第二部分 1.传热基本原理-1

1、建筑热环境绪论绪论第一部分第一部分 人人建筑建筑气候气候基于基于人人的考虑的考虑第二部分材料第二部分材料构造构造围护结构围护结构基于基于技术技术的考虑的考虑第三部分建筑第三部分建筑形式形式细部细部基于基于设计设计的考虑的考虑第四部分舒适第四部分舒适健康健康高效高效基于基于未来未来的考虑的考虑第二部分 材料构造围护结构1. 传热基本知识传热基本知识2. 建筑保温建筑保温3.建筑防热建筑防热1.1.1 1 传热方式传热方式: :导热、对流、辐射导热、对流、辐射1.2 1.2 平壁的稳定传热平壁的稳定传热1.3 1.3 平壁的周期性传热平壁的周期性传热 热量传递是自然界和工程技热量传递是自然界和工程

2、技术领域中极为普遍的一种传递术领域中极为普遍的一种传递现象。现象。 如用手抓冰块时会感到冷如用手抓冰块时会感到冷, 这是因为手的温度高于冰块的这是因为手的温度高于冰块的温度温度, 两者之间存在着温度差两者之间存在着温度差, 所以手上的热量传递给了冰块所以手上的热量传递给了冰块, 手就感到冷了。手就感到冷了。 再如在一根铁棒的一端加热再如在一根铁棒的一端加热, 过一段时间后其另一端也就变过一段时间后其另一端也就变热了热了, 这也是因为铁棒的两端这也是因为铁棒的两端之间的温度不同。之间的温度不同。 1 . 传热基本知识公式：公式：tqAtQ（单位面积）（单位面积）1 传热基本知识 由此可知由此可知

3、, 热量传递的起因是由于物体内或系统内两部分热量传递的起因是由于物体内或系统内两部分之间存在温度差。之间存在温度差。 即即: 凡是有温度差存在的地方凡是有温度差存在的地方, 就必然有热量的传递就必然有热量的传递, 并且并且热量总是自发地从高温处向低温处传递。热量总是自发地从高温处向低温处传递。1. 1 传热方式传热方式 传热传热是指物体内部或者物体与物体之间热能传递的现象。是指物体内部或者物体与物体之间热能传递的现象。 根据传热机理的不同，传热的基本方式分为根据传热机理的不同，传热的基本方式分为导热、对流和辐导热、对流和辐射射三种。三种。1 传热基本知识1.1.1 导热导热 （1）导热的机理

4、导热导热是由温度不同的质点（分子、原子、自由电子）在热运是由温度不同的质点（分子、原子、自由电子）在热运动中引起的热能传递现象。动中引起的热能传递现象。 固体、液体、气体的导热机理并不相同。单纯的导热只能在密实的固体中发生。单纯的导热只能在密实的固体中发生。1.1.1 导热 固体导热：相邻分子发生的碰撞和自由电子迁移所引起的固体导热：相邻分子发生的碰撞和自由电子迁移所引起的热能传递热能传递 液体导热：平衡位置间歇移动着的分子震动引起的液体导热：平衡位置间歇移动着的分子震动引起的 气体导热：分子无规则运动时互相碰撞而导热气体导热：分子无规则运动时互相碰撞而导热 因为在有温差时，液体和气体中难以维

5、持单纯的导热。因为在有温差时，液体和气体中难以维持单纯的导热。 单纯的导热过程仅是在静止物质内的一种传热方式单纯的导热过程仅是在静止物质内的一种传热方式, 也就是说也就是说没有物质的宏观运动。没有物质的宏观运动。 而在气体和液体内部而在气体和液体内部, 当各处温度不同时当各处温度不同时, 必存在各处密度的差异必存在各处密度的差异, 因此总是在发生导热的同时因此总是在发生导热的同时,必伴有因密必伴有因密度的差异所产生的对流。度的差异所产生的对流。 若一根密实固体的棒，除两端外周围用理想的绝缘材料包裹，其两端的温度分别为T1和T2，如图1.2-1所示。如T1大于T2，则有热量Q通过截面F以导热方式

6、由T1端向T2端传递。依据实验可知： FlTTQ21Q棒的导热量(W)；F棒的截面积()；T1，T2分别为棒两端的温度(K)； l棒长(m)； 导热系数(W(mK)。 棒在单位时间内的传热量棒在单位时间内的传热量Q与两端温度差与两端温度差(T1T2)、截面面积截面面积F及棒体材料的及棒体材料的导热系数导热系数 成正比成正比，而与传，而与传热距离即热距离即棒长棒长l成反比成反比。1.1.1 导热 在建筑工程中，通常将固体材料组成的壁体内部的传热也看成导热。壁体两表面的温度分别为T1和T2，若T1大于T2，则热流将以导热方式从T1侧传向T2侧，其单位面积、单位时间的热流量（即热流强度）为： 导热系

7、数入值反映了壁体材料的导热能力，在数值上等于：导热系数入值反映了壁体材料的导热能力，在数值上等于：当材料层单位厚度内的温度差为当材料层单位厚度内的温度差为1K时，在单位时间时，在单位时间(h)内通内通过过1表面积的热量表面积的热量(w)。dTTq21q单位面积、单位时间的热流量(W)； 壁体材料的导热系数(W(m K)； d壁体的厚度(m)。1.1.1 导热（2）材料的导热系数及其影响因素）材料的导热系数及其影响因素 材料的导热系数值的大小直接关系到导热传热量，是一个非常重要的热物理参数，这一参数通常由专门的实验获得。 各种不同的材料或物质在一定的条件下都具有确定的导热系数。 空气的导热系数最

