建筑物理课件

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、Ri、te

为常数则θn是变量∑Rn的一次函数

以热阻为横坐标，温度为纵坐标，则温度分布为一直线。0.1330.1691.1690.51.01.51.2051.4151.531.583.06.09.012.015.0-3.0-6.0-9.00i=12.902=12.333=-3.50

4=-4.075=-7.39e=-9.21二、周期性不稳定传热——外界热作用随时间周期性的变化一、简谐热作用Zt也可写成：二、谐波热作用下的传热特征（1）室外温度平壁外表面温度平壁内表面温度（2）从室外空间到平壁内部，温度波动的振幅逐渐衰减。（3）从室外空间到平壁内部，温度波动的相位逐渐向后推延。平壁的总衰减度平壁的总相位延迟温度波穿过平壁的总延迟时间：关系：解释：R1R2R3

d1d2d3

温度波在传递过程中产生的衰减和延迟现象，是由于在升温和降温过程中材料的热容作用和热量传递中材料的热阻作用造成的。三、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S

(w/m2K)定义：把某一匀质半无限大壁体一侧受到谐波热作用时，迎波面上接受的热流振幅Aq与该表面的温度振幅Af之比称为材料的蓄热系数若Z=24h，物理意义：材料的蓄热系数说明了半无限大的物体在谐波热作用下，表面对谐波热作用的敏感程度。

在同样的谐波热作用下，蓄热系数越大，表面温度波动越小；2、材料层的热惰性系数D

表征材料层受到波动热作用后，被波面上温度波动剧烈程度的一个指标，也是说明材料层抵抗温度波动能力的一个特性指标。

其大小取决于材料层迎波面的抗波能力和波动作用传至背波面时所受到阻力。多层材料的围护结构：封闭空气层：S=0D=0组合材料层：3、材料层表面的蓄热系数Y

有限厚度的材料层受到周期波动的温度作用时，其表面温度的波动不仅与材料层本身的热物理性质有关，还与边界条件有关。

顺着温度波前进的方向，该材料接触的介质的热物理性能和散热条件对材料表面的温度波动有影响。R4R3R2

R1

计算方向第一层外表面：

外nn-1….21内

Yne

Yn-1eY2e

Y1e

(a)各材料层的外表面Ye计算方向第m层外表面：

外nn-1….21内

Yne

Yn-1eY2e

Y1e

计算方向第n层（最外层）外表面：

外nn-1….21内

Yne

Yn-1eY2e

Y1e

第n层（最外层）内表面：

外nn-1….21内计算方向Yni

Yn-1iY2i

Y1i

(b)各材料层的内表面Yi第m层内表面：

外nn-1….21内计算方向Yni

Yn-1iY2i

Y1i

最内层内表面：

外nn-1….21内计算方向Yni

Yn-1iY2i

Y1i

四、谐波作用下的平壁的传热计算设平壁两侧受到的谐波作用为：外侧：

内侧：分为三个过程：热作用分为三个过程：1、在室内平均温度和室外平均温度作用下的稳定传热过程围护结构内表面的温度2、在室外谐波热作用下的周期传热过程，此时室内气温不变，在平壁内表面的温度振幅为Aif,e——温度波动由室外传到平壁内表面的振幅总衰减度。——温度波动从室外传到内表面的相位延迟角（deg）2、在室外谐波热作用下的周期传热过程，此时室内气温不变，在平壁内表面的温度振幅为Aif,e则在外侧谐波热作用下引起内表面温度谐波为：3、在室内谐波热作用下的周期传热过程，此时室外气温不变,在平壁内表面的温度振幅为Aif,i——温度波动由室内传到平壁内表面的振幅总衰减度。——温度波动从室内传到内表面的相位延迟角（deg）3、在室内谐波热作用下的周期传热过程，此时室外气温不变,在平壁内表面的温度振幅为Aif,i则在内侧谐波热作用下引起内表面温度谐波为：4、确定内表面温度合成波的振幅和初相位两个谐波作用：合成波的振幅：N=A1sinΦ1+A2sinΦ2M=A1cosΦ1+A2cosΦ2若M为+，N为+Φif为第一向限α=0°若M为-，N为+Φif为第二向限α=180°若M为-，N为-Φif为第三向限α=180°若M为+，N为-Φif为第二向限α=360°5、围护结构内表面的温度内表面的最高温度：可见：欲得在谐波作用下平壁内表面的温度，须计算衰减度和相位延迟五、温度波在平壁内的衰减和延迟计算1、室外温度谐波传至平壁内表面时的衰减和延迟计算——围护结构的衰减倍数

