太阳能建筑的热物理计算基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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何立群，丁力行 著

图书标签:

• 太阳能建筑
• 热物理
• 计算
• 建筑设计
• 能源
• 可再生能源
• 建筑工程
• 传热学
• 模拟计算
• 节能

出版社： 中国科学技术大学出版社

ISBN：9787312026171

版次：1

商品编码：10831422

包装：平装

开本：16开

出版时间：2011-07-01

用纸：胶版纸

页数：137

正文语种：中文

内容简介

《太阳能建筑的热物理计算基础》从气象参数、建筑传热传质过程以及建筑几何模型等方面，介绍了当前的建筑传热过程的差分方法、传递函数法和反应系数法等主流计算方法的基本原理。为简化复杂建筑结构，《太阳能建筑的热物理计算基础》介绍了一个专用于建筑节能分析的建筑几何模型解决方案。
《太阳能建筑的热物理计算基础》可作为建筑和热能类相关专业的本科教材，并可供暖通空调、建筑技术科学、制冷与低温工程等专业研究生选用，特别可作为太阳能建筑热利用、建筑环境与节能领域的研究开发参考书籍和继续教育读本。

目录

前言
第1章 太阳辐射计算
1.1 基本知识
1.1.1 太阳辐射特征和结构
1.1.2 太阳常数
1.1.3 太阳时
1.1.4 太阳位置
1.1.5 太阳的方向矢量
1.1.6 太阳位置与太阳高度角及方位角的关系
1.2 根据全辐射实测值分解直射和散射
1.2.1 地面上太阳总辐射
1.2.2 基于测量值的直射和散射分量计算
1.2.3 基于直射强度的测量值计算散射强度
1.3 直射和散射的计算模型
1.3.1 Hottel模型
1.3.2 ASHRAE模型
1.3.3 非晴天计算模型
1.3.4 气象数据分析法

第2章 室外空气温湿度
2.1 设计气象参数的构成
2.1.1 室外气象变化规律
2.1.2 ASHRAE设计气象参数的构成
2.1.3 我国设计气象参数的构成
2.2 全年气象参数的统计构成
2.2.1 参考年法
2.2.2 典型年法
2.2.3 能量年
2.2.4 日本标准年
2.2.5 中国标准年
2.3 极端气候模型
2.3.1 频率分析法的引入
2.3.2 极端气温的皮尔逊一Ⅲ型分布
2.3.3 极端气温的耿贝尔分布
2.3.4 极值分布模型拟合优度的X2检验法

第3章 建筑传热计算的差分方法
3.1 墙表面温度计算
3.2 墙体内部温度
3.3 房间空气温度
3.4 建筑物温度场
3.4.1 单房间模型
3.4.2 多房间模型
3.5 矩阵方程的迭代计算

第4章 建筑传热计算的传递函数法
4.1 拉氏变换方法
4.2 围护结构传热的s传递函数法
4.2.1 第一层平板
4.2.2 围护结构的传热矩阵（n层）
4.2.3 平板的四个简单传递函数
4.3 围护结构传热的反应系数法
4.3.1 斜坡函数
4.3.2 三角脉冲函数
4.3.3 连续化
4.3.4 反应系数法
4.4 反应系数计算中两个∞的问题
4.4.1 B（s）根的数目
4.4.2 反应系数的截断
4.5 围护结构传热的z传递函数法
……
第5章 建筑表面辐射换热的计算
第6章 空气流通与渗透
第7章 建筑热分析用的几何模型
附录 平板的反应系数推导过程
参考文献