8、小空气的导热系数最小，在，在27状态下仅为状态下仅为0.02624W(m K)；而纯银在0时，导热系数达410W(m K)，两者相差约156万倍，可见材料或物质的导热系数值变动范围之大。1.1.1 导热 导热系数与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含非晶体结构、密度较低的材料，导热系数较小。材料的含水率、温度较低时，导热系数较小。通常把导热系数较低的材水率、温度较低时，导热系数较小。通常把导热系数较低的材料称为保温材料。料称为保温材料。材料的导热系数及其影响因素常见材料的导热系数：（常见材料的导热系数：（附录 p369） 钢筋混凝土：

9、钢筋混凝土：1.74 W(m K) 水泥砂浆：水泥砂浆：0.93 410W(m K) 矿棉、岩棉、玻璃棉板：矿棉、岩棉、玻璃棉板：0.05 W(m K) 聚乙烯泡沫塑料：聚乙烯泡沫塑料：0.047 W(m K) 胶合板：胶合板：0.17 W(m K) 夯实粘土：夯实粘土：1.16 W(m K) 花岗岩：花岗岩：3.49 W(m K) 平板玻璃：平板玻璃：0.76 W(m K)保温材料保温材料材料的导热系数受多种因素的影响：材料的导热系数及其影响因素 1)材质的影响材质的影响 由于不同材料的组成成分或者结构的不同，其导热性能也就各不相同，甚至相差悬殊，导热系数值就有不同程度的差异，前面所说的空气

10、与纯银就是明显的例子。 常用非金属建筑材料中，如矿棉、泡沫塑料等材料的 值比较小，而砖砌体、钢筋混凝土等材料的 值就比较大。至于金属建筑材料如钢材、铝合金等的导热系数就更大了。如：矿棉、泡沫塑料、膨胀珍珠岩等如：矿棉、泡沫塑料、膨胀珍珠岩等 工程上常把工程上常把 值小于值小于03W(m K)的材料称为绝热材料的材料称为绝热材料，作保温、隔热之用，以充分发挥其材料的特性。（有哪些？）2)材料干密度的影响材料干密度的影响 材料的干密度反映材料密实的程度，材料愈密实干密度愈大，材料内部的孔隙愈少，其导热性能也就愈强。因此，在同一类材料中，干密度是影响其导热性能的重要因素。 在建筑材料中，在建筑材料中

11、，一般来说，干密度大的材料导热系数也大一般来说，干密度大的材料导热系数也大，尤其是像泡沫混凝土、加气混凝土等一类多孔材料尤其是像泡沫混凝土、加气混凝土等一类多孔材料材料的导热系数及其影响因素 但是也有某些材料例外，当干密度降低到某一程度后，如再继续降低，其导热系数不仅不随之变小，反而会增大。显然，这类材料存在着一个最佳干密度，即最佳干密度，即在该干密度时，其导热系数最小。在该干密度时，其导热系数最小。在实用中应充分注意这一特点。（玻璃棉）3)材料含湿量的影响材料含湿量的影响 在自然条件下，一般非金属建筑材料常常并非绝对干燥，而是在不同程度上含有水分，表明在材料中水分占据了一定体积的孔隙。含湿量

12、愈大，水分所占有的体积愈多。水的导热性能约比空气高20倍。 因此，材料含湿量的增大材料含湿量的增大必然使导热系数值增大。必然使导热系数值增大。材料的导热系数及其影响因素（4）温度）温度 温度升高时，分子运动加强，使实体部分的导热能力提高，同时材料孔隙中的对流、导热、和辐射都加强，从而使材料的导热系数增加。经实验验证，大多数建筑材料在一定范围内导热系数与温度间呈线性关系。温度越高，导热系数越大。温度越高，导热系数越大。材料的导热系数及其影响因素 材料的导热系数的影响因素除材质、干密度、含湿量之外材料的导热系数的影响因素除材质、干密度、含湿量之外还有使用的温度状况（高温下导热系数增大）、某些材料的

13、还有使用的温度状况（高温下导热系数增大）、某些材料的方向性（顺纤维方向的导热系数较大）。方向性（顺纤维方向的导热系数较大）。1.1.2 对流对流 对流是由于温度不同的各部分流体之间发生相对运动、互对流是由于温度不同的各部分流体之间发生相对运动、互相掺合而传递热能。相掺合而传递热能。因此，对流换热只发生在因此，对流换热只发生在流体之中流体之中或者或者固体表面和与其紧邻的固体表面和与其紧邻的运动流体运动流体之间。之间。 图125表示一固体表面与其紧邻的流体对流传热情况。由于固体表面温度高于流体温度t，因此有传热现象发生，热流由固体表面传向流体。1. 1 传热方式 t对流的基本原理：对流的基本原理：

14、 因受摩擦力的影响，在紧因受摩擦力的影响，在紧贴固体壁面处有一平行于固体贴固体壁面处有一平行于固体壁面流动的流体薄层，称为壁面流动的流体薄层，称为层层流边界层流边界层，其垂直壁面的方向，其垂直壁面的方向主要传热方式是导热，它的温主要传热方式是导热，它的温度分布呈倾斜直线状度分布呈倾斜直线状；1.1.2 对流层流边界层 而在远离壁面的流体核心部而在远离壁面的流体核心部分，流体呈紊流状态，因流体分，流体呈紊流状态，因流体的剧烈运动而使温度分布比较的剧烈运动而使温度分布比较均匀，呈一水平线；在层流边均匀，呈一水平线；在层流边界层与流体核心部分之间为过界层与流体核心部分之间为过渡区，温度分布可近似看作

