建筑物理复习建筑热工学

1、.word.word.第一篇 建筑热工学室内热环境构成要素：第 1 章 建筑热工学根底知识室内空气温度、空气湿度、气流速度和环境辐射温度构成。人体的热舒适热舒适的必要条件：人体内产生的热量=向环境散发的热量。q q qqqqmercmq 人体蒸发散热量eq 人体与环境辐射换热量rq 人体与环境对流换热量c充分条件所谓按正常比例散热，指的是对流换热约占总散热量的25-30，辐射散热约为45-50，呼吸和无感觉蒸发散热约占 25-30。处于舒适状况的热平衡，可称之为“正常热平衡。注意与“负平衡区分影响人体热舒适感觉的因素：人体衣着状况。湿空气的物理性质湿空气组成：干空气+水蒸气=湿空气水蒸气分压力

2、：指一定温度下湿空气中水蒸气局部所产生的压力。未饱和湿空气的总压力：PP P PwdP wP dP 水蒸气的分压力Pa饱和状态湿空气中水蒸气分压力： P 饱和水蒸气分压力s注：标准大气压下， P 随着温度的升高而变大见本篇附录2。说明在一定的大气压下，湿空气温度越s高，其一定容积中所能容纳的水蒸气越少，因而水蒸气呈现出的压力越大。空气湿度：说明空气的干湿程度，有绝对湿度和相对湿度两种不同的表示方法。单位体积空气所含水蒸气的重量，用 f g/m3饱和状态下的绝对湿度那么用饱和水蒸气量 fg/m3表示。max相对湿度一定温度，一定大气压力下，湿空气的绝对湿度 f ，与同温同压下饱和水蒸气量 f的百

3、分max比： ff100%max同一温度T下，建筑热工设计中近似认为 P 与 f 成正比例关系，因此，相对湿度又可表示为空气中水蒸气分压力与同温度下饱和水蒸气分压力的百分比，表示为： P 100%PsP PaP Pas注：研究说明，对室内热湿环境而言，正常湿度X30%60露点温度：露点温度是在大气压力一定，空气含湿量不变的情况下，未饱和空气因冷却而到达饱和状态的温度。用td表示。室外热湿环境降水等。建筑围护构造传热的根本知识热量传递的三种根本方式：导热、对流和辐射。导热：指物体中温差时，由于直接接触的物质质点作热运动而引起的热能传递过程。 为dQ ，那么热流密度q 表示为：q dQdq dQd

4、F积分形式为：dQqdF或 者 QqdFFF如果热流密度在面积F 上均匀分布，单位时间内通过导热面积F 的热量Q 或称热流量为：FQ qFourierq tnW/m2式中的 成为导热系数，恒为正值。负号表示热量传递只能沿着温度降低的方向而引起。沿 n 方向温度增加， 为正，那么q 为负值，表示热流沿n 的反方向。n影响导热系数 物质种类、构造成分、密度、湿度、压力、温度等。起的。的。外表的对流换热量可以利用牛顿公式：其中， qcc对流换热强度，W/m2q (q (t )cct 流体的温度， 固体外表的温度影响因素：对流换热的强弱主要取决于层流边界层热量交换情况。还与流体运动的原因及运动情况、流

5、体与固体间温差、流体的物理性质、固体壁面的形状、大小及位置等因素有关。辐射传热指依靠物体外表向外发射热射线能产生显著热效应的电磁波来传递能量的现象导热和对流在机理上有本质区别，它是以电磁波传递热能的。特点：发射体热能变为电磁波辐射能，被辐射体将所接收的辐射能转换成热能。.凡温度高于绝对零度0K的物体，都能发射辐射热。由于电磁波能在真空中传播，所以物体依靠辐射传热时，不需要与其他物体直接接触，也无需任何中间媒介。辐射换热量计算：牛顿公式其中， qrr对流换热强度，W/m2q q )rr12 、 12两辐射换热物体的外表温度物体辐射分类：按物体辐射光谱特性，可分为黑体、灰体和选择辐射体或称非灰体三

6、大类。围护构造的传热过程围护构造的传热要经过三个过程：外表吸热、构造本身传热、外表放热。外表吸热：内外表从室内吸热冬季，或外表从室外空间吸热夏季。构造本身传热：热量由高温外表传向低温外表。外表放热：外外表向室外空间散发热量冬季，或内外表向室内散热夏季。第 2 章 建筑围护构造的传热计算与应用室内和室外温度在计算期间不随时间而变化。这种计算模型通常用于采暖房间冬季条件下的保温与节能。周期热作用：根据室内外温度波动的情况，又可分为单向周期热作用和双向周期热作用两类。前者通常用于空调房间的隔热与节能设计，后者那么用于自然通风房间的夏季隔热设计。稳定传热过程定义：温度场不随时间变化的传热过程。一维稳定

