室内通风的影响三、窗口遮阳设计三、窗口遮阳设计 窗口遮阳可防止直射阳光进入
21、室内而引起室窗口遮阳可防止直射阳光进入室内而引起室内过热。东、西向窗户是遮阳设计的重点。内过热。东、西向窗户是遮阳设计的重点。 遮阳的效果可以用遮阳系数来评价。遮阳的效果可以用遮阳系数来评价。 遮阳系数遮阳系数是指在直射阳光照射的时间内，透是指在直射阳光照射的时间内，透进有遮阳窗口的太阳辐射量与透进无遮阳窗口的进有遮阳窗口的太阳辐射量与透进无遮阳窗口的太阳辐射量之比。太阳辐射量之比。 遮阳系数越小，防热效果愈好。遮阳系数越小，防热效果愈好。 遮阳对夏季室内温度的影响遮阳对夏季室内温度的影响（三）内遮阳（三）内遮阳 窗帘、卷帘、百叶、活动百叶都可以起到内部遮阳窗帘、卷帘、百叶、活动百叶都可以起到
22、内部遮阳的功效，内遮阳的效果不如外遮阳好，但内遮阳调节灵活，的功效，内遮阳的效果不如外遮阳好，但内遮阳调节灵活，使用方便，内遮阳还可控制眩光，提高私密性，有保温及使用方便，内遮阳还可控制眩光，提高私密性，有保温及装饰功能。装饰功能。 一、围护结构隔热设计一、围护结构隔热设计（一）屋顶隔热（一）屋顶隔热 建筑围护结构隔热设计的重点是屋顶。建筑围护结构隔热设计的重点是屋顶。 隔热屋顶的构造有绝热层隔热屋顶、通风间隔热屋顶的构造有绝热层隔热屋顶、通风间层隔热屋顶、吊顶隔热屋顶、阁楼隔热屋顶、蓄层隔热屋顶、吊顶隔热屋顶、阁楼隔热屋顶、蓄水隔热屋顶和植被隔热屋顶等几类。水隔热屋顶和植被隔热屋顶等几类。
23、屋顶遮阳、浅色屋面可有效防热。通风屋顶长度不大于屋顶遮阳、浅色屋面可有效防热。通风屋顶长度不大于10m10m，间层高，间层高20cm20cm，檐口兜风。蓄水面应有水生植物或浅色漂浮物，水深为，檐口兜风。蓄水面应有水生植物或浅色漂浮物，水深为1520cm1520cm。有土种植屋面，土壤厚有土种植屋面，土壤厚10cm10cm左右。左右。 （二）外墙隔热（二）外墙隔热 自然通风建筑外墙隔热设计重点是东西墙，空自然通风建筑外墙隔热设计重点是东西墙，空调建筑各个朝向外墙隔热都重要。调建筑各个朝向外墙隔热都重要。 隔热外墙有空心粘土砖墙、砌块墙、通风墙与遮阳墙等。外墙隔热外墙有空心粘土砖墙、砌块墙、通风墙
24、与遮阳墙等。外墙遮阳和浅色外墙可有效防热。复合墙内侧应为重质材料层，通风间遮阳和浅色外墙可有效防热。复合墙内侧应为重质材料层，通风间层层10 cm10 cm宽。东西外墙用花格构件或绿化遮阳。宽。东西外墙用花格构件或绿化遮阳。 二、自然通风设计二、自然通风设计 （一）热压和风压（一）热压和风压 当较重的冷空气从进当较重的冷空气从进风口进入室内后，吸收风口进入室内后，吸收了室内的热量后变成较了室内的热量后变成较轻的热空气上升从出风轻的热空气上升从出风口排出室外，不断流入口排出室外，不断流入的冷空气在室内被加热的冷空气在室内被加热后从建筑物的上部出风后从建筑物的上部出风口排出就形成了室内自口排出就形
25、成了室内自然通风，称为然通风，称为热压通风。热压通风。h1h2tit0中和面A2A1Hp1p2热压作用下的自然通风热压作用下的自然通风 根据流体力学根据流体力学原理，当风吹向建原理，当风吹向建筑物时，在迎风面筑物时，在迎风面上形成正压区，在上形成正压区，在屋顶、两侧及背风屋顶、两侧及背风面形成负压区。面形成负压区。 如果建筑物上如果建筑物上设有开口，气流就设有开口，气流就会从正压区流入室会从正压区流入室内，再经室内流向内，再经室内流向负压区，这就形成负压区，这就形成了了风压通风风压通风。 ( +)( -)( -)( -)( -)( -)( -)( -)( -)+风压作用下的自然通风风压作用下的
