建筑熱工學脈絡與視角農業文明工業文明石油危機現代文明建筑為抵御惡劣氣候而生脈絡與視角農業文明工業文明石油危機現代文明蓬皮杜文化中心《未來主義建筑宣言》（圣伊里亞，1914）我們必須在自己創造的全新機械世界里尋找靈感未來主義住宅必須像一架巨大的機器電梯就像鋼鐵和玻璃中的長蛇，必須貫穿整個立面機械與科技無所不能！脈絡與視角農業文明工業文明石油危機現代文明1973年、1979年、1990年1992年《氣候變化框架公約》1997年《京都議定書》脈絡與視角農業文明工業文明石油危機現代文明綠色節能節地節水節材環保節能建筑綠色建筑零能耗建筑低碳建筑回歸氣候適應性建筑人建筑氣候結構課次內容課次內容1傳熱與熱物性10作業點評與答疑2室內環境11西向遮陽設計3室外氣候12其他遮陽設計4外墻熱工設計13空氣流線與流動原理5實驗室參觀14室內環境與室外氣候（通風）6屋面和外窗熱工設計15作業點評與答疑7非穩態傳熱，回顧與小結16建筑自然通風設計8建筑遮陽基礎知識17總結9南向外遮陽設計18機動導熱（熱傳導）靜止物體相接觸，因溫差作用而產生傳熱微觀：電子遷移、晶格振動、分子碰撞導熱熱流，W/m2導熱系數（熱導率），W/(m·K)：1m長的材料在1K（1℃）溫差作用下通過導熱傳遞的熱流量，衡量建筑材料導熱能力的重要指標導熱熱阻，(m2·K)/W：，表示厚度為，導熱系數為的材料阻擋導熱的能力，熱阻越大，阻力越大公式太陽軌跡圖直角坐標方位角高度角極坐標高度角方位角工具②復合隔熱材料JGJ144-2004

《外墻外保溫工程技術規程》JGJ/T261-2011《外墻內保溫工程技術規程》技術華工33號樓案例建筑遮陽設計步驟①定位部位月份、時刻②初步設計太陽軌跡圖光線輔助③細部設計傳熱分析太陽熱量追蹤④遮陽評價外遮陽遮影線全年評價設計建筑材料與構造華南理工大學建筑學院張宇峰2015版認知框架傳熱與熱物性室內環境室外氣候外墻、屋頂與外窗非穩態傳熱回顧與小結參考教材第1~35，42~49，59~62，72~76，96~101，125~141頁，附錄1和4認知框架傳熱與熱物性室內環境室外氣候外墻、屋頂與外窗非穩態傳熱回顧與小結導熱導熱（熱傳導）靜止物體相接觸，因溫差作用而產生傳熱微觀：電子遷移、晶格振動、分子碰撞導熱熱流，W/m2導熱系數（熱導率），W/(m·K)：1m長的材料在1K（1℃）溫差作用下通過導熱傳遞的熱流量，衡量建筑材料導熱能力的重要指標導熱熱阻，(m2·K)/W：，表示厚度為，導熱系數為的材料阻擋導熱的能力，熱阻越大，阻力越大導熱系數表材料導熱系數（W/(m·K)）當量鋼混厚度倍數聚氨酯0.03353擠塑板0.03747聚苯板0.04241聚苯顆粒保溫砂漿0.0629玻化微珠保溫砂漿0.07424木材0.117PVC0.117加氣混凝土0.29陶粒混凝土空心砌塊0.454混凝土空心砌塊0.762玻璃0.762紅磚砌體0.762水泥砂漿0.932灰砂磚砌體1.12鋼筋混凝土1.741鋁合金1620.01材料復合材料導熱系數（W/(m·K)）鋼筋混凝土1.74雙排孔混凝土空心砌塊0.76材料導熱系數（W/(m·K)）實心粘土磚0.76空心粘土磚0.58靜止的空氣物性導熱系數0.029W/(m·K)小于常見建材做法挖洞、鉆孔功能孔隙和空心率越大，復合空氣越多熱阻越大，復合材料的導熱系數越小材料導熱系數（W/(m·K)）鋼筋混凝土1.74加氣混凝土0.22材料導熱系數（W/(m·K)）聚苯板0.042擠塑板0.037靜止的空氣物性導熱系數0.029W/(m·K)小于常見建材做法發氣、吹泡功能氣孔和氣泡越密，復合空氣越多熱阻越大，復合材料的導熱系數越小對流對流流體流動時，因與不同溫度流體摻混而傳遞熱量對流熱流，W質量流量，kg/s：比熱，kJ/(kg·℃)：1kg物質溫度升高或降低1℃所吸收或放出的熱量，衡量物質儲存熱能的能力，比熱越大，儲存熱能的能力越強對流換熱流動的流體與固體表面接觸時，同時發生導熱和對流的傳熱過程對流換熱熱流，W/m2對流換熱系數，W/(m2·K)：流體與固體在1℃溫差時單位接觸面上的對流換熱量，表征流體與固體表面間對流換熱的能力對流換熱熱阻，(m2·K)/W：邊界層20~30mm主流區層流導熱湍流對流室內側4.4夜日室內側3.6室外側10室外側8.6室內側2.3室外側11受迫對流室外來風或風扇驅動隨風速增大而加強對流換熱系數10~100

