圖書簡介
本書系統介紹了建築熱環境的基礎知識及其在建築設計中的套用,以舒適、健康、高效為建築熱環境設計目標,圍繞人、技術、設計和未來四個部分來組織知識體系。第1部分基於“人”,從人、氣候和建築三者的關係出發,討論人的熱舒適問題和氣候敏感性建築設計策略;第2部分基於“技術”,包括傳熱學的基本原理、建築材料、建築構造的熱工特性,以及圍護結構的保溫、隔熱、防潮和通風設計原理等內容;第3部分基於“設計”,在規劃、建築和細部設計層面,以建築熱環境控制技術有效和集成套用為目標,關注技術與藝術相結合的設計方法、熱環境控制構件和節點設計及其建築化表現;第4部分基於“未來”,對建築與能源和碳排放控制問題進行專門討論,面向未來倡導可持續發展建築觀。
本書可作為高等院校建築學、城鄉規劃學、建築環境與設備工程等專業的教材和教學輔導書,也可供建築類專業技術人員參考
前言
《建築熱環境》出版到今天已有10年了。10年對於建築熱環境的客體——“自然氣候”和主體——“人”都是極為短暫的時間,不會發生什麼大變化。自然氣候具有長時間尺度的統計穩定性,作為生物體的人,進化的時間尺度以萬年計。建築熱環境的物理學基礎——“傳熱學”,那是科學的真實,不會改變。
但10年時間,人類的經濟、社會活動及其觀念、訴求會發生變化,尤其在
中國。期間,中國的GDP增長了2.4倍,鋼產量增長2.9倍,水泥產量增長了2.5倍,說明期間建築業(房地產)成為中國國民經濟的支柱,加之城市化的進展,這10年中國蓋了上百億平方米的房子。能源消耗增長了1.85倍,小於GDP增長,說明單位GDP能耗降低,這是2009年中國政府在哥本哈根全球氣候大會上減排CO2的承諾。這10年,幾乎年年召開國際氣候會議,對全球氣候變化的學術觀點,不同發展階段國家的歷史責任,不同國家的減排義務與承諾,爭議、指責、妥協、平衡一直不斷,快速發展中的中國一直是焦點。
中國能耗總量已是世界第一,CO2排放世界第一,加之近年來全國霧霾頻發,環境惡化,引起政府和民眾對“氣候變化”、“節能減排”的廣泛關注,生態城市、綠色建築、建築節能、低碳建築已成為建築學教學的重要內容,也是建築設計不可或缺的重要方面,許多著名建築師都有以此作為創作理念的作品問世。
隨著經濟和生活水平的提高,人們對於建築熱舒適的訴求也發生著變化。例如,長江中下游地區,屬於我國熱工氣候分區的“夏熱冬冷”地區,居住著幾億人口。在計畫經濟時代,住宅和民用建築冬季都不供暖,傳統上,居民也沒有住房採暖的措施,室內熱舒適性很差。隨著經濟的發展和居民生活水平的提高,居民改善室內熱舒適的訴求日漸增強。現實是,在長江中下游地區,在既有住房中,居民自發地使用採暖設備迅速普及,但伴隨著的是能源消耗的增加,而且因為以往房屋及其牆體和門窗並未考慮保溫設計,以致採暖設備使用的效果並不理想。如何在普通住宅中採用被動式建築設計,改善維護結構熱工性能,在改善室內熱舒適的同時,降低能源消耗,成為夏熱冬冷地區建築迫切需要解決的問題。
還有,中國的氣候特徵,夏季,整箇中國東部平原地區,從南到北氣溫都很高,改善夏季室內熱舒適也是民眾的訴求。這些年來,夏天室內採用空調降溫已十分普及,空調能耗迅速增長。這涉及建築夏季防熱設計和圍護結構傳熱性能。技術也是活躍的因素,建築節能技術,可再生能源(太陽能、風能、生物質能等)技術,建築材料、部品(如門、窗)和設備的改進,建築性能和能耗計算機模擬技術,這10年都有發展變化。
《建築熱環境》再版修改,既有不變的基本原理和基礎理論,也應對著上面這些變化,並對未來作出展望。
這本書初版的作者署名包括了我,但我只是編寫該書的發起者,提供了建築與氣候方面的部分文字,該書絕大部分是劉念雄辛勤工作兩年完成的。我並沒有參與這門課程的教學,退休也有數年,這次再版,修改工作更是劉念雄獨自完成,所以《建築熱環境》第2版的作者其實應該是劉念雄一人,名至實歸。
秦佑國
目錄
緒論建築熱環境設計的目標: 舒適、健康、高效Building Thermal Environment: Creation of Comfort, Health and Efficiency1
第1部分人·建築·氣候——基於人的考慮Human·Building·Climate—Thinking of People
1人與建築/Human and Building5
1.1人的熱舒適/Thermal Comfort5
1.1.1生存/SurvivalfromNature5
1.1.2熱感覺與熱舒適/ThermalPerceptionandThermalComfort6
1.2人體熱舒適影響因素/ThermalComfortFactors8
1.2.1環境物理狀況/PhysicalEnvironment8
1.2.2人體活動因素/HumanActivity9
1.2.3服裝因素/Clothing9