26、自然通风 自然通风是热压和风压的综合结果。自然通风是热压和风压的综合结果。 通常，风压通风对改善室内气候条件的效果比较通常，风压通风对改善室内气候条件的效果比较显著，故应显著，故应首先考虑如何组织风压通风首先考虑如何组织风压通风来进行建筑防来进行建筑防热设计。热设计。三、窗口遮阳设计三、窗口遮阳设计 窗口遮阳可防止直射阳光进入室内而引起室内过热。东、西窗口遮阳可防止直射阳光进入室内而引起室内过热。东、西向窗户是遮阳设计的重点。向窗户是遮阳设计的重点。 遮阳的效果可以用遮阳系数来评价。遮阳的效果可以用遮阳系数来评价。 遮阳系数遮阳系数是指在直射阳光照射的时间内，透进有遮阳窗口的是指在直射阳光照射
27、的时间内，透进有遮阳窗口的太阳辐射量与透进无遮阳窗口的太阳辐射量之比。太阳辐射量与透进无遮阳窗口的太阳辐射量之比。 遮阳系数越小，防热效果愈好。遮阳系数越小，防热效果愈好。 （一）绿化与构件遮阳：（一）绿化与构件遮阳： 合理选择树种，安排适当的位置植树或在窗合理选择树种，安排适当的位置植树或在窗外种植藤蔓植物就是绿化遮阳。构件遮阳如：外种植藤蔓植物就是绿化遮阳。构件遮阳如：加宽挑檐，设外廊、阳台、旋窗等。加宽挑檐，设外廊、阳台、旋窗等。 （二）外遮阳：（二）外遮阳： 外遮阳比内遮阳防热效果好。固定遮阳板简单、成本低，便于外遮阳比内遮阳防热效果好。固定遮阳板简单、成本低，便于维护。活动遮阳板可调
28、节。除南向外，活动遮阳板均比固定遮阳板维护。活动遮阳板可调节。除南向外，活动遮阳板均比固定遮阳板效率高。固定与活动、实体与绿化相结合的遮阳方式效率最高。固效率高。固定与活动、实体与绿化相结合的遮阳方式效率最高。固定外遮阳板的适用朝向及特性见下表。定外遮阳板的适用朝向及特性见下表。 （三）内遮阳（三）内遮阳 窗帘、卷帘、百叶、活动百叶都可以起到内部遮阳窗帘、卷帘、百叶、活动百叶都可以起到内部遮阳的功效，内遮阳的效果不如外遮阳好，但内遮阳调节灵活，的功效，内遮阳的效果不如外遮阳好，但内遮阳调节灵活，使用方便，内遮阳还可控制眩光，提高私密性，有保温及使用方便，内遮阳还可控制眩光，提高私密性，有保温及
29、装饰功能。装饰功能。 2.1.5 2.1.5 太阳能在建筑中应用太阳能在建筑中应用 太阳能是一种洁净的可再生能源。太阳能是一种洁净的可再生能源。 建筑中太阳能利用主要包括建筑中太阳能利用主要包括: : 太阳能热利用（包括太阳能热水器、被动式太阳能建筑等）太阳能热利用（包括太阳能热水器、被动式太阳能建筑等）; ; 太阳能光利用（包括光发电和自然采光）太阳能光利用（包括光发电和自然采光） 太阳能在建筑中应用也常分为太阳能在建筑中应用也常分为: : 被动式被动式; ; 主动式主动式 两类形式。两类形式。 一、被动式太阳能建筑一、被动式太阳能建筑 被动式被动式太阳能建筑（太阳房）就是不用任何其他机械动
30、太阳能建筑（太阳房）就是不用任何其他机械动力，只依靠太阳能自然供暖的建筑。力，只依靠太阳能自然供暖的建筑。 白天直接依靠太阳能供暖，多余的热量用热容大的建筑构件（如墙壁、白天直接依靠太阳能供暖，多余的热量用热容大的建筑构件（如墙壁、地板等）、蓄热槽的卵石、水等吸收，夜间通过自然对流放热，使室内保持地板等）、蓄热槽的卵石、水等吸收，夜间通过自然对流放热，使室内保持一定的温度，达到采暖的目的。一定的温度，达到采暖的目的。 根据采暖方式的不同，被动式太阳能房可分为根据采暖方式的不同，被动式太阳能房可分为 直接得热式（直接得热式（a a） 集热墙式（集热墙式（b b） 附加阳光间式（附加阳光间式（c
