建筑物理

引言   1
建筑氣候   3
1 室外與室內(nèi)氣候   3
1.1 室外氣候   4
1.1.1 室外氣溫   5
1.1.1.1 室外氣溫的年變化歷程   5
1.1.1.2 實際氣溫變化過程的模擬   7
1.1.1.3 室外氣溫的日變化歷程   11
1.1.1.4 室外氣溫的累積頻率   12
1.1.2 熱輻射負荷   13
1.1.2.1 投射到水平表面上的短波輻射熱流密度   14
1.1.2.2 投射到任意朝向和以任意傾斜角表面上的輻射熱流密度   16
1.1.2.3 長波輻射   27
1.1.3 水蒸氣壓力和空氣相對濕度   28
1.1.3.1 水蒸氣的飽和壓力   28
1.1.3.2 水蒸氣的實際壓力   31
1.1.3.3 空氣相對濕度   31
1.1.4 降水和風   33
1.1.4.1 雨流密度   33
1.1.4.2 風速和風向   34
1.1.4.3 受風雨影響的區(qū)域的劃分   36
1.1.5 作用在建筑物垂直表面上沖擊雨的雨流密度   37
1.1.6 以北京為例的氣象參考年（TRY）   44
1.1.7 局地氣候   47
1.2 室內(nèi)氣候   48
1.2.1 室內(nèi)溫度   48
1.2.1.1 人體的能量轉換   48
1.2.1.2 室內(nèi)氣溫、圍護結構表面溫度及體感溫度   50
1.2.2 室內(nèi)空氣濕度   51
1.2.2.1 空氣相對濕度—室內(nèi)氣候分類   51
1.2.2.2 焓與水蒸氣含量（h-x 圖）   57
1.2.2.3 露點溫度   59
1.2.2.4 空氣濕度和流速對舒適度的影響   60
熱傳遞   63
2 熱傳遞基礎   63
2.1 熱傳導   63
2.1.1 導熱方程   63
2.1.2 導熱方程的穩(wěn)態(tài)解   70
2.2 熱對流   74
2.2.1 導熱與對流耦合的傳熱方程組   74
2.2.2 建筑構件表面的對流換熱   76
2.2.3 溫度場與流場的相似   77
2.3 熱輻射   79
2.3.1 熱輻射定律   79
2.3.2 建筑構件表面之間的輻射換熱   83
2.3.2.1 兩個平行表面之間的輻射換熱  83
2.3.2.2 兩個任意封閉表面之間的輻射換熱   84
2.3.2.3 輻射角系數(shù)   85
2.4 建筑構件表面的總傳熱過程   89
3 建筑構件的熱工特性   91
3.1 多層建筑構件的穩(wěn)態(tài)傳熱過程   91
3.1.1 冬季條件下給定結構的熱阻R 和傳熱系數(shù)U，以及穩(wěn)態(tài)溫度分布的確定   91
3.1.2 對R 值和U 值的最低要求   97
3.1.2.1 準則1：避免建筑構件表面產(chǎn)生冷凝水   98
3.1.2.2 準則2：避免建筑構件表面產(chǎn)生霉菌   100
3.1.2.3 準則3：避免建筑構件表面溫度低于17℃   103
3.1.3 并聯(lián)組合構件的傳熱   105
3.1.4 玻璃窗的傳熱   106
3.1.5 通風圍護結構的傳熱   111
3.1.5.1 通風外墻   111
3.1.5.2 通風坡屋頂   121
3.1.5.3 通風間隙的溫度和流速的計算值與測量值的比較   130
3.1.6 倒置式屋頂?shù)膫鳠?  132
3.2 熱橋   134
3.2.1 過梁—簡單熱橋   134
3.2.2 建筑物墻角   140
3.3 建筑構件對溫度波動的衰減作用   145
3.3.1 建筑構件穩(wěn)態(tài)溫度場的計算   145
3.3.2 周期負荷作用下的熱儲存   151
3.3.2.1 熱流密度與存儲熱   151
3.3.2.2 熱吸收系數(shù)和起作用的儲熱質(zhì)量   152
3.3.2.3 非穩(wěn)態(tài)熱阻的向量表達   156
3.3.3 給定測試參考氣象年（TRY）數(shù)據(jù)條件下的溫度場   157
3.4 地板的熱傳導   158
3.4.1 階躍負荷作用下的非穩(wěn)態(tài)溫度場   158
3.4.2 傳導熱量和儲存熱量   159
3.4.2.1 赤足情況下的熱傳導   159
3.4.2.2 非赤足情況下的熱傳導   161
3.4.3 限定足部散熱量條件下對地板構造的要求   162
