柳孝图《建筑物理》课后习题及详解(建筑热工学)【圣才出品】

第1篇建筑热工学

第1章室内外热环境

1．为什么从事建筑设计的技术人员需要学习热环境知识、研究热环境问题？

答：从事建筑设计的技术人员需要学习热环境知识、研究热环境问题的原因主要有：（1）室内热环境的品质直接影响人们的工作、学习和生活，甚至人体的健康。营造相对舒适的室内热环境是建筑热工学的主要研究目的之一。

（2）只有掌握影响室内热环境的室外气候因素方面的知识，才能针对各地气候的不同特点，采取适宜的建筑设计方法和技术手段，以改善室内的热环境。

（3）建筑热工学的知识，对提高设计水平，保证工程质量，延长建筑物使用寿命，节约能源消耗，降低采暖和空调费用，取得全面的技术经济效果，意义尤为明显。

2．人体有哪几种散热方式？各受哪些因素的制约与影响？

答：（1）人体散热方式的类型

人体新陈代谢产热、对流换热、辐射散热、人体蒸发散热。

（2）制约人体散热方式的因素

①人体新陈代谢产热主要决定于人体的新陈代谢率及对外作机械功的效率；

②对流换热取决于着衣体和空气间的温度差、气流速度以及衣着的热物理性质；

③辐射换热取决于两者的温度，辐射系数，相对位置以及人体的有效辐射面积；

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④人体的蒸发散热与空气流速、从皮肤表面经衣服到周围空气的水蒸气压力分布、衣服对蒸汽的渗透阻等因素有关。

3．影响人体热舒适的物理参数有哪些？它们各自涉及哪些因素？

答：影响人体热舒适的物理参数有人体本身和室内热环境两个方面。，其涉及的因素如下：

（1）人体本身包含人体新陈代谢率、皮肤平均温度、汗液蒸发率及所着衣服热阻四个因素。

（2）室内热环境包含室内空气温度、空气相对湿度、气流速度、环境平均辐射温度四个因素。

4．为什么人体达到了热平衡，并不一定就是热舒适？

答：人体达到了热平衡但并不一定就是热舒适的主要原因有：

（1）人体达到热平衡只是达到热舒适的必要条件。

（2）人体达到热平衡的公式为Δq=q m±q c±q r－q w，式中各项还受一些条件的影响，可以在较大的范围内变动，许多种不同的组合都可以满足上述热平衡方程，但人体的热感却可能有较大差异。

（3）从人体热舒适考虑，单纯达到热平衡是不够的，还应当使人体与环境的各种方式换热限制在一定范围内。当达到热平衡状态时，对流换热约占总散热量的25％～30％，辐射散热量占45％～50％，呼吸和无感觉蒸发散热量占25％～30％时，人体才能达到热舒适状态，能达到这种适宜比例的环境就是人体热舒适的充分条件。

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5．评价热环境的综合指标主要有哪些？各有何特点？

答：（1）评价热环境的综合指标

主要包括有效温度、热应力指数、预计热感觉指数、心理适应性模型这四个要素。

（2）各要素的特点

①有效温度是根据半裸或者穿夏季薄衫的人，在一定条件的环境中所反映的瞬时热感，是决定各因素的综合评价标准。不足之处在于对湿度影响估计过高却未考虑热辐射影响。

②热应力指数是人体所需的蒸发散热量与室内环境条件下最大可能的蒸发散热量之比。但是只适用于空气温度偏高且衣着单薄的情况，此指标常用于评价夏季热环境状况。

③预计热感觉是指数是为全面评价室内热环境参数以及人体状况（活动与衣着）对人体热舒适的影响，在大量实验研究和统计调查的基础上提出的指标。预计热感觉指数比较全面客观地反映各因素之间的关系，被公认为是评价室内热环境质量的较好方法。