31、c） 被动式太阳能建筑，就地取材，技术简单，不耗费或较少其他常规能源，被动式太阳能建筑，就地取材，技术简单，不耗费或较少其他常规能源，其缺点是冬季平均供暖温度偏低。太阳房夏季应注意防止室内过热。其缺点是冬季平均供暖温度偏低。太阳房夏季应注意防止室内过热。 二、主动式太阳能热利用二、主动式太阳能热利用 主动式太阳热能利用主动式太阳热能利用需要一定的动力进行热循需要一定的动力进行热循环，它主要由太阳集热器、环，它主要由太阳集热器、管道、储热装置、循环泵、管道、储热装置、循环泵、热能交换器等组成。热能交换器等组成。 主动式太阳能利用能主动式太阳能利用能够较好地满足住户的生活够较好地满足住户的生活要求
32、，可以保证室内采暖要求，可以保证室内采暖和供热水，甚至制冷空调。和供热水，甚至制冷空调。但设备复杂，投资贵，需但设备复杂，投资贵，需要消费辅助能源和电功率，要消费辅助能源和电功率，而且所有的热水集热系统而且所有的热水集热系统都需要设有防冻措施。都需要设有防冻措施。主动式太阳热能利用系统示意主动式太阳热能利用系统示意 三、光伏发电系统与建筑一体化三、光伏发电系统与建筑一体化 通常，光伏发电系统由太阳电池、方阵（板）、储能装置、通常，光伏发电系统由太阳电池、方阵（板）、储能装置、备用电源（辅助发电机或电网）以及负载组成，此外还有功备用电源（辅助发电机或电网）以及负载组成，此外还有功率调节和控制装置
33、。光伏发电系统与建筑一体化是指太阳能率调节和控制装置。光伏发电系统与建筑一体化是指太阳能发电设备或构件在建筑上利用，并做到了与建筑设计有机地发电设备或构件在建筑上利用，并做到了与建筑设计有机地结合。结合。 光伏发电通风屋顶光伏发电通风屋顶简单的太阳发电系统示意简单的太阳发电系统示意 2.2 2.2 建筑光环境建筑光环境 建筑光环境控制包括建筑光环境控制包括: : 建筑采光设计建筑采光设计 建筑照明建筑照明建筑采光设计建筑采光设计就是设法通过采光口使光线进入室内。就是设法通过采光口使光线进入室内。 2.2.1 2.2.1 采光设计标准采光设计标准 一、基本光度单位一、基本光度单位 光环境设计常用
34、的基本光度单位有光环境设计常用的基本光度单位有光通量、照光通量、照度、发光强度和亮度度、发光强度和亮度。光通量光通量 表示光源发出的光能的多少，单位为表示光源发出的光能的多少，单位为lmlm（流明）。（流明）。照度照度E E 表示照射到单位面积上光通量的多少，单位为表示照射到单位面积上光通量的多少，单位为lxlx （勒克斯）。（勒克斯）。发光强度发光强度I I 是光通量的空间密度，单位为是光通量的空间密度，单位为C Cd d（坎德拉）。（坎德拉）。亮度亮度L L 是发光体在视看方向上单位面积发出的发光强度，是发光体在视看方向上单位面积发出的发光强度， 单位单位 为为C Cd d/m/m2 2
35、（坎德拉每平方米）。（坎德拉每平方米）。 光气候系数光气候系数K K 我国幅员辽阔，各地光气候差别较大。因我国幅员辽阔，各地光气候差别较大。因此，国家标准中将我国划分为此，国家标准中将我国划分为I-VI-V个光气候区，个光气候区，采光设计时，各光气候区取不同的光气候系数采光设计时，各光气候区取不同的光气候系数K K。 从I-VI-V光气候区，光气候区，光气候系数光气候系数K K分别取分别取: : 0.8 0.8 0.9 0.9 1.0 1.0 1.1 1.1 1.2 1.2三、采光均匀度三、采光均匀度 采光均匀度为工作面上的最低采光系数与采光均匀度为工作面上的最低采光系数与平均采光系数之比平均
