建筑物理 建筑热工学(三)

1、第一篇、建筑热工学第一篇、建筑热工学建筑围护结构的传热原理建筑围护结构的传热原理第一节、稳定传热之一 一种最简单和最基本的传热方式tite恒定的热作恒定的热作用用通常用于采暖房通常用于采暖房间冬季条件下的保温间冬季条件下的保温设计设计tite周期热作用周期热作用用于空调房间的用于空调房间的隔热设计隔热设计用于自然通风房用于自然通风房间的夏季隔热设计间的夏季隔热设计tite第一节、稳定传热之二 平壁的稳定传热稳定传热特征稳定传热特征: 、通过平壁的热流强度、通过平壁的热流强度q q处处相等。即对平壁内处处相等。即对平壁内任一截面，其流进和流出的热量相等；任一截面，其流进和流出的热量相等； 、同一

2、材质的平壁内部各界面温度分布呈直线、同一材质的平壁内部各界面温度分布呈直线关系。即温度随距离的变化规律为直线。关系。即温度随距离的变化规律为直线。 传热过程中，室内外热环境通过围护结构而进行的热量交换，包含导传热过程中，室内外热环境通过围护结构而进行的热量交换，包含导热、对流以及辐射换热三种方式。热、对流以及辐射换热三种方式。 当围护结构受到恒定热作用时，围护结构内部的温度分布和通过围护结当围护结构受到恒定热作用时，围护结构内部的温度分布和通过围护结构的传热量会处于一种不随时间而变化的稳定传热状态。构的传热量会处于一种不随时间而变化的稳定传热状态。温度场不随时间变化的传热过程温度场不随时间变化

3、的传热过程稳定传热过程稳定传热过程tite设设: ti te 注：注： 建筑热工中的建筑热工中的“平壁平壁”不仅是指平直的墙体，还包括不仅是指平直的墙体，还包括地板、平屋顶及曲率半径较大的穹顶、拱顶等结构。地板、平屋顶及曲率半径较大的穹顶、拱顶等结构。 稳定传热是指我们所研究的物体或者体系，无论整体稳定传热是指我们所研究的物体或者体系，无论整体还是局部都保持与时间无关的恒定温度状态。通常指采还是局部都保持与时间无关的恒定温度状态。通常指采暖房屋冬季条件下的保温设计。暖房屋冬季条件下的保温设计。一、内表面吸热一、内表面吸热阶段阶段tii , ,内表面以内表面以对流对流和和辐射辐射的方式吸热的方式

4、吸热)(iiiriciricitqqq)(iiiitqiiiiricitqqq室内其它表面以辐射形式传给平壁内室内其它表面以辐射形式传给平壁内表面的热量表面的热量 w/mw/m2 2平壁内表面的热转移系数平壁内表面的热转移系数 w/w/（m m2 2K K）室内空气及其它表面的温度室内空气及其它表面的温度围护结构内表面的温度围护结构内表面的温度室内空气以对流形式传给平壁内表面室内空气以对流形式传给平壁内表面的热量的热量平壁内表面吸热量平壁内表面吸热量w/mw/m2 2 dtitei传热过程经历以下三个阶段：传热过程经历以下三个阶段：第一节、稳定传热之二 平壁的稳定传热iiR1一、内表面吸热一、

5、内表面吸热阶段阶段iiiiiiiRttq)(1)(经验数据经验数据:表面特性表面特性 I W/(m2K)RI (m2K)/W)墙面、地面、表面平整或有肋状墙面、地面、表面平整或有肋状突出物的顶棚（突出物的顶棚（h/s 0.3）8.70.11有肋状突出物的顶棚（有肋状突出物的顶棚（h/s0.3）7.60.13内表面热转移阻内表面热转移阻R Ri i第一节、稳定传热之二 平壁的稳定传热二、平壁材料层导热二、平壁材料层导热阶段阶段 dtiteiedqei通过平壁的导热量通过平壁的导热量 w/mw/m2 2eq平壁外表面的温度平壁外表面的温度 三、外表面散热三、外表面散热阶段阶段e te ，外表面把热

6、量以外表面把热量以对流对流和和辐射辐射的方式传给室外的空气的方式传给室外的空气)(eeeetq外表面的散热量，外表面的散热量， w/m2外表面的热转移系数，外表面的热转移系数， w/（m2K)ereceqe e第一节、稳定传热之二 平壁的稳定传热三、外表面散热三、外表面散热阶段阶段季节季节 表面特征表面特征 eRe冬季冬季外墙、屋顶、与室外空气直接接触的表面外墙、屋顶、与室外空气直接接触的表面23.00.04与室外空气相通的不采暖地下室上面楼板与室外空气相通的不采暖地下室上面楼板17.00.06闷顶、外墙上有窗不采暖地下室上面楼板闷顶、外墙上有窗不采暖地下室上面楼板12.00.08外墙上无窗的

7、不采暖地下室上面的楼板外墙上无窗的不采暖地下室上面的楼板 6.00.17夏季夏季外墙和屋顶外墙和屋顶19.00.05第一节、稳定传热之二 平壁的稳定传热第一节、稳定传热之四 材料层热阻的计算分析常见的围护结构有：单一材料层、组合材料层和封闭空气间层等常见的围护结构有：单一材料层、组合材料层和封闭空气间层等eiRRRR0（一）单一材料层的热阻（一）单一材料层的热阻（二）组合材料层的热阻（二）组合材料层的热阻组合壁：组合壁：在建筑工程中，维护结构内部个别材料层常出现两在建筑工程中，维护结构内部个别材料层常出现两种以上材料组成的组合材料层。种以上材料组成的组合材料层。材料层的热阻材料层的热阻第一节、