1.2.4個體因素/IndividualDifference9
1.3室內熱感覺的量化評價/QuantificationandEvaluationofIndoorThermalPerception9
1.3.1量化指標與測量/ParametersandMeasurements10
1.3.2熱平衡方程/ThermalBalanceEquation16
1.3.3熱舒適指數/ThermalComfortIndices17
1.3.4生物氣候圖/BioclimaticChart22
1.4室內熱環境設計標準/IndoorThermalEnvironmentDesignStandard24
2氣候與建築/ClimaticSensitiveArchitectureDesign25
2.1氣候與建築設計/ClimateandArchitectureDesign26
2.1.1氣候與氣候分區/ClimateZones27目錄建築熱環境(第2版)
2.1.2中國氣候特徵與區劃/ChinaClimateZones32
2.1.3大氣溫室效應/AtmosphericGreenhouseEffect34
2.1.4氣候設計維度/ClimaticDesignScalesforClimate35
2.2結合氣候設計的要素/ClimateElementsforArchitectureDesign39
2.2.1太陽輻射/SolarRadiation39
2.2.2空氣溫度/AirTemperature41
2.2.3氣壓與風/AirPressureandWind43
2.2.4空氣濕度/AtmosphericHumidity48
2.2.5凝結和降水/CondensationandPrecipitation49
2.3氣候敏感性建築設計策略/StrategiesforClimaticSensitiveArchitectureDesign50
2.3.1巨觀氣候設計策略/MacroandMesoClimaticDesignStrategies50
2.3.2微觀氣候設計策略/MicroclimaticDesignStrategies56
2.3.3傳統方法與現代技術/VernacularSolutionsandModernTechnologies56
第2部分材料·構造·圍護結構——基於技術的考慮Material·Construction·Envelope—ThinkingofTechnology
3傳熱學的基本概念和原理/PrinciplesofThermalPhysics75
3.1輻射與輻射換熱/RadiationandRadiationHeatTransfer75
3.1.1輻射的反射、吸收和透過/Reflection,AbsorptanceandTransmission75
3.1.2輻射換熱/RadiationHeatTransfer79
3.2對流與對流換熱/ConvectionandConvectionHeatTransfer83
3.2.1自然對流和受迫對流/FreeConvectionandForcedConvection83
3.2.2表面對流換熱/ConvectionHeatTransfer83
3.3導熱與導熱換熱/ConductionandConductionHeatTransfer85
3.3.1導熱/Conduction85
3.3.2導熱換熱/ConductionHeatTransfer85
4建築材料和構造的熱工特性/BuildingMaterialsandConstruction88
4.1導熱係數和熱阻/ThermalConductivityandResistivity88
4.2蓄熱係數和熱惰性指標/ThermalMassandInertiaIndex90
4.2.1材料蓄熱係數/MaterialThermalMass90
4.2.2圍護結構內表面蓄熱係數/EnvelopeThemalMass92
4.2.3圍護結構熱惰性指標/IndexofThermalInteria92
4.3絕熱建築材料與構造/InsulationMaterialsandConstruction93
4.3.1輕質成型材料及成品板材/BulkInsulationMaterials94
4.3.2空氣間層構造及空心砌體/AirGap94
4.3.3反射絕熱材料與構造/ReflectiveInsulationMaterialsand97
5建築圍護結構熱工設計原理/BuildingEnvelopeThermalPerformanceandDesign98
5.1保溫設計原理/ControlofBuildingEnvelopeHeatLossinWinter98
5.1.1傳熱過程和傳熱量/HeatTransferProcessandHeatFlow98