36、采光系数之比 顶部采光顶部采光I-IVI-IV级采光均匀度在级采光均匀度在0.70.7以上，对以上，对顶部采光顶部采光V V级和侧面采光无要求。级和侧面采光无要求。四、眩光四、眩光 眩光眩光是在视野中由于亮度的分布或范围不适宜，或存是在视野中由于亮度的分布或范围不适宜，或存在极端的亮度对比，以致引起不舒适和降低物体可见度的在极端的亮度对比，以致引起不舒适和降低物体可见度的视觉条件。采光设计中，减小窗户眩光主要措施有：视觉条件。采光设计中，减小窗户眩光主要措施有： （1 1）作业区应减少或避免直射阳光；）作业区应减少或避免直射阳光； （2 2）工作人员的视觉背景不宜为窗口；）工作人员的视觉背景不
37、宜为窗口； （3 3）为降低窗户亮度或减少天空视域，可采用室内外遮阳设施；）为降低窗户亮度或减少天空视域，可采用室内外遮阳设施； （4 4）窗户结构的内表面或窗户周围的内墙面，宜采用浅色粉刷。）窗户结构的内表面或窗户周围的内墙面，宜采用浅色粉刷。 2.2.2 2.2.2 建筑采光设计建筑采光设计 采光设计可以分为采光设计可以分为被动式被动式和和主动式主动式两类两类: :被动式采光被动式采光: :利用不同形式的采光窗进行采光。利用不同形式的采光窗进行采光。主动式采光主动式采光: :利用集光、传光等设备与控制系统将天然光利用集光、传光等设备与控制系统将天然光 传送到需要照明的部位。传送到需要照明的
38、部位。 一、被动式采光设计：一、被动式采光设计：（一）侧窗（侧面采光）：（一）侧窗（侧面采光）： 侧窗采光的特点是侧窗采光的特点是房间的天然光照度随进房间的天然光照度随进深的增加而迅速降低，深的增加而迅速降低，照度分布很不均匀照度分布很不均匀 。被动式采光方法取决于采光窗种类，被动式采光方法取决于采光窗种类，采光窗通常可分为侧窗和天窗。采光窗通常可分为侧窗和天窗。单侧窗采光特性（上图为剖面，下图为平面）单侧窗采光特性（上图为剖面，下图为平面） 为了有较好的采光均匀度，单侧采光房间的进为了有较好的采光均匀度，单侧采光房间的进深一般不超过窗高的深一般不超过窗高的1.52倍为宜。倍为宜。 改善侧窗采
39、光特性的措施：改善侧窗采光特性的措施： 利用透光材料本身的反射、扩散和折射性能控制光线。利用透光材料本身的反射、扩散和折射性能控制光线。 使用固定或活动的遮阳板、遮光百页、遮光格栅。使用固定或活动的遮阳板、遮光百页、遮光格栅。 （二）天窗（顶部采光）：（二）天窗（顶部采光）： 顶部采光口形式：顶部采光口形式： 矩形天窗、矩形天窗、 锯齿形天窗、锯齿形天窗、 平天窗等平天窗等 。（1 1）矩形天窗：）矩形天窗： 普通矩形天窗是在屋架上架起一列天窗架构成的，普通矩形天窗是在屋架上架起一列天窗架构成的，窗户的方向与屋架相垂直，称为纵向矩形天窗。窗户的方向与屋架相垂直，称为纵向矩形天窗。 矩形天窗采光
40、特性矩形天窗采光特性 平天窗采光特性平天窗采光特性 （2 2）平天窗：）平天窗： 平天窗采光口位于水平面或接近水平面，平天窗采光口位于水平面或接近水平面，它的采光效率最高，约为矩形天窗采光效率它的采光效率最高，约为矩形天窗采光效率的的22.522.5倍。透明的平天窗容易产生眩光，倍。透明的平天窗容易产生眩光，夏季会造成室内过热。所以，炎热地区平天夏季会造成室内过热。所以，炎热地区平天窗要采取遮阳措施。窗要采取遮阳措施。 （3 3）锯齿形天窗：）锯齿形天窗： 锯齿形天窗的屋顶倾斜，可以充分利用顶棚的反射光，采光效锯齿形天窗的屋顶倾斜，可以充分利用顶棚的反射光，采光效率比矩形天窗约高率比矩形天窗约