W/(m2·K)自然對流溫差驅動（熱輕冷重）隨溫差增大而加強對流換熱系數5~25W/(m2·K)流動起因外墻屋頂屋頂熱輻射輻射換熱兩表面間相互輻射產生的凈換熱輻射換熱熱流，W/m2輻射換熱系數，W/(m2·K)：表征兩表面間輻射換熱的能力輻射換熱熱阻，(m2·K)/W：發射輻射與發射率輻射力（W/m2）1m2表面1s內向外發射的輻射總能量黑體輻射力：灰體輻射力：發射率??灰、黑體輻射力之比表征常見物體發射熱輻射能力的強弱表面發射率白體0表面拋光的鋁表面0.04失去光澤的銅表面0.75紅磚0.93混凝土0.85-0.95玻璃0.93白色油漆0.92黑色噴漆0.95黑體1角系數規律距離平方反比距離縮小一半，角系數提高4倍應用傳統民居大凈高電熱扇的使用角系數1→2：表面1發射的總能量中落到表面2的比例規律與法線夾角余弦成正比平移后，夾角變大，角系數減小應用正對變斜對黑白表面短波長波表面吸收率（長波）吸收率（短波）白體00表面拋光的鋁表面0.040.15失去光澤的銅表面0.750.65紅磚0.930.75混凝土0.85-0.950.65~0.80普通玻璃0.930.12白色油漆0.920.12黑色噴漆0.950.96黑體11輻射換熱兩表面間相互輻射產生的凈換熱與兩表面的發射率和角系數成正比圍護結構傳熱建筑圍護結構傳熱室外氣候室內環境傳熱阻，(m2·K)/W：傳熱系數，W/(m2·K)：，衡量建筑圍護結構（外墻、屋頂、外窗）所有方式傳熱總能力的熱工指標認知框架傳熱與熱物性室內環境室外氣候外墻、屋頂與外窗非穩態傳熱回顧與小結物理→生理→心理人體傳熱-物理人體傳熱身體體內環境室內環境按角系數加權房間各表面溫度表征房間向人體總輻射的強弱平均輻射溫度驅動力與平均輻射溫度有關換熱系數與發射率成正比人體呼吸換熱因吸入和呼出空氣的溫、濕度不同而傳遞熱量驅動力與空氣溫、濕度有關換熱系數與呼吸量成正比呼吸氣流的質量流量，kg/s含濕量，kg/kg干空氣：1kg干空氣中所含水蒸汽的質量相對濕度，%：含濕量與同溫下飽和濕空氣含濕量之比氣化潛熱，2500kJ/kg水蒸汽：1kg水變成水蒸汽所吸收的熱量（相變）人體蒸發換熱濕皮膚與周圍氣流接觸時同時發生擴散和蒸發的過程擴散：蒸發：飽和蒸發不飽和擴散對流擴散系數，s-1：與對流換熱系數成正比蒸發換熱熱阻，(m2·K)/W身體驅動力與空氣濕度有關換熱系數與風速成正比人體總蒸發換熱量與皮膚濕潤度成正比人體熱平衡-恒溫動物體核皮膚皮膚血流體外環境對流，輻射呼吸，蒸發產熱量=體核向皮膚傳熱量=皮膚向環境傳熱量活動量皮膚血流量服裝熱阻空氣溫度空氣濕度風速平均輻射溫度人體生理熱調節-生理人體熱平衡-暖體核36.8℃皮膚皮膚血流體外環境28℃對流，輻射呼吸，蒸發感覺暖→皮膚毛細血管擴張、出汗產熱量=體核向皮膚傳熱量=皮膚向環境傳熱量2.8℃6.0℃皮膚溫度升高毛細血管擴張，增大體內環境向皮膚的換熱系數出汗增多，增大皮膚向體外環境的換熱系數34.0℃人體熱平衡-涼體核36.8℃皮膚皮膚血流體外環境24℃對流，輻射呼吸，蒸發感覺涼→皮膚毛細血管收縮、寒顫產熱量=體核向皮膚傳熱量=皮膚向環境傳熱量3.4℃9.4℃皮膚溫度降低毛細血管收縮，減小體內環境向皮膚的換熱系數產熱增加，增加體核向皮膚、皮膚向環境的傳熱量33.4℃熱感覺與熱舒適-心理PMV模型丹麥學者P.O.Fanger：《熱舒適》（1970）1396名美國和丹麥人，嚴格受控的實驗室，多種溫濕度組合心理問卷投票+統計回歸以人體傳熱和生理學為基礎熱感覺（熱舒適）與生理熱調節負荷相關現行標準參考標準夏季（0.5clo）舒適溫度范圍24~27℃冬季（1.0clo）舒適溫度范圍20~25℃前提條件：50%、0.2m/s、1.2met操作溫度（℃）含濕量熱舒適區風速<0.2m/s1.2met相對濕度GB/T5701《室內熱環境條件》參考標準夏季室內設計計算溫度：26℃冬季室內設計計算溫度：16℃根據人的熱舒適要求而定，作為節能設計計算的依據在保證環境質量的前提下實現節能JGJ75《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》認知框架傳熱與熱物性室內環境室外氣候外墻、屋頂與外窗非穩態傳熱回顧與小結氣候大氣多年的平均狀態日照、氣溫、濕度、風、降水、氣壓形成因素：太陽輻射（緯度）洋流（海洋）地形（山地盆地）年太陽輻射總量中國氣象科學共享服務網氣象統計資料http://七月平均氣溫中國氣象科學共享服務網氣象統計資料http://一月平均氣溫季節變化區主導風向區（全年西風）主導風向區（冬季西風，夏季東風）主導風向區（全年西南風）無主導風向區準靜風區年平均風向中國氣象科學共享服務網氣象統計資料http://年平均相對濕度建筑氣候與建筑密切相關的氣候要素建筑氣候區劃：面向整個建筑行業，指標以溫濕度為主，降水量為輔建筑熱工設計分區：面向建筑熱工設計，以氣溫為指標建筑氣候氣溫日照風降水與濕度建筑熱工設計分區嚴寒寒冷夏熱冬冷夏熱冬暖溫和廣州建筑熱工設計分區分區名稱一月平均氣溫七月平均氣溫冬季保溫設計要求夏季防熱設計要求嚴寒地區≤-10℃——充分滿足不考慮寒冷地區-10~0℃——滿足兼顧夏熱冬冷地區0~10℃25~30℃兼顧滿足夏熱冬暖地區>10℃25~29℃不考慮充分滿足溫和地區0~13℃18~25℃不考慮部分考慮廣州建筑氣候

