建筑热环境（第2版）

《建筑热环境》出版到今天已有10年了。10年对于建筑热环境的客体——“自然气候”和主体——“人”都是极为短暂的时间，不会发生什么大变化。自然气候具有长时间尺度的统计稳定性，作为生物体的人，进化的时间尺度以万年计。建筑热环境的物理学基础——“传热学”，那是科学的真实，不会改变。

但10年时间，人类的经济、社会活动及其观念、诉求会发生变化，尤其在中国。期间，中国的GDP增长了2.4倍，钢产量增长2.9倍，水泥产量增长了2.5倍，说明期间建筑业（房地产）成为中国国民经济的支柱，加之城市化的进展，这10年中国盖了上百亿平方米的房子。能源消耗增长了1.85倍，小于GDP增长，说明单位GDP能耗降低，这是2009年中国政府在哥本哈根全球气候大会上减排CO2的承诺。这10年，几乎年年召开国际气候会议，对全球气候变化的学术观点，不同发展阶段国家的历史责任，不同国家的减排义务与承诺，争议、指责、妥协、平衡一直不断，快速发展中的中国一直是焦点。

中国能耗总量已是世界第一，CO2排放世界第一，加之近年来全国雾霾频发，环境恶化，引起政府和民众对“气候变化”、“节能减排”的广泛关注，生态城市、绿色建筑、建筑节能、低碳建筑已成为建筑学教学的重要内容，也是建筑设计不可或缺的重要方面，许多著名建筑师都有以此作为创作理念的作品问世。

随着经济和生活水平的提高，人们对于建筑热舒适的诉求也发生着变化。例如，长江中下游地区，属于我国热工气候分区的“夏热冬冷”地区，居住着几亿人口。在计划经济时代，住宅和民用建筑冬季都不供暖，传统上，居民也没有住房采暖的措施，室内热舒适性很差。随着经济的发展和居民生活水平的提高，居民改善室内热舒适的诉求日渐增强。现实是，在长江中下游地区，在既有住房中，居民自发地使用采暖设备迅速普及，但伴随着的是能源消耗的增加，而且因为以往房屋及其墙体和门窗并未考虑保温设计，以致采暖设备使用的效果并不理想。如何在普通住宅中采用被动式建筑设计，改善维护结构热工性能，在改善室内热舒适的同时，降低能源消耗，成为夏热冬冷地区建筑迫切需要解决的问题。

还有，中国的气候特征，夏季，整个中国东部平原地区，从南到北气温都很高，改善夏季室内热舒适也是民众的诉求。这些年来，夏天室内采用空调降温已十分普及，空调能耗迅速增长。这涉及建筑夏季防热设计和围护结构传热性能。技术也是活跃的因素，建筑节能技术，可再生能源（太阳能、风能、生物质能等）技术，建筑材料、部品（如门、窗）和设备的改进，建筑性能和能耗计算机模拟技术，这10年都有发展变化。

《建筑热环境》再版修改，既有不变的基本原理和基础理论，也应对着上面这些变化，并对未来作出展望。

这本书初版的作者署名包括了我，但我只是编写该书的发起者，提供了建筑与气候方面的部分文字，该书绝大部分是刘念雄辛勤工作两年完成的。我并没有参与这门课程的教学，退休也有数年，这次再版，修改工作更是刘念雄独自完成，所以《建筑热环境》第2版的作者其实应该是刘念雄一人，名至实归。

秦佑国

绪论建筑热环境设计的目标: 舒适、健康、高效Building Thermal Environment: Creation of Comfort, Health and Efficiency1