前言/序言

《太阳能建筑的热物理计算基础》 引言 在日益严峻的能源危机和环境挑战之下，可持续发展已成为全球共识。建筑作为能源消耗的重要领域，其节能减排的潜力不容忽视。将可再生能源，尤其是太阳能，高效地应用于建筑设计和运营，是实现绿色建筑、低碳城市的重要途径。本书《太阳能建筑的热物理计算基础》旨在为从事建筑设计、工程、研究的专业人士提供一套系统、严谨的热物理计算方法论，以期在太阳能建筑的设计与实践中，实现性能的最优化与效益的最大化。 本书并非一本简单的太阳能设备安装手册，也不是泛泛而谈的建筑节能理念的堆砌。它深入到热物理学的核心原理，将其与太阳能建筑的具体应用场景紧密结合，提供了一套扎实的理论基础和可操作的计算工具。通过对本书的学习，读者将能够深刻理解建筑与环境之间的热量交换过程，掌握如何定量评估太阳能的获取、储存、利用以及建筑体热负荷的产生和消散，从而做出更科学、更有效的建筑设计决策。 本书内容概述 本书的内容体系围绕太阳能建筑的热物理计算展开，分为以下几个核心部分： 第一部分：热物理学基础回顾与建筑热工基础 在深入探讨太阳能建筑之前，有必要对热物理学的基本概念进行回顾，并将其应用于建筑热工领域。 热力学基本定律： 重点回顾热力学第一定律（能量守恒）和第二定律（熵增），并解释它们在建筑热量平衡中的意义。例如，建筑的得热（太阳辐射、内部生热）与失热（向外散热）的平衡，以及能量转换过程中的不可逆性。 传热学基本原理： 详细阐述热传导、热对流和热辐射这三种基本传热方式。 热传导： 介绍傅里叶定律，分析建筑围护结构（墙体、屋顶、门窗）的导热系数、传热阻等关键参数，以及不同材料组合下的复合传热计算。 热对流： 讲解牛顿冷却定律，分析自然对流和强制对流在建筑内部和外部（风对墙面的影响）的作用，以及对流换热系数的计算方法。 热辐射： 介绍斯蒂芬-玻尔兹曼定律和基尔霍夫定律，重点分析建筑表面与周围环境（天空、地面、相邻建筑）之间的辐射换热，以及窗户的透射、反射和吸收系数等概念。 建筑热工参数： 梳理建筑热工设计中的关键参数，如传热系数（U值）、传热阻（R值）、表面传热系数、绝热性能、气密性等，并解释它们如何影响建筑的能耗。 稳态与瞬态热过程： 区分稳态和瞬态传热过程，解释在建筑热工计算中，何时可以采用稳态模型，何时必须考虑瞬态效应（例如，日照变化、季节变化对室内温度的影响）。 第二部分：太阳辐射的获取与计算 太阳能是本书的核心，因此，对太阳辐射的精确计算是后续所有分析的基础。 地球运动与太阳位置： 介绍地球绕日公转和自转的规律，推导太阳在天空中的位置（高度角、方位角）随时间和地理位置的变化公式。 太阳辐射的组成与类型： 区分直接辐射、散射辐射和反射辐射。 直接辐射： 太阳光线直接到达建筑表面的辐射。 散射辐射： 大气中粒子对太阳光线的散射作用形成的辐射。 反射辐射： 周围物体（如地面、水面、建筑物）反射的太阳辐射。 太阳辐射强度的测量与计算： 介绍不同地理位置、不同时间、不同天气条件下的太阳辐射强度（水平面总辐射、倾斜面总辐射）的测量方法和计算模型。本书将重点介绍多种适用于建筑设计的常用计算模型，包括基于气象数据的模型和基于天空模型的预测方法。 建筑表面接受的太阳辐射： 针对建筑的各种朝向和倾角的表面（如屋顶、墙面、窗户），计算其接受到的直接辐射、散射辐射和反射辐射的总和。重点分析倾斜面接收太阳辐射的计算方法，以及如何考虑阴影遮挡的影响。 窗户的光学性能： 详细介绍窗户的可见光透射比、太阳得热系数（SHGC）、遮阳系数（SC）等关键光学参数，以及它们如何影响进入建筑的太阳辐射量。 第三部分：建筑体的热负荷计算 在了解了建筑与环境的热量交换和太阳能的获取之后，接下来需要详细计算建筑体的热负荷，包括得热和失热。 围护结构的热负荷： 传导热负荷： 基于上一部分介绍的传导热基本原理，计算通过墙体、屋顶、楼板、门窗等围护结构的热量传递。 辐射热负荷： 计算建筑围护结构表面与外界环境之间因温差产生的辐射换热。 对流热负荷： 计算由于风、室内外空气流动等引起的对流换热。 太阳得热： 通过窗户的太阳得热： 基于窗户的光学性能和接收到的太阳辐射，计算进入室内的太阳辐射热量。 通过外墙和屋顶的太阳得热： 分析太阳辐射被建筑外表面吸收后，通过传导进入室内的热量。 内部生热： 人员生热： 计算人体活动产生的热量。 设备生热： 计算照明、办公设备、家用电器等产生的热量。 其他内部热源： 如烹饪、热水使用等。 通风与渗透热负荷： 机械通风： 计算通过新风系统引入的室外空气带入或带走的热量。 自然通风： 分析因建筑缝隙和门窗开启等引起的空气渗透（infiltration）和排气（exfiltration）所带走的热量。 日平均热负荷与小时热负荷： 介绍如何根据气象数据和建筑参数，计算不同时间尺度下的建筑热负荷，包括稳态日平均热负荷和考虑建筑蓄热能力的瞬态小时热负荷。 第四部分：太阳能利用的系统与计算 本部分将太阳能的获取与建筑的热负荷紧密联系起来，介绍太阳能如何在建筑中得到有效利用。 被动式太阳能建筑： 太阳直接增热： 通过大面积朝南的窗户、冬季阳光照射的室内空间设计，实现冬季的被动式采暖。 太阳能储存： 介绍利用建筑材料（如蓄热墙、蓄热地板）储存白天获得的太阳能，并在夜间或阴天释放，以维持室内温度。 