15、抛渡区，温度分布可近似看作抛物线。物线。 对流换热的强弱主要取决于对流换热的强弱主要取决于层流边界层内的换热与流体运层流边界层内的换热与流体运动发生的原因、流体运动状况、流体与固体壁面温差、流体动发生的原因、流体运动状况、流体与固体壁面温差、流体的物性、固体壁面的形状、大小及位置等因素。的物性、固体壁面的形状、大小及位置等因素。 对流换热的传热量常用下式计算：1.1.2 对流)(tqcc式中 对流换热强度(W)； 对流换热系数对流换热系数(W(K)； 壁面温度()； t流体主体部分温度()。cqc 其中 不是一个固定不变的常数，应如何选取则要根据围护结构的实际情况c (1)自然对流换热 本来温

16、度相同的流体或与流体紧邻的固体表面，因其中某一部分受热或冷却，温度发生了变化，使流体各部分之间或者流体与紧邻的固体表面产生了温度差，形成了对流运动而传递热能。这种因温差而引起的对流换热称为这种因温差而引起的对流换热称为自然对流换热自然对流换热。1.1.2 对流 其对流换热系数：其对流换热系数：当平壁处于垂直状态时：当平壁处于垂直状态时： 当平壁处于水平状态时：当平壁处于水平状态时： 若热流由下而上若热流由下而上 若热流由上而下若热流由上而下 4ct2.5对流换热系数对流换热系数 的选取：的选取：c (2) 当流体各部分之间或者流体与紧邻的固体表面之间存在着温度差，但同时流体又受到外部因素如气流

17、、泵等的扰动而产流体又受到外部因素如气流、泵等的扰动而产生传热的现象，称为生传热的现象，称为受迫对流换热受迫对流换热。 在受迫对流换热之中必然也包含着自然对流换热的因素。 1.1.2 对流 在常见情况下，受迫对流换热主要取决于在常见情况下，受迫对流换热主要取决于温差的大小、风速温差的大小、风速的大小与固体表面的粗糙度。的大小与固体表面的粗糙度。 对于中等粗糙度的固体表面，受迫对流换热时的对流换热系对于中等粗糙度的固体表面，受迫对流换热时的对流换热系数可按下列近似公式计算：数可按下列近似公式计算： 对于围护结构外表面对于围护结构外表面 =( 2.56.0)+4.2v 对于围护结构内表面对于围护结

18、构内表面 = 2.5 + 4.2v 上二式中，v表示风速(m/s)，常数项反映了自然对流换热的影响，其值取决于温度差的大小。cc对流换热系数对流换热系数 的选取：的选取：c1.1.3 辐射辐射（1） 热辐射的本质与特点热辐射的本质与特点 凡是温度高于绝对零度(K)的物体，由于物体原子中的电子振动或激动，就会从表面向外界空间辐射出电磁波。不同波长的电磁波落到物体上可产生各种不同的效应。1.1.3 辐射 人们根据这些不同的效应将电磁波分成许多波段。其中其中波长在波长在0.8600 m之间的电磁波称为红外线，照射物体能产之间的电磁波称为红外线，照射物体能产生热效应。通常把波长在生热效应。通常把波长在

19、0.440 m范围内的电磁波范围内的电磁波(包括可包括可见光和红外线的短波部分见光和红外线的短波部分)称为热射线，因为它照射到物体称为热射线，因为它照射到物体上的热效应特别显著。上的热效应特别显著。热射线的传播过程叫做热辐射。通过热射线的传播过程叫做热辐射。通过热射线传播热能就称为辐射传热。热射线传播热能就称为辐射传热。因此，辐射传热与导热和对流传热有着本质的区别。热辐射的本质决定了辐射传热有如下特点热辐射的本质决定了辐射传热有如下特点： 1)在辐射传热过程中伴随着能量形式的转化在辐射传热过程中伴随着能量形式的转化，即物体的内能首先转化为电磁能向外界发射，当此电磁能落到另一物体上而被吸收时，电

20、磁能又转化为吸收物体的内能；热辐射的本质与特点 2)电磁波的传播不需要任何中间介质，也不需要冷、热物电磁波的传播不需要任何中间介质，也不需要冷、热物体的直接接触体的直接接触。（。（如太阳光）。 3)凡是温度高于绝对零度的一切物体，不论它们的温度高低都在不间断地向外辐射不同波长的电磁波。因此，辐射传辐射传热是物体之间互相辐射的结果热是物体之间互相辐射的结果。当两个物体温度不同时，高当两个物体温度不同时，高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量，从而使高温物体的能量传递给了低温物体。的能量，从而使高温物体的能量传递给了低温物体

21、。 （2） 辐射能的吸收、反射和透射辐射能的吸收、反射和透射 当能量为 的热辐射能投射到一物体的表面时，其中一部分 被物体表面吸收，一部分 被物体表面反射，还有一部分I 可能透过物体从另一侧传出去。0IaIrI1.1.3 辐射吸收系数、反射系数、透射系数吸收系数、反射系数、透射系数IaIIIIII 各种物体对不同波长的辐射热的吸收、反射及透射性能不同，这不仅取决于材质、材料的分子结构、表面光洁度等因素，对于短波辐射热还与物体表面的颜色有关。图图128表示几种表面对不同表示几种表面对不同波长辐射热的反射性能。波长辐射热的反射性能。凡能将辐射热全部反射的物体凡能将辐射热全部反射的物体( = 1)称

22、为称为绝对白体绝对白体，能全部吸收的能全部吸收的( = 1)称为称为绝绝对黑体对黑体，能全部透过的能全部透过的( = 1)则称为则称为绝对透明体或透热体绝对透明体或透热体。辐射能的吸收、反射和透射hhh 实际上没有绝对黑体和绝对白体，仅有些物体接近绝对黑体或绝对白体。例如：没有光泽的黑漆表面接近于黑体，其吸收率为0.970.98；磨光的铜表面接近于白体，其反射率可达0.97。 在应用科学中，常把吸收系数接近于在应用科学中，常把吸收系数接近于1的物体近似地当作的物体近似地当作黑体。而在建筑工程中，绝大多数材料都是非透明体，即透黑体。而在建筑工程中，绝大多数材料都是非透明体，即透射系数射系数 =0

