大学建筑物理学课后习题答案

建筑物理课后习题参考答案

第一篇 建筑热工学 第一章 建筑热工学基本知识

习 题

1-1、构成室内热环境的四项气候要素是什么？简述各个要素在冬（或夏）季，在居室内，是怎样影响人体热舒适感的。

答：（1）室内空气温度：居住建筑冬季采暖设计温度为18℃，托幼建筑采暖设计温度为20℃，办公建筑夏季空调设计温度为24℃等。这些都是根据人体舒适度而定的要求。

（2）空气湿度：根据卫生工作者的研究，对室内热环境而言，正常的湿度范围是30-60%。冬季，相对湿度较高的房间易出现结露现象。

（3）气流速度：当室内温度相同，气流速度不同时，人们热感觉也不相同。如气流速度为0和3m/s时，3m/s的气流速度使人更感觉舒适。

（4）环境辐射温度：人体与环境都有不断发生辐射换热的现象。

1-2、为什么说，即使人们富裕了，也不应该把房子搞成完全的“人工空间”？ 答：我们所生活的室外环境是一个不断变化的环境，它要求人有袍强的适应能力。而一个相对稳定而又级其舒适的室内环境，会导致人的生理功能的降低，使人逐渐丧失适应环境的能力，从而危害人的健康。

1-3、传热与导热（热传导）有什么区别？本书所说的对流换热与单纯在流体内部的对流传热有什么不同？

答：导热是指同一物体内部或相接触的两物体之间由于分子热运动，热量由高温向低温处转换的现象。纯粹的导热现象只发生在密实的固体当中。

围护结构的传热要经过三个过程：表面吸热、结构本身传热、表面放热。严格地说，每一传热过程部是三种基本传热方式的综合过程。

本书所说的对流换热即包括由空气流动所引起的对流传热过程，同时也包括空气分子间和接触的空气、空气分子与壁面分子之间的导热过程。对流换热是对流与导热的综合过程。

而对流传热只发生在流体之中，它是因温度不同的各部分流体之间发生相对运动，互相掺合而传递热能的。

1-4、表面的颜色、光滑程度，对外围护结构的外表面和对结构内空气间层的表面，在辐射传热方面，各有什么影响？

答：对于短波辐射，颜色起主导作用；对于长波辐射，材性起主导作用。如：白色表面对可见光的反射能力最强，对于长波辐射，其反射能力则与黑色表面相差极小。而抛光的金属表面，不论对于短波辐射或是长波辐射，反射能力都很高，所以围护结构外表面刷白在夏季反射太阳辐射热是非常有效的，而在结构内空气间层的表面刷白是不起作用的。

1-5、选择性辐射体的特性，对开发有利于夏季防热的外表面装修材料，有什么启发？

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答：选择性辐射体又称非灰体，其辐射光谱与黑体光谱截然不同，甚至有的只能发射某些波长的辐射线。但是建筑材料多属于灰体，根据非灰体的性质可开发非灰体的装修材料，辐射和吸收某种特定的辐射线。

