《建筑物理》课程实验指导（共六个实验）

建筑物理实验实验指导书檀文迪河北联合大学学建筑工程学院建筑系、建筑物理实验室2013年10月

建筑物理实验 实验指导书 檀文迪 河北联合大学学建筑工程学院建筑系、建筑物理实验室 2013 年 10 月

第一部分热工学实验部分实验一室外建筑热气侯观测一、实验目的了解测量气候各参数（温度、湿度、风速、辐射及热舒适）的仪器原理、构造、使用并动手实际操作和测量。二、实验设备温湿度计风速仪便携式气候仪等三、预习要求《建筑物理》第二章关于干湿球温度的测量原理和方法四、实验原理与方法了解风速仪便携式气候仪等仪器使用方法干湿球法，这是18世纪就发明的测湿方法。历史悠久，使用最普遍。干湿球法是一种间接方法，它用干湿球方程换算出湿度值，而此方程是有条件的：即在湿球附近的风速必需达到2.5m/s以上。普通用的干湿球温度计将此条件简化了，所以其准确度只有5~7%RH,干湿球也不属于静态法，不要简单地认为只要提高两支温度计的测量精度就等于提高了湿度计的测量精度。干湿球测湿法的维护相当简单，在实际使用中，只需定期给湿球加水及更换湿球纱布即可。与电子式湿度传感器相比，干湿球测湿法不会产生老化，精度下降等问题。所以干湿球测湿方法更适合于在高温及恶劣环境的场合使用。-1

- 1 - 第一部分 热工学实验部分 实验一 室外建筑热气侯观测 一、实验目的 了解测量气候各参数（温度、湿度、风速、辐射及热舒适）的仪器原理、构造、使用并动手实 际操作和测量。 二、实验设备 温湿度计 风速仪 便携式气候仪等 三、预习要求 《建筑物理》第二章 关于干湿球温度的测量原理和方法 四、实验原理与方法 了解风速仪便携式气候仪等仪器使用方法 干湿球法，这是 18 世纪就发明的测湿方法。历史悠久，使用最普遍。干湿球法是一种间接 方法，它用干湿球方程换算出湿度值，而此方程是有条件的：即在湿球附近的风速必需达到 2.5m/s 以上。普通用的干湿球温度计将此条件简化了，所以其准确度只有 5~7%RH,干湿球也不 属于静态法，不要简单地认为只要提高两支温度计的测量精度就等于提高了湿度计的测量精度。 干湿球测湿法的维护相当简单，在实际使用中，只需定期给湿球加水及更换湿球纱布即可。 与电子式湿度传感器相比，干湿球测湿法不会产生老化，精度下降等问题。所以干湿球测湿方 法更适合于在高温及恶劣环境的场合使用

实验二棒影图实验一、实验目的1、了解三参数日照仪的使用原理和使用方法2、绘制棒影图的方法3、棒影图的用途二、实验设备三参数日照仪、三角板、量角器、计算机三、预习要求《建筑物理》第六章。四、实验原理与方法1、三参数日照仪的原理在自然阳光的照射中，由于地球太阳转动和地球的自转，太阳的高度角和方位角也在随着持续变化，其变化值取决于测量时间、测量地点的纬度和赤纬度这三个重要的参数。三参数日照仪就是依据以上的原理设计而成的。2三参数日照仪的使用方法·模拟平行光源（建议≥500W的探照灯）·将日照仪放于平稳的桌面上，使纬度盘刻度为0，时间表为12时，赤纬度位于3月份（春分和秋分的日照位置）。挪动日照仪或灯源位置，使棒影图位于无影的状态。调节纬度盘、赤纬盘，调到要测的地理位置和要测的日期，转动支架，可测出不同时·间的日照状况。或直接在地平面上铺纸绘制棒影图。3棒影图的制作方法一：三参数日照仪法调节日照仪上的纬度盘、赤纬角刻度盘使之与设计所在地的纬度、赤纬度一致；在地面上铺纸、立棒、转动时角刻度盘，画当地、当日棒影轨迹：··#把预先制作好的建筑模型放在地面，使其朝向与设计朝向一致。转动时间刻度盘，即可观察。方法二：计算绘制法- 2 -