8、稳定传热之四 材料层热阻的计算分析1 1、经过多层平壁的导热、经过多层平壁的导热凡是由几层不同材料组成的平壁称为凡是由几层不同材料组成的平壁称为“多层壁多层壁”，例如双面粉刷的砖砌体。，例如双面粉刷的砖砌体。d1d2d3123ieei设设 ，且，且不随时间变化不随时间变化32、表示层间接触面的温度。表示层间接触面的温度。23整个平壁看作三个单层壁组成，分整个平壁看作三个单层壁组成，分别计算通过每一层的热流强度。别计算通过每一层的热流强度。1 2 2 3 3 d1 d d2 2 d d3 3titeie第一节、稳定传热之四 材料层热阻的计算分析321qqqq)(2111idq稳定导热稳定导热条件

9、下：条件下：否则否则会随时间变化！会随时间变化！321332211RRRdddqeiei)(32222dq)(3333edq其中：其中：R1 、R2 、 R3分别为第一、二、三层的热阻分别为第一、二、三层的热阻njjnRq111对于对于n n层多壁层的导热计算公式可依次类推为：层多壁层的导热计算公式可依次类推为：1 2 3 4n 式中每一项式中每一项 Rj 代表第代表第J层的热阻，层的热阻， 为为第第N层外表面的温度。层外表面的温度。 1n结论：结论：多层壁的总热阻等于各层热阻之多层壁的总热阻等于各层热阻之和和第一节、稳定传热之四 材料层热阻的计算分析设组合壁的平均热阻为设组合壁的平均热阻为

10、：R其中：其中：F是各部分在垂直热流方向的表面积是各部分在垂直热流方向的表面积m2 如图，平行于热流方向沿材料层中不同材料的界面将其分隔为如图，平行于热流方向沿材料层中不同材料的界面将其分隔为、等部分。等部分。分别计算各部分的热阻分别计算各部分的热阻R R、R R 、R R )R(.eiNNNRRFRFRFFFFR 修正系数，修正系数，3 3、若围护结构存在圆孔时，应先将圆孔折算成同等面积、若围护结构存在圆孔时，应先将圆孔折算成同等面积的方孔。的方孔。1、当围护结构有两种材料组成，、当围护结构有两种材料组成， 1 为较大值，为较大值， 2为较小值，为较小值， 按按 2 / 1取值取值2、当围护

11、结构有三种材料组成，、当围护结构有三种材料组成， 1 为较大值，为较大值， 按按比值比值（ 2 + 3）/ 2 1 取值取值注：注：2 2、经过组合壁的导热、经过组合壁的导热第一节、稳定传热之五 封闭空气间层的热阻 建筑设计中常用建筑设计中常用封闭空气层封闭空气层作为围护结构的保温层。作为围护结构的保温层。 空气层中的传热方式有：空气层中的传热方式有： 导热导热、对流对流和和辐射辐射。 其中：主要是其中：主要是对流换热（对流换热（30%30%） 和和辐射换热（辐射换热（70%70%）第一节、稳定传热之五 封闭空气间层的热阻1 1、垂直空气间层垂直空气间层中，中，12*当间层厚度很薄时当间层厚度

12、很薄时(d10cm)上升气流和下降气流干扰程度逐渐上升气流和下降气流干扰程度逐渐减小减小*当厚度达到一定程度时当厚度达到一定程度时，就与自然对流情况类似。，就与自然对流情况类似。一、空气层中的传热方式分析：一、空气层中的传热方式分析：第一节、稳定传热之五 封闭空气间层的热阻2 2、水平间层水平间层中中*当热面在上方时，间层内可视为不存在对流。当热面在上方时，间层内可视为不存在对流。*当热面在下方时，热气流的上升和冷气流的当热面在下方时，热气流的上升和冷气流的下沉相互交替，形成自然对流，此时自然对流下沉相互交替，形成自然对流，此时自然对流换热最强。换热最强。1、结论：、结论：普通空气间层的传热量

13、普通空气间层的传热量中辐射换热占很大比例，中辐射换热占很大比例，要提高要提高空气间层的热阻须减少辐射传热空气间层的热阻须减少辐射传热量量。 通过间层的通过间层的辐射换热量辐射换热量与间层与间层表面表面材料的辐射性能材料的辐射性能和间层的和间层的平均温度高低平均温度高低有关有关。11纯导热换热量；纯导热换热量；22对流换热对流换热量；量；33总换热量总换热量二、不同传热方式的传热量比较：二、不同传热方式的传热量比较：第一节、稳定传热之五 封闭空气间层的热阻2、减少辐射换热量的方法：、减少辐射换热量的方法：1 1、将空气间层布置在围护结构的、将空气间层布置在围护结构的冷侧冷侧，降低间层的平均温度。，降低间层的平均温度。（效果不够显著）（效果不够显著）2 2、在间层壁面涂贴辐射系数小的反射材料（、在间层壁面涂贴辐射系数小的反射材料（铝箔铝箔等）等） 一般建筑材料的辐射系数：一般建筑材料的辐射系数：44.5 J/(m2hk4)例如：铝的辐射系数例如：铝的辐射系数 0.250.96 J/(m2