建筑热工学基础

建筑热工学基础传热的基本知识平壁的稳定传热过程封闭空气间层的传热周期性不稳定传热湿空气的概念及蒸汽渗透阻的概念建筑热工学基础—传热的基本知识1、为什么会传热？传热现象的存在是因为有温度差。凡是有温度差存在的地方就会有热量转移现象的发生，热量总是由自发地由高温物体传向低温物体。2、传热的三种基本方式及其区别导热—指温度不同的物体直接接触时，靠物质微观粒子的热运动而引起的热能转移现象。它可以在固体、液体和气体中发生，但只有在密实的固体中才存在单纯的导热过程。建筑热工学基础—传热的基本知识对流—指依靠流体的宏观相对位移，把热量由一处传递到另一处的现象。这是流体所特有的一种传热方式。工程上大量遇到的流体留过一个固体壁面时发生的热流交换过程，叫做对流换热。单纯的对流换热过程是不存在的，在对流的同时总是伴随着导热。辐射—指依靠物体表面向外发射热射线（能显著产生热效应的电磁波）来传递能量的现象。参与辐射热换的两物体不需要直接接触，这是有别于导热和对流换热的地方。如太阳和地球。实际上，传热过程往往是这三种传热方式的两种或三种的组合。建筑热工学基础—传热的基本知识3、温度场的概念实际的温度往往都是变化的，各点的温度因位置和时间的变化而变化，即温度是空间和时间的函数。在某一瞬间，物体内部所有各点温度的总计叫温度场。若温度是空间三个坐标的函数，这样的温度场叫三向温度场；当物体只沿一个方向或两个方向变化时，相应地称做一向或二向温度场。物体的温度随时间变化的温度场叫不稳定温度场，反之为稳定温度场。建筑热工学基础—平壁的稳定传热过程室内、外热环境通过围护结构而进行的热量交换过程，包含导热、对流及辐射方式的换热，是一种复杂的换热过程，称之为传热过程。温度场不随时间而变化的传热过程叫做稳定的传热过程。假设一个三层的围护结构，平壁厚度分别为d1、d2、d3，λ1、λ2、λ3。围护结构两侧空气及其它物体表面温度分别为ti和te，假定ti＞te（如图1.1）。室内通过围护结构向室外传热的整个过程，要经历三个阶段：建筑热工学基础—平壁的稳定传热过程d1d2d3λλλ231吸热传热放热ttθθθθieie23建筑热工学基础—平壁的稳定传热过程1、内表面吸热（因ti＞θi，对平壁内表面来说得到热量，所以叫做吸热）：是对流换热与辐射换热的综合过程。2、平壁材料层的导热3、外表面的散热（θe因＞te，平壁外表面失去热量，所以叫做散热）：与平壁内表面吸热相似，只不过是平壁把热量以对流及辐射的方式传给室外空气及环境。建筑热工学基础—平壁的稳定传热过程对于图1.1所示围护结构的传热过程是属于一维稳定传热过程，通过各材料的热量都相等，都可以用公式eieieittKdttq011表示。建筑热工学基础—平壁的稳定传热过程其中：q—通过平壁的传热量叫作平壁的总传热系数。它的物理意义是：当ti-te=1时，在单位时间内通过平壁单位表面积的传热量，单位是W/（㎡·K）。它的倒数是总传热阻，用公式表示为它表示热量从平壁一侧空间传到另一侧空间时所受的总阻力，单位是㎡·K/W0Keid111eidR110建筑热工学基础—平壁的稳定传热过程从上述可以看出，在相同的室内、外温差条件下，热阻越大，通过平壁所传递的热量越少。所以，总热阻是衡量平壁在稳定条件下的一个重要的热工性能指标。建筑热工学基础—封闭空气间层的传热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等因素有关。通过间层的辐射换热量，与间层表面材料的辐射性能（辐射系数）以及间层平均温度的高低有关。对于普通的空气间层，在单位温差下，辐射换热量占总传热量的70%以上。因此，要提高空气间层的热阻，首先要设法减少辐射换热量。可以把空气间层布置在维护结构的冷侧，降低间层的平均温度，可减少辐射换热量，但效果不显著。