遮阳与降温： 分析夏季如何通过屋檐、遮阳篷、百叶窗、绿化等措施，有效阻挡过多的太阳辐射，减少建筑的得热，实现被动式降温。 自然通风设计： 结合太阳能效应（如热压、风压），优化建筑通风设计，促进室内空气流通，实现夏季的被动式降温。 主动式太阳能建筑： 太阳集热器系统： 平板型集热器： 介绍其结构、工作原理、传热计算，以及在太阳能热水、采暖系统中的应用。 真空管型集热器： 介绍其优点、结构、性能计算，以及适用场景。 集热器性能分析： 重点介绍集热器效率的计算方法，考虑太阳辐射、集热器温度、环境温度等因素的影响。 太阳能光伏（PV）系统： 光伏电池原理： 简述光伏效应，介绍不同类型光伏电池的性能特点。 光伏组件与阵列： 分析光伏组件的电流-电压特性曲线（I-V曲线），计算光伏阵列的输出功率，考虑温度、辐射强度、阴影等影响。 逆变器与储能： 介绍逆变器的作用，以及光伏系统与储能系统（电池）的匹配与计算。 太阳能供暖与制冷系统： 太阳能供暖： 结合太阳集热器与蓄热罐、地板采暖等系统，进行系统性能的计算与优化。 太阳能制冷： 介绍吸收式制冷、吸附式制冷等利用太阳能实现制冷的方式，并进行相应的性能估算。 系统耦合与能效评估： 讨论将太阳能系统（集热、光伏）与建筑本身、以及其他辅助系统（如空调、采暖、通风）进行耦合设计的策略，并介绍如何从整体上评估太阳能建筑的能效。 第五部分：数值模拟与软件应用 在复杂多变的太阳能建筑设计中，精确的数值模拟是必不可少的工具。 传热传质数值模拟方法： 介绍有限差分法（FDM）、有限元法（FEM）、计算流体动力学（CFD）等数值方法的原理，以及它们在建筑热工分析中的应用。 建筑能耗模拟软件介绍： 静态模拟软件： 如U值计算软件，用于初步评估围护结构传热性能。 动态模拟软件： 如EnergyPlus, TRNSYS, eQUEST等，它们能够进行连续小时级别的建筑能耗模拟，考虑复杂的太阳辐射、热负荷变化、设备运行等因素。本书将重点介绍这类软件的应用方法、输入参数要求以及结果分析。 软件在太阳能建筑设计中的应用： 演示如何利用模拟软件对不同设计方案进行比较，优化窗户朝向、遮阳设计、保温材料选择、太阳能系统规模等，最终实现最佳的能效和经济效益。 模型验证与不确定性分析： 讨论如何对模拟模型进行验证，以及在模型中考虑参数不确定性带来的影响，提高计算结果的可靠性。 第六部分：案例分析与实践指导 为了更好地将理论知识应用于实践，本书将包含一系列不同类型太阳能建筑的案例分析。 被动式太阳能住宅案例： 分析其设计理念、热物理计算过程、关键技术应用（如南向玻璃、蓄热墙、自然通风）以及实际运行效果。 带主动式太阳能集热系统的商业建筑案例： 重点分析太阳集热器的选型、系统设计、热负荷与集热量的匹配计算，以及其在热水供应或采暖中的贡献。 太阳能光伏一体化建筑（BIPV）案例： 探讨光伏组件在建筑外围护结构中的集成设计、发电量计算、电网连接以及其对建筑能耗的影响。 综合性太阳能建筑案例： 分析将多种被动式和主动式太阳能技术集成应用于大型公共建筑或社区的复杂设计。 结论 《太阳能建筑的热物理计算基础》是一本面向实践的学术著作，它不仅仅教授读者如何计算，更重要的是引导读者理解计算背后的物理过程，从而培养科学的思维方式和解决问题的能力。通过对本书的学习，读者将能够： 深刻理解建筑与环境之间的热量交换机制。 掌握定量计算太阳辐射、建筑热负荷以及太阳能系统性能的方法。 熟练运用相关的计算工具和软件进行设计与优化。 能够独立完成太阳能建筑的设计方案，并进行详细的热物理分析。 为推动建筑行业的绿色转型和可持续发展贡献力量。 本书的编写力求严谨、准确、易懂，希望能为广大读者提供宝贵的参考和实用的指导，共同探索太阳能建筑的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书在案例分析方面的深度和广度，绝对是它区别于市面上多数教材的关键所在。它似乎刻意避开了那些过于理想化、在现实中难以复现的“完美案例”。相反，书中大量引用了实际工程项目中的复杂情景，比如边界条件不均匀、材料特性随时间变化的动态系统。更让人赞叹的是，作者在处理这些复杂性时，展现了高超的简化与建模技巧，他没有回避现实的复杂性，而是教导读者如何用最简洁有效的物理模型去逼近真实。每当读到一个新的模型，作者总会附加一段“局限性讨论”，坦诚地指出当前模型在哪些条件下可能失效，这体现了一种非常负责任的科学态度，让人感到踏实可靠。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面那淡雅的米白色调，配上烫金的标题字体，透着一股低调的专业感。内页的纸张质地非常舒适，即便是长时间阅读也不会觉得眼睛疲劳，这对于一本技术性的专著来说，是极其重要的细节。我尤其欣赏它在排版上的用心，字体大小适中，行距留得恰到好处，使得复杂的公式和密集的文字块也能被清晰地梳理出来，阅读体验流畅得几乎可以忽略“在学习”这件事本身。这种对物理细节的关注，从书本的外在表现就已经初见端倪，让人不由得对内部内容的严谨性抱有更高的期待。而且，这本书的开本设计也很合理，既方便携带，又确保了图表的展示空间，不像有些教材那样，为了追求便携性而牺牲了图示的清晰度。

