建築熱工學

建築熱工學是研究建築物室內外熱濕作用對建築圍護結構和室內熱環境的影響，研究、設計改善熱環境的措施，提高建築物的使用質量，以滿足人們工作和生活的需要的設計的學科，是建築物理學的一個分支學科。

建築物常年經受室內外各種氣候因素的作用。屬於室外的氣候因素有太陽輻射、室外空氣的溫濕度、風、雨、雪和地下建築物周圍的土壤或岩體的溫度和裂隙水等。這些因素所起的作用，統稱為室外熱濕作用。由於室外熱濕作用經常變化，建築物圍護結構本身及由其圍成的內部空間的室內熱環境也隨之產生相應的變化。屬於室內的氣候因素有進入室內的陽光、空氣溫濕度、生產和生活散發的熱量和水分等。這些因素所起的作用，統稱為室內熱濕作用。

建築熱工學的主要任務是研究如何創造適宜的室內熱環境，以滿足各種辦公、生產活動、人們工作和生活的需要。建築物既要抗禦嚴寒、酷暑，又要把室內多餘的熱量和濕氣散發出去。對於特殊建築，如空調房間、冷藏庫等不僅要考慮熱工性能，而且還要考慮投資和節能等問題。

建築熱工學的研究範圍包括：室外熱濕參數及其對室內熱環境的影響，建築材料熱物理性能，房屋熱穩定性，建築熱工測試的技術以及特殊建築熱工，如空調房間熱工設計、地下建築傳熱等。

民用建築設計都是以人為主體，使建築物滿足人們使用時的各項功能要求。為此，除需研究各種建築空間及其相互關係，也需要研究建築環境以及環境與空間的相互關係。因此，建築空間與建築環境在設計中是不可分割的。建築熱環境是研究人們在建築空間中的熱舒適問題，以便採取合理、有效的技術措施改善建築熱環境、滿足人們的熱舒適要求。

人的肌體在正常條件下，可算是一個恆溫體，為了維持這種狀態，人體必須不停地與所處的環境進行熱交換，使由新陳代謝過程所產生的熱量向環境散發。於是，肌體與環境之間的傳熱必然滿足以下公式所表達的條件，人體與周圍環境的換熱方式有對流、輻射和蒸發3種，而換熱的余量即為人體熱負荷△Q。據衛生學研究，厶Q值與人們的體溫變化率成正比。當厶Q>0時，體溫將升高；當厶Q<0時，體溫將降低。如果這種體溫變化的差值不大、時間也不長，可以通過環境因素的改善和肌體本身的調節，逐漸消除，恢復正常體溫狀態，不致對人體產生有害影響；若變動幅度大，時間長，人體將出現不舒適感，嚴重者將出現病態徵兆，甚至死亡。因此，從環境條件上應當控制厶Q值，而要維持人體體溫的恆定不變，必須使厶Q：0，使人體處於熱平衡狀態，人體的新陳代謝產熱量正好與人體在所處環境的熱交換量處於平衡狀態。顯然，人體的熱平衡是達到人體熱舒適的必要條件。由於式中各項還受一些條件的影響，可以在較大的範圍內變動，許多種不同的組合都可能滿足上述熱平衡方程，但人體的熱感卻可能有較大的差異。換句話說，從人體熱舒適考慮，單純達到熱平衡是不夠的，還應當使人體與環境的各種方式換熱限制在一定的範圍內。據研究，當達到熱平衡狀態時，對流換熱約佔總散熱量的25%～30%，輻射散熱量佔45%～50%，呼吸和有感覺蒸發散熱量佔25%～30%時，人體才能達到熱舒適狀態，能達到這種適宜比例的環境便是人體熱舒適的充分條件。