——從氣候到設計外表面吸熱考慮太陽輻射室外綜合溫度，℃：等效溫度，將室外氣溫（環境輻射）和太陽輻射的共同作用等效為室外綜合溫度的作用假定室外環境各表面平均溫度與室外空氣溫度相等對流換熱與輻射換熱并聯與氣溫和太陽輻射照度成正比與外表面太陽輻射吸收率和換熱熱阻成正比建筑熱工設計要求

——從定性到定量熱環境設計目標室內熱環境處于舒適范圍工況自然調節，由熱平衡形成室內環境關系室內氣溫為各圍護結構的室外綜合溫度按其傳熱系數與面積乘積的加權平均設計①降低室外綜合溫度；②減小圍護結構傳熱系數氣候建筑人26℃節能設計目標建筑（空調）能耗較低工況開啟空調，室溫26℃，傳入室內的熱量形成空調能耗關系空調能耗與各圍護結構總傳熱量成正比設計①降低室外綜合溫度；②減小圍護結構傳熱系數氣候建筑人公共建筑外墻傳熱系數限值單位：W/m2·K夏熱冬暖地區夏熱冬冷地區寒冷地區嚴寒地區外墻節能設計要求熱工分區一月平均氣溫冬季采暖溫差（18℃）七月平均氣溫夏季空調溫差（26℃）傳熱系數限值（W/m2·K）嚴寒地區≤-10℃≥28℃————0.4~0.5寒冷地區-10~0℃18~28℃————0.5~0.6夏熱冬冷地區0~10℃8~18℃25~30℃-1~4℃（2～7℃）1夏熱冬暖地區>10℃——25~29℃-1～3℃（2～6℃）1.5取廣州和上海七月平均太陽輻射照度計算得到（=0.7)夏熱冬暖地區夏熱冬冷地區寒冷地區嚴寒地區屋頂節能設計要求熱工分區一月平均氣溫冬季采暖溫差（18℃）七月平均氣溫夏季空調溫差（26℃）傳熱系數限值（W/m2·K）嚴寒地區≤-10℃≥28℃————0.3~0.45寒冷地區-10~0℃18~28℃————0.45~0.55夏熱冬冷地區0~10℃8~18℃25~30℃-1~4℃（5～10℃）0.7夏熱冬暖地區>10℃——25~29℃-1～3℃（5～9℃）0.9取廣州和上海七月平均太陽輻射照度計算得到（=0.7)公共建筑屋頂傳熱系數限值單位：W/m2·K認知框架傳熱與熱物性室內環境室外氣候外墻、屋頂與外窗非穩態傳熱回顧與小結外墻構造熱工設計外墻的構造形式有哪些？墻一般作多厚？分哪幾層？如何從傳熱角度作外墻的構造選型與設計？參考教材第138~141，96~99，16~21頁，附錄1參考《建筑防熱》廣州節能設計標準GB50189-2005《公共建筑節能設計標準》JGJ75-2012《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》目標與1980年代建筑相比，節能50%規定外墻傳熱系數≤1.5W/(m2·K)屋頂傳熱系數≤0.9W/(m2·K)注：以上墻體均內外抹灰（水泥砂漿）25mm厚①選擇主體材料外墻傳熱阻(m2·K)/W傳熱系數W/(m2·K)鋼混墻200厚0.333灰砂磚180厚0.382.7雙排孔混凝土空心砌塊190厚0.641.6加氣混凝土190厚1.210.8防熱原理主體材料導熱系數越小、材料越厚，導熱熱阻越大設計要點填充墻選用加氣混凝土（參考教材第25~27頁）特征1封閉空間間層特征1厚度小于20mm空間受限，空氣靜止傳熱以導熱為主，熱阻隨厚度增大而線性增加特征2厚度大于20mm空間擴大，空氣流動傳熱以對流換熱為主，熱阻隨厚度增加的趨勢減緩特征2（參考教材第25~27頁）封閉空間間層防熱原理導熱與輻射熱阻并聯導熱熱阻大于輻射熱阻增加總熱阻的有效方式為增大輻射熱阻性能單面鋁箔，熱阻增1倍雙面鋁箔，熱阻增2倍設計要點200厚鋼混墻復合15厚雙面鋁箔或30厚單面鋁箔封閉空氣間層⑤外墻遮陽防熱原理入射=反射+吸收，吸收=對流+輻射僅部分熱量作用于墻體外表面熱量越少，外墻室外綜合溫度越低技術要點減小遮陽構件的太陽輻射吸收率以減少吸收增強間層的通風以增強對流減少構件蓄熱以促進夜晚的散熱設計要點選淺色、輕質遮陽構件構件與墻體留充足間隙（500）底部架空，上部開敞中間花格鏤空當量附加熱阻0.3(m2·K)/W墻體構造熱工設計小結直接可用①選擇主體材料②復合隔熱材料③復合輕墻板靈活選用④淺色外飾面⑤外墻遮陽⑥外墻綠化①②③④⑤⑥屋頂構造熱工設計屋頂的構造形式有哪些？屋頂一般作多厚？分哪幾層？如何從傳熱角度作屋頂的構造選型與設計？