由图可知，选择性辐射体的特性，具有间断性，可将此特性利用起来，将外表面装饰材料刷白，或进行浅色处理，对夏季反射太阳辐射热也非常有效。

1-6、书中给出的自然对流时计算αc的三个公式中，系数分别为2.0，2.5，1.3，试说明系数不同的原因。

答：是因为结构和热源位置不同，高温密度小的空气和低温密度大的空气之间进行对流换热。

水平表面（热流由下而上）有利于对流，所以取2.5

水平表面（热流由上而下）不利于对流，所以取1.3 垂直表面 不影响对流，所以取2.0

1-7、试根据自己的经验，列举几个外墙内表面或地面产生表面结露现象的实例，并说明结露的原因。

答：例1、有些户主由于使用不当，经常使室内出现许多水蒸气，室内空气容纳不了的水蒸气就凝结成水珠析出。

由于山墙的建筑构造做法不到位，使山墙内表面温度低于室内的露点温度，而导致山墙表面出现结露，甚至霉变。

例2、有些室内由于温度降低，而使露点温度降低，产生结露现象。

若在建筑构造无总是的情况下，居民生活方式不同，也会使房间产生结露的现象，居民在居住空间内频繁进行类似于大蒸汽作业，就会使室内水蒸气含量过高，出现结露现象。

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第二章 建筑围护结构的传热原理及计算

习 题

2-1、建筑围护结构的传热过程包括哪几个基本过程，几种传热方式？分别简述其要点。

答：建筑围护结构传热过程主要包括三个过程：表面吸热、结构本身传热、表面放热。

表面吸热——内表面从室内吸热（冬季），或外表面从事外空间吸热（夏季） 结构本身传热——热量由高温表面传向低温表面

表面放热——外表面向室外空间散发热量（冬季）,或内表面向室内散热（夏季） 2-2、为什么空气间层的热阻与其厚度不是成正比关系？怎样提高空气间层的热阻？

答：在空气间层中，其热阻主要取决于间层两个界面上的空气边界层厚度和界面之间的辐射换热强度。所以，空气间层的热阻于厚度之间不存在成比例地增长关系。

要提高空气间层的热阻可以增加间层界面上的空气边界层厚度以增加对流换热热阻；或是在间层壁面上涂贴辐射系数小的反射材料以增加辐射换热热阻。

2-3、根据图2-17所示条件，定性地作为稳定传热条件下墙体内部的温度分布线，应区别出各层温度线的倾斜度，并说明理由。已知λ3〉λ1〉λ2。

d?答：由q???可知，由于是稳定传热，各壁面内的热流都相同，当?值越大时，

dxd?各壁层的温度梯度就越小，即各层温度线的倾斜度就越小。

dx2-4、如图2-18所示的屋顶结构，在保证内表面不结露的情况下，室外外气温不得低于多少？并作为结构内部的温度分布线。已知：ti=22℃，ψi=60%，Ri= 0.115m2?k/W，Re=0.043 m2?k/W。

解：由ti=22℃，ψi=60% 可查出Ps=2642.4Pa

则 p?ps??i?2642.4?0.6?1585.44可查出露点温度 td?13.88 ℃

要保证内表面不结露，内表面最低温度不得低于露点温度 1）将圆孔板折算成等面积的方孔板 ?2d?a2a?0.097m 42）计算计算多孔板的传热阻

有空气间层的部分（其中空气间层的热阻是0.17）

0.02650.0265R01??0.17??0.11?0.04?0.35(m2?K)/W

1.741.74无空气间层的部分

0.15R02??0.11?0.04?0.24(m2?K)/W

1.74

3

pa

3）求修正系数

?1?1.74W/(m?K) ?2?0.097?0.57W/(m?K) 0.17?20.57??0.33 ?11.74所以修正系数取0.93 4）计算平均热阻

???0.097?0.053?R???0.15??0.93?0.143(m2?K)/W

?0.097?0.053???0.24?0.35?5）计算屋顶总的传热系数 0.010.020.05R????0.143?0.15?0.63(m2?K)/W

0.170.930.196）计算室外温度

ti?teti??i?RRi22?te22?13.88 ?0.630.11得 te=-24.79℃

由此可得各层温度是

θ1=3.45℃ θ2=-15.92℃ θ3=-17.5℃ θe=-21.84℃

可画出结构内部的温度分布线。

第三章 建筑保温

习 题

3-1、采暖居住房间的密闭程度（气密化程度）对卫生保健、经济、能源消费等方面，各有什么影响？

答：就保温而言，房间的密闭性越好，则热损失越少，从而可以在节约能源的基础上保持室温。但从卫生要求来看，房间必须要有一定的换气量。另一方面，过分密闭会妨碍湿气的排除，使室内湿度升高，从而容易造成表面结露和围护结构内部受潮。

3-2、试从节约能源的角度分析，在相同面积的情况下，正方形平面与长方形平面何者有利？

答：从节约能源的角度分析，就要控制建筑的体形系数即建筑的外表面积与其所包围的体积之比。对于同样的体积的建筑，在各面外围护结构的传热情况均相同时，外表面面积越大，热损失越多，所以在相同面积的情况下，正方形平面更为有利。

3-3、为什么我国规定围护结构的总热阻，不得小于最小总热阻Rо?min？

答：规定围护结构的总热阻，不得小于最小总热阻Rо?min主要是因为：保证内表面不结露，即内表面温度不得低于室内空气的露点温度；同时还要满足一定的热舒适条

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件，限制内表面温度，以免产生过强的冷辐射效应。

3-4、说明允许温差[Δt]的意义，并回答[Δt]大或小，哪一种的质量要求高？为什么？

答：允许温差是根据卫生和建造成本等因素确定的。按允许温差设计的围护结构，其内表面温度不会太低，一般可保证不会产生结露现象，不会对人体形成过分的冷辐射，同时，热损失也不会太多。