第1部分人·建筑·气候——基于人的考虑Human·Building·Climate—Thinking of People

1人与建筑/Human and Building5

1.1人的热舒适/Thermal Comfort5

1.1.1生存/SurvivalfromNature5

1.1.2热感觉与热舒适/ThermalPerceptionandThermalComfort6

1.2人体热舒适影响因素/ThermalComfortFactors8

1.2.1环境物理状况/PhysicalEnvironment8

1.2.2人体活动因素/HumanActivity9

1.2.3服装因素/Clothing9

1.2.4个体因素/IndividualDifference9

1.3室内热感觉的量化评价/QuantificationandEvaluationofIndoorThermalPerception9

1.3.1量化指标与测量/ParametersandMeasurements10

1.3.2热平衡方程/ThermalBalanceEquation16

1.3.3热舒适指数/ThermalComfortIndices17

1.3.4生物气候图/BioclimaticChart22

1.4室内热环境设计标准/IndoorThermalEnvironmentDesignStandard24

2气候与建筑/ClimaticSensitiveArchitectureDesign25

2.1气候与建筑设计/ClimateandArchitectureDesign26

2.1.1气候与气候分区/ClimateZones27目录建筑热环境（第2版）

2.1.2中国气候特征与区划/ChinaClimateZones32

2.1.3大气温室效应/AtmosphericGreenhouseEffect34

2.1.4气候设计维度/ClimaticDesignScalesforClimate35

2.2结合气候设计的要素/ClimateElementsforArchitectureDesign39

2.2.1太阳辐射/SolarRadiation39

2.2.2空气温度/AirTemperature41

2.2.3气压与风/AirPressureandWind43

2.2.4空气湿度/AtmosphericHumidity48

2.2.5凝结和降水/CondensationandPrecipitation49

2.3气候敏感性建筑设计策略/StrategiesforClimaticSensitiveArchitectureDesign50

2.3.1宏观气候设计策略/MacroandMesoClimaticDesignStrategies50

2.3.2微观气候设计策略/MicroclimaticDesignStrategies56

2.3.3传统方法与现代技术/VernacularSolutionsandModernTechnologies56

第2部分材料·构造·围护结构——基于技术的考虑Material·Construction·Envelope—ThinkingofTechnology

3传热学的基本概念和原理/PrinciplesofThermalPhysics75

3.1辐射与辐射换热/RadiationandRadiationHeatTransfer75

3.1.1辐射的反射、吸收和透过/Reflection，AbsorptanceandTransmission75

3.1.2辐射换热/RadiationHeatTransfer79

3.2对流与对流换热/ConvectionandConvectionHeatTransfer83

3.2.1自然对流和受迫对流/FreeConvectionandForcedConvection83

3.2.2表面对流换热/ConvectionHeatTransfer83

3.3导热与导热换热/ConductionandConductionHeatTransfer85

3.3.1导热/Conduction85

3.3.2导热换热/ConductionHeatTransfer85

4建筑材料和构造的热工特性/BuildingMaterialsandConstruction88

4.1导热系数和热阻/ThermalConductivityandResistivity88

4.2蓄热系数和热惰性指标/ThermalMassandInertiaIndex90

4.2.1材料蓄热系数/MaterialThermalMass90

4.2.2围护结构内表面蓄热系数/EnvelopeThemalMass92

4.2.3围护结构热惰性指标/IndexofThermalInteria92

4.3绝热建筑材料与构造/InsulationMaterialsandConstruction93

4.3.1轻质成型材料及成品板材/BulkInsulationMaterials94

4.3.2空气间层构造及空心砌体/AirGap94

4.3.3反射绝热材料与构造/ReflectiveInsulationMaterialsand97

5建筑围护结构热工设计原理/BuildingEnvelopeThermalPerformanceandDesign98

5.1保温设计原理/ControlofBuildingEnvelopeHeatLossinWinter98

5.1.1传热过程和传热量/HeatTransferProcessandHeatFlow98

5.1.2传热系数和传热阻/HeatTransferCoefficientandResistivity101

5.1.3内表面及内部温度/SurfaceTemperatureandTemperatureProfile104

5.2隔热设计原理/ControlofBuildingEnvelopeHeatGaininSummer105

5.2.1隔热过程和室外综合温度/HeatGainandSolairTemperature106

5.2.2衰减倍数和延迟时间/ThermalAmplitudeDecrementandTimeLag107

5.2.3内表面最高温度/MaximumIndoorSurfaceTemperature109