5.1.2傳熱係數和傳熱阻/HeatTransferCoefficientandResistivity101
5.1.3內表面及內部溫度/SurfaceTemperatureandTemperatureProfile104
5.2隔熱設計原理/ControlofBuildingEnvelopeHeatGaininSummer105
5.2.1隔熱過程和室外綜合溫度/HeatGainandSolairTemperature106
5.2.2衰減倍數和延遲時間/ThermalAmplitudeDecrementandTimeLag107
5.2.3內表面最高溫度/MaximumIndoorSurfaceTemperature109
5.3防潮設計原理/ControlofBuildingEnvelopeCondensationsinWinter111
5.3.1圍護結構熱濕現象/CondensationsinBuildingEnvelope112
5.3.2內表面結露及防止/ControlofIndoorSurfaceCondensation112
5.3.3內部蒸汽滲透/VapourPenetration113
5.3.4內部冷凝的判別/ControlofInterstitialCondensation114
5.4通風設計原理/PerformanceandDesignofBuildingVentilation116
5.4.1建築通風的功能/FunctionsofBuildingVentilation116
5.4.2自然通風機理/MechanismsofNaturalVentilation117
5.4.3建築自然通風設計/BuildingNaturalVentilationDesign119
5.4.4建築防風與冷風滲透/WindShelterandInfiltration128
第3部分建築·形式·細部——基於設計的考慮Building·Shape·Detail—ThinkingofDesign
6建築與建築熱環境設計/BuildingandThermalEnvironmentDesign133
6.1關注熱環境的建築設計/ArchitecturalExpressionof
ThermalEnvironmentTechnology133
6.1.1建築師與工程師/ArchitectandEngineer133
6.1.2建築節能與建築風格/EnergyEfficiencyandArchitectureStyle134
6.1.3從場地規劃到細部設計/FromSiteplantoDetailDesign135
6.1.4主動式與被動式技術的表現/ExpressionofActiveandPassiveTechnology135
6.1.5技術集成與整體套用/IntegratedDesignofArchitectureandTechnology136
6.2建築熱環境設計/BuildingThermalEnvironmentDesign138
6.2.1防寒設計綜合措施/IntegratedDesignStrategiesinWinter138
6.2.2防熱設計綜合措施/IntegratedDesignStrategiesinSummer146
7圍護結構節能設計/ManipulatingEnvelopeandFenestration149
7.1牆體/Walls149
7.1.1保溫外牆體/InsulatedWall149
7.1.2玻璃幕牆/GlazingWall150
7.1.3特隆布牆/TrombeWall153
7.1.4透明絕熱牆/TransparentInsulatedWall154
7.1.5雙層玻璃幕牆/DoubleGlazingWall155
7.1.6綠化牆體/PlantWall158
7.2門窗/DoorsandWindows159
7.2.1保溫門窗/InsulatedDoorsandWindows159
7.2.2窗用玻璃/Glazing161
7.2.3絕熱窗框/InsulatedFrame163
7.3屋頂/Roofs164
7.3.1保溫屋頂/InsulatedRoofs164
7.3.2種植屋面/RoofPlants165
7.3.3蓄水屋面/RoofPonds166
7.3.4通風屋頂和架空屋頂/ShadedRoofTerraces166
7.4樓地面/Floors168
7.4.1樓地面保溫/InsulatedFloors169
7.4.2低溫輻射採暖地板/RadiationHeatingFloor169
7.5陽光間/SunSpace170
7.6中庭空間/Atrium171
