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(shí)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(fù)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(zhǎng)波輻射   27
1.1.3 水蒸氣壓力和空氣相對(duì)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(shí)際壓力   31
1.1.3.3 空氣相對(duì)濕度   31
1.1.4 降水和風(fēng)   33
1.1.4.1 雨流密度   33
1.1.4.2 風(fēng)速和風(fēng)向   34
1.1.4.3 受風(fēng)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(zhuǎn)換   48
1.2.1.2 室內(nèi)氣溫、圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(duì)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(diǎn)溫度   59
1.2.2.4 空氣濕度和流速對(duì)舒適度的影響   60
熱傳遞   63
2 熱傳遞基礎(chǔ)   63
2.1 熱傳導(dǎo)   63
2.1.1 導(dǎo)熱方程   63
2.1.2 導(dǎo)熱方程的穩(wěn)態(tài)解   70
2.2 熱對(duì)流   74
2.2.1 導(dǎo)熱與對(duì)流耦合的傳熱方程組   74
2.2.2 建筑構(gòu)件表面的對(duì)流換熱   76
2.2.3 溫度場(chǎng)與流場(chǎng)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(gòu)件表面之間的輻射換熱   83
2.3.2.1 兩個(gè)平行表面之間的輻射換熱  83
2.3.2.2 兩個(gè)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(gòu)件表面的總傳熱過程   89
3 建筑構(gòu)件的熱工特性   91
3.1 多層建筑構(gòu)件的穩(wěn)態(tài)傳熱過程   91
3.1.1 冬季條件下給定結(jié)構(gòu)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(duì)R 值和U 值的最低要求   97
3.1.2.1 準(zhǔn)則1：避免建筑構(gòu)件表面產(chǎn)生冷凝水   98
3.1.2.2 準(zhǔn)則2：避免建筑構(gòu)件表面產(chǎn)生霉菌   100
3.1.2.3 準(zhǔn)則3：避免建筑構(gòu)件表面溫度低于17℃   103
3.1.3 并聯(lián)組合構(gòu)件的傳熱   105
3.1.4 玻璃窗的傳熱   106
3.1.5 通風(fēng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱   111
3.1.5.1 通風(fēng)外墻   111
3.1.5.2 通風(fēng)坡屋頂   121
3.1.5.3 通風(fēng)間隙的溫度和流速的計(jì)算值與測(cè)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(jiǎn)單熱橋   134
3.2.2 建筑物墻角   140
3.3 建筑構(gòu)件對(duì)溫度波動(dòng)的衰減作用   145
3.3.1 建筑構(gòu)件穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)的計(jì)算   145
3.3.2 周期負(fù)荷作用下的熱儲(chǔ)存   151
3.3.2.1 熱流密度與存儲(chǔ)熱   151
3.3.2.2 熱吸收系數(shù)和起作用的儲(chǔ)熱質(zhì)量   152
3.3.2.3 非穩(wěn)態(tài)熱阻的向量表達(dá)   156
3.3.3 給定測(cè)試參考?xì)庀竽辏═RY）數(shù)據(jù)條件下的溫度場(chǎng)   157
3.4 地板的熱傳導(dǎo)   158
3.4.1 階躍負(fù)荷作用下的非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)   158
3.4.2 傳導(dǎo)熱量和儲(chǔ)存熱量   159
3.4.2.1 赤足情況下的熱傳導(dǎo)   159
3.4.2.2 非赤足情況下的熱傳導(dǎo)   161
3.4.3 限定足部散熱量條件下對(duì)地板構(gòu)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(jì)算需求供熱量時(shí)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(fēng)熱流與通風(fēng)熱損失   172
4.1.1.4 輻射熱流與通過透明建筑構(gòu)件的得熱   176
4.1.1.5 輻射熱流與通過不透明建筑構(gòu)件的得熱   177
4.1.1.6 內(nèi)熱源產(chǎn)生的熱流   179
4.1.2 實(shí)際供熱需求量及許用耗熱量的近似關(guān)系式   179
4.1.2.1 實(shí)際比供熱需求量的近似關(guān)系式   179
4.1.2.2 許用比耗熱量的近似關(guān)系式   181
4.1.2.3 許用耗熱量受使用面積AN 單一影響時(shí)的相關(guān)關(guān)系   183
4.1.3 建筑物的周期熱負(fù)荷—供暖周期時(shí)長(zhǎng)和供暖臨界溫度   184
4.1.3.1 不考慮和考慮建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量時(shí)的供暖周期時(shí)長(zhǎng)和供暖臨界溫度計(jì)算   184
4.1.3.2 無空調(diào)時(shí)通過最低室溫限定的供暖周期時(shí)長(zhǎng)   189
4.1.4 一次能源消耗量QP 與設(shè)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(guān)關(guān)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(shí)的相關(guān)關(guān)系   197
4.1.6 某建筑使用冷凝式鍋爐時(shí)一次能源的實(shí)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(yù)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(guān)參數(shù)及使用條件參數(shù)的關(guān)系   223
4.2.2.1 針對(duì)加熱過程的討論   223
4.2.2.2 針對(duì)夏季5 天加熱后室內(nèi)溫度的討論   229
4.2.3 夏季熱防護(hù)的評(píng)價(jià)準(zhǔn)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(fù)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(jì)算   250