23、；则；则 由公式可知，对辐射能反射越强的材料，其对辐射能的吸收越少；反之亦然。1hhr辐射能的吸收、反射和透射绝对黑体示意图绝对黑体示意图h（3） 辐射本领、辐射系数和黑度辐射本领、辐射系数和黑度 凡是温度高于绝对零度的物体都具有向外辐射能量的本领。凡是温度高于绝对零度的物体都具有向外辐射能量的本领。为此，用为此，用辐射本领辐射本领来表示物体对外放射辐射能的能力。来表示物体对外放射辐射能的能力。1.1.3 辐射 单位时间内在物体单位表面积上辐射的波长从单位时间内在物体单位表面积上辐射的波长从0到到范围的范围的总能量，称作物体的总能量，称作物体的全辐射本领全辐射本领，通常用，通常用E表示，单位为

24、表示，单位为W/。 单位时间内在物体单位表面积上辐射的某一波长的能量称单位时间内在物体单位表面积上辐射的某一波长的能量称为为单色辐射本领单色辐射本领，通常用，通常用E 表示，其单位为表示，其单位为W/. m。 由于物体在同一温度状态下不同波长的辐射能力并不相同，从而形成各自特有的辐射光谱。辐射本领、辐射系数和黑度 图图129所表示的为同温所表示的为同温度下不同物体的辐射光谱。图度下不同物体的辐射光谱。图中中曲线曲线1表示黑体的辐射光谱表示黑体的辐射光谱。 黑体能吸收一切波长的外黑体能吸收一切波长的外来辐射。来辐射。由图中可以看出，由图中可以看出，它它还能向外发射一切波长的辐射还能向外发射一切波

25、长的辐射能，且在同温度下其辐射本领能，且在同温度下其辐射本领最大最大，只是随着波长的变化，只是随着波长的变化，它的单色辐射本领有所不同。它的单色辐射本领有所不同。 值得注意的是值得注意的是“黑体黑体”并不并不是指物体的颜色是指物体的颜色 另一类物体的辐射光谱如图中另一类物体的辐射光谱如图中2曲线所示。这类物体的辐曲线所示。这类物体的辐射特性是其辐射光谱曲线的形状与黑体辐射光谱曲线的形状相射特性是其辐射光谱曲线的形状与黑体辐射光谱曲线的形状相似，且单色辐射本领不仅小于黑体同波长的单色辐射本领，两似，且单色辐射本领不仅小于黑体同波长的单色辐射本领，两者的比例为不大于者的比例为不大于1的常数，这类物

26、体称之为的常数，这类物体称之为灰体灰体。大多数建大多数建筑材料都可近似地看作灰体。筑材料都可近似地看作灰体。辐射本领、辐射系数和黑度 图中图中3所表示的为选择所表示的为选择性辐射物体的辐射光谱性辐射物体的辐射光谱。由图可见，这类物体只能由图可见，这类物体只能吸收和发射某些波长的辐吸收和发射某些波长的辐射能，并且其单色辐射本射能，并且其单色辐射本领总小于同温度黑体同波领总小于同温度黑体同波长的单色辐射本领，故将长的单色辐射本领，故将这类物体称为选择性辐射这类物体称为选择性辐射体。体。 根据斯蒂芬-波尔兹曼（Stefan-Boltzman）定律,绝对黑体全辐射本领Eb与其绝对温度Tb的四次幂成正比

27、，4)100(bbbTCE 由于灰体的辐射光谱形状与黑体相似，由于灰体的辐射光谱形状与黑体相似，4)100(TCE E灰体的辐射本领（w/）T灰体的绝对温度（k）C灰体的辐射系数（ ）辐射本领、辐射系数和黑度 ：绝对黑体的辐射系数：绝对黑体的辐射系数 =5.68bC)/(42kmw)/(42kmw同一物体的辐射本领随着温度的升高而急剧增加同一物体的辐射本领随着温度的升高而急剧增加；反之，若；反之，若要减少辐射本领，设法降低其温度是最为有效的措施。要减少辐射本领，设法降低其温度是最为有效的措施。4)100(TCE 当黑体温度升高时，不仅其辐射本领增大，而且短波辐射所占的比例逐渐增多，最大单色辐射

28、本领向短波方向移动。辐射本领、辐射系数和黑度 当黑体的表面温度较低时，其辐射能量处于长波辐射范围，可见光部分的辐射能量相当少，可以忽略不计。当温度进一步提高时，红外线部分和可见光部分的能量就会逐渐增多 至于与地球息息相关的太阳，本身就是太阳，本身就是一个高温黑体一个高温黑体，因此有很大一部分辐射能量集中在可见光的波段范围。辐射本领、辐射系数和黑度 因此，物体的辐射系数代表物体向外发射辐射能的能力。因此，物体的辐射系数代表物体向外发射辐射能的能力。其数值取决于物体表面的化学性质、光洁度和温度等因素。其数值取决于物体表面的化学性质、光洁度和温度等因素。所有物体的辐射系数所有物体的辐射系数C为为05

29、.68)/(42kmw 灰体的全辐射本领与同温度下绝对黑体全辐射本领的灰体的全辐射本领与同温度下绝对黑体全辐射本领的比值比值称称之为之为灰体的黑度灰体的黑度，灰体的黑度在数值上等于灰体的辐射系数与灰体的黑度在数值上等于灰体的辐射系数与绝对黑体的辐射系数之比值，通常用绝对黑体的辐射系数之比值，通常用 表示，表示，bbbCCTCTCEE44)100()100(表明表明灰体的辐射本领接近绝对黑体的程度灰体的辐射本领接近绝对黑体的程度，其值处于，其值处于01之间。之间。辐射本领、辐射系数和黑度 根据克西荷夫定律，在一定温度下，物体对辐射热的吸根据克西荷夫定律，在一定温度下，物体对辐射热的吸收系数收系数