41、高15%20%15%20%。当窗口朝北布置时，接受北向天空漫射。当窗口朝北布置时，接受北向天空漫射光，光线稳定，因此减小了室内温湿度的波动及眩光。锯齿形天窗非光，光线稳定，因此减小了室内温湿度的波动及眩光。锯齿形天窗非常适用于在美术馆、超市、体育馆及特殊车间使用。常适用于在美术馆、超市、体育馆及特殊车间使用。 锯齿形天窗采光特性锯齿形天窗采光特性 a.晴天窗口朝向太阳晴天窗口朝向太阳 b.晴天窗口背向太阳晴天窗口背向太阳 c.阴天室内天然光分布阴天室内天然光分布 除了以上三种天窗外，顶部采光还有：除了以上三种天窗外，顶部采光还有：（1 1）大面积采光顶棚：常见于现代建筑的中庭、）大面积采光顶棚
42、：常见于现代建筑的中庭、 大型市场、体育馆、博览馆、温室等建筑。大型市场、体育馆、博览馆、温室等建筑。（2 2）带形或板式天窗：多数是在屋面板上开洞，）带形或板式天窗：多数是在屋面板上开洞， 覆以透光材料构成的。覆以透光材料构成的。（3 3）下沉式天窗：是利用建筑物屋架上下弦之）下沉式天窗：是利用建筑物屋架上下弦之 间的高差设置采光窗构成的。间的高差设置采光窗构成的。 二、主动式采光设计二、主动式采光设计 主动式采光设计增加了室内可用的天主动式采光设计增加了室内可用的天然光数量，改善室内光环境质量，使不可然光数量，改善室内光环境质量，使不可能接受到天然光的空间也能享受天然采光，能接受到天然光的
43、空间也能享受天然采光，减少照明用电，节约能源。减少照明用电，节约能源。 2.2.3 2.2.3 采光窗口面积的确定采光窗口面积的确定 采光窗口面积的确定，通常根据建筑空间的采光窗口面积的确定，通常根据建筑空间的采光、通风、立面处理等综合要求，先大致确定采光、通风、立面处理等综合要求，先大致确定窗口面积，然后根据房间的采光要求进行校验，窗口面积，然后根据房间的采光要求进行校验，验证是否符合采光标准值。采光计算方法很多，验证是否符合采光标准值。采光计算方法很多，建筑采光设计标准建筑采光设计标准规定了一种简易图表计算规定了一种简易图表计算方法。采光要求不十分精确时，利用窗地面积比方法。采光要求不十分
44、精确时，利用窗地面积比可以估算出采光窗面积，窗地面积比是指窗洞口可以估算出采光窗面积，窗地面积比是指窗洞口面积与室内地面面积之比。面积与室内地面面积之比。 2.32.3建筑声环境建筑声环境 建筑声环境包括：建筑声环境包括： 室内音质设计、室内音质设计、 建筑隔声、建筑隔声、 噪声控制噪声控制 三方面的内容。三方面的内容。 室内音质设计一般只限于各类厅堂，如影剧院、室内音质设计一般只限于各类厅堂，如影剧院、音乐厅、体育馆、报告厅、教室、礼堂和各类多功能音乐厅、体育馆、报告厅、教室、礼堂和各类多功能厅等，建筑隔声和噪声控制是各类建筑都存在的一个厅等，建筑隔声和噪声控制是各类建筑都存在的一个普遍性问
45、题。普遍性问题。 声能的反射、吸收与透射声能的反射、吸收与透射 声音源于物体的声音源于物体的振动振动。 正在发出声音的物体称为正在发出声音的物体称为声源声源。 空气中的声音就是在弹性媒质中传播的疏密波。空气中的声音就是在弹性媒质中传播的疏密波。 常温下声波的传播速度为常温下声波的传播速度为340m/s340m/s。 人耳可听到的声音频率范围为人耳可听到的声音频率范围为20Hz20Hz20000Hz20000Hz。 根据根据 波长声速波长声速/ /频率频率 的关系，相应的人耳可听的关系，相应的人耳可听到的声音波长范围为到的声音波长范围为17mm17mm17m17m。 人耳所感受到的声音的强弱可以