- 2 - 实验二 棒影图实验 一、 实验目的 1、了解三参数日照仪的使用原理和使用方法 2、绘制棒影图的方法 3、棒影图的用途 二、 实验设备 三参数日照仪、三角板、量角器、计算机 三、 预习要求 《建筑物理》第 六 章。 四、 实验原理与方法 1、三参数日照仪的原理 在自然阳光的照射中，由于地球太阳转动和地球的自转，太阳的高度角和方位角也在随着持续 变化，其变化值取决于测量时间、测量地点的纬度和赤纬度这三个重要的参数。三参数日照仪就是 依据以上的原理设计而成的。 2 三参数日照仪的使用方法 ⚫ 模拟平行光源（建议≥500W 的探照灯） ⚫ 将日照仪放于平稳的桌面上，使纬度盘刻度为 0，时间表为 12 时，赤纬度位于 3 月份 （春分和秋分的日照位置）。挪动日照仪或灯源位置，使棒影图位于无影的状态。 ⚫ 调节纬度盘、赤纬盘，调到要测的地理位置和要测的日期，转动支架，可测出不同时 间的日照状况。或直接在地平面上铺纸绘制棒影图。 3 棒影图的制作 方法一：三参数日照仪法 ⚫ 调节日照仪上的纬度盘、赤纬角刻度盘使之与设计所在地的纬度、赤纬度一致； ⚫ 在地面上铺纸、立棒、转动时角刻度盘，画当地、当日棒影轨迹； ⚫ 把预先制作好的建筑模型放在地面，使其朝向与设计朝向一致。转动时间刻度盘，即 可观察。 方法二：计算绘制法

依据给定的地点、日期和时间计算太阳高度角及方位角，按照比例画出棒影图4棒影图的使用·建筑物朝向和间距五、实验步骤指导1、检查仪器以及校准仪器2、绘制棒影图3、确定朝向和间距六目前获得建筑物阴影的方法计算机模拟法- 3 -

- 3 - 依据给定的地点、日期和时间计算太阳高度角及方位角，按照比例画出棒影图。 4 棒影图的使用 ⚫ 建筑物朝向和间距 五、 实验步骤指导 1、 检查仪器以及校准仪器 2、 绘制棒影图 3、 确定朝向和间距 六 目前获得建筑物阴影的方法 计算机模拟法

第二部分光学实验部分实验三教室天然光环境评价一、实验目的1、掌握室内光环境的基本评测方法。2、了解采光设计要点。3、检验实际采光效果是否达到预期的设计目标。二、实验设备照度计，亮度计，对讲机，米尺，直尺，线，胶带纸等。三、预习要求《建筑物理》第七章第二节，第八章第一节、第二节和第三节。四、实验原理与方法1、概述在建筑现场进行光度测量是评价光环境的重要手段。其目的是：检验实际照明效果是否达到预期的设计目标：了解不同光环境的实况，分析比较设计经验；确定是否需要对照明进行改装或维修室内光环境测量的主要内容是：工作面上各点的照度和采光系数；室内各表面，包括灯具和家具设备的亮度；室内主要表面的反射比，窗玻璃的透射比；灯光和室内表面的颜色。为得到正确的测量数据，在着手测量前，必须检查仪器是否经过校准，确定它的误差范围。选择标准的测量条件也很重要。天然采光的采光系数测量，应当尽可能在全阴天进行。2、照度测量在进行工作的房间内，应该在每个工作地点（例如书桌、工作台）测量照度，然后加以平均。对于没有确定工作地点的空房间或非工作房间，通常选0.8m高的水平面测量照度。测量时可将测量区域划分成大小相等的方格（或接近方形），测量每格中心的照度。测量数据可用表格记录，同时将测点位置正确标注在平面图上，最好是在平面图的测点位置直接记下数据。在测点数目足够度的情况下，根据测得数据画出一张等照度曲线分布图更为理想。图- 4 -

