建筑物理复习(建筑热工学)

1、 PAGE PAGE 4第一篇 建筑热工学室内热环境构成要素：第 1 章 建筑热工学基础知识室内空气温度、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 qqqqmercq人体新陈代谢产热量mq 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“负热平衡）影响人体热舒适感觉的因素：4.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：指

2、一定温度下湿空气中水蒸气部分所产生的压力。PP P PwdP湿空气的总压力wP干空气的分压力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标准大气压下，P 随着温度的升高而变大（见本篇附录2。表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：表明空气的干湿程度，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 表示g/m。饱和状态下的绝对湿度则用饱和水蒸气量f（g/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的百分m

3、ax ff100%max P 100%P P 100%PsP空气的实际水蒸气分压力（Pa；P 同温下的饱和水蒸气分压力（P。s（注：研究表明，对室内热湿环境而言，正常湿度范围大概在30%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达到饱和状态的温度。用td（）表示。室外热湿环境降水等。建筑围护结构传热的基本知识热量传递的三种基本方式：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。dF 为dQ ，则热流密度q 表示为：q dQdq dQdF积分形式为：dQ qdF或者 Q qdF（W）FF如果热流密度在面积F

4、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 q傅里叶定律：1822 年，法国物理学家 Fourier 发现，均质物体内各点的热流密度与温度梯度的大小成正比，即q q tn式中的 nt加， n 为正，则q 为负值，表示热流沿n 的反方向。影响导热系数 物质种类、结构成分、密度、湿度、压力、温度等。起的。的。q q (t)cc其中， qcc（W/2）对流换热系数，W/(m2K)t （）固体表面的温度（）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表面向外发射热射线（能产生显著热效应的电磁波）导热和对流在机理上有本质区别，它是以

5、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。q q ( )rr12其中，qr （W/2）r 、12两辐射换热物体的表面温度（）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）三大类。围护结构的传热过程围护结构的传热要经过三个过程：表面吸热、结构本身传热、表面放热。表面吸热：内表面从室内吸热（冬季），或外表从室外空间吸热（夏季。）结构本身传热：热量由高温表面传向低温表面。表面放热：

6、外表面向室外空间散发热量（冬季），或内表面向室内散热（夏季）。第 2 章 建筑围护结构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，后者则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。一维稳定传热特征：通过平壁的热流强度q 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。由qxd d 知，当qdx=常数时，若视 不随温度而x变，则有=常数

7、，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、拱顶等结构。 热量越少，围护结构的保温性越好。要想增加热阻，可增加平壁厚度，或采用导热系数较小材料。R R d导热方程：q i e ；热阻：d / 多层平壁的导热和热阻：q ii en11dd2 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：R R FF R1F0F (R R )2R0,2nR0,nie0,1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

8、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 0.11 （m2K）/W；iR 0.04 （m2K）/W；e 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结构的保温层。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。要提高空气间层的 。减少辐射换热量的方法：将空气间层布置在围护结构的冷侧，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）2-4 Rag平壁内部温度的计算平壁的稳定传热过程：内表面吸热、材料层导热、外表面放热。q ti te ti te 1 d 1R

9、(t t )0ie0ie平壁内部温度计算：根据稳定传热条件： q qi q qeR得出： t iii (tRt )e0多层平壁内任一层的内表面温：mmRi t im1 Rjj 1R0 t ie外表面层的温度e可写成：RR Rt eeR0注：(t t )iet 0eiR0e (tit )e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。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：室外温度、平壁表面温度、内部任一截面处的温度都是都是周期相同的谐波动；从室外到平壁的内部，温度波动的振幅逐渐减小，即A A

10、eefA 。if5 PAGE PAGE 10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表面温度振幅之比称为温度A。波的穿透衰减度，也称为平壁的衰减倍数，用。表示：e00Aif 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结构的蓄热能力。谐波热作用下材料和围护结构的热特性指标(1)材料的蓄热系数AS AS AqZ0S F S F S F S F S 1 1S FF F 22nn12Fn(2)材料层的热惰性指标:材料层抵抗温度波动

11、能力的一个特性指标，用D 表示到阻力。D R S RS 1122D 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，围护结构的热稳定越好。材料层表面的蓄热系数它与材料蓄热系数的物理意义是相同的，一般两者在数值上也可视为相等。Y nnY nnR SY2n1 RYn1n n1（D 1.0 Y S 建筑隔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表面最高温度imax直接反映围护结构的隔热性能，关系着人体辐射散热。室外综合温度：围护结构隔热主要隔的是室外综合温度。围护结构外表面受到 3 种不同