第4部分舒適·健康·高效——基於未來的考慮Comfort·Health·Efficiency—ThinkingofFuture
8太陽與建築/SunandBuilding1758.1太陽運行規律/SunPathandDescription175
8.1.1太陽位置計算方法/CalculationofSunPath175
8.1.2太陽運行的主觀感受/ApparentSunMotion175
8.1.3太陽運行規律的科學描述/ScientificDescriptionofSunPath177
8.1.4日照圖表及其套用/SunPathDiagrams180
8.2建築日照/BuildingSunshine183
8.2.1日照間距的計算/SpaceforSunshine184
8.2.2日照間距與建築布局/BuildingArrangementforSunshine185
8.3建築遮陽與構件/SolarShadinginBuildings187
8.3.1建築遮陽方式/SolarShadingDevices187
8.3.2遮陽構件計算/CalculationofSolarShadingDevices192
8.3.3遮陽構件性能與設計/SolarShadingDevicePerformanceandDesign194
8.3.4現代遮陽構件/AdvancedSolarShadingDevices196
8.4太陽能利用/SolarEnergyUtilization199
8.4.1太陽能轉換技術/SolarEnergyCollectionTechnologies200
8.4.2太陽能建築/SolarBuilding201
8.5建築自然冷卻降溫/BuildingPassiveCooling213
8.5.1外逸長波輻射/OutgoingLongwaveRadiation213
8.5.2自然通風和夜間通風/NaturalVentilationandNightFlush213
8.5.3蒸發冷卻/Evaporation217
8.5.4土壤供冷/CoolingbyEarth220
9建築與能源和碳排放/BuildingEnergyUsageandCarbonEmission222
9.1建築用能/BuildingEnergyUsage222
9.1.1建築用能邊界/LifecycleBuildingEnergyUsage222
9.1.2中國建築用能狀況/BuildingEnergyIssuesinChina224
9.1.3中國氣候與建築節能/ClimateandBuildingEnergyinChina224
9.1.4建築熱工設計標準/UpdateofThermalDesignStandards225
9.2中國建築節能設計標準/DesignStandardsforBuildingEnergyEfficiencyinChina227
9.2.1公共建築節能設計標準/DesignStandardforEnergyEfficiencyofPublicBuildings227
9.2.2居住建築節能設計標準/DesignStandardsforHomeEnergyEfficiency228
9.3建築碳排放/BuildingCarbonEmission230
9.3.1碳基能源照耀人類文明史/HumanCivilizationIlluminatedbyFossilFuel232
9.3.2碳基能源與碳排放問題/CarbonEmissionofFossilFuel232
9.4建築節能之路/EnergyConsciousArchitectureDesign234
9.4.1非碳基能源路漫漫/RenewableEnergy235
9.4.2建築節能的終極目標/LowEnergyBuildingStandards238
9.4.3被動式節能建築/PassiveLowEnergyArchitecture240
10可持續發展建築觀/SustainableArchitectureView246
10.1自然觀與建築觀/NatureandArchitecture247
10.2走向可持續建築/SustainableArchitecture248
10.2.1生態建築/EcologicalArchitecture250
10.2.2綠色建築/GreenArchitecture251
10.2.3生態住區/EcologicalCommunityandHouse252
10.2.4低碳建築/LowCarbonArchitecture252
10.3可持續發展建築觀/SustainableArchitectureView256
10.4舒適+健康+高效/Comfort+Health+Efficiency258
結語/Conclusion259
插圖目錄及來源261
主要參考文獻270