- 4 - 第二部分 光学实验部分 实验三 教室天然光环境评价 一、 实验目的 1、掌握室内光环境的基本评测方法。 2、了解采光设计要点。 3、检验实际采光效果是否达到预期的设计目标。 二、 实验设备 照度计，亮度计，对讲机，米尺，直尺，线，胶带纸等。 三、 预习要求 《建筑物理》第七章第二节，第八章第一节、第二节和第三节。 四、 实验原理与方法 1、概述 在建筑现场进行光度测量是评价光环境的重要手段。其目的是：检验实际照明效果是否达到预 期的设计目标；了解不同光环境的实况，分析比较设计经验；确定是否需要对照明进行改装或维修。 室内光环境测量的主要内容是：工作面上各点的照度和采光系数；室内各表面，包括灯具和家 具设备的亮度；室内主要表面的反射比，窗玻璃的透射比；灯光和室内表面的颜色。 为得到正确的测量数据，在着手测量前，必须检查仪器是否经过校准，确定它的误差范围。 选择标准的测量条件也很重要。天然采光的采光系数测量，应当尽可能在全阴天进行。 2、照度测量 在进行工作的房间内，应该在每个工作地点（例如书桌、工作台）测量照度，然后加以平均。 对于没有确定工作地点的空房间或非工作房间，通常选 0.8m 高的水平面测量照度。测量时可将测量 区域划分成大小相等的方格（或接近方形），测量每格中心的照度。 测量数据可用表格记录，同时将测点位置正确标注在平面图上，最好是在平面图的测点位置直 接记下数据。在测点数目足够度的情况下，根据测得数据画出一张等照度曲线分布图更为理想。图

1是一个示例。3、亮度测量光环境的亮度测量应在实际工作条件下进行。先选定一个工作地点作为测量位置：从这个位置120401601x140180160190180190154189193197164157119190181151193193199195193168147126176140185196190186167143129129145185182179185167147120120151681741721681571341131151541511601481571471251061061371341371371321291121019891817010510911210413图1：照度测量数据在平面图上的表示方法亮度分布宽度值cd/m1-212—103204-105.5256-107—158-479-1510-1100图2：光环境亮度测量数据的表示方法-5-

- 5 - 1 是一个示例。 3、亮度测量 光环境的亮度测量应在实际工作条件下进行。先选定一个工作地点作为测量位置，从这个位置 图 1：照度测量数据在平面图上的表示方法 图 2：光环境亮度测量数据的表示方法

测量各表面的亮度，将得到的数据直接标注在从同一位置同一角度拍摄的室内照片上，或以测量位置为视点的透视图上。图2是一个示例。亮度计的放置高度，以观察者的眼睛高度为准，通常站立时1.5m，坐下时1.2m。4、采光系数测量采光系数是同一时刻室内照度与室外照度的比值。所以，测量采光系数需要两个照度计，一个测室内照度，一个测室外照度，二者同时读数。采光系数的测量最好在全阴天进行，并且最好在一天之中室外照度相对稳定的时间一上午十时至下午二时之间。采光测量的测点选取与照度测量相同。五、实验步骤指导1、室内天然光照度评价1）实测教室，根据需要绘出相关准备图纸。2）确定测点方格网，网格间距1.0m左右，典型特征点必须设置测试点。3）对测试点进行照度实测，注意室内外照度必须同时读数。4）整理测试数据，计算采光系数并绘制相关图表。2、教室亮度测试1）选择测点。2）用亮度计对准主要界面的代表性点读出亮度并记录。3）整理数据，进行分析。- 6 -

- 6 - 测量各表面的亮度，将得到的数据直接标注在从同一位置同一角度拍摄的室内照片上，或以测量位 置为视点的透视图上。图 2 是一个示例。亮度计的放置高度，以观察者的眼睛高度为准，通常站立 时 1.5m，坐下时 1.2m。 4、采光系数测量 采光系数是同一时刻室内照度与室外照度的比值。所以，测量采光系数需要两个照度计，一个 测室内照度，一个测室外照度，二者同时读数。采光系数的测量最好在全阴天进行，并且最好在一 天之中室外照度相对稳定的时间－上午十时至下午二时之间。 采光测量的测点选取与照度测量相同。 五、 实验步骤指导 1、 室内天然光照度评价 1） 实测教室，根据需要绘出相关准备图纸。 2） 确定测点方格网，网格间距 1.0m 左右，典型特征点必须设置测试点。 3） 对测试点进行照度实测，注意室内外照度必须同时读数。 4） 整理测试数据，计算采光系数并绘制相关图表。 2、 教室亮度测试 1）选择测点。 2）用亮度计对准主要界面的代表性点读出亮度并记录。 3）整理数据，进行分析

六、附录附录A学校建筑的采光系数标准值侧面采光采光等级房间名称采光系数最低值室内天然光临界照度(Ix)Cmin(%)教室、阶梯教室、实验室、III2100报告厅V0.525走道、楼梯间、卫生间附录B中国光气候分区图a注：按天然光年平均总照度（k1k）1、Eq≥28II、26≤Eq<28II、24≤Eq<26IV、22≤Eq<24V、Eq<22本图上中国国界线系按照中国地图出版社1989年出版的《中华人民共和国地图》绘制- 7-