最有效的措施是在壁面上涂贴系数小的反射材料，如铝箔等。建筑热工学基础—周期性不稳定传热不稳定传热周期性不稳定传热建筑热工学基础—湿空气的概念及蒸汽渗透阻的概念自然界的空气是湿空气和干空气的混合物凡是含有水蒸气的空气就是湿空气，湿空气压力PW=Pd+P。空气中所含的水分越多，空气中的水蒸气分压力就越大。在一定的温度和压力条件下，一定容积的干空气所能容纳的水蒸气量有一定的限度，也就是说湿空气中水蒸气的分压力有一个极限值，水蒸气含量已达到极限值时的湿空气叫做“饱和”的湿空气。建筑热工学基础—湿空气的概念及蒸汽渗透阻的概念每立方米的湿空气中所含水蒸气的重量，称为空气的绝对湿度，绝对湿度只能说明湿空气在某一温度条件下实际所含水蒸气的重量，不能直接说明空气的干湿程度。空气的干湿程度用相对湿度表示。相对湿度是指在一定的温度及大气压力下，湿空气的绝对湿度f与用同温同压下的饱和蒸汽量fmax的比值。相对湿度一般用φ（%）表示：露点温度是指某一状态的空气，在含湿量不变的情况下，冷却到它的相对湿度时所对应的温度，称为该状态下的露点温度。%100%100maxsPPff建筑热工学基础—湿空气的概念及蒸汽渗透阻的概念蒸汽渗透阻的计算由于室内外空气中水蒸气含量不等，在外围护结构的两侧就存在着蒸汽分压力差，此时，水蒸气分子就从分压力高的一侧通过维护结构向分压力低的一侧渗透扩散，这种现象称为蒸汽渗透。由于维护结构内外表面附近的空气边界层的蒸汽渗透阻与结构材料层本身的蒸汽渗透阻相比是很微小的，所以，在计算总的蒸汽渗透阻时可以忽略不计。总的蒸汽渗透阻可以按下式计算：建筑热工学基础—湿空气的概念及蒸汽渗透阻的概念总空气渗透阻nnndddHHHH2211210建筑热工设计—建筑热工设计中常用名词的解释历年—逐年。特指整编气象资料时，所采用的以往一段连续年份中的每一年。累年—多年。特指整编气象资料时，所采用的以往一段连续年份（不少于）3年的累计。设计计算用采暖期天数—累年日平均温度小于或等于5℃的天数。这一天数仅用于建筑热工设计计算，因此称为设计计算用采暖期天数。建筑热工设计—建筑热工设计中常用名词的解释采暖期度日数—室内空气18℃与采暖期室外平均温度之间的差值乘以采暖期天数。如室外平均温度10℃，采暖期天数为100天，则采暖期度日数＝（18-10）100＝800。地方太阳时—以太阳正对当地子午线的时刻为中午12时所推算出的时间。太阳辐射照度—以太阳为辐射源在某一表面上形成的辐射照度。导热系数—指在稳态条件下，1m厚的物体两侧表面温度差为1℃，1h通过1㎡面积传递的热量。建筑热工设计（续）比热容—1㎏的物体，温度变化1℃时所要吸收或放出的热量。密度—1m3的物体所具有的质量。材料蓄热系数—当某一足够厚度单一材料层一侧受到谐波热作用时，表面温度将按同一周期波动，通过表面的热流波幅与表面温度波幅的比值。其值越大，材料的热稳定性越好。表面蓄热系数—在周期性热作用下，物体表面温度变化1℃时，在1h内，1㎡表面积贮存或释放的热量。建筑热工设计（续）导温系数—表征物体在加热或冷却时各部分温度趋于一致的能力。导温系数等于导热系数除以比热与密度的乘积。维护结构—建筑物及房间各部分的围挡物，如墙体，门窗，屋顶等。它分透明和不透明两部分。按是否和空气直接接触，又分为外维护结构和内维护结构。外围护结构—同室外空气直接接触的维护结构，如外墙、屋顶、外门、外窗等。内维护结构—不同室外空气直接接触的维护结构，如隔墙、楼板、外门、外窗等。建筑热工设计（续）热阻—表征维护结构本身或其中某层材料阻抗传热能力的物理量。内表面换热系数—维护结构内表面温度与室外空气湿度差为1℃，1h内通过1㎡表面积传递的热量。内表面换热阻—内表面换热系数的倒数。外表面换热系数—维护结构外表面温度与室外空气温度差为1℃，1h内通过1㎡表面积传递的热量。外表面换热阻—外表面换热系数的倒数。