④心理适应模型可以弥补预计热感觉指数的不足，是解释自然通风建筑中实际观测结果和PMV预测结果不同的主要原因，并归纳出室内热中性温度和室外月平均气温之间的关系。

6．根据人体心理适应性模型，你所在地区最热月份的热舒适温度上限为多少？作简单的问卷调查，验证其准确性。

答：略

7．影响室内热环境的室外气候因素主要有哪些？

答：影响室内热环境的室外气候因素主要包括太阳辐射、气温、湿度、风、降水等。

8．我国民用建筑热工设计气候分区是如何划分的？它们对设计有何要求？

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答：（1）我国民用建筑热工设计气候的分区

①严寒地区是指累年最冷月平均温度低于或等于－10℃的地区。主要包括内蒙古和东北北部、新疆北部地区、西藏和青海北部地区。

②寒冷地区是指累年最冷月平均温度为0～－10℃的地区。主要包括华北地区、新疆和西藏南部地区及东北南部地区。

③夏热冬冷地区是指累年最冷月平均温度为0～10℃、最热月平均温度25～30℃的地区。主要包括长江中下游地区，即南岭以北、黄河以南的地区。

④夏热冬暖地区是指累年最冷月平均温度高于10℃、最热月平均温度25～29℃的地区。包括南岭以南及南方沿海地区。

⑤温和地区是指累年最冷月平均温度为0～13℃、最热月平均温度18～25℃的地区。主要包括云南、贵州西部及四川南部地区。

（2）个分区对设计的要求

①严寒地区的建筑必须充分满足冬季保温要求，加强建筑物的防寒措施，一般可不考

虑夏季防热。

②寒冷地区的建筑应满足冬季保温要求，部分地区兼顾夏季防热。

③夏热冬冷地区的建筑必须满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温。

④夏热冬暖地区的建筑必须满足夏季防热要求，一般可不考虑冬季保温。

⑤温和地区中，部分建筑应考虑冬季保温，一般可不考虑夏季防热。

9．何谓城市气候？其成因主要有哪些？城市气候有哪些主要的特征？

答：（1）城市气候的含义

城市气候是在不同区域气候的条件下，在人类活动特别是城市化的影响下形成的一种特

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殊气候。

（2）城市气候的成因

①城市中由于街道纵横，建筑物鳞次栉比，高低不一，形成特殊的下垫面；

②城市密集人口的生活和生产活动，消耗大量能源，排放很多“人文热”、“人为水汽”和污染物。

（3）城市气候的特征

①大气透明度较小，削弱太阳辐射；

②气温较高，形成“热岛效应”；

③风速减小、风向随地而异；

④蒸发减弱、湿度变小；

⑤雾多、能见度差。

10．分析城市热岛效应形成的原因及其可能产生的影响。

答：（1）形成原因

城市热岛效应形成的原因主要是城市的人为热及下垫面向地面附近大气层散发热量比郊区多。

（2）可能产生的影响

①热岛范围内的空气易于对流混合，但其上部的大气则呈稳定状态而不扩散，就像盖子一样，使发生在热岛范围内的各种气体污染物质都被围闭在热岛之中。因此，热岛效应对大范围内的空气污染有很大影响。

②由于热岛效应，改善热舒适对制冷、供热的需求出现了明显区别，也直接影响建筑物耗能。

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11．城市区域内微气候的影响因素主要有哪些？

答：城市区域内影响微气候的因素主要包括：

（1）下垫面的影响：以土壤、植被或水体为主要覆盖物的天然下垫面在白天吸收的太阳辐射分别用于加热空气、土壤和植被，以及蒸发水体。

（2）建筑物的影响：建筑表面又称“立体下垫面”。这些立体下垫面的存在，使得进入该区的太阳辐射对该区域的空气的升温作用更加明显和快速。

（3）气流的影响：气流对空气温度及湿度的影响取决于气流的强弱。气流越强，区内的环境与区外环境的交流越充分，越接近区外的环境。相应地，前面分析的那些影响也会越弱。气流的强弱，主要取决于外界的风资源状况，但也与建筑组团的布局、朝向以及建筑的疏密程度等因素有关。

第2章建筑的传热与传湿

1．传热有哪几种方式？各自的机理是什么？

答：传热的基本方式分为导热、对流和辐射三种，其传热机理分别是：

（1）导热是由温度不同的质点（分子、原子、自由电子）在热运动中引起的热能传递现象。固体导热是由于相邻分子发生的碰撞和自由电子迁移所引起的热能传递；液体导热是通过平衡位置间歇着的分子振动引起；气体导热是通过分子无规则运动时互相碰撞而导热。

（2）对流是由于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。

（3）辐射传热以电磁波传递热能。凡是温度高于绝对零度的物体，由于物体原子中的电子振动或激动，就会从表面向外界空间辐射出电磁波。

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