7、传热特征：1通过平壁的热流强度q 处处相等。只有平壁内无蓄热现象，才能保证温度稳定，因此就平壁内任一截面而言，流进与流出的热量必须相等。2由qx d 知，当qdx 不随温度x而变，那么有 d =常数，各点温度梯度相等，即温度随距离的变化规律为直线。dx平壁的热阻.word.建筑热工中的“平壁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、拱顶等构造。.word.热阻是表征围护构造本身或其中某层材料阻抗传热能力的物理量。同样的温差条件下，热阻越大，通过材料的热量越少，围护构造的保温性越好。要想增加热阻，可增加平壁厚度，或采用导热系数较小材料。单层匀质平壁的导热和热阻：.d导热方程：q

8、 i e ；热阻：R dd /多层平壁的导热和热阻：q ii en11d2 dn112R R1RnRjj 1结论：多层平壁的总热阻等于各层热阻之和，即R R R R12n组合壁的导热和热阻：组合壁的平均热阻应按下式计算：FR FF(RF R )e R1 R2 Rn0,10,20,n式中， R 平均热阻；F 与热流方向垂直的总传热面积；0F , F ,F 按平行于热流方向划分的各个传热面积；1R0,12,R0,2nR0, n各个传热面部位的传热阻；R 内外表换热阻，取 0.11 m2KiR 外外表换热阻，取 0.04 m2Ke 2-1。封闭空气间层的热阻建筑设计中常用封闭空气层作为围护构造的保温

9、层。封闭空气层的热阻取决于间层两个界面上的边界层厚度和界面之间的辐射换热 强度。与间层厚度不成正比例增长关系。1。2减少辐射换热量的方法：将空气间层布置在围护构造的冷侧，降低间层的平均温度。在间层壁面涂贴辐射系数小的反射材料铝箔等ag实际设计计算中可查表 2-4 得空气间层的热阻Rag平壁内部温度的计算平壁的稳定传热过程：内外表吸热、材料层导热、外外表放热。q ti te ti te 1 d 1R(t t )0ie0ie平壁内部温度计算：根据稳定传热条件： q qi q qe得出：.word.tii (t RR0R.t )e多层平壁内任一层的内外表温：mmRi t iim1 Rjj 1R0 t

10、 ie外外表层的温度e可写成：R Rt eeR0注：(t t )iet 0eiR0e (tit )e1稳定传热条件下，当各层材料的导热系数为定值时，每一层材料内的温度分布是一条直线。这样，多层平壁内温度的分布成一条连续的折线。2材料的热阻越大，温度降落越大。4.建筑保温与节能计算了解建筑物耗热量计算建筑采暖耗煤量周期性不稳定传热谐波热作用下的传热特征：1室外温度、平壁外表温度、内部任一截面处的温度都是都是周期一样的谐波动；2从室外到平壁的内部，温度波动的振幅逐渐减小，即A AeefA 。if建筑热工学中，把室外温度振幅 Ae与由外侧温度谐波热作用引起的平壁内外表温度振幅之比称为温度波的穿透衰减

11、度，也称为平壁的衰减倍数，用0表示： A。e0Aeif3 eef 。if温度波穿过平壁的总延迟时间：0 if,maxe,max总的延迟相位： 0ife温度波的衰减和延迟是材料的热容量和热阻的共同作用造成的壁体的热惰性。衰减和滞后的程度取决于围护构造的蓄热能力。谐波热作用下材料和围护构造的热特性指标(1)材料的蓄热系数AS q A02cZ意义：半无限厚物体在谐波热作用下，外表对热作用的敏感程度。材料蓄热系数越大，其外表温度波动越小。密度大的重型材料或构造蓄热性能好、热稳定性好。当围护构造中某层是由几种材料组合时，该层的平均蓄热系数应按下式计算：.word.word.word.S F S F S