4 建筑物及房間的熱工性能   167
4.1 供暖期間建筑物的熱工性能   167
4.1.1 供暖期間的熱平衡—需求供熱量   169
4.1.1.1 計算需求供熱量時失熱量與得熱量的熱平衡   169
4.1.1.2 傳熱熱流與傳熱損失   172
4.1.1.3 通風熱流與通風熱損失   172
4.1.1.4 輻射熱流與通過透明建筑構件的得熱   176
4.1.1.5 輻射熱流與通過不透明建筑構件的得熱   177
4.1.1.6 內(nèi)熱源產(chǎn)生的熱流   179
4.1.2 實際供熱需求量及許用耗熱量的近似關系式   179
4.1.2.1 實際比供熱需求量的近似關系式   179
4.1.2.2 許用比耗熱量的近似關系式   181
4.1.2.3 許用耗熱量受使用面積AN 單一影響時的相關關系   183
4.1.3 建筑物的周期熱負荷—供暖周期時長和供暖臨界溫度   184
4.1.3.1 不考慮和考慮建筑結構質(zhì)量時的供暖周期時長和供暖臨界溫度計算   184
4.1.3.2 無空調(diào)時通過最低室溫限定的供暖周期時長   189
4.1.4 一次能源消耗量QP 與設備能耗系數(shù)eP   193
4.1.5 許用一次能源比消耗量Q''P   195
4.1.5.1 許用一次能源比消耗量Q''P 與AO/V 的相關關系   195
4.1.5.2 許用一次能源比消耗量Q''P 受使用面積AN單一影響時的相關關系   197
4.1.6 某建筑使用冷凝式鍋爐時一次能源的實際比消耗量與許用比消耗量的比較   198
4.1.7 案例：某混凝土預制板樓節(jié)能改造前后采暖期內(nèi)的熱能平衡   201
4.2 非采暖期內(nèi)無空調(diào)建筑物的熱工性能——夏季防熱   218
4.2.1 夏季晴好天氣期間的熱流平衡   219
4.2.2 室內(nèi)空氣的加熱與房屋相關參數(shù)及使用條件參數(shù)的關系   223
4.2.2.1 針對加熱過程的討論   223
4.2.2.2 針對夏季5 天加熱后室內(nèi)溫度的討論   229
4.2.3 夏季熱防護的評價準則   235
4.2.3.1 平均室內(nèi)空氣溫度的邊界值   235
4.2.3.2 允許的夏季輻射熱負荷的邊界值   235
4.2.3.3 必要的遮陽系數(shù)的證明   241
4.2.4 案例：給定居住單元中某間熱極端條件房間的氣溫計算   250
4.2.5 無空調(diào)房間結構內(nèi)表面溫度、室內(nèi)空氣溫度及體感溫度的日變化歷程   265
4.2.5.1 熱流日變化歷程的模擬   265
4.2.5.2 選定測試房間中的體感溫度日變化歷程   270
4.2.5.3 案例：給定的居住單元中某間熱極端條件房間內(nèi)體感溫度隨時間變化關系的計算   284
4.3 室內(nèi)溫度日變化歷程和年變化歷程的一般表達   305
4.3.1 通常熱負荷下的內(nèi)表面溫度、室內(nèi)氣溫及體感溫度   305
4.3.2 無供暖重型房屋建筑內(nèi)表面的夏季水凝結   314
濕傳遞   319
5 建筑構件和房屋的濕傳遞性能   319
5.1 濕儲存與濕傳遞基礎   320
5.1.1 引言   320
5.1.2 表面張力與毛細現(xiàn)象   320
5.1.3 濕儲存   323
5.1.3.1 孔隙半徑分布概率   323
5.1.3.2 濕滯留系數(shù)和等溫吸濕曲線   325
5.1.4 毛細水的傳輸   329
5.1.4.1 毛細水傳導系數(shù)或導水率   329
5.1.4.2 濕含量的傳導系數(shù)或濕擴散率   334
5.1.4.3 等溫濕傳導方程及毛細水的吸收   338
5.1.5 水蒸氣的儲存與傳遞   343
5.1.6 串并聯(lián)布置的多孔聚類濕傳遞模型的細化   346
5.2 建筑構件內(nèi)部水的凝結   348
5.2.1 依據(jù)GLASER 法計算建筑構件內(nèi)部結露過程   348
5.2.1.1 水蒸氣的穩(wěn)態(tài)傳遞過程   348
5.2.1.2 凝結水量的計算   350
5.2.1.3 夏季干燥過程   353
5.2.1.4 建筑防潮的氣候邊界條件和驗證準則   356