參考教材第132~138，100~101，16~21頁，附錄1參考《建筑防熱》廣州節能設計標準GB50189-2005《公共建筑節能設計標準》JGJ75-2012《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》目標與1980年代建筑相比，節能50%規定外墻傳熱系數≤1.5W/(m2·K)屋頂傳熱系數≤0.9W/(m2·K)封閉空間間層特征1空氣流動由弱到強：熱流向下之水平間層<垂直間層<熱流向上之水平間層特征2熱阻由大到小：熱流向下之水平間層>垂直間層>熱流向上之水平間層（參考教材第25~27頁）封閉空間間層（參考教材第25~27頁）防熱原理導熱與輻射熱阻并聯導熱熱阻大于輻射熱阻增加總熱阻的有效方式為增大輻射熱阻性能單面鋁箔，熱阻增1倍雙面鋁箔，熱阻增2倍設計要點100厚鋼混屋頂復合50厚雙面鋁箔封閉空氣間層屋頂構造熱工設計小結直接可用①復合隔熱材料②復合輕墻板⑥屋頂綠化靈活選用③淺色外飾面④屋頂遮陽⑤蓄水屋頂①②③④⑤⑥外窗構造熱工設計外窗窗框有哪些種？玻璃有哪些種？如何從傳熱角度作外窗的構造選型與設計？參考教材第100頁參考《建筑防熱》JGJ75-2012《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》外窗的加權平均綜合遮陽系數平均窗地（或窗墻）面積比≤0.250.25<平均窗地（或窗墻）面積比≤0.300.30<平均窗地（或窗墻）面積比≤0.350.35<平均窗地（或窗墻）面積比≤0.400.40<平均窗地（或窗墻）面積比≤0.45≤0.8≤0.7≤0.6≤0.5≤0.4南區居住建筑外窗節能設計要求外窗傳熱系數不作規定廣州節能設計GB50189-2005《公共建筑節能設計標準》廣州節能設計12340夏熱冬暖地區夏熱冬冷地區寒冷地區嚴寒地區外窗節能設計要求公共建筑傳熱系數限值單位：W/m2·K以窗墻面積比0.3~0.4為例夏熱冬暖地區夏熱冬冷地區寒冷地區嚴寒地區外窗夏熱冬暖地區夏熱冬冷地區寒冷地區嚴寒地區外墻屋頂玻璃普通鋁合金窗框斷熱鋁合金窗框PVC塑料窗框普通平板玻璃6.05.54.7吸熱型玻璃6.05.54.7反射型玻璃5.55.04.5Low-E玻璃5.04.54.5中空玻璃4.03.5~3.03.0~2.5Low-E中空玻璃3.53.0~2.02.5~2.0單位（W/(m2·K)）外窗傳熱系數兩片或多片玻璃均勻間隔密封，3+6+3、3+9+3（2m2）~12+20+12（16m2）內充氣體及其導熱系數（W/(m·K)）：空氣0.029、氬氣0.016、氪氣0.009、真空0（需加支撐物）參考標準：GBT11944-2002中空玻璃JGJ113-2009建筑玻璃應用技術技程防熱原理參考封閉空氣間層中空玻璃Low-E玻璃透射：7%反射：57%吸收：36%吸收后再輻射：4%傳入室內：11%10073632457玻璃室內側發射率＜0.15構造夏季白天夏季夜晚（過渡季）內置遮陽百葉（拋光金屬，高反射率、低發射率）蓄熱墻（深色，厚重）內外均設進出風口降下遮陽百葉開啟外側進出風口遮陽、熱壓通風散熱拉回遮陽百葉開啟內外側進出風口夜間自然通風、蓄積冷量11建學許海生組呼吸蓄熱式玻璃幕墻外呼吸認知框架傳熱與熱物性室內環境室外氣候外墻、屋頂與外窗非穩態傳熱回顧與小結溫度瞬變溫度瞬變之變化機理外表面吸熱=蓄熱+內部傳熱

蓄熱使得，由此造成，從而形成內部傳熱的增量如此層層接力，最終使得，灰色部分為達到新平衡前構造的總蓄熱量蓄熱系數表征材料表面抵抗溫度變化能力，W/(m2·K)，，，，則，抵抗力越強，材料表面溫升越慢建筑材料蓄熱系數（W/(m2·K)）大理石23.27鋼筋混凝土17.2灰沙磚12.72水泥砂漿11.37石灰砂漿10.07粘土多孔磚7.92加氣混凝土3.59軟木板1.95聚苯乙烯泡沫塑料板0.36秋冬季節，赤腳在大理石地板和松木地板上走，感覺有什么不同，為什么？會議室：使用時，希望房間表面溫度能在短時間內隨空調升降溫，那么，應選用蓄熱系數（大？小）的材料做表面飾面？熱惰性指標表征材料內部抵抗溫度變化的能力，，，，則，抵抗力越強，材料內部溫升越慢構造，構造