46、用人耳所感受到的声音的强弱可以用A A计权网络声压级计权网络声压级来表示，简称来表示，简称A A声级声级。声压级符号。声压级符号为为LpLp，单位为，单位为B(A)B(A)。 声压级的叠加按照声压级的叠加按照对数运算法则对数运算法则进行。两个相等进行。两个相等的声压级叠加，声压级只增大的声压级叠加，声压级只增大3dB3dB。 2.3.1 2.3.1 多孔吸声多孔吸声 多孔吸声材料是主要的吸声材料，它具有良好多孔吸声材料是主要的吸声材料，它具有良好的高频吸声性能。的高频吸声性能。 最初是以麻、棉、毛等有机纤维材料为主，现最初是以麻、棉、毛等有机纤维材料为主，现在大部分由玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉、
47、矿棉等无在大部分由玻璃棉、超细玻璃棉、岩棉、矿棉等无机纤维材料代替。除了棉状的以外，还可用适当的机纤维材料代替。除了棉状的以外，还可用适当的粘着剂制成板材或毡片。粘着剂制成板材或毡片。 一多孔吸声材料的特点一多孔吸声材料的特点 多孔吸声材料具有大量内外连通的微小间隙和连续气泡，因多孔吸声材料具有大量内外连通的微小间隙和连续气泡，因而具有一定的通气性，当声波入射到材料表面时，声波很快地顺而具有一定的通气性，当声波入射到材料表面时，声波很快地顺着微孔进入材料内部，引起空隙间的空气振动，由于磨擦、空气着微孔进入材料内部，引起空隙间的空气振动，由于磨擦、空气粘滞阻力和空隙间空气与纤维之间的热传导作用，
48、使相当一部分粘滞阻力和空隙间空气与纤维之间的热传导作用，使相当一部分声能转化为热能而被吸收掉。声能转化为热能而被吸收掉。 所以多孔材料吸声的先决条件是声波能很容易地进入微孔内，所以多孔材料吸声的先决条件是声波能很容易地进入微孔内，因此不仅材料内部，而且在材料表面上也应当多孔，如果多孔材因此不仅材料内部，而且在材料表面上也应当多孔，如果多孔材料的微孔被灰尘污垢或抹灰油漆等封闭时，会对材料的吸声性能料的微孔被灰尘污垢或抹灰油漆等封闭时，会对材料的吸声性能产生不利影响。产生不利影响。 常用的多孔吸声材料有玻璃棉、矿渣棉、泡沫塑料，各种软常用的多孔吸声材料有玻璃棉、矿渣棉、泡沫塑料，各种软质纤维板、木
49、丝板、微孔吸声砖、吸声粉刷，目前又有压铸铝纤质纤维板、木丝板、微孔吸声砖、吸声粉刷，目前又有压铸铝纤维吸声板是绿色防火、防潮的吸声材料。维吸声板是绿色防火、防潮的吸声材料。 二影响多孔材料吸声系数的因素二影响多孔材料吸声系数的因素 (1) (1) 材料厚度的影响：材料厚度的影响：多孔材料的吸声系数，一般随着厚度的增加而提高其低频的吸多孔材料的吸声系数，一般随着厚度的增加而提高其低频的吸声效果，而高频影响不显著。但材料厚度增加到一定程度后，吸声效果的提高就不明显声效果，而高频影响不显著。但材料厚度增加到一定程度后，吸声效果的提高就不明显了。所以为了提高材料的吸声性能而无限制地增加厚度是不适宜的。
50、了。所以为了提高材料的吸声性能而无限制地增加厚度是不适宜的。(2) (2) 材料容重的影响：材料容重的影响：改变材料的容重可以间接控制材料内部微孔尺寸。通常多孔材改变材料的容重可以间接控制材料内部微孔尺寸。通常多孔材料容重的适当增加，意味着微孔的减少（即孔隙率的减少），能使低频吸声效果有所提料容重的适当增加，意味着微孔的减少（即孔隙率的减少），能使低频吸声效果有所提高，但高频吸声性能却可能下降。高，但高频吸声性能却可能下降。多孔吸声材料的孔隙率一般在多孔吸声材料的孔隙率一般在70%以上，多数达以上，多数达90%。(3) (3) 背后空气层的影响：背后空气层的影响：当多孔吸声材料背后留有空气层时