评分☆☆☆☆☆

翻开书的第一页，那种扑面而来的学术气息便不同凡响。作者在引言部分对整个领域的发展脉络梳理得极其到位，它没有简单罗列历史事件，而是巧妙地勾勒出了当前研究热点背后的理论逻辑演进路径。我特别注意到，作者在阐述基本概念时，习惯于先从宏观的物理原理入手，再逐步细化到具体的数学模型推导，这种“自上而下”的讲解方式极大地降低了初学者的理解门槛。例如，对于某个能量传递效率的定义，书中不仅给出了严谨的公式，还配以了详细的物理图像来辅助理解，这比单纯的公式堆砌要高明得多。对于那些想深入探究原理而非仅仅停留在应用层面的读者而言，这种详实的论证过程无疑是金矿。

评分☆☆☆☆☆

从技术层面上讲，这本书对数值计算方法的引入和应用简直是教科书级别的典范。它并没有将数值方法作为一个孤立的章节来介绍，而是将有限元分析、有限差分等工具，有机地融入到具体的物理过程求解过程中。我惊喜地发现，书中不仅提供了算法的理论基础，还穿插了大量关于如何选择合适的网格划分策略、如何处理收敛性问题的实战经验。对于那些需要将理论转化为软件实现的研究人员来说，这本书提供的这些“如何做”的指导，其价值远超那些纯粹停留在理论推导的文献。那些看似繁琐的步骤，在作者的梳理下，变得逻辑清晰，步骤分明，极大地缩短了从理论到实践的鸿沟。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，更像是一次与一位经验丰富、治学严谨的导师进行深度交流。作者的叙述风格极其克制，少有情绪化的表达，但字里行间流露出的对物理现象的深刻洞察力却令人信服。他擅长在看似平淡的陈述中，埋下关键性的思考点，迫使读者停下来反思自己对某些基础概念的固有理解。例如，在讨论辐射传热时，书中对“灰体”和“黑体”概念的区分，不仅仅是物理性质的差异，更是对理想化模型适用边界的深刻剖析。这种潜移默化的引导，不仅仅是知识的传授，更是一种科学思维方式的塑造，让人在合上书本后，依然能感受到思维的延伸和拓展。

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