，構造內表面溫升越慢建筑結構熱惰性指標覆土種植屋面4.22加氣混凝土190外墻3.65蓄水鋼筋混凝土100屋面3.1陶粒混凝土空心砌塊190外墻2.99鋼筋混凝土100屋面2.9灰沙磚180外墻2.63鋼筋混凝土200外墻2.53混凝土空心砌塊190外墻2.45聚苯夾芯板100輕質墻0.86重質輕質2.5溫度周期性波動周期性波動之輕質結構可短時穩定，近似穩態傳熱內表面溫度緊隨室外氣溫變化（無延遲）溫度波幅衰減（，衰減越大）等周期衰減周期性波動之重質結構短時不穩定，非穩態傳熱內表面溫度變化落后于室外氣溫變化（延遲）溫度波幅衰減（，，衰減越大）等周期延遲衰減應用標準應用JGJ75《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》建筑結構熱惰性指標覆土種植屋面4.22加氣混凝土190外墻3.65蓄水鋼筋混凝土100屋面3.1陶粒混凝土空心砌塊190外墻2.99鋼筋混凝土100屋面2.9灰沙磚180外墻2.63鋼筋混凝土200外墻2.53混凝土空心砌塊190外墻2.45聚苯夾芯板100輕質墻0.86重質輕質2.5外墻D外墻傳熱系數KD≥3.02.0<K≤2.5D≥2.81.5<K≤2.0D≥2.50.7<K≤1.5D<2.5K≤0.7屋頂D屋頂傳熱系數KD≥2.50.4<K≤0.9D<2.5K≤0.4大氣長波輻射現象公式地表向外太空（0K）發出長波輻射大氣層（H2O、CO2和O3等）吸收和反射部分輻射，比例為視大氣為輻射換熱對象，其等效溫度為天空有效溫度（大氣長波輻射溫度）建筑材料與構造建筑遮陽認知框架太陽軌跡與太陽輻射室內環境與室外氣候建筑外遮陽設計玻璃遮陽設計參考教材第50~64，72~76，42~49頁，附錄5、6認知框架太陽軌跡與太陽輻射室內環境與室外氣候建筑外遮陽設計玻璃遮陽設計太陽軌跡北太陽方位角：太陽光線在地平面上的投影與地平面正南方向的夾角方位角太陽在天空的位置東南西光線投影點垂線投影線高度角太陽高度角：太陽光線與地平面投影線的夾角北，0°東，90°南，180°10°20°30°40°50°60°70°80°6月1日5月1日4月1日3月1日2月1日1月1日日期（實線）7月1日8月1日9月1日10月1日11月1日12月1日日期（虛線）789101112上午時刻廣州太陽軌跡圖Autodesk

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Analysis高度角

方位角西，270°6141516171819下午時刻13太陽輻射太陽輻射到達地球表面的過程直射散射反射太空輻射對流導熱大氣輻射蒸發空氣分子、塵粒、云滴太陽常數云大氣的衰減作用越強（P

越小），太陽光在大氣層中穿行的距離越長（hs

越小），到達地表的法向直射輻射照度越小地表的直射輻射法向直射輻射照度，W/m2太陽常數，1353W/m2大氣透明度，0~1太陽高度角指數函數幾何光學建筑表面的直射輻射水平面垂直面思考：屋面接收到的太陽輻射何時最大？何時最小？東、西、南、北各立面呢？屋面和各立面相比，接收到的太陽輻射誰強誰弱？坡屋頂跟平屋頂相比，接收的太陽輻射熱量有何不同？廣州建筑表面太陽輻射直射輻射與遮擋Autodesk