30、 在数值上与其黑度在数值上与其黑度 是相等的。这就是说，是相等的。这就是说，物体辐物体辐射能力愈大，它对外来辐射的吸收能力也愈大；反之，若辐射射能力愈大，它对外来辐射的吸收能力也愈大；反之，若辐射能力愈小，则吸收能力也愈小。能力愈小，则吸收能力也愈小。 值得注意的是，建筑围护结构对太阳辐射热的吸收系太阳辐射热的吸收系数 并不等于其黑度值，这是因为太阳的表面温度比地球上普通物体的表面温度高得多，太阳辐射能主要处于短波范围，而围护结构表面的黑度是反映长波热辐射的物理参数。各种建筑材料的太阳辐射热吸收系数 均通过实测确定。辐射本领、辐射系数和黑度hss表1.2-1 一些材料的C、及 值辐射本领、辐射

31、系数和黑度s材料材料黑度黑度辐射系数辐射系数C= .（围护结构对太阳辐（围护结构对太阳辐射热的吸收系数）射热的吸收系数）黑体黑体1.005.68（C= ）1.00黑色非金属表面黑色非金属表面（如沥青、纸等）（如沥青、纸等）0.900.985.115.500.850.98红砖、红瓦、混凝红砖、红瓦、混凝土等土等0.850.954.835.400.650.80黄色的砖、石、耐黄色的砖、石、耐火砖火砖0.850.954.835.400.500.70窗玻璃窗玻璃0.900.955.115.40大部分透过磨光的铝、铁皮等磨光的铝、铁皮等0.020.040.110.230.100.40bCsbC 表表-1

32、.2-2 -1.2-2 不同种类玻璃的日光特性和热光比不同种类玻璃的日光特性和热光比 在建筑中应用最多的净片平板玻璃对于可见光的透过率高达85，其反射率仅为7，显然是相当透明的一种材料，但对于红外线却几乎是非透明体。因此，用这种玻璃制作的温室，能透用这种玻璃制作的温室，能透入大量的太阳辐射热而阻止室内的长波辐射向外透射，这种现入大量的太阳辐射热而阻止室内的长波辐射向外透射，这种现象称为象称为温室效应温室效应。（被动式太阳能房）辐射本领、辐射系数和黑度（4）辐射换热的计算 在建筑工程中，围护结构表面与其周围其它物体表面之间的辐射换热是一个应当研究的重要问题。由于建筑材料大多可看作灰体，因此，物体

33、表面间的辐射换热量主要取决于各个表面的温度、发射和吸收辐射热的能力以及它们之间的相对位置。11242411221)100()100(FTTCQ22141422112)100()100(FTTCQ1.1.3 辐射2F1F设有两个一般位置的灰体表面，它设有两个一般位置的灰体表面，它们之间相互看得见的表面积为们之间相互看得见的表面积为F1和和F2：（4）辐射换热的计算 相当辐射系数（w/（k4）= 平均角系数表示单位时间内，表面1透射到表面2的辐射换热量Q12，与表面1向外界辐射的总热量Q1的比值，即Q12/Q1。该值越大，说明F1发射出去的总辐射热中投射到F2上的越多，反之则越小。 理论证明，理论

34、证明，两辐射表面的平均角系数存在着：两辐射表面的平均角系数存在着：“互易定理互易定理”，即：即：bCCCCC2121121.1.3 辐射221112FF情况一情况一：两平行灰体表面面积比二者距离大得多，从而近似的看作互相平行的无限大平面，则平均角系数相等都等于互相平行的无限大平面，则平均角系数相等都等于1。 （如封闭空气间层中的辐射换热计算） 辐射换热的计算12112142411221)100()100(FTTCQbCCCC11112112情况二情况二：F1被F2全包围，且F1无凹角，F2无凸角。则 ；相当辐射系数相当辐射系数C12可近似的取可近似的取C1。 112212rq辐射换热的计算由F

35、1传给F2的辐射热量为：142411221)100()100(FTTCQ2112 QQ)11(11221112bCCFFCC达到热平衡时：当F1比F2大的多时，C12近似等于C1。情况三：情况三：某一围护结构表面F1与其他相对应的表面以及室内、室外空间之间的辐射换热： 21rrq1221424112)100()100(TTC辐射换热的计算)(21rrq ：辐射换热量（w/） :辐射换热系数（w/（k） ：表面F1的温度（） ：表面F2的温度（）rqr1212424112)100()100(TTCqr代入得到 1.2 平壁的稳定传热平壁的稳定传热 “平壁”：墙、地板、屋顶、曲率半径大的穹顶 稳定

36、传热稳定传热：我们所研究的物体或者体系，无论是整体还是局：我们所研究的物体或者体系，无论是整体还是局部都保持着与时间无关的恒定温度状态，或者说，在传热过程部都保持着与时间无关的恒定温度状态，或者说，在传热过程中，各点的温度都不随时间改变。中，各点的温度都不随时间改变。（一维稳态传热）（一维稳态传热） 1 传热基本知识1.2.1 平壁传热过程平壁传热过程（1）壁体内表面吸热）壁体内表面吸热（2）平壁材料层导热）平壁材料层导热（3）壁体外表面散热）壁体外表面散热tite1.2 平壁的稳定传热1.2.1 平壁传热过程平壁传热过程（1）壁体内表面吸热）壁体内表面吸热（2）平壁材料层导热）平壁材料层导热