12、方式热作用：1太阳短波辐射；2室外空气换热；3围护结构外表面有效长波辐射的自然散热。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：tttsaesIet1rs 围护结构外表面对太阳辐射热的吸收系数（表2-；I 太阳辐射强度；t1r 外表面有效长波辐射温度，粗略计算可取：屋面3.5，外墙1.80。（注：一般围护结构隔热设计中仅考虑前两项） I式中 se值又叫做太阳辐射的“等效高温”或“当量温度”。表示围护结构外表面所吸收的太阳辐射热对室外热作用提高的程度。它对室外综合温度影响很大。第三章建筑保温与节能1. 围护结构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

13、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。封闭空气间层围护结构中的空气层厚度，一般以 45 厘米为宜。间层表面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结构。第四章 建筑围护结构的传湿与防潮1.建筑围护结构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

14、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相同的条件下，随温度的降低而增加围护结构中的水分转移： (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、湿度（材料含湿量）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、液态（液态水）和固态（冰(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；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：渗透强度 1 (P P)Hie0（1）g（2.h；H围护结构的总水蒸气渗透阻（2.h.Pa）/；0P iP 。e围护结构的总水蒸气渗透阻按

15、下式确定：H H H H H H d1d2d3d m0123123m式中， dm任一分层的厚度；任一分层材料的水蒸气渗透系数g（m.h.P。水蒸气的渗透系数是1m厚的物体，两侧m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 表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 是围护结构或某一材料层，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：由于围护结构内（外）表面的湿转移阻H（H，与结构材料层的蒸汽渗透阻本身相比是很微小ie的，所以在计算总的蒸汽渗透阻时可以忽略不计

16、。这样围护结构内外表面的水蒸气分压力可以近似P。围护结构内任一层内界面的水蒸气分压力可由下式计算：ieHm1 Hm1 HP P miijj 1H0(P P ) P ieij 1Hj(P P )（其中m=2,3,4n）（3）ie0式中，m1ie0jj 1围护结构内部冷凝的检验: 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。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，从而降低结构的使用质量和耐久性。辨别围护结构内部是否会出现冷凝现象，可按以下步骤进行：根据室内外空气的温湿度t 和，确定水蒸气分压力P和，

17、然后按照上节（3）式计算围护结构各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 2Pe”的分布P Ps”线是否相交来判断围护结构内部是否出现冷凝现象，如图。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达到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度为1，从界面渗透分压力较低 P P2As,cPPs,cBc12H0,iH0,e，两者之差即是界面处的冷凝强度c，如图。建筑围护结构的防潮防止和控制表面冷凝一、正常湿度的采暖房间尽

18、可能使围护结构内表面附近的气流畅通，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，内表面设防水层SWA高吸水树脂；连续性高湿条件房屋，设置吊顶将水引走；加强屋顶内表面附近通风。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则：。 如中图。前面提到的USD二、设置隔汽层入一侧设置隔汽层如图。三、设置通风间层或泄气沟道房屋建成后结构的干燥程度。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。11 PAGE PAGE 15第五章 建筑防热与节能在防热设计中，隔热和通风是主

19、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 的值都比较小的材料，同时还要注意材料的层次排列（排列次序不同也影响结构衰减的大小（实体材料层屋顶 a-c利用封闭空气间层隔热。为减少屋顶外表面太阳辐射热的吸收，还应选择浅色屋顶外饰面。通风屋顶优点：有利于隔热和散热(下图为其几种构造方式)。阁楼屋顶这

20、种屋顶通常在檐口、屋脊或ft墙等处开通气孔，有助于透气、排湿和散热。加大通风口面积布置通风口位置通风阁楼的通风形式常有（如图（）ft（）（）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。热稳定性较好；内表面大部分时间低于人体表面温度，是良好的散热面；屋顶外表面辐射吸收率低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。物，或种植漂浮植物水浮莲、水葫芦等。优点：a 屋顶外表面温度、内表面温度、传热量大幅度下降；b 随蓄水深度增加，内表面温度最大值愈低，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 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。淋水玻璃屋顶成品隔热板屋顶二、外墙隔热空心砌块墙可做成单排孔和双排孔（如图。钢筋混凝土空心大板墙（如图。轻骨料混凝土砌块墙（如图：加气和陶粒混凝土砌块墙。复合墙体