建筑物理 建筑熱工學(xué)(三)

1、第一篇、建筑熱工學(xué)第一篇、建筑熱工學(xué)建筑圍護結(jié)構(gòu)的傳熱原理建筑圍護結(jié)構(gòu)的傳熱原理第一節(jié)、穩(wěn)定傳熱之一 一種最簡單和最基本的傳熱方式tite恒定的熱作恒定的熱作用用通常用于采暖房通常用于采暖房間冬季條件下的保溫間冬季條件下的保溫設(shè)計設(shè)計tite周期熱作用周期熱作用用于空調(diào)房間的用于空調(diào)房間的隔熱設(shè)計隔熱設(shè)計用于自然通風房用于自然通風房間的夏季隔熱設(shè)計間的夏季隔熱設(shè)計tite第一節(jié)、穩(wěn)定傳熱之二 平壁的穩(wěn)定傳熱穩(wěn)定傳熱特征穩(wěn)定傳熱特征: 、通過平壁的熱流強度、通過平壁的熱流強度q q處處相等。即對平壁內(nèi)處處相等。即對平壁內(nèi)任一截面，其流進和流出的熱量相等；任一截面，其流進和流出的熱量相等； 、同一

2、材質(zhì)的平壁內(nèi)部各界面溫度分布呈直線、同一材質(zhì)的平壁內(nèi)部各界面溫度分布呈直線關(guān)系。即溫度隨距離的變化規(guī)律為直線。關(guān)系。即溫度隨距離的變化規(guī)律為直線。 傳熱過程中，室內(nèi)外熱環(huán)境通過圍護結(jié)構(gòu)而進行的熱量交換，包含導(dǎo)傳熱過程中，室內(nèi)外熱環(huán)境通過圍護結(jié)構(gòu)而進行的熱量交換，包含導(dǎo)熱、對流以及輻射換熱三種方式。熱、對流以及輻射換熱三種方式。 當圍護結(jié)構(gòu)受到恒定熱作用時，圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度分布和通過圍護結(jié)當圍護結(jié)構(gòu)受到恒定熱作用時，圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度分布和通過圍護結(jié)構(gòu)的傳熱量會處于一種不隨時間而變化的穩(wěn)定傳熱狀態(tài)。構(gòu)的傳熱量會處于一種不隨時間而變化的穩(wěn)定傳熱狀態(tài)。溫度場不隨時間變化的傳熱過程溫度場不隨時間變化

3、的傳熱過程穩(wěn)定傳熱過程穩(wěn)定傳熱過程tite設(shè)設(shè): ti te 注：注： 建筑熱工中的建筑熱工中的“平壁平壁”不僅是指平直的墻體，還包括不僅是指平直的墻體，還包括地板、平屋頂及曲率半徑較大的穹頂、拱頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)。地板、平屋頂及曲率半徑較大的穹頂、拱頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)。 穩(wěn)定傳熱是指我們所研究的物體或者體系，無論整體穩(wěn)定傳熱是指我們所研究的物體或者體系，無論整體還是局部都保持與時間無關(guān)的恒定溫度狀態(tài)。通常指采還是局部都保持與時間無關(guān)的恒定溫度狀態(tài)。通常指采暖房屋冬季條件下的保溫設(shè)計。暖房屋冬季條件下的保溫設(shè)計。一、內(nèi)表面吸熱一、內(nèi)表面吸熱階段階段tii , ,內(nèi)表面以內(nèi)表面以對流對流和和輻射輻射的方式吸熱的方式

4、吸熱)(iiiriciricitqqq)(iiiitqiiiiricitqqq室內(nèi)其它表面以輻射形式傳給平壁內(nèi)室內(nèi)其它表面以輻射形式傳給平壁內(nèi)表面的熱量表面的熱量 w/mw/m2 2平壁內(nèi)表面的熱轉(zhuǎn)移系數(shù)平壁內(nèi)表面的熱轉(zhuǎn)移系數(shù) w/w/（m m2 2K K）室內(nèi)空氣及其它表面的溫度室內(nèi)空氣及其它表面的溫度圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的溫度圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的溫度室內(nèi)空氣以對流形式傳給平壁內(nèi)表面室內(nèi)空氣以對流形式傳給平壁內(nèi)表面的熱量的熱量平壁內(nèi)表面吸熱量平壁內(nèi)表面吸熱量w/mw/m2 2 dtitei傳熱過程經(jīng)歷以下三個階段：傳熱過程經(jīng)歷以下三個階段：第一節(jié)、穩(wěn)定傳熱之二 平壁的穩(wěn)定傳熱iiR1一、內(nèi)表面吸熱一、