使用质量要求高的房间，允许温差小一些。因为在同样的室内外气象条件下，按较下的允许温差确定的最小传热阻值，显然要大一些，从而其围护结构就具有了更大的保温能力。

3-5、试说明一般轻质材料保温性能都比较好的道理，并解释为什么并非总是越轻越好？

答：影响材料保温性能因素之一就是材料的密度。材料导热系数的差别就在于材料的孔隙率的不同，孔隙越多，则孔隙传热的影响就越大，材料的导热系数越小，材料的保温性能越好。所以说一般轻质材料的保温性能较好。

但当孔隙率增加到一定程度，其孔壁温差变大，辐射传热量加大，同时，大孔隙内的对流传热也增多，特别是由于材料骨架所剩无几，使许多孔隙变成互相贯通的，使对流传热量显著增加。所以说并非越轻越好。

3-6、试详述外保温构造方法的优缺点。 答：外保温的优点：

1、使墙或屋顶的主要部分受到保护，大大降低温度应力的起伏，提高结构的耐久性；

2、外保温对结构及房间的热稳定性有利；

3、外保温有利于防止或减少保温层内部产生水蒸气凝结；

4、外保温法使热桥处的热损失减少，并能防止热桥内部表面局部结露 5、对于旧房的节能改造，外保温处理的效果最好。

外保温的缺点：

1、适用于规模不太大的建筑，才能准确判断外保温是否提高房间的热稳定性； 2、在构造上较复杂，必须有保护层； 3、由于要设保护层，所以造价要高。

3-7、倒铺屋面有哪些好处？目前在推广应用方面存在什么困难？

答：到铺屋面法不仅可能完全消除内部结露的可能性，又是防水层得到保护，从而大大提高其耐久性。

这种方法对保温材料的要求更高，而求目前都要在保温层上面设置某种覆盖层加以保护。对于保温层，还没有合适的理想材料，有些材料虽有不吸水、耐火、耐化学侵蚀等优点，但英属于脆性材料不利于施工，所以推广有一定的困难。

3-8、设在哈尔滨地区有一办公楼，其屋顶为加气混凝土条板平屋顶（图3-26），试校核该屋顶是否满足保温要求？已知：ti=18℃，tⅠ=-26℃，tⅡ=-29℃，tⅢ=-31℃，tⅣ=-33℃。

提示：加气混凝土用在这种构造内时，其λ值和s值均应修正。a=1.15

解：1）计算热惰性指标，确定墙体类型

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D1?R1?S1?d1??S1?0.0110.17?3.33?0.196 D0.022?Rd22?S2???S2?20.93?11.26?0.242 D?d30.263?R3?S3??S3?31.15?0.24?1.15?3.45?3.74

D?D1?D2?D3?0.196?0.242?3.74?4.18 则属于II型，取tσⅡ=-29℃ 2）计算最低热阻

R(ti?te)18?290.min??t?n?Ri?4.5?1?0.11?1.148

底限附加热阻 R'0.min?1.3?R0.min?1.3?1.148?1.494

3）计算屋顶的总热阻

R?0.010.17?0.020.93?0.2600.24?0.11?0.04?1.314

RR'0?0.min 所以不满足要求

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第四章 外围护结构的湿状况

习 题

4-1、围护结构受潮后为什么会降低其保温性能，试从传热机理上加以阐明。 答：材料的导热系数是固体〉液体〉气体，当围护结构受潮后原来围护结构中的水蒸气就以液态凝结水的形式存在于围护结构中，使围护结构的导热系数增大，保温能力降低。

4-2、采暖房屋与冷库建筑在蒸汽渗透过程和隔汽处理原则上有何差异？

答：对于采暖房屋蒸汽渗透过程是从室内向室外，而对于冷库建筑蒸汽渗透过程是从室外向室内的过程。

在设置隔汽层时，隔汽层应布置在蒸汽流入的一侧，所以对采暖房屋应布置在保温层内侧，对于冷库建筑应布置在隔热层外侧。

4-3、试检验图4-12中的屋顶结构是否需要设置隔汽层。已知：ti=18℃，ψi=65%；采暖期室外平均气温tα=-5℃；平均相对湿度ψα=50%；采暖期Ζh= 200天，加气混凝土容重γ0=500kg/m3。

解：1）计算各层的热阻和水蒸汽渗透阻 材料层 d λ R=d/λ μ*104 H=d/μ*104 二毡三油 0.01 0.17 0.059 0.075 水泥砂浆 0.02 0.93 0.022 0.9 0.02 加气混凝土 0.06 0.19 0.275 1.99 0.03 水泥砂浆 0.01 0.93 0.011 0.9 0.01 钢筋混凝土