12、F S 1 1F F 22S Fnn12Fn(2)材料层的热惰性指标:材料层抵抗温度波动 能力的一个特性指标，用D 表示到阻力。D R S RS D R S RS 1122RS D D nn12DnD R S D 越大，说明温度波在其间的衰减越快，围护构造的热稳定越好。材料层外表的蓄热系数它与材料蓄热系数的物理意义是一样的，一般两者在数值上也可视为相等。计算方法：沿着与热流相反的方向，依照围护构造的材料分层，逐层计算如图各层内外表蓄热系数计算式采用如下通式：YY nnR S2 Yn1 RYn1n n1注：如某层厚度较大D 1.0 Y S ，内外表的蓄热可从该层算起，后面各层就可不再计算。建筑隔

13、热设计控制指标计算imaximax temaxtemax夏季室外imax内表面最高温度计算温度最高值内外表最高温度imax直接反映围护构造的隔热性能，关系着人体辐射散热。室外综合温度：围护构造隔热主要隔的是室外综合温度。围护构造外外表受到 3 种不同 方 式 热 作 用 ： 1可将三者对外围护的共同作用综合成一个单一的室外气象参数“室外综合温度t：tt t sIsaet1re s 围护构造外外表对太阳辐射热的吸收系数表2-8I 太阳辐射强度；1rt3.51r注：一般围护构造隔热设计中仅考虑前两项IsIse值又叫做太阳辐射的“等效高温或“当量温度。表示围护构造外外表所吸收的太阳辐射热对室外热作用

14、提高的程度。它对室外综合温度影响很大。第三章建筑保温与节能1. 围护构造的保温构造类型保温构造分类：单设保温层、封闭空气间层、保温与承重合二为一、混合型构造。单设保温层用导热系数很小的材料做保温层而起保温作用。由于不要求保温承重，选择的灵活性较大。封闭空气间层围护构造中的空气层厚度，一般以 45 厘米为宜。间层外表最好采用强反射材料如铝箔为了提高反射材料的耐久性，还应采取涂塑处理等保护措施。保温与承重相结合材料的导热系数小，机械强度满足承重要求。保温与承重相结合：空心板、空心砌块、轻质实心砌块等，既能载重又能保温。混合型构造例如，既有实体保温层，又有空气层和承重层的外墙或屋顶构造。第四章 建筑

15、围护构造的传湿与防潮1.建筑围护构造的传湿等温吸湿曲线：呈“S型，显示材料的吸湿机理分三种状态：低湿度时为单分子吸湿；中湿度时为多分子吸湿；高湿度时为毛细吸湿。可见，材料中的水分主要以液态形式存在。材料的吸湿湿度在相对湿度一样的条件下，随温度的降低而增加围护构造中的水分转移： (1)水分转移的动力：当材料内部存在压力差分压力或总压力水分的迁移。材料中包含的水分可以三种状态存在：气态水蒸气(3)材料内部可迁移的水的两种状态：以气态的扩散方式迁移；2.以液态水分的毛细渗透方式迁移(4)稳态下水蒸气渗透过程的计算与稳定传热的计算方法完全相似： 1 1 (P P )Hie01 m2.hH 围护构造的总

16、水蒸气渗透阻m2.h.Pa/g；0iP iP 。e围护构造的总水蒸气渗透阻按下式确定：1H H HH. dd21 d3 . dm2012123m式中， dmm任一分层的厚度；任一分层材料的水蒸气渗透系数 g/m.h.Pa。水蒸气的渗透系数是 1m 厚的物体，两侧水蒸气分压力差为 1Pa，1h 内通过 1m2面积渗透的水蒸气量。意义：水蒸气的渗透系数 说明了材料的透气能力，与材料的密实程度有关，材料的孔隙率越大，透气性就越强。水蒸气的渗透阻H 是围护构造或某一材料层，两侧水蒸气分压力差为 1Pa，通过 1m2 面积渗透 1g 水蒸气所需要的时间。注：由于围护构造内外外表的湿转移阻 Hi H ，与

17、构造材料层的蒸汽渗透阻本身相比是很微小e的，所以在计算总的蒸汽渗透阻时可以忽略不计。这样围护构造内外外表的水蒸气分压力可以近似iP PiP P H m1 ij 1H0ej(P P ) P m1 Hj 1H0j(P P )miieiie。围护构造内任一层内界面的水蒸气分压力可由下式计算：其中 m=2,3,4n3式中，m1 Hjj 1围护构造内部冷凝的检验:冷凝危害：从室内一侧算起，由第一层至第m-1 层的水蒸气渗透阻之和。内卫生，某些情况下还将直接影响生产和房间的使用。是一种看不见的隐患。凝水的冻融交替作用，抗冻性差的保温材料便遭到破坏，从而降低构造的使用质量和耐久性。区分围护构造内部是否会出现