5、內(nèi)表面吸熱階段階段iiiiiiiRttq)(1)(經(jīng)驗數(shù)據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù):表面特性表面特性 I W/(m2K)RI (m2K)/W)墻面、地面、表面平整或有肋狀墻面、地面、表面平整或有肋狀突出物的頂棚（突出物的頂棚（h/s 0.3）8.70.11有肋狀突出物的頂棚（有肋狀突出物的頂棚（h/s0.3）7.60.13內(nèi)表面熱轉(zhuǎn)移阻內(nèi)表面熱轉(zhuǎn)移阻R Ri i第一節(jié)、穩(wěn)定傳熱之二 平壁的穩(wěn)定傳熱二、平壁材料層導(dǎo)熱二、平壁材料層導(dǎo)熱階段階段 dtiteiedqei通過平壁的導(dǎo)熱量通過平壁的導(dǎo)熱量 w/mw/m2 2eq平壁外表面的溫度平壁外表面的溫度 三、外表面散熱三、外表面散熱階段階段e te ，外表面把熱

6、量以外表面把熱量以對流對流和和輻射輻射的方式傳給室外的空氣的方式傳給室外的空氣)(eeeetq外表面的散熱量，外表面的散熱量， w/m2外表面的熱轉(zhuǎn)移系數(shù)，外表面的熱轉(zhuǎn)移系數(shù)， w/（m2K)ereceqe e第一節(jié)、穩(wěn)定傳熱之二 平壁的穩(wěn)定傳熱三、外表面散熱三、外表面散熱階段階段季節(jié)季節(jié) 表面特征表面特征 eRe冬季冬季外墻、屋頂、與室外空氣直接接觸的表面外墻、屋頂、與室外空氣直接接觸的表面23.00.04與室外空氣相通的不采暖地下室上面樓板與室外空氣相通的不采暖地下室上面樓板17.00.06悶頂、外墻上有窗不采暖地下室上面樓板悶頂、外墻上有窗不采暖地下室上面樓板12.00.08外墻上無窗的

7、不采暖地下室上面的樓板外墻上無窗的不采暖地下室上面的樓板 6.00.17夏季夏季外墻和屋頂外墻和屋頂19.00.05第一節(jié)、穩(wěn)定傳熱之二 平壁的穩(wěn)定傳熱第一節(jié)、穩(wěn)定傳熱之四 材料層熱阻的計算分析常見的圍護結(jié)構(gòu)有：單一材料層、組合材料層和封閉空氣間層等常見的圍護結(jié)構(gòu)有：單一材料層、組合材料層和封閉空氣間層等eiRRRR0（一）單一材料層的熱阻（一）單一材料層的熱阻（二）組合材料層的熱阻（二）組合材料層的熱阻組合壁：組合壁：在建筑工程中，維護結(jié)構(gòu)內(nèi)部個別材料層常出現(xiàn)兩在建筑工程中，維護結(jié)構(gòu)內(nèi)部個別材料層常出現(xiàn)兩種以上材料組成的組合材料層。種以上材料組成的組合材料層。材料層的熱阻材料層的熱阻第一節(jié)、

8、穩(wěn)定傳熱之四 材料層熱阻的計算分析1 1、經(jīng)過多層平壁的導(dǎo)熱、經(jīng)過多層平壁的導(dǎo)熱凡是由幾層不同材料組成的平壁稱為凡是由幾層不同材料組成的平壁稱為“多層壁多層壁”，例如雙面粉刷的磚砌體。，例如雙面粉刷的磚砌體。d1d2d3123ieei設(shè)設(shè) ，且，且不隨時間變化不隨時間變化32、表示層間接觸面的溫度。表示層間接觸面的溫度。23整個平壁看作三個單層壁組成，分整個平壁看作三個單層壁組成，分別計算通過每一層的熱流強度。別計算通過每一層的熱流強度。1 2 2 3 3 d1 d d2 2 d d3 3titeie第一節(jié)、穩(wěn)定傳熱之四 材料層熱阻的計算分析321qqqq)(2111idq穩(wěn)定導(dǎo)熱穩(wěn)定導(dǎo)熱條件

9、下：條件下：否則否則會隨時間變化！會隨時間變化！321332211RRRdddqeiei)(32222dq)(3333edq其中：其中：R1 、R2 、 R3分別為第一、二、三層的熱阻分別為第一、二、三層的熱阻njjnRq111對于對于n n層多壁層的導(dǎo)熱計算公式可依次類推為：層多壁層的導(dǎo)熱計算公式可依次類推為：1 2 3 4n 式中每一項式中每一項 Rj 代表第代表第J層的熱阻，層的熱阻， 為為第第N層外表面的溫度。層外表面的溫度。 1n結(jié)論：結(jié)論：多層壁的總熱阻等于各層熱阻之多層壁的總熱阻等于各層熱阻之和和第一節(jié)、穩(wěn)定傳熱之四 材料層熱阻的計算分析設(shè)組合壁的平均熱阻為設(shè)組合壁的平均熱阻為