5.3防潮设计原理/ControlofBuildingEnvelopeCondensationsinWinter111

5.3.1围护结构热湿现象/CondensationsinBuildingEnvelope112

5.3.2内表面结露及防止/ControlofIndoorSurfaceCondensation112

5.3.3内部蒸汽渗透/VapourPenetration113

5.3.4内部冷凝的判别/ControlofInterstitialCondensation114

5.4通风设计原理/PerformanceandDesignofBuildingVentilation116

5.4.1建筑通风的功能/FunctionsofBuildingVentilation116

5.4.2自然通风机理/MechanismsofNaturalVentilation117

5.4.3建筑自然通风设计/BuildingNaturalVentilationDesign119

5.4.4建筑防风与冷风渗透/WindShelterandInfiltration128

第3部分建筑·形式·细部——基于设计的考虑Building·Shape·Detail—ThinkingofDesign

6建筑与建筑热环境设计/BuildingandThermalEnvironmentDesign133

6.1关注热环境的建筑设计/ArchitecturalExpressionof

ThermalEnvironmentTechnology133

6.1.1建筑师与工程师/ArchitectandEngineer133

6.1.2建筑节能与建筑风格/EnergyEfficiencyandArchitectureStyle134

6.1.3从场地规划到细部设计/FromSiteplantoDetailDesign135

6.1.4主动式与被动式技术的表现/ExpressionofActiveandPassiveTechnology135

6.1.5技术集成与整体应用/IntegratedDesignofArchitectureandTechnology136

6.2建筑热环境设计/BuildingThermalEnvironmentDesign138

6.2.1防寒设计综合措施/IntegratedDesignStrategiesinWinter138

6.2.2防热设计综合措施/IntegratedDesignStrategiesinSummer146

7围护结构节能设计/ManipulatingEnvelopeandFenestration149

7.1墙体/Walls149

7.1.1保温外墙体/InsulatedWall149

7.1.2玻璃幕墙/GlazingWall150

7.1.3特隆布墙/TrombeWall153

7.1.4透明绝热墙/TransparentInsulatedWall154

7.1.5双层玻璃幕墙/DoubleGlazingWall155

7.1.6绿化墙体/PlantWall158

7.2门窗/DoorsandWindows159

7.2.1保温门窗/InsulatedDoorsandWindows159

7.2.2窗用玻璃/Glazing161

7.2.3绝热窗框/InsulatedFrame163

7.3屋顶/Roofs164

7.3.1保温屋顶/InsulatedRoofs164

7.3.2种植屋面/RoofPlants165

7.3.3蓄水屋面/RoofPonds166

7.3.4通风屋顶和架空屋顶/ShadedRoofTerraces166

7.4楼地面/Floors168

7.4.1楼地面保温/InsulatedFloors169

7.4.2低温辐射采暖地板/RadiationHeatingFloor169

7.5阳光间/SunSpace170

7.6中庭空间/Atrium171

第4部分舒适·健康·高效——基于未来的考虑Comfort·Health·Efficiency—ThinkingofFuture

8太阳与建筑/SunandBuilding1758.1太阳运行规律/SunPathandDescription175

8.1.1太阳位置计算方法/CalculationofSunPath175

8.1.2太阳运行的主观感受/ApparentSunMotion175

8.1.3太阳运行规律的科学描述/ScientificDescriptionofSunPath177

8.1.4日照图表及其应用/SunPathDiagrams180

8.2建筑日照/BuildingSunshine183

8.2.1日照间距的计算/SpaceforSunshine184

8.2.2日照间距与建筑布局/BuildingArrangementforSunshine185

8.3建筑遮阳与构件/SolarShadinginBuildings187

8.3.1建筑遮阳方式/SolarShadingDevices187

8.3.2遮阳构件计算/CalculationofSolarShadingDevices192

8.3.3遮阳构件性能与设计/SolarShadingDevicePerformanceandDesign194

8.3.4现代遮阳构件/AdvancedSolarShadingDevices196

8.4太阳能利用/SolarEnergyUtilization199

8.4.1太阳能转换技术/SolarEnergyCollectionTechnologies200

8.4.2太阳能建筑/SolarBuilding201

8.5建筑自然冷却降温/BuildingPassiveCooling213

8.5.1外逸长波辐射/OutgoingLongwaveRadiation213

8.5.2自然通风和夜间通风/NaturalVentilationandNightFlush213

8.5.3蒸发冷却/Evaporation217

8.5.4土壤供冷/CoolingbyEarth220

9建筑与能源和碳排放/BuildingEnergyUsageandCarbonEmission222