保證建築熱工質量的法定文件。它對改善建築物使用功能，提高室內熱環境質量，延長建築物使用壽命，發揮投資的經濟效益和節約能源等方面具有重要意義。技術經濟較發達的國家大都訂有建築熱工規範，其基本內容包括：建築熱工學的名詞、定義、符號和單位；室內外熱工計算參數和建築氣候分區；對圍護結構保溫、隔熱、防潮和空氣滲透的技術要求；設計標準、計算方法和構造措施的有關規定等。建築熱工規範一般隨著國家技術經濟的發展不斷修訂、補充、完善。總的發展趨勢是在技術要求和規定中將功能、經濟和節能結合起來。

測量室外熱濕參數、室內熱環境的參數和建築材料熱物理性能，檢驗建築熱工設計效果的技術。

熱濕參數測量 主要包括溫度、濕度、風速、熱流和微氣壓的測量。

溫度測量　通常採用銅－康銅熱電偶測量溫度。用熱電偶測量建築材料表面溫度時，宜將導線沿等溫面布置，導線的長度約10～15厘米。測量圍護結構內部溫度時，也可採用此法。用熱電偶測量空氣溫度時，應加通氣良好的鋁箔屏障罩，以減少環境熱輻射的影響。還可採用半導體溫度計、電阻溫度計、石英溫度計測量溫度。

空氣相對濕度的測量　通常用通風式乾濕球溫度計（阿斯曼溫度計）、毛髮濕度計、電阻濕度計、顏色濕度計。把乾濕球溫度計中的水銀溫度計改為熱電偶，可遠距離測量空氣相對濕度。測量固體濕度的基本方法是吸收和烘烤稱重。

熱流測量　可用熱流計、熱輻射強度計、對流熱流計等進行測量。熱流計是冷熱結點分別布置在電絕緣薄片兩個側面上的熱電堆。電絕緣薄片沿物體等溫線布置時，通過此薄片的比熱流q與熱電堆所產生的電動勢E成正比，即：q=cE。式中c是熱流計的係數。熱輻射強度計是冷熱結點同在一個面上的熱電堆。把熱結點塗黑，冷結點塗白，即可測定陽光的熱輻射強度；把熱結點塗黑，冷結點用鋁箔屏蔽，即可測定物體的熱輻射強度。為消除氣流的影響，還要在這類儀器上加一雲母製成的罩。對流熱流計是布置在空心框架上的熱電堆，其冷熱兩結點分居在附面層空氣中保持一定距離的兩個面上，對流比熱流qc與熱電堆的讀數E′成比例，即qc=ccE′。此式中的係數cc可根據傳熱分析預先確定。按照類似熱流計的原理而應用感濕元件，可製成濕流計。

常用的儀器有：

①電熱風速計，是根據一根通電流加熱的電熱絲，按不同風速下升溫不同的原理製成的；

②卡他溫度計，根據此溫度計的冷卻值測量微風速；

③多普勒激光風速計，根據照射於運動微粒上的單色激光的頻移效應測量風速；

④轉杯風速計，測量不定向的風速；

⑤葉片風速計，測量定向的風速。

用橡皮管接到連通器上出現的水柱差來計量，為將這個水柱差放大，通常採用傾斜管讀數，稱傾斜微壓計。微壓計配上測壓管，還可測量流體中動壓力、靜壓力、全壓力以及風速。

現代人對居住、勞動生產場所的熱環境要求不斷提高，建築技術和設備不斷改進，建築熱工學的研究內容也不斷深化。早期的建築熱工設計一般都採用簡化的穩定或非穩定傳熱理論計算，逐步被更精確的動態模擬計算所替代。

建築熱工學領域應用電子計算機技術后，又使過去若干難以計算的熱工課題，如牆和屋頂等轉角處三維溫度場的計算、房間內部熱環境變化（室溫波動）等，都可以用電子計算機獲得迅速和精確的計算結果。此外，隨著城市、鄉鎮建設的發展，以及城市熱環境的改變，建築熱工學研究領域逐步擴大到建築群體的熱環境的改善和利用。

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