建筑热工设计—建筑热工设计中常用名词的解释传热系数—在稳态条件下，维护结构两侧温度差为1℃，1h内通过1㎡表面积传递的热量。传热阻—表征维护结构（包括两侧表面空气边界层）阻抗传热能力的物理量，为传热系数的倒数。最小传热阻—特指设计计算中容许采用的维护结构传热阻的下限值。规定最小传热阻的目的，是为了限制通过维护结构的传热量过大，防止内表面冷凝，以及限制内表面与人体之间的辐射热量过大而使人体受冻。建筑热工设计—建筑热工设计中常用名词的解释经济传热阻—维护结构单位面积的建造费用（初次投资与折旧费）与使用费用（由维护结构单位面积分担的采暖运行费用和设备折旧费）之和达到最小值时的传热阻。热惰性指标—表征维护结构对温度波衰减快慢程度的无量纲指标。D=R·S。D值越大，温度波在其中的衰减越快，维护结构的热稳定性越好。维护结构的热稳定性—在周期性热作用下，维护结构本身抵抗温度波动的能力。维护结构的热惰性指标是影响其热稳定性的主要因素。建筑热工设计—建筑热工设计中常用名词的解释房间的热稳定性—在室内外周期性热作用下，整个房间抵抗温度波动的能力。房间的热稳定性主要取决于内外维护结构的热稳定性。窗墙面积比—窗户洞口面积与房间立面单元面积（即房间层高与开间定位线围成的面积）的比值。温度波幅—当温度呈周期性波动时，最高值或最低值与平均值之差。综合温度—室外空气温度te与太阳辐射当量之和，即，式中ρ为太阳辐射吸收系数，I为太阳辐射照度，为外表面吸收系数。eIeesaItte建筑热工设计—建筑热工设计中常用名词的解释衰减倍数—维护结构内侧空气稳定，外侧受室外综合温度或室外空气温度谐波作用，室外综合温度或室外空气温度谐波波幅与维护结构内表面温度谐波波幅的比值。延迟时间—维护结构内侧空气温度稳定，外侧受室外综合温度或室外空气温度谐波作用，维护结构内表面温度谐波最高值（或最低值）出现时间与室外综合温度或室外空气温度谐波最高值（或）最低值出现时间的差值。露点温度—在大气压力一定，含湿量不变的情况下，未饱和的空气因冷却而达到饱和状态的温度。建筑热工设计—建筑热工设计中常用名词的解释水蒸气分压力—在一定温度的湿空气中水蒸气部分所产生的压力。饱和水蒸气分压力—空气中水蒸气呈饱和状态时水蒸气部分所产生的压力。空气相对湿度—空气中实际的水蒸气分压力与同一温度下饱和水蒸气分压力的百分比。蒸汽渗透系数—1m厚的物体，两侧水蒸气分压力差为1Pa时，通过1㎡面积渗透的水蒸气量。蒸汽渗透阻—维护结构或某一材料层，两侧水蒸气分压力差为1Pa，通过1㎡面积渗透1g水分所需要的时间。建筑热工设计—建筑热工设计中常用参数的计算（1）维护结构的传热阻（2）维护结构的传热系数eieiRRRRR11001RK建筑热工设计中常用参数的计算—传热阻、传热系数、热阻和热惰性指标的计算单层热阻：多层维护结构：组合材料且两项非均质维护结构（空心砌块、填充保温材料的墙体等，但不包括多孔粘土空心砖）的平均热阻：RjjnnnRRRR221121einnRRRFRFRFFR00220110建筑热工设计中常用参数的计算—传热阻、传热系数、热阻和热惰性指标的计算F1F2F3F0λλ121m建筑热工设计中常用参数的计算—传热阻、传热系数、热阻和热惰性指标的计算注意：a.b.如果维护结构由三种材料组成，或由两种不同的空气间层，φ值应按比值确定。c.圆孔折算成同面积的放孔计算。211322建筑热工设计中常用参数的计算—传热阻、传热系数、热阻和热惰性指标的计算（3）维护结构的热惰性指标单一材料层：多层：某层材料由两种或以上材料组成，需求该层材料的平均热阻和平均蓄热系数,该层的平均热阻：RSDnjjjnSRDDDD121nnnFFFFFF212211R建筑热工设计中常用参数的计算—传热阻、传热系数、热阻和热惰性指标的计算该层的平均传热系数：nnnFFFFSFSFSS212211SRD建筑热