18、冷凝现象，可按以下步骤进展：t 和 P 和 ，然后按照上节3式计算围护构造各ie层的水蒸气分压力，并作出“ P 分布线。对于采暖房屋，设计中取当地采暖期的室外空气平均温度和平均相对湿度作为室外计算参数。根据室内外空气温度ti线。和t ，确定各层温度，并按照附录2Pe的分布PPs线是否相交来判断围护构造内部是否出现冷凝现象，如图。注：实践和理论说明，在水蒸气渗透的途径中，如材料的水蒸气渗透系数出现由大变小的界面，因水蒸.为围护构造内部的“冷凝界面。冷凝强度当出现内部冷凝时冷凝界面处的水蒸气分压力已经到达该界面温度下的饱和水蒸气分压力P。s,c设由水蒸气分压力较高一侧空气进到冷凝界面的水蒸气渗透强

19、度为1，从界面渗透分压力较低一侧空气的水蒸气渗透强度为2，两者之差即是界面处的冷凝强度c，如图。 P PAPPs,cB建筑围护构造的防潮防止和控制外表冷凝 c12H0,iH0,e尽可能使围护构造内外表附近的气流畅通，家具，壁柜等不宜紧靠外墙；热特性系数较大材料。二、高湿房间一般指冬季相对湿度高于75%的房间间歇性高湿条件的房屋，内外表设防水层SWA 高吸水树脂；连续性高湿条件房屋，设置吊顶将水引走；加强屋顶内外表附近通风。三、防止地面泛潮防止和控制内部冷凝一、合理布置材料层的相对位置原那么：材料层次的布局应尽量在水蒸气渗透的通路上做到“进难出易。如中图。前面提到的 USD 屋面，也是进难出易的

20、原那么设计的，如图。二、设置隔汽层.word.word.word.三、设置通风间层或泄气沟道房屋建成后构造的枯燥程度。对高湿度房间可采用设置通风间层和泄气沟道的方法如图四、冷侧设置密封空气层在收汗效应。第五章 建筑防热与节能在防热设计中，隔热和通风是主要的、同时也必须将窗口遮阳、环境绿化一起加以综合考虑。屋顶与外墙的隔热设计一、屋顶隔热南方炎热地区，日晒时数和太阳辐射强度以水平面为最大实体材料层和带有 通风间层隔热屋顶混凝土蒸发屋面、淋水玻璃屋顶、成品隔热板屋顶等。实体材料层和带有封闭空气层的隔热屋顶如图,实体材料层屋顶 a-c, 空气间层隔热屋顶d-f为提高材料的隔热能力，最好选用 和 的值

21、都比拟小的材料，同时还要注意材料的层次排列次序不同也影响构造衰减的大小实体材料层屋顶 a-c利用封闭空气间层隔热。为减少屋顶外外表太阳辐射热的吸收，还应选择浅色屋顶外饰面f 涂了层无水石膏。通风屋顶优点：有利于隔热和散热(下列图为其几种构造方式)。阁楼屋顶这种屋顶通常在檐口、屋脊或山墙等处开通气孔，有助于透气、排湿和散热。提高阁楼屋顶隔热能力措施：加强阁楼空间的通风是一种经济而有效的方法(如加大通风口面积，合理布置通风口位置等)。abc虎窗户通风等。植被隔热屋顶特别适合于夏热冬冷地区的城镇建筑。无土种植，有土种植。无土种植是采用膨胀蛭石作培植基质，它是一种密度小、保水性强、不腐烂、无异味的矿物材料。表温度低，对环境的长波辐射热少。蓄水屋顶在南方地区使用较多，有蓄水屋顶、淋水屋顶和喷水屋顶等不同形式。3-5cm物，或种植漂浮植物水浮莲、水葫芦等。优点：a 屋顶外外表温度、内外表温度、传热量大幅度下降；b 随蓄水深度增加，内外表温度最大值愈低，15cm 水深为宜； c 在夏热冬暖地区，不增加环境辐射反射。缺点：a 夜间不能利用屋顶散热；b 增大了屋顶静荷载；c 一年四季都不能没有水。6.加气混凝土蒸发屋面低建筑物面环境温度、缓解环境热岛效应的目的。淋水玻璃屋顶二、外墙隔