建筑物理之传热原理1

第一节平壁的稳定传热传热过程——室内外热环境通过围护结构而进行的热量交换，包含导热、对流以及辐射换热方式温度场不随时间变化的传热过程——稳定传热过程λ1λ2λ3

d1d2d3tite设:ti

>

te传热过程经历三个阶段λ1λ2λ3

d1d2d3tite一、内表面吸热ti>θi,内表面以对流和辐射的方式吸热—平壁内表面吸热量w/m2

—

室内空气以对流形式传给平壁内表面的热量—室内其它表面以辐射形式传给平壁内表面的热量

w/m2—平壁内表面的热转移系数

w/（m2K）—室内空气及其它表面的温度—围护结构内表面的温度θi内表面热转移阻Ri经验数据表面特性IW/(m2•K))RI((m2•K)/W)墙面、地面、表面平整或有肋状突出物的顶棚（h/s0.3）

8.7

0.11有肋状突出物的顶棚（h/s>0.3）

7.6

0.13λ1λ2λ3

d1d2d3tite二、平壁材料层的导热θiθe——通过平壁的导热量w/m2——平壁外表面的温度℃三、外表面的散热θe>te

,外表面把热量以对流和辐射的方式传给室外的空气——外表面的散热量，w/m2

——外表面的热转移系数，w/（m2K)季节表面特征eRe冬季外墙、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17.00.06闷顶、外墙上有窗不采暖地下室上面楼板12.00.08外墙上无窗的不采暖地下室上面的楼板6.00.17夏季外墙和屋顶19.00.05qe

e对于一维稳定传热过程,上式联立:q—通过平壁的传热量w/m2

R0—平壁的总传热阻R0—平壁的总传热阻，表示热量丛平壁一侧传到另一侧是所受到的总阻力（m2K/w）物理含义：当ti-te=1℃时，单位时间内通过平壁单位表面积的传热量w/（m2K)K0—平壁的传热系数常见的围护结构有：

单一材料层、组合材料层和封闭空气间层等（一）单一材料层的热阻（二）组合材料层的热阻组合壁：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。材料层的热阻组合壁的平均导热热阻：式中F是各部分在垂直热流方向的表面积M2平行于热流方向沿材料层中不同材料的界面将其分隔为1、2、3等部分计算各部分的热阻R1R2R3123求组合壁的导热热阻1—石灰沙浆2—红砖砌体3—炉渣4—水泥沙浆12341402801401515120120240解由附录I查得各种材料的导热系数为砖砌体炉渣石灰砂浆水泥砂浆这里我们截取高为6m、宽为1m的一块砖作为计算单元。1.求各材料热阻：R砖=R渣=2.求平均热阻（由式1-7得）3.整个多层壁的导热热阻为：R=R1+R2+R3+R4+R5=0.015/0.93+0.12/0.81+0.541+0.12/0.81+0.015/0.81=0.872m2*K/W对于一维稳定传热过程,q—通过平壁的传热量w/m2R0—平壁的传热阻，表示热量丛平壁一侧传到另一侧是所受到的总阻力（m2K/w）R0—平壁的传热阻ti—室内气温te—室外气温λ1λ2λ3

d1d2d3tite组合壁的平均热阻：F是各部分在垂直热流方向的表面积m2平行于热流方向沿材料层中不同材料的界面将其分隔为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ等部分计算各部分的热阻RⅠRⅡRⅢ

——修正系数，注意：

φ

：修正系数，F0:与热流方向垂直的总传热面积F1、F2、F3…:平行于热流方向的各个传热面积R0.1、R0.2、R0.3…:各个传热部位的传热阻

Ri

、Re

：内表面换热、外表面换热阻

R

：平均热阻R0=Ri+R+Re（三）封闭空气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。空气层中的传热方式：导热、对流和辐射主要是对流换热和辐射换热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关系在有限空间内的对流换热强度与间层的厚度、间层的设置方向和形状、间层的密闭性等因素有关。垂直空气间层中，θ1>θ2*当间层厚度很薄时(d<0.5cm)气流的流动困难，气流近似为静止，对流换热很弱*当间层厚度较薄时热气流和冷气流相互干扰，形成局部环流，使边界层减薄。*当间层厚度增加(d>10cm)上升气流和下降气流干扰程度逐渐减小

*当厚度达到一定程度时，就与自然对流情况类似.在水平间层中*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下沉相互交替形成自然对流，此时自然对流换热最强，1—纯导热换热量2—对流换热量3—总换热量可见：普通空气间层的传热量中辐射换热占很大比例，

要提高空气间层的热阻须减少辐射传热量。

通过间层的辐射换热量与间层表面材料的辐射性能和间层的平均温度高低有关。减少辐射换热量的方法：1、将空气间层布置在围护结构的冷侧，降低间层的平均温度。（效果不够显著）2、在间层壁面涂贴辐射系数小的反射材料（铝箔等）一般建筑材料的辐射系数：4~4.5J/（m2hK4）铝的辐射系数：0.25~0.96J/（m2hK4）4—间层内有一表面贴有铝箔5——间层内两表面都贴有铝箔增效不显著故以一个表面贴反射材料为宜实际设计计算中可查表2-4得空气间层的热阻Rag例：求钢筋混凝土圆孔板冬季的热阻（设热流为自下而上）(单位：m)(1)将圆孔折算为等面积的正方形孔0.0890.0230.0210.0890.020b2=d2/4b=0.079m0.0790.0330.0260.0790.025(2)计算各部分的传热阻R0.1=0.026/1.74+0.17+0.025/1.747+0.11+0.04=0.349(m2•K/W)有空气间层部分无空气间层部分R0.2=0.13/1.74+0.11+0.04=0.225(m2•K/W)(3)求修正系数钢筋混凝土的导热系数：1.74W/(m•K)空气的导热系数：0.079/0.17=0.46W/(m•K)λ1=1.74W/(m•K)λ2=0.46W/(m•K)0.46/1.74=0.267由表2-1：修正系数φ=0.93（4）圆孔板的平均热阻代入数据得=0.139(m2•K/W)作业：求钢筋混凝土圆孔板夏季的热阻孔内单面贴铝箔（设热流为自上而下）(单位：m)0.0920.0320.0310.0920.031五、平壁内部温度的计算为判定围护结构的表面和内部是否会产生冷凝水须对所设计的围护结构进行温度核算λ1λ2λ3

d1d2d3titeθiθe稳定传热条件下：得内表面温度：λ1λ2λ3

d1d2d3titeθiθeθ2θ3由此推广得：层次编号顺着热流方向λ1λ2λ3

d1d2d3titeθiθeθ2θ3λ1λ2λ3

d1d2d3titeθiθe得：材料层内的温度降落程度与各层的热阻成正比。材料层的热阻越大，（导热系数越小）

温度降落越大，（直线斜率越大）。1234n在稳定传热条件下，每一材料层内的温度分布是一直线，在多层平壁中成一连续的折线。例：若室内气温为15℃，室外气温为-10℃，试求墙体的热流强度以及内部温度分布（单位：mm）15℃—石膏板12—石膏板12—矿棉板70—空气间层50—石棉水泥板6-10℃查表得导热系数：石膏板：0.33

矿棉板：0.07

石棉水泥板：0.52R空气=0.21m2K/W1、墙体总热阻：15℃—石膏板12—石膏板12—矿棉板70—空气间层50—石棉水泥板6-10℃2、通过墙体的热流强度3、墙体内的温度分布Ri=0.133石膏板0.036矿棉板1.0石膏板0.036

空气间层0.21石棉水泥板0.115Re=0.05二、壁体内部温度的图解法由式：其中ti、R0、