10、：R其中：其中：F是各部分在垂直熱流方向的表面積是各部分在垂直熱流方向的表面積m2 如圖，平行于熱流方向沿材料層中不同材料的界面將其分隔為如圖，平行于熱流方向沿材料層中不同材料的界面將其分隔為、等部分。等部分。分別計算各部分的熱阻分別計算各部分的熱阻R R、R R 、R R )R(.eiNNNRRFRFRFFFFR 修正系數(shù)，修正系數(shù)，3 3、若圍護結(jié)構(gòu)存在圓孔時，應(yīng)先將圓孔折算成同等面積、若圍護結(jié)構(gòu)存在圓孔時，應(yīng)先將圓孔折算成同等面積的方孔。的方孔。1、當圍護結(jié)構(gòu)有兩種材料組成，、當圍護結(jié)構(gòu)有兩種材料組成， 1 為較大值，為較大值， 2為較小值，為較小值， 按按 2 / 1取值取值2、當圍護

11、結(jié)構(gòu)有三種材料組成，、當圍護結(jié)構(gòu)有三種材料組成， 1 為較大值，為較大值， 按按比值比值（ 2 + 3）/ 2 1 取值取值注：注：2 2、經(jīng)過組合壁的導(dǎo)熱、經(jīng)過組合壁的導(dǎo)熱第一節(jié)、穩(wěn)定傳熱之五 封閉空氣間層的熱阻 建筑設(shè)計中常用建筑設(shè)計中常用封閉空氣層封閉空氣層作為圍護結(jié)構(gòu)的保溫層。作為圍護結(jié)構(gòu)的保溫層。 空氣層中的傳熱方式有：空氣層中的傳熱方式有： 導(dǎo)熱導(dǎo)熱、對流對流和和輻射輻射。 其中：主要是其中：主要是對流換熱（對流換熱（30%30%） 和和輻射換熱（輻射換熱（70%70%）第一節(jié)、穩(wěn)定傳熱之五 封閉空氣間層的熱阻1 1、垂直空氣間層垂直空氣間層中，中，12*當間層厚度很薄時當間層厚度

12、很薄時(d10cm)上升氣流和下降氣流干擾程度逐漸上升氣流和下降氣流干擾程度逐漸減小減小*當厚度達到一定程度時當厚度達到一定程度時，就與自然對流情況類似。，就與自然對流情況類似。一、空氣層中的傳熱方式分析：一、空氣層中的傳熱方式分析：第一節(jié)、穩(wěn)定傳熱之五 封閉空氣間層的熱阻2 2、水平間層水平間層中中*當熱面在上方時，間層內(nèi)可視為不存在對流。當熱面在上方時，間層內(nèi)可視為不存在對流。*當熱面在下方時，熱氣流的上升和冷氣流的當熱面在下方時，熱氣流的上升和冷氣流的下沉相互交替，形成自然對流，此時自然對流下沉相互交替，形成自然對流，此時自然對流換熱最強。換熱最強。1、結(jié)論：、結(jié)論：普通空氣間層的傳熱量

13、普通空氣間層的傳熱量中輻射換熱占很大比例，中輻射換熱占很大比例，要提高要提高空氣間層的熱阻須減少輻射傳熱空氣間層的熱阻須減少輻射傳熱量量。 通過間層的通過間層的輻射換熱量輻射換熱量與間層與間層表面表面材料的輻射性能材料的輻射性能和間層的和間層的平均溫度高低平均溫度高低有關(guān)有關(guān)。11純導(dǎo)熱換熱量；純導(dǎo)熱換熱量；22對流換熱對流換熱量；量；33總換熱量總換熱量二、不同傳熱方式的傳熱量比較：二、不同傳熱方式的傳熱量比較：第一節(jié)、穩(wěn)定傳熱之五 封閉空氣間層的熱阻2、減少輻射換熱量的方法：、減少輻射換熱量的方法：1 1、將空氣間層布置在圍護結(jié)構(gòu)的、將空氣間層布置在圍護結(jié)構(gòu)的冷側(cè)冷側(cè)，降低間層的平均溫度。，降低間層的平均溫度。（效果不夠顯著）（效果不夠顯著）2 2、在間層壁面涂貼輻射系數(shù)小的反射材料（、在間層壁面涂貼輻射系數(shù)小的反射材料（鋁箔鋁箔等）等） 一般建筑材料的輻射系數(shù)：一般建筑材料的輻射系數(shù)：44.5 J/(m2hk4)例如：鋁的輻射系數(shù)例如：鋁的輻射系數(shù) 0.250.96 J/(m2