37、（3）壁体外表面散热）壁体外表面散热)()()(eeeeeiiiiitqdqtq 平壁内表面换热系数 w/(k) 材料层导热系数w/(k) 外表面换热系数w/(k)ietite1.2.1 平壁传热过程（1）壁体内表面吸热）壁体内表面吸热（2）平壁材料层导热）平壁材料层导热（3）壁体外表面散热）壁体外表面散热)()()(eeeeeiiiiitqdqtqqqqqei若要保持稳定传热，则：iiiiqtqdeieeeeqt+得：得：eeqdqqttiiei代入代入得：得：eieidqtt11)()(111eieittdq平壁内表面吸热阻：平壁内表面吸热阻：平壁的传热阻：平壁的传热阻：平壁外表面散热阻：

38、平壁外表面散热阻：平壁总热阻：平壁总热阻：单位：单位：k/w平壁的总传热系数平壁的总传热系数：单位：单位：w/ k1.2.1 平壁传热过程整理得：定义：ooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1ooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1ooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1ooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1ooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1)(1eieittRRRq)(1eiottRq Ro：平壁总热阻表示热量从平壁一侧到另外一侧受到阻碍的：平壁总热阻表示热量从平壁一侧到另外一侧受到阻碍的程度。程度。 在相同条件下，热阻越大，传热量则越小。 Ko：总传热

39、系数表示平壁的总传热能力。：总传热系数表示平壁的总传热能力。在数值上等于室内在数值上等于室内外温差外温差1k时，单位时间通过平壁单位表面积的传热量。时，单位时间通过平壁单位表面积的传热量。 1.2.1 平壁传热过程ooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1ooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1)(1eiottRq1.2.2 封闭空气间层传热封闭空气间层传热1.空气间层的传热原理空气间层的传热原理 1.2 平壁的稳定传热 当间层两界面存在温度差，热面将热量通过空气层流边界层导热传给空气层，空气层加热上升，冷表面附近空气下沉，进入自然对流，温度变化平缓。 当靠近冷表面时，又通过层流边界

40、层导热。122.间层对流换热的强度与间层的厚度、位置和形状有关：间层对流换热的强度与间层的厚度、位置和形状有关： 1.2.2 封闭空气间层传热 在水平封闭空气间层中， 当热表面在上时，难以形当热表面在上时，难以形成对流；成对流； 而当热表面在下时，对流而当热表面在下时，对流较强。较强。（因此地热效率较高）3.垂直封闭空气间层内不同传热方式的传热量比较 1.2.2 封闭空气间层传热 各曲线特点及代表意义各曲线特点及代表意义 因空气导热性差，纯导热量因空气导热性差，纯导热量 随着间层厚度的增加而迅速减随着间层厚度的增加而迅速减少。尤其是在少。尤其是在4cm处变化明显。处变化明显。 辐射换热量占总传

41、热量的辐射换热量占总传热量的70%以上。以上。 间层的一个表面贴反射材料间层的一个表面贴反射材料为宜。两个表面都贴传热量的为宜。两个表面都贴传热量的减少并不显著。减少并不显著。3.垂直封闭空气间层内不同传热方式的传热量比较 1.2.2 封闭空气间层传热 根据以上分析的封闭空气间层传热特性，可使我们了解在应用中注意根据以上分析的封闭空气间层传热特性，可使我们了解在应用中注意的的几个问题几个问题： （1）采用封闭空气间层可以增加热阻，并且材料省、重量轻、是一项）采用封闭空气间层可以增加热阻，并且材料省、重量轻、是一项有效而经济的技术措施。有效而经济的技术措施。 （2）如果构造技术可行，在围护结构中

42、用一个）如果构造技术可行，在围护结构中用一个“厚厚”的空气间层不如的空气间层不如用几个薄的空气间层。用几个薄的空气间层。 （3）为了有效地减少空气间层的辐射传热量，可以在间层表面涂贴反）为了有效地减少空气间层的辐射传热量，可以在间层表面涂贴反射材料，一般在一个表面贴涂，并且是在温度较高一侧的表面，防止间层射材料，一般在一个表面贴涂，并且是在温度较高一侧的表面，防止间层内结露。内结露。 思考：封闭空气间层有哪些特点？根据这些特点我们如何在实际工程思考：封闭空气间层有哪些特点？根据这些特点我们如何在实际工程中应用？中应用？ 空气间层热阻值 （k / W）位置、热流状况位置、热流状况及材料特性及材料

43、特性冬季状况冬季状况夏季状况夏季状况间层厚度（间层厚度（mm）间层厚度（间层厚度（mm）一般空气间层20402040热流向下0.170.190.150.16热流向上0.150.170.130.13垂直0.160.180.140.15单面铝箔空气间层热流向下0.430.570.370.48agR1.2.3 平壁总热阻的计算平壁总热阻的计算 1.2 平壁的稳定传热ooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1ooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1ooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1定义式：（1 1）内表面换热阻）内表面换热阻（2 2）外表面换热阻）外表面换热阻（3 3）壁体传热阻

44、）壁体传热阻（4 4）封闭空气间层的热阻）封闭空气间层的热阻 （表（表1.2-31.2-3）ooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1agReagioRRRRR1.2.3 平壁总热阻的计算内表面换热系数内表面换热系数 和内表面换热阻和内表面换热阻表面特征表面特征 (w/(k) （k/w）墙面、地面、表面平整或有肋状突出墙面、地面、表面平整或有肋状突出物的顶棚，物的顶棚，h/s0.3时，时，8.70.11有肋状突出物的顶棚，有肋状突出物的顶棚，h/s0.3时时7.60.13外表面换热系数外表面换热系数 及外表面换热阻及外表面换热阻季节季节表面特征表面特征 (w/(k) （k/w）冬季冬季外墙