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Analysis遮影圖認知框架太陽軌跡與太陽輻射室內環境與室外氣候建筑外遮陽設計玻璃遮陽設計建筑熱工設計要求熱環境設計氣候建筑人目標室內熱環境處于舒適范圍工況自然調節，由熱平衡形成室內環境關系室內氣溫為各圍護結構室外綜合溫度和外窗太陽輻射得熱的加權平均設計①降低室外綜合溫度；②減小圍護結構傳熱系數；③減小外窗綜合遮陽系數遮陽系數×外遮陽系數（SD）：有無外遮陽時，窗口外表面接收到的太陽輻射照度之比，表征外遮陽設計的遮陽作用綜合遮陽系數（SW）：SD×SC外窗太陽輻射得熱=入射太陽輻射照度*Sw*面積*0.85SC=0.56/0.85*0.83=0.55窗遮陽系數（SC）：外窗與普通平板玻璃的室內太陽輻射得熱之比，表征外窗自身的遮陽作用26℃節能設計氣候建筑人目標建筑（空調）能耗較低工況開啟空調，室溫26℃，傳入室內的熱量形成空調能耗關系空調能耗與各圍護結構總傳熱量和外窗太陽輻射得熱成正比設計①降低室外綜合溫度；②減小圍護結構傳熱系數；③減小外窗綜合遮陽系數廣州節能設計JGJ75-2012《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》外窗綜合遮陽系數Sw平均窗地（或窗墻）面積比≤0.25（0.25，0.30）（0.30，0.35）（0.35，0.40）（0.40，0.45）要求≤0.8≤0.7≤0.6≤0.5≤0.4南區居住建筑外窗節能設計要求東、西外窗必須采取建筑外遮陽措施：SD≤0.8南、北外窗應采取建筑外遮陽措施：SD≤0.9廣州節能設計GB50189-2005《公共建筑節能設計標準》以0.3<窗墻面積比≤0.4為例夏熱冬暖地區夏熱冬冷地區寒冷地區外窗節能設計要求注：嚴寒地區不作要求公共建筑外窗遮陽系數限值分區名稱冬季保溫設計要求夏季防熱設計要求嚴寒地區充分滿足不考慮寒冷地區滿足兼顧夏熱冬冷地區兼顧滿足夏熱冬暖地區不考慮充分滿足溫和地區不考慮部分考慮建筑遮陽設計依據從經濟上、技術上著眼，慎重決定哪處要遮陽，什么時間要遮陽——夏昌世廣州月均氣溫最熱7月，月均溫29℃；最冷1月，月均溫14℃（年較差15℃）過熱5~9月，過冷1月、2月和12月，適中3~4月和10~11月廣州月均太陽輻射最大7月，月均161W/m2；最小3月，月均83W/m2遮5~9月，透1、2和12月廣州小時氣溫7月標準日：最小26℃，最大32℃，平均29℃1月標準日：最小11℃，最大17℃，平均14℃張晴原等（著），中國建筑用標準氣象數據庫，機械工業出版社，2004廣州小時太陽輻射7月標準日：最大538W/m2，其中直射119W/m2，散射419W/m21月標準日：最大391W/m2，其中直射199W/m2，散射192W/m2張晴原等（著），中國建筑用標準氣象數據庫，機械工業出版社，2004遮12~17點廣州小時太陽輻射夏季晴天水平面最大962W/m2水平面>東、西立面>南、北立面注：外墻傳熱系數1.5W/(m2·K)，外窗（鋁合金普通白玻）傳熱系數6.0W/(m2·K)，遮陽系數0.8外窗傳熱中，主要是太陽輻射傳熱，溫差傳熱部分相對較小傳熱系數要求寬松，而遮陽性能要求嚴格外窗節能設計要求外窗>屋面、外墻散射輻射半球天空均勻發出散射輻射，無方向性散熱輻射照度=空曠無遮擋表面接收到的散熱輻射強度，W/m2陰天散熱大于直射，但小于晴天直射晴天直射大于散射遮直射輻射優于遮散射輻射認知框架太陽軌跡與太陽輻射室內環境與室外氣候建筑外遮陽設計玻璃遮陽設計南向外窗遮陽設計以廣州為例①定位確定月份：遮擋5~9月直射太陽輻射，其余月份部分透過確定時刻：中午12點南立面太陽輻射最強且氣溫較高，為主要遮陽時刻6月1日5月1日4月1日3月1日2月1日1月1日7月1日8月1日9月1日10月1日11月1日12月1日67891012141516171819方位角北，0°東，90°南，180°西，270°高度角

10°20°30°40°50°60°70°80°日期（實線）日期（虛線）上午時刻下午時刻45°65°90°80°②初步設計11136、7月（90°）5月1日（80°）10月1日（65°）1月（45°）北剖面②初步設計挑出長度=cot(65°)=0.47*遮擋高度③細部設計防熱原理入射=反射+吸收，吸收=對流+輻射對流→加熱空氣→傳入室內空氣溫度越低，室內得熱越少技術要點減小遮陽構件的太陽輻射吸收率以減少吸收增強遮陽構件通風以促進空氣散熱設計要點選拋光金屬遮陽構件構件與墻體留間隙構件鏤空6月1日5月1日4月1日3月1日2月1日1月1日7月1日8月1日9月1日10月1日11月1日12月1日678910111213141516171819方位角北，0°東，90°南，180°西，270°高度角

10°20°30°40°50°60°70°80°日期（實線）日期（虛線）上午時刻下午時刻45°70°65°90°水平遮陽：L=cot65°*H=0.47H遮擋4~9月中旬全天太陽直射部分透過9月中旬~來年3月太陽直射④遮陽評價建筑遮陽設計步驟①定位部位月份、時刻②初步設計太陽軌跡圖光線輔助③細部設計傳熱分析太陽熱量追蹤④遮陽評價外遮陽遮影線全年評價夏昌世中山醫學院生理生化樓建于1953年原中山醫學院校內現今保留最完整的夏昌世作品大面積開窗通風采光防止直射影響顯微鏡防止室內過熱方格型混凝土遮陽板橫板為主，縱板為輔遮陽板與建筑脫開“現場搗制的鋼筋混凝土過厚，影響到立面有過重的感覺“（夏昌世）優秀案例的深入分析7006001200500700500500600240043°45°54°40°43°45°54°40°北剖面圖水平遮陽細部130080020038°38°平面圖北垂直遮陽細部6月1日5月1日4月1日3月1日2月1日1月1日7月1日8月1日9月1日10月1日11月1日12月1日678910111213141516171819方位角北，0°東，90°南，180°西，270°高度角

10°20°30°40°50°60°70°80°日期（實線）日期（虛線）上午時刻下午時刻Autodesk

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Analysis45°70°65°90°垂直遮陽：遮擋全年9點前及16點后太陽直射全年中午直射均未遮擋38°水平遮陽40°：遮擋全年10~15點太陽直射透過10月~來年3月部分太陽直射水平遮陽54°：遮擋2月中~10月中全天太陽直射透過10月中~來年2月中全天太陽直射水平垂直遮陽功能重復遮擋全年多數太陽直射，不利于天然采光和冬季日照遮陽評價西向外窗遮陽設計以廣州為例建筑遮陽設計步驟①定位部位月份、時刻②初步設計太陽軌跡圖光線輔助③細部設計傳熱分析太陽熱量追蹤④遮陽評價外遮陽遮影線全年評價①定位確定月份：5~9月直射太陽輻射全部遮擋，其余月份部分透過確定時刻：下午4點西立面太陽輻射最強且氣溫最高，為主要遮陽時刻6月1日5月1日4月1日3月1日2月1日1月1日7月1日8月1日9月1日10月1日11月1日12月1日678910111213141516171819方位角北，0°東，90°南，180°西，270°高度角