5.2.1.5 伴隨內(nèi)部結露的水蒸氣擴散過程舉例及擴散圖   358
5.2.2 毛細水傳輸對于內(nèi)部結露過程的影響   368
5.2.2.1 多層圍護結構中水蒸氣和毛細水的耦合傳輸過程   368
5.2.2.2 濕流密度和濕平衡的計算   369
5.2.2.3 穩(wěn)態(tài)條件下超吸濕階段濕含量、冷凝區(qū)域的范圍、凝結水量的計算   373
5.2.2.4 冬季突變氣候條件下的調(diào)整適應過程   374
5.2.2.5 夏季的干燥過程   376
5.2.2.6 案例：6 層外墻結構，帶有強毛細作用內(nèi)保溫層墻體的節(jié)能改造   378
5.2.2.7 應用程序COND 2002 介紹   386
5.3 建筑材料及構件中的熱濕耦合傳遞   392
5.3.1 守恒方程組   392
5.3.1.1 能量守恒方程   392
5.3.1.2 濕含量守恒方程   393
5.3.2 結構改造案例   395
5.3.2.1 使用強毛細力內(nèi)保溫材料對德累斯頓一座德國經(jīng)濟繁榮期舊建筑的熱改造   395
5.3.2.2 對東薩克森地區(qū)一座上盧薩蒂亞建筑的保溫隔熱改造   402
5.3.2.3 包含綠植的木質(zhì)平屋頂結構   409
5.4 考慮圍護結構表面吸濕功能的非穩(wěn)態(tài)濕負荷作用下室內(nèi)空氣濕度波動  414
5.4.1 考慮圍護結構表面儲濕能力的周期負荷作用下室內(nèi)濕流的模擬   414
5.4.2 周期負荷作用下室內(nèi)空氣相對濕度隨時間的變化   418
5.4.2.1 室內(nèi)空氣濕度的年變化歷程   418
5.4.2.2 室內(nèi)空氣濕度的日變化歷程   423
5.4.3 圍護結構表面吸濕的評判準則   429
5.4.4 室內(nèi)空氣濕度日變化歷程和年變化歷程的一般表達   435
建筑聲學   441
6 建筑聲學基礎   441
6.1 自由空間中聲音的傳播   442
6.1.1 一維聲波方程   442
6.1.2 聲場參數(shù)   446
6.1.2.1 頻率、倍頻程和1/3 倍頻程   446
6.1.2.2 聲速或粒子的振動速度   447
6.1.2.3 聲壓   448
6.1.2.4 聲能、聲能密度、聲功率和聲強   449
6.1.2.5 聲級   450
6.1.3 室外空間的聲級   454
6.1.3.1 聲源的特征   454
6.1.3.2 點聲源   455
6.1.3.3 線聲源   458
6.1.3.4 面聲源   460
6.1.3.5 通過隔聲墻降低聲級   462
6.1.3.6 交通噪聲級   466
6.2 內(nèi)部空間聲的傳播——室內(nèi)聲學   468
6.2.1 擴散和直達聲場   468
6.2.1.1 擴散聲強和等效吸聲面   468
6.2.1.2 室內(nèi)空間的總聲強和總聲級   470
6.2.2 吸聲   473
6.2.2.1 多孔吸聲材料   473
6.2.2.2 薄板共振吸聲結構   479
6.2.2.3 亥姆霍茲共振腔結構   486
6.2.3 室內(nèi)空間的音質(zhì)   491
6.2.3.1 回聲   491
6.2.3.2 吸聲與反射結構的布置   494
6.3 建筑聲學   497
6.3.1 建筑構件的隔聲   497
6.3.1.1 單層構件的隔聲—Berger 定律   497
6.3.1.2 建筑構件的彎曲振動對隔聲量的降低   499
6.3.1.3 雙層構件的隔聲   505
6.3.1.4 不同隔聲特性構件組合使用時的隔聲效果   514
6.3.1.5 單層墻體的建筑隔聲量及邊緣傳輸效應   515
6.3.1.6 雙層墻體的邊緣傳輸效應及建筑隔聲量   521
6.3.1.7 評估參考建筑隔聲量   525
6.3.1.8 接收房間內(nèi)的聲級和聲級差   528
6.3.1.9 隔聲效果的驗證條件   530
6.3.2 屋頂走動噪聲的隔離   531
6.3.2.1 單層屋頂走動噪聲聲級   532
6.3.2.2 雙層屋頂走動噪聲聲級   534
6.3.2.3 標準走動噪聲聲級和評價參考標準走動噪聲聲級   537
公式符號、單位和角標   541
參考文獻   549