45、、屋顶与室外空气直接外墙、屋顶与室外空气直接接触的表面接触的表面23.00.04与室外空气相通的不采暖地与室外空气相通的不采暖地下室上面的楼板下室上面的楼板17.00.06夏季夏季外墙和屋顶外墙和屋顶19.00.05ieiReR iRieeR表1.2-4和表1.2-51.2.3 平壁总热阻的计算 （3）壁体传热阻）壁体传热阻单一材料层：单一材料层：壁体在垂直于热流方向由一种材料做成的材料层 如砖砌体、混凝土等；导热系数值按附录多层匀质材料层的热阻：多层匀质材料层的热阻：壁体垂直于热流方向有多层匀质材料 构成的构造层，如外墙、平屋顶等组合材料层的热阻：组合材料层的热阻：内部不是单向传热，如空心砌

46、块等，求出 平均热阻。（见课本）dR nRRRR.211.2.3 平壁总热阻的计算 ooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1例1.2-1计算图示墙体的总热阻（冬季）解：根据公式：（1）由表1.2-4查出Ri=0.11 k/w（2）由表1.2-5查出Re=0.04 k/w（3）由附录查出各材料层导热系数值 石灰砂浆内粉刷 1=0.81 w/(k) 粘土砖砌体 2=0.81w/(k) 水泥砂浆外粉刷 3=0.93w/(k)根据公式eioRRRR1.2.3 平壁总热阻的计算 例1.2-1计算图示墙体的总热阻（4）平壁的传热阻 =R1+R2+R3R332211ddd=0.020/0.81+0.2

47、40/0.81+0.020/0.93=0.343k/w（5）总热阻eioRRRR=0.11+0.343+0.04=0.493 k/w答：图示墙体的总热阻为0.493 k/w。1.2.3 平壁总热阻的计算 ooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1eagioRRRRR例1.2-2计算图示平屋顶的总热阻（冬季） ooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1解：1。由表1.2-4查得Ri=0.11k/w2。由表1.2-5查得Re=0.04k/w3。由表1.2-3查得40mm厚单面铝箔空气间层Rag=0.42k/w4。从附录I中查得各材料层导热系数 值，并根据公式 计算各材料层热阻：（1）钙塑板

48、1=0.049w/(k) R111dwkm/204. 0049. 0010. 02（2）钢筋混凝土板3=1.74w/(k) R333dwkm/034. 074. 1060. 02（3）水泥砂浆层4=10.93w/(k) R444dwkm/022. 093. 0020. 02例1.2-2 eagioeagioRRRRRRRRRRRRR5431（5）总热阻 =0.11+0.204+0.42+0.034+0.022+0.059+0.04 =0.889k/w（4）油毡防水层5=0.17w/(k) R555dwkm/059. 017. 0010. 02例1.2-2计算图示平屋顶的总热阻（冬季）答：所示平

49、屋顶的热阻值为0.889k/w。1.2.3 平壁总热阻的计算 习题习题计算图示墙体的总热阻和传热系数。计算图示墙体的总热阻和传热系数。当其面积为5时，室内外温度分别为18和-12时，在单位时间内的传热量。 为石灰水泥复合砂浆为加气混凝土（500kg/）为钢筋混凝土1.2.3 平壁总热阻的计算 ooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1eagioRRRRR补充例题补充例题：课后：课后p53（7）用同一材料构成的）用同一材料构成的5层厚层厚20mm封闭空气层的热封闭空气层的热阻值与阻值与1层厚层厚100mm的封闭空气层的热阻值哪个大？为什么？试求证。的封闭空气层的热阻值哪个大？为什么？试求证。

50、 根据垂直封闭空气间层内不同传热方式的传热量比较，因空气导热性差，纯导热量 随着间层厚度的增加而迅速减少。尤其是在4cm处变化明显。 所以，用同一材料构成的5层厚的20mm封闭空气间层的热阻值大于1层厚100mm的封闭空气层的热阻值。求证。解：设季节为冬季，材料选用钢筋混凝土，厚度如图所示： eagioRRRRR1补充例题：课后p53（7）用同一材料构成的5层厚20mm封闭空气层的热阻值与1层厚100mm的封闭空气层的热阻值哪个大？为什么？试求证。（一）求5层厚20mm封闭空气层的热阻值Ro12。由表1.2-5查得Re=0.04k/w3。由表1.2-3查得20mm厚空气间层Rag=0.16k/

51、w 1。由表1.2-4查得Ri=0.11k/w4。根据附录查出钢筋混凝土板=1.74w/(k)。根据公式R6dwkm/342. 06057. 0674. 11 . 02dR 5。根据公式eagioRRRRR1=0.11+0.342+0.16*5+0.04=1.292k/w eagioRRRRR2补充例题：课后p53（7）用同一材料构成的5层厚20mm封闭空气层的热阻值与1层厚100mm的封闭空气层的热阻值哪个大？为什么？试求证。（二）求1层厚100mm封闭空气层的热阻值Ro22。由表1.2-5查得Re=0.04k/w3。由表1.2-3查得100mm厚空气间层Rag=0.18k/w 1。由表1.