9.1建筑用能/BuildingEnergyUsage222

9.1.1建筑用能边界/LifecycleBuildingEnergyUsage222

9.1.2中国建筑用能状况/BuildingEnergyIssuesinChina224

9.1.3中国气候与建筑节能/ClimateandBuildingEnergyinChina224

9.1.4建筑热工设计标准/UpdateofThermalDesignStandards225

9.2中国建筑节能设计标准/DesignStandardsforBuildingEnergyEfficiencyinChina227

9.2.1公共建筑节能设计标准/DesignStandardforEnergyEfficiencyofPublicBuildings227

9.2.2居住建筑节能设计标准/DesignStandardsforHomeEnergyEfficiency228

9.3建筑碳排放/BuildingCarbonEmission230

9.3.1碳基能源照耀人类文明史/HumanCivilizationIlluminatedbyFossilFuel232

9.3.2碳基能源与碳排放问题/CarbonEmissionofFossilFuel232

9.4建筑节能之路/EnergyConsciousArchitectureDesign234

9.4.1非碳基能源路漫漫/RenewableEnergy235

9.4.2建筑节能的终极目标/LowEnergyBuildingStandards238

9.4.3被动式节能建筑/PassiveLowEnergyArchitecture240

10可持续发展建筑观/SustainableArchitectureView246

10.1自然观与建筑观/NatureandArchitecture247

10.2走向可持续建筑/SustainableArchitecture248

10.2.1生态建筑/EcologicalArchitecture250

10.2.2绿色建筑/GreenArchitecture251

10.2.3生态住区/EcologicalCommunityandHouse252

10.2.4低碳建筑/LowCarbonArchitecture252

10.3可持续发展建筑观/SustainableArchitectureView256

10.4舒适 健康 高效/Comfort Health Efficiency258

结语/Conclusion259

插图目录及来源261

主要参考文献2702100433B

本书系统介绍了建筑热环境的基础知识及其在建筑设计中的应用，以舒适、健康、高效为建筑热环境设计目标，围绕人、技术、设计和未来四个部分来组织知识体系。第1部分基于“人”，从人、气候和建筑三者的关系出发，讨论人的热舒适问题和气候敏感性建筑设计策略；第2部分基于“技术”，包括传热学的基本原理、建筑材料、建筑构造的热工特性，以及围护结构的保温、隔热、防潮和通风设计原理等内容；第3部分基于“设计”，在规划、建筑和细部设计层面，以建筑热环境控制技术有效和集成应用为目标，关注技术与艺术相结合的设计方法、热环境控制构件和节点设计及其建筑化表现；第4部分基于“未来”，对建筑与能源和碳排放控制问题进行专门讨论，面向未来倡导可持续发展建筑观。

本书可作为高等院校建筑学、城乡规划学、建筑环境与设备工程等专业的教材和教学辅导书，也可供建筑类专业技术人员参考

本书适合高等院校建筑学、城市规划、建筑环境与设备等相关专业作为教材和教学辅导书之用，也适合土木建筑类专业技术人员作为参考资料用。 本书系统地介绍了建筑热环境的基础知识及其在设计上的应用，反映了近年来清华大学建筑学教学改革的成果。作者基于人、技术、设计和未来四方面进行分析和阐述，并结合了建筑学学生的特点，基础部分着重说明物理概念，简化了繁杂的数学推导，目的是使学生更好地掌握营造舒适、健康、高效的建筑热环境的理念和相关知识。

《中国建筑热环境分析专用气象数据集(附光盘3片)》以中国气象局气象信息中心气象资料室收集的全国270个地面气象台站1971-2003年的实测气象数据为基础，通过分析、整理、补充源数据以及合理的插值计算，获得了全国270个台站的建筑热环境分析专用气象数据集。其内容包括根据观测资料整理出的设计用室外气象参数，以及由实测数据生成的动态模拟分析用逐时气象参数。2100433B

在国家自然基金的支持下，课题组针对乡村建筑热环境与节能技术的若干科学问题展开了为期四年的深入研究，如期完成预定研究内容，取得了以下主要结论和重要发现： （1）建立以最大化利用自然能源为出发点的农宅室内热环境营造分析新方法和模型，把建筑的分析与系统的分析合一，把自然能源被动式利用的分析与常规能源主动式利用的分析合一，清晰展示各种过程的热湿转换关系，可以进行各类能源综合可利用性的定量模拟及评价。 （2）基于我国能源低碳化发展战略，农村能源环境现状以及未来发展趋势，提出北方采暖“零煤耗”农宅理念。结合我国农村住宅形式、农民生活模式、经济水平、资源条件等因素，提出了以满足符合农民生活需求的室内热环境为前提，以建筑本体节能为基础，以可再生能源为主要能源供应形式的低碳化发展策略。 （3）开发适合北方地区乡村建筑的低成本、高效太阳能及生物质能源供热末端设备，论证了太阳能空气集热系统、新型对流炕采暖末端在北方农宅的适用性，建立科学模型对设备性能进行优化，并通过示范工程测试设备的实际运行性能。 （4）根据夏热冬冷地区当地气候、资源条件与室内热环境需求的关系，研发了一种热湿调节功能的轻质混凝土保温隔热材料，对材料的物理力学性能与热工性能最佳配方技术进行计算与实验，对材料的热湿迁移过程的进行了理论研究，并且开发了实际应用的高效节能轻质混凝土保温隔热板、砌块、现浇构件材料、透水材料体系。 （5）研究夏热冬暖地区乡村建筑室外热环境改善机理，通过耦合ENVI-met和EnergyPlus模拟软件，建立并验证了室外微环境对建筑能耗影响的模拟方法；进行乡村住宅热环境实测，分析自然通风对室内热环境的降温效果和改善机理；对自然通风、外窗遮阳、混合通风等室内热环境控制技术进行模拟优化；建立综合运用被动式降温技术的示范工程，实测降温节能效果。 研究成果在农村建筑节能标准制定、相关技术集成、政策建议等方面发挥了重要作用。 2100433B