0.03 1.74 0.017 0.158 0.19

板 R=0.384 H=0.25*104 由此可得：R0=0.11+0.384+0.04=0.534 H0=2500 2）计算室内外空气的水蒸汽分压力

ti=18℃ ps=2062.5pa 则pi=2062.5×65%=1340.6pa ti=-5℃ ps=401.3pa 则pi=401.3×50%=200.7pa 3）计算围护结构各层的温度和水蒸汽分压力

0.11?i?18??(18?5)?13.3 ℃

0.534ps,i?1526.5pa

?2?18?0.11?0.017?(18?5)?12.5 ℃

0.534ps,2?1449.2pa

?3?18?0.011?0.017?0.11?(18?5)?12.1 ℃

0.534ps,3?1410.5pa

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?011?0.017?0.275?0.114?18?0.0.534?(18?5)?0.2 ℃

ps,4?619.9pa

??0.0225?18?0.534?0.0590.534?(18?5)??1.5 ℃

ps,5?540.0pa

?0.534?0.059e?18?0.534?(18?5)??2.5 ℃

ps,e?496.0pa

pi?1340.6pa

p2?1340.6?19002500?(1340.6?200.7)?474.3pa p?1340.6?1900?10032500?(1340.6?200.7)?428.7pa

p4?p5?1340.6?1900?100?3002500?(1340.6?200.7)?291.9pape?200.7pa

做出ps和p的分布线，两线不相交，说明不需设置隔汽层。

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第五章 建筑防热

习 题

5-1、试计算武汉地区（北纬30°）某厂房卷材屋顶的室外综合温度的平均值与最高值。

已知：Imax=998W/m2（出现在12点）；I?326 W/m2；te，max=37℃（出现于15点）；

te?32.2℃；?e?19 W/（m2.K）; ?s?0.88

解:1）室外平均综合温度,取tlr=3.5℃

tsa?te??sI?e?tlr?32.2?0.88?32619?3.5?43.80 ℃ 2）Ats?(Imax?I)?S/?e?(998?326)?0.88/19?31.12

Ate?te.max?te?37?32.2?4.8

Ats31.12??6.48 所以取修正系数为0.95 Ate4.8Atsa?(Ate?Ats)??(4.8?31.12)?0.95?34.12

tsa.max?tsa?Atsa?43.8?34.12?77.92℃

5-2、试计算武汉地区某厂房在自然通风下屋顶的内表面温度状况。其屋顶结构为：（1）钢筋混凝土板：厚度

（2）泡沫混凝土隔热层：厚度 （3）水泥砂浆抹平层：厚度

（4）卷村屋面：厚度（水平面的太阳辐射和室外气温资料参照习题5-1；其他条件可自行假设）。

5-3、设北纬30°地区某住宅朝南窗口需设遮阳板，求遮挡七月中旬9时到15时所需遮阳板挑出长度及合理形式。

已知窗口高1.8米，宽2.4米，窗间墙宽1.6米，厚0.18米。 5-4、试从隔热的观点来分析：（1）多层实体结构；（2）有封闭空气间层结构；（3）带有通风间层的结构；它们的传热原理及隔热的处理原则。

答：1、多层实体结构它的传热主要是实体结构的导热，在进行隔热处理时可通过增加实体结构的热阻，以降低结构的导热系数，从而增加隔热能力；

2、有封闭空气间层结构它的传热主要是间层中的辐射传热，在进行隔热处理时可在间层壁面贴辐射系数小的反射材料，以减小辐射传热量，从而增加隔热能力；

3、带有通风间层的结构它的传热主要是对流传热，当室外空气流经间层时，带走部分从面层传下的热量，从而减少透过基层传入室内的热量。因此，可通过增加间层的通风量，来达到隔热的目的。

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5-5、为提高封闭间层的隔热能力应采取什么措施？外围护结构中设置封闭空气间层其热阻值在冬季和夏季是否一样？试从外墙及屋顶的不同位置加以分析。

答：为提高封闭间层的隔热能力，可以在间层内铺设反射系数大、辐射系数小的材料（如铝箔），以减少辐射传热量。

由于季节不同，太阳的高度角和方位角的不同，所以在冬季屋顶的太阳辐射热较小，而外墙接受的太阳辐射于夏季相比较变化不大。所以对于屋顶冬季的热阻值比夏季小，而外墙则变化不大。

5-6、试从降温与防止地面泛潮的角度来分析南方地区几种室内地面（木地板、水泥地、磨石子地或其他地面）中，在春季和夏季哪一种地面较好？该地面外于底层或楼层时有无区别？

答：采用热惰性小、表面呼吸性较好的地面材料，较为适宜。所以采用木地板为宜。底层的地面对防潮要求更为严格。

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