52、2-4查得Ri=0.11k/w4。根据附录查出钢筋混凝土板=1.74w/(k)。根据公式R2dwkm/344. 02172. 0274. 13 . 02dR 5。根据公式eagioRRRRR2=0.11+0.344+0.18+0.04=0.674k/wR01R02，因此用同一材料构成的5层厚的20mm封闭空气间层的热阻值大于1层厚100mm的封闭空气层的热阻值。答：用同一材料构成的5层厚的20mm封闭空气间层的热阻值大于1层厚100mm的封闭空气层的热阻值。 1.2.4 平壁内部温度的测定平壁内部温度的测定 在在稳定传热稳定传热条件下，通过平壁的热流量与通过平壁各构造层条件下，通过平壁的热流量

53、与通过平壁各构造层的热流量相等。的热流量相等。多层匀质平壁温度计算公式)(1eiottRqqqqqei 在稳定传热条件下，每一材料层内的温度分布是一直温度分布是一直线，在多层平壁中成一条连续的折线。线，在多层平壁中成一条连续的折线。材料层内的温度降落程度与各层的热阻成正比，材料层的热阻愈大，在该层内的温度降落愈大。1.2 平壁的稳定传热如图已知求321321.dddtteiei32dR 内外 1.2.4平壁内部温度的测定第一步：计算内表面温度第一步：计算内表面温度)(1eiottRqooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1)()()(eeeeeiiiiitqdqtqiqq )(eioii

54、ittRRt)(1iiiitRq代入代入 1.2.4平壁内部温度的测定第二步：计算多层平壁内任一层内表面温度：第二步：计算多层平壁内任一层内表面温度：)(1eiottRq)(12eioiittRRRt21qqq)(1211iRq代入代入)(12eioittRR)(eioiiittRRt代入代入可得：可得： 1.2.4平壁内部温度的测定第二步：计算多层平壁内任一层内表面温度：第二步：计算多层平壁内任一层内表面温度：)(1eiottRq)(12eioiittRRRt21qqq)(12322Rq代入代入)(223eiottRR代入代入可得：可得：)(213eioiittRRRRt 1.2.4平壁内部

55、温度的测定第二步：计算多层平壁内任一层内表面温度：第二步：计算多层平壁内任一层内表面温度：)(12eioiittRRRt)(213eioiittRRRRt)(11eiomjjiimttRRRt 1.2.4平壁内部温度的测定第三步：计算外表面温度第三步：计算外表面温度)(1eiottRqeqq )(eioeeettRRtooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1)()()(eeeeeiiiiitqdqtq)(1eeeetRq 1.2.4平壁内部温度的测定总结：平壁内部温度的测定公式为：总结：平壁内部温度的测定公式为：)(eioeeettRRt)(1eiottRqqqqqei如图已知求根据公式

56、：321321.dddtteiei32dR )(11eiomjjiimttRRRt)(eioiiittRRt内表面温度：内表面温度：外表面温度：外表面温度：各材料层温各材料层温度：度： 例例1.2-3 已知室内温度为已知室内温度为16，室外气温为，室外气温为-8 ，计算图示，计算图示三层平壁的内部温度分布。三层平壁的内部温度分布。解：如图已知tite3e2i（1）由表由表1.2-4查出查出Ri=0.11 k/w 由表由表1.2-5查出查出Re=0.04 k/w 由附录查出各材料层导热系数值由附录查出各材料层导热系数值：石灰砂浆内粉刷 1=0.81 w/(k)粘土砖砌体 2=0.81w/(k)水

57、泥砂浆外粉刷 3=0.93w/(k)（2）求平壁各层材料传热阻和总热阻）求平壁各层材料传热阻和总热阻 wkmdR/025. 081. 0020. 02111总热阻总热阻eioRRRR=0.11+0.025+0.296+0.022+0.04=0.493 k/wwkmdR/296. 081. 0240. 02222wkmdR/022. 093. 002. 02333321321.dddttei求ei32 例例1.2-3 已知室内温度为已知室内温度为16，室外气温为，室外气温为-8 ，计算图示，计算图示三层平壁的内部温度分布。三层平壁的内部温度分布。tite3e2i（3）求如图所示三层平壁各层界面温

58、度）求如图所示三层平壁各层界面温度 )8(16493.011.016)(eioiiittRRt=16-5.4=10.6)8(16493. 0025. 011. 016)(12eioiittRRRt)8(16493. 0296. 0025. 011. 016)(213eioiittRRRRt=16-6.5=9.5=16-21=-5.0)8(16493. 004. 08)(eioeeettRRt=-8+2=-6答：如图所示三层平壁内部温度答：如图所示三层平壁内部温度 分别为分别为10.6，9.5，-5，-6。 补充例题：补充例题： 已知室内温度为已知室内温度为16，室外气温为，室外气温为-8 ，计

59、算，计算图图1.2-21 中中 平屋顶的内部温度分布。平屋顶的内部温度分布。ooeioeeiiRKRRRRRdRR11;1eagioRRRRR)(eioeeettRRt)(11eiomjjiimttRRRt)(eioiiittRRt 补充例题：补充例题： 已知室内温度为已知室内温度为16，室外气温为，室外气温为-8 ，计算，计算图图1.2-21 中中 平屋顶的内部温度分布。平屋顶的内部温度分布。1. 由表由表1查得查得Ri = 0.11k/W 由表由表2查得查得Re = 0.04 k/W 吊顶中有40mm厚单面铝箔封闭空气间层，热流为从下至上，查表查表3得得Rag = 0.42k/W 计算各材

60、料层热阻：计算各材料层热阻： 钙塑板1=0.049w/（mk） R1 = d1 / 1 =0.010/0.049=0.204k/W 钢筋混凝土版3=1.74w/（mk） R3 = d3 / 3 =0.060/1.74=0.034k/W 水泥砂浆层4=0.93w/（mk） R4 = d4 / 4 =0.020/0.93=0.022k/W 油毡防水层5=0.17w/（mk） R5 = d5 / 5 =0.010/0.17=0.059k/W 补充例题：补充例题： 已知室内温度为已知室内温度为16，室外气温为，室外气温为-8 ，计算，计算图图1.2-21 中中 平屋顶的内部温度分布。平屋顶的内部温度分