10°20°30°40°50°60°70°80°日期（實線）日期（虛線）上午時刻下午時刻235°20°270°38°255°30°280°40°②初步設計235°20°270°38°255°30°280°40°北西南東平面圖②初步設計6月1日5月1日4月1日3月1日2月1日1月1日7月1日8月1日9月1日10月1日11月1日12月1日678910111213141516171819方位角北，0°東，90°南，180°西，270°高度角

10°20°30°40°50°60°70°80°日期（實線）日期（虛線）上午時刻下午時刻235°20°255°30°280°40°垂直遮陽板0.6W全年14點后直射無法遮擋帶傾角的垂直遮陽板遮擋4~9月16點以后太陽直射透過10月~來年3月16點太陽直射270°38°221°④遮陽評價屋面遮陽設計以廣州為例①定位確定月份：5~9月直射太陽輻射全部遮擋，其余月份部分透過確定時刻：中午12點水平面太陽輻射最強且氣溫較高，為主要遮陽時刻6、7月（90°）10月1日（65°）1月（45°）北剖面圖②初步設計正面向北5月1日（80°）北向外窗遮陽設計以廣州為例①定位確定月份：5~9月直射太陽輻射全部遮擋，其余月份部分透過確定時刻：下午4點北立面太陽輻射最強且氣溫較高，為主要遮陽時刻6月1日5月1日4月1日3月1日2月1日1月1日7月1日8月1日9月1日10月1日11月1日12月1日678910111213141516171819方位角北，0°東，90°南，180°西，270°高度角

10°20°30°40°50°60°70°80°日期（實線）日期（虛線）上午時刻下午時刻Autodesk

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Analysis235°20°255°30°280°40°水平遮陽板長度：L=cot75°*H=0.3H遮全年9~16點太陽直射透4~9月9點前及16點后太陽直射垂直遮陽板長度：L=tan(10°)*W=0.2W遮全年9~16點太陽直射透5~8月9點前及16點后太陽直射270°38°④遮陽評價認知框架太陽軌跡與太陽輻射室內環境與室外氣候建筑外遮陽設計玻璃遮陽設計對太陽（短波）輻射透射率高（0.8），吸收和反射率低對常溫物體（長波）輻射吸收率高（0.90~0.95），透射和反射率低溫室效應（寒冷地區冬季）：透太陽輻射，不透房間輻射短波輻射長波輻射普通平板玻璃透射：80%吸收：12%吸收后再輻射：5%傳入室內：85%普通平板玻璃1008081275對太陽輻射的吸收率提高，透射率降低對常溫物體輻射的接收性能變化不大可見光透射率≥50%可見光短波輻射長波輻射吸熱玻璃吸熱玻璃透射：31%吸收：64%吸收后再輻射：25%傳入室內：56%100315643925對太陽輻射的反射率提高，透射率降低，反射型對常溫物體輻射的接收性能變化不大可見光透射率≥50%可見光短波輻射長波輻射反射玻璃透射：7%反射：57%吸收：36%吸收后再輻射：14%傳入室內：21%反射玻璃100757362214反射型背面對常溫物體輻射的反射率提高，也即發射（吸收）率降低（Low-E）可見光透射率≥50%Low-E玻璃可見光短波輻射長波輻射玻璃室內側發射率小于0.15Low-E玻璃透射：7%反射：57%吸收：36%吸收后再輻射：4%傳入室內：11%10073632457玻璃室內側發射率＜0.15Low-E玻璃可見光短波輻射長波輻射吸熱型背面對常溫物體輻射的反射率提高，也即發射（吸收）率降低（Low-E）可見光透射率≥50%玻璃普通鋁合金窗框斷熱鋁合金窗框PVC塑料窗框普通平板玻璃0.9~0.80.850.8吸熱型玻璃0.7~0.650.650.65反射型玻璃0.55~0.250.5~0.250.5~0.25Low-E玻璃0.55~0.450.5~0.40.5~0.4中空玻璃0.750.70.7Low-E中空玻璃0.55~0.30.5~0.250.5~0.25常見外窗的遮陽系數建筑遮陽建筑自然通風認知框架空氣流線與流動原理室內環境與室外氣候建筑自然通風設計認知框架空氣流線與流動原理室內環境與室外氣候建筑自然通風設計空氣流線風在建筑外繞行風影區取自“Airflowaroundbuildings”in2001ASHRAEHandbookFundamentals空氣的慣性、粘性開窗位置和面積設計風在建筑內穿行