4.2.5 無空調(diào)房間結(jié)構(gòu)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(cè)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(shí)間變化關(guān)系的計(jì)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(dá)   305
4.3.1 通常熱負(fù)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(jié)   314
濕傳遞   319
5 建筑構(gòu)件和房屋的濕傳遞性能   319
5.1 濕儲(chǔ)存與濕傳遞基礎(chǔ)   320
5.1.1 引言   320
5.1.2 表面張力與毛細(xì)現(xiàn)象   320
5.1.3 濕儲(chǔ)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(xì)水的傳輸   329
5.1.4.1 毛細(xì)水傳導(dǎo)系數(shù)或?qū)?  329
5.1.4.2 濕含量的傳導(dǎo)系數(shù)或濕擴(kuò)散率   334
5.1.4.3 等溫濕傳導(dǎo)方程及毛細(xì)水的吸收   338
5.1.5 水蒸氣的儲(chǔ)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(xì)化   346
5.2 建筑構(gòu)件內(nèi)部水的凝結(jié)   348
5.2.1 依據(jù)GLASER 法計(jì)算建筑構(gòu)件內(nèi)部結(jié)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(jié)水量的計(jì)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(yàn)證準(zhǔn)則   356
5.2.1.5 伴隨內(nèi)部結(jié)露的水蒸氣擴(kuò)散過程舉例及擴(kuò)散圖   358
5.2.2 毛細(xì)水傳輸對(duì)于內(nèi)部結(jié)露過程的影響   368
5.2.2.1 多層圍護(hù)結(jié)構(gòu)中水蒸氣和毛細(xì)水的耦合傳輸過程   368
5.2.2.2 濕流密度和濕平衡的計(jì)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(jié)水量的計(jì)算   373
5.2.2.4 冬季突變氣候條件下的調(diào)整適應(yīng)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(jié)構(gòu)，帶有強(qiáng)毛細(xì)作用內(nèi)保溫層墻體的節(jié)能改造   378
5.2.2.7 應(yīng)用程序COND 2002 介紹   386
5.3 建筑材料及構(gòu)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(jié)構(gòu)改造案例   395
5.3.2.1 使用強(qiáng)毛細(xì)力內(nèi)保溫材料對(duì)德累斯頓一座德國經(jīng)濟(jì)繁榮期舊建筑的熱改造   395
5.3.2.2 對(duì)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(jié)構(gòu)   409
5.4 考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面吸濕功能的非穩(wěn)態(tài)濕負(fù)荷作用下室內(nèi)空氣濕度波動(dòng)  414
5.4.1 考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面儲(chǔ)濕能力的周期負(fù)荷作用下室內(nèi)濕流的模擬   414
5.4.2 周期負(fù)荷作用下室內(nèi)空氣相對(duì)濕度隨時(shí)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(hù)結(jié)構(gòu)表面吸濕的評(píng)判準(zhǔn)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(dá)   435
建筑聲學(xué)   441
6 建筑聲學(xué)基礎(chǔ)   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(chǎng)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(dòng)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(qiáng)   449
6.1.2.5 聲級(jí)   450
6.1.3 室外空間的聲級(jí)   454
6.1.3.1 聲源的特征   454
6.1.3.2 點(diǎn)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(jí)   462
6.1.3.6 交通噪聲級(jí)   466
6.2 內(nèi)部空間聲的傳播——室內(nèi)聲學(xué)   468
6.2.1 擴(kuò)散和直達(dá)聲場(chǎng)   468
6.2.1.1 擴(kuò)散聲強(qiáng)和等效吸聲面   468
6.2.1.2 室內(nèi)空間的總聲強(qiáng)和總聲級(jí)   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(jié)構(gòu)   479
6.2.2.3 亥姆霍茲共振腔結(jié)構(gòu)   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(jié)構(gòu)的布置   494
6.3 建筑聲學(xué)   497
6.3.1 建筑構(gòu)件的隔聲   497
6.3.1.1 單層構(gòu)件的隔聲—Berger 定律   497
6.3.1.2 建筑構(gòu)件的彎曲振動(dòng)對(duì)隔聲量的降低   499
6.3.1.3 雙層構(gòu)件的隔聲   505
6.3.1.4 不同隔聲特性構(gòu)件組合使用時(shí)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(yīng)   515
6.3.1.6 雙層墻體的邊緣傳輸效應(yīng)及建筑隔聲量   521
6.3.1.7 評(píng)估參考建筑隔聲量   525
6.3.1.8 接收房間內(nèi)的聲級(jí)和聲級(jí)差   528
6.3.1.9 隔聲效果的驗(yàn)證條件   530
6.3.2 屋頂走動(dòng)噪聲的隔離   531
6.3.2.1 單層屋頂走動(dòng)噪聲聲級(jí)   532
6.3.2.2 雙層屋頂走動(dòng)噪聲聲級(jí)   534
6.3.2.3 標(biāo)準(zhǔn)走動(dòng)噪聲聲級(jí)和評(píng)價(jià)參考標(biāo)準(zhǔn)走動(dòng)噪聲聲級(jí)   537
公式符號(hào)、單位和角標(biāo)   541
參考文獻(xiàn)   549