——平壁总的热惰性指标

——平壁内外的表面的换热系数

——由内到外各材料层的蓄热系数

——由内到外各材料层外表面的蓄热系数热工设计中，习惯用延迟时间表示延迟相位取Z=24小时2、室内温度谐波传至平壁内表面时的衰减和延迟计算只经过一个边界层的振幅衰减和相位延迟过程例：某建筑西墙构造如图，使求其衰减度ν0及延迟时间ξ0505080钢筋混凝土钢筋混凝土岩棉板材料层钢筋混凝土岩棉板d0.050.08λ1.740.064R=d/λ0.02871.25S17.20.93D=R•S0.491.163（1）计算各层热阻R

和热惰性指标DΣD=2.143(2)各材料层表面的蓄热系数YD1<1=13.76D2>1Y2,e=S2=0.93D3<1=9.18Ye=Y3,e=9.18外表面内表面D1<1=9.18Yif=Y1,i=9.18（3）计算对室外综合温度波的衰减倍数=27.58倍(4)计算室外综合温度波的延迟时间=5.28小时作业：某建筑西墙构造如图，使求其衰减度νif及延迟时间ξif钢筋混凝土钢筋混凝土606070岩棉板

第四节室内热环境室内热环境室内空气温度室内空气湿度室内气流速度环境辐射温度一、室内热环境组成要素及其对人体热舒适的影响人体舒适度与人体本身和室内热环境有关人体人体产热量衣着情况△q=0△q<0△q>0体温恒定不变体温上升体温下降人体得热△q=qm-qe±qr±qcqmqeqrqc△q人体产热量人体蒸发散热量人体辐射换热量人体对流换热量人体得失的热量正常热平衡对流换热占25%~30%辐射散热占45%~50%呼吸和无感觉散热占25%~30%负载热平衡四要素人体产热量衣着情况舒适的可以忍受不可忍受对于不舒适的热环境，可通过调温设施来改变缺点:1、经济上不合适2、降低人体对环境变化的适应能力不利于健康二、室内热环境的评价方法和标准1、有效温度ET1923~1925包含因素：气温、空气湿度和气流速度评价依据：人的主观反映方法：A相对湿度为100%气流速度为0.1m/s温度？B相对湿度气流速度温度为B室的有效温度新的有效温度ET(℃)43403530201510主观热感觉允许上限酷热炎热热稍热适中稍冷冷寒冷严寒PMV-3-2-10123热感觉寒冷

冷稍冷适中稍热

热炎热不满意率90%70%30%5%30%70%90%2、PMV-PPD指标（70年代房格尔丹麦）包含因素：四个环境要素，两个人体要素（人的活动量和衣着情况）方法：受试对象在实验中对某种环境因数组合的人感觉的投票值

第四节室外热环境一、地区性气候及其特征1、室外气温2、太阳辐射是评价不同地区气候冷暖的根据地表大气热过程的主要能源太阳常数：垂直与入射光线的大气界面单位面积上的热辐射流实测大小为1256W/m2总辐射量直接辐射散射辐射3、空气湿度绝对湿度变化不大相对湿度变化很大4、风NNEESESSWWNW风向频率图（风向玫瑰图）注意：除最里环外，每环代表5%

实测时各个方向上的风出现次数占总次数的百分比包含：大气环流地方风夜日白天夜间和清晨

日夜地方风水陆风林原风山谷风二、建筑气候分区及对建筑热工设计的基本要求蒙古族毡包西藏民居沿崖窑洞云南竹楼北京四合院三、城市气候及对建筑设计的影响1、空气温度和辐射温度2、城市风3、空气湿度和降水空气温度城市大于郊外辐射温度城市大于郊外特征风速小于郊外风向无规律会形成无风、强风区降水量多空气湿度小4、太阳辐射强度较郊区小，但吸收高影响因素：

参数变化特征参数

变化特征

紫外辐射大量减少紊流

增大可见光辐射

减少温度

增加

红外辐射

增加湿度

白天增大，夜间减小

能见度

降低云量城区湿雾，下风云量增加

蒸发

减少

雾

或增加，或减少

热流通量

增加降水

雨水增加，降雪减少

风速

减小1、地表形态的改变2、高密度的人口分布对能源与资源结构的改变第二章建筑围护结构的传热原理及计算tite恒定的热作用采暖房间冬季条件下的保温设计tite周期热作用空调房间的隔热设计自然通风房间的夏季隔热设计tite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）8.70.11有肋状突出物的顶棚（h/s>0.3）7.60.13λ1λ2λ3

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