開窗高度和面積設計風在建筑內穿行

空氣流動原理參考《流體力學》時刻內發生的流動111’1’2’2’22理想流體能量守恒伯努利原理一動能變化+勢能變化=壓力做功時刻內發生的流動111’1’2’2’22粘性流體能量守恒單位體積流體流經1-2時因流動阻力產生的能量損失動能變化+勢能變化+能量損失=壓力做功伯努利原理二風壓通風原理風壓系數屋面高度來流風速迎風面背風面屋面側風面建筑表面風壓室外來流風速越大建筑物前后壓差越大房間流動阻力系數越小室內風速越大風壓通風原理熱壓通風原理熱壓與進出風口高差和室內外溫度差成正比熱壓通風（煙囪效應）持續冷卻持續加熱室內外溫差越大進出風口高差越大房間的流動阻力系數越小室內風速越大熱壓通風原理認知框架空氣流線與流動原理室內環境與室外氣候建筑自然通風設計DAMcINTYRE.《IndoorClimate》，AppliedSciencePublishedLTD，1980風速（m/s）風感情景<0.1靜風建筑中少有遇到0.2有感閾值頭頂處人體自然對流風速0.25~0.5微風窗簾輕微擺動0.5~1.0有風頭發飄動1.0~2.0輕風紙張在桌面上掀起，散步的相對風速風速與風感0.8m/s3℃GB/T5701-2008《室內熱環境條件》適宜溫度上升量（℃）風速（m/s）0.8m/s的風速可提升適宜溫度3℃，也即27℃→30

℃對于夏季著裝和輕量活動風速提升適宜溫度室外氣候自然界的風是怎樣形成的？分幾種？各有什么特點？用什么指標來描述風的特性？跟建筑自然通風有關的氣候參數有哪些？參考教材第64~67頁，附錄5風之成因廣州大氣環流造成全球各地的差異由赤道和兩極的溫差和地轉偏向力造成季風造成季節性差異，以年為周期由海洋和陸地的溫差造成地方風造成局部差異，以一晝夜為周期如海陸風、山谷風、庭院風、巷道風等由地方性地貌條件不同引起的溫差造成風由溫差造成，溫差由太陽輻射引起風之特性—風向（風玫瑰圖）廣州夏季主導風東南風，全年主導風北風夏季風排序：東南風（16%），東風，南風廣州建筑氣候廣州室外綜合溫度過熱211天（58%），過冷31天（9%），適中123天（33%）充分滿足夏季防熱，可不考慮冬季保溫廣州室外綜合溫度過熱132天（36%），過冷31天（9%），適中123天（55%）利用自然通風可解決夏季80天（40%）的過熱問題30℃建筑熱工設計要求熱環境設計氣候建筑人目標室內熱環境處于舒適范圍工況自然調節，由熱平衡形成室內環境關系室內氣溫為各圍護結構室外綜合溫度、外窗太陽輻射得熱和室外氣溫加權平均設計①降低室外綜合溫度；②減小圍護結構傳熱系數；③減小外窗綜合遮陽系數；④增大室內通風量（室外氣溫適宜時）26℃節能設計氣候建筑人目標建筑（空調）能耗較低工況開啟空調，室溫26℃，傳入室內的熱量形成空調能耗關系空調能耗與各圍護結構總傳熱量、外窗太陽輻射得熱和通風換熱成正比設計①降低室外綜合溫度；②減小圍護結構傳熱系數；③減小外窗綜合遮陽系數；④增大室內通風量（室外氣溫適宜時）廣州節能設計JGJ75-2012《夏熱冬暖地區居住建筑節能設計標準》群體布局建筑群的總體規劃應有利于自然通風單體設計建筑的平面、立面設計應有利于自然通風細部設計每戶至少應有一個居住房間通風開口和通風路徑的設計滿足自然通風要求細部設計外窗（包括陽臺門）的通風開口面積不應小于房間地面面積的10%或外窗面積的45%廣州節能設計GB50189-2005《公共建筑節能設計標準》群體布局建筑總平面的布置和設計宜利用夏季自然通風細部設計建筑中庭夏季應利用通風降溫細部設計外窗的可開啟面積不應小于窗面積的30%認知框架空氣流線與流動原理室內環境與室外氣候建筑自然通風設計群體布局建筑群布局形式有哪些？從哪些方面評判建筑群布局在促進自然通風方面的優劣？哪種布局有利于通風，哪種不利？平面布局分類并列式行列式空氣流動形式獨立流（高寬比<1/3)尾跡干擾流（高寬比1/3~3/4）滑流（高寬比>3/4）平面布局設計錯列式、斜列式、自由式優于并列式和周邊式空間布局設計架空通風設計單體設計建筑單體設計的哪些方面會影響通風？優秀的建筑通風作品有哪些？各有什么特點？如何評價建筑單體通風設計的優劣？朝向減少太陽輻射照射、避免西曬利于夏季引風導風防暴風雨廣州建筑最佳朝向南偏西5°~南偏東10°朝向兼顧室內自然通風和室外風影區影響建筑主立面與主導風成20°~30°風向投射角室內風速降低（%）風影區長度0°03.75H30°133H45°301.5H60°501.5H漢諾威梅斯26號展廳天然采光自然通風+-北漢諾威梅斯26號展廳-三間兩廊日間夜間德國科學園（Kiessier）冬季白天夏季白天夏季夜晚細部設計房間設計中哪些因素影響通風？門窗等開口的通風設計要注意什么？房間內各空間的連接設計要注意什么？交通流線~風之流線是否可以類比？開口水平位置設計進、出風口不應過分接近進、出風口不應布置在同一側進、出風口不宜布置在相鄰墻面進、出風口宜布置在相對墻面且流線經過人主要活動區域開口垂直位置設計進、出風口不應同時開在較高處進、出風口宜布置在人所在高處進、出風口不宜設計為低進風口、高出風口開口不應設計為高進風口