- 7 - 六、 附录 附录 A 学校建筑的采光系数标准值 采光等级 房间名称 侧面采光 采光系数最低值 Cmin(%) 室内天然光临界照度(lx) III 教室、阶梯教室、实验室、 报告厅 2 100 V 走道、楼梯间、卫生间 0.5 25 附录 B 中国光气候分区图

附录C光气候系数K1IIIIIIVV光气候区K值0.850.901.001.101.20550050004000天然光临界照度值E(Ix)60004500-8-

- 8 - 附录 C 光气候系数 K 光气候区 I II III IV V K 值 0.85 0.90 1.00 1.10 1.20 天然光临界照度值 EI(lx) 6000 5500 5000 4500 4000

实验四教室内表面颜色测定一、实验目的1、了解不同表色系统对颜色的规定方式。2、掌握色彩的定量标定方法。3、感受环境光对物体表面色的影响。二、实验设备孟赛尔色卡等。三、预习要求《建筑物理》第七章第五节。四、实验原理1、颜色的分类颜色包含有彩色和无彩色两大类。任何一种有彩色的表观颜色，都可以按照三个独立的主观属性分类描述，这就是色调（也叫色相）、明度和彩度（也叫饱和度）。色调是各色彩彼此区分的特性；明度是指颜色相对明暗的特性；彩度指的是彩色的纯洁性。2、光色与物体色颜色光的混合是一种加色混合。人眼能够感知的每一种颜色的光都能用红、绿、蓝三种光色四配出来，因此在色度学中将红（700nm）、绿（546.1nm）、蓝（435.8nm）称为加法色的三原色。物体色的混合是一种减色混合。减色混合的三原色分别是加法三原色红、绿、蓝的补色：青、品红和黄。3、颜色定量目前国际上普遍使用的定量表色系统，有孟赛尔表色系统和CIE1931标准色度系统。孟赛尔表色系统按颜色的三个基本属性：色调（H）、明度（V）和彩度（C）对颜色进行分类与标定，是目前国际通用的物体色表色系统。可以用一个颜色立体图来说明（图3），孟赛尔色立体模型里，中央轴代表无彩色（中性色）的明度等级，理想白为10，理想黑为0。颜色样品离开中央轴的水平距离表示彩度变化：中央轴上中性色的彩度为0，离开中央轴越远，彩度越大，各颜色的最大彩度不同，个别饱和色的彩度可达20。-9

- 9 - 实验四 教室内表面颜色测定 一、 实验目的 1、了解不同表色系统对颜色的规定方式。 2、掌握色彩的定量标定方法。 3、感受环境光对物体表面色的影响。 二、 实验设备 孟赛尔色卡等。 三、 预习要求 《建筑物理》第七章第五节。 四、 实验原理 1、 颜色的分类 颜色包含有彩色和无彩色两大类。任何一种有彩色的表观颜色，都可以按照三个独立的主观属 性分类描述，这就是色调（也叫色相）、明度和彩度（也叫饱和度）。 色调是各色彩彼此区分的特性；明度是指颜色相对明暗的特性；彩度指的是彩色的纯洁性。 2、 光色与物体色 颜色光的混合是一种加色混合。人眼能够感知的每一种颜色的光都能用红、绿、蓝三种光色匹 配出来，因此在色度学中将红（700nm）、绿（546.1nm）、蓝（435.8nm）称为加法色的三原色。 物体色的混合是一种减色混合。减色混合的三原色分别是加法三原色红、绿、蓝的补色：青、 品红和黄。 3、 颜色定量 目前国际上普遍使用的定量表色系统，有孟赛尔表色系统和 CIE1931 标准色度系统。 孟赛尔表色系统按颜色的三个基本属性：色调（H）、明度（V）和彩度（C）对颜色进行分类与 标定，是目前国际通用的物体色表色系统。 可以用一个颜色立体图来说明（图 3），孟赛尔色立体模型里，中央轴代表无彩色（中性色）的 明度等级，理想白为 10，理想黑为 0。颜色样品离开中央轴的水平距离表示彩度变化：中央轴上中 性色的彩度为 0，离开中央轴越远，彩度越大，各颜色的最大彩度不同，个别饱和色的彩度可达 20