-
第一篇
建筑热工学
第
1
章
建筑热工学基础知识
1.
室内热环境构成要素：
室内空气温度、空气湿度、气流速度和环境辐射温度构成。
2.
人体的热舒适
< br>①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
m
?
q
e
?
q
r
?
q
c
q
m
——人体新陈代谢产
热量
q
e
—
—人体蒸发散热量
q
r
——人体与环境辐射换热量
q
c
——人体与环境对流换热量
②
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”
。
<
/p>
（注意与“负热平
衡区分”
）
③影响人体热舒适感觉的因素：
1.
温度；
2.
湿度；
3.
速度；
4.
平
均辐射温度；
5.
人体新陈代谢产热率；
6.
人体衣着状况。
3.
湿空气的物理性质
①湿空气组成：
干空气
+
水
蒸气
=
湿空气
②水蒸气分压力
：
指一定温度下湿空气中水蒸气部分所产生的
压力。
⑴未饱和湿空气的总压力：
P
w
?
P
d
?
P
P
w
——湿空气的总压力（
Pa
）
P
d
——干空气的分压力（
Pa
）
P
——水蒸气的分压力（
Pa
）
⑵饱和状态湿空气中
水蒸气分压力：
P
s
——饱和水蒸气分
压力
注：
标准大气压下，
P
s
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<
/p>
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。
③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。
3
⑴绝
对湿度：
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
max
（
g/m
）
表示。
3
⑵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
max
的
百分
比：
?
100%
f
max
< br>⑶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：
?
?
f
?
?
P
?
100%
P<
/p>
s
；
P
——空气的实际水蒸气分压力
（
Pa
）
P
s
——同温下的饱和水蒸气分压力
（
Pa
）
。
（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%
。
）<
/p>
1
④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
t
d
（℃）表示。
4.
室外热湿环境
< br>是指作用在建筑物外围护结构上的一切热湿物理量的总称。
构成要素：
空气温度、空气湿度、太阳辐射、风、
降水等。
5.
建筑围护结构传热的基本知识
<
/p>
热量传递的三种基本方式：
导热、对流和辐射。
< br>
①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。
⑴
热
流密度：
单位时间内，通过等温面上单位面积的热量。设单位时间内通过等温面上微元面
积
d
F
的热量
为
d
Q
，则热流密度
< br>q
表示为：
d
Q
（
W/m
2
）
d
F
积分形式为：
d
Q
?
q
d
F<
/p>
或者
Q
?
?
q
d
F
（
W
）
q
?
F
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：
Q
?
q
F
⑵
傅里叶
定律：
1822
年，法国物理学家
Fo
urier
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
?
?
?
?
t
（
W/m
2
）
?
n
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
< br>n
方向温度增
加，
?
t
为正，则
q
为负值，表
示热流沿
n
的反方向。
?
n
⑶影响导热系数
?
的因素：
物质种类、结构成分、密度、湿度、压力、温度等。
②对流换热：
空气沿围护结构表面流动时，
与壁面之间所产生的热交换过程。
这种过程既包括由空气流动所
引
起的
对流传热
过程，同时也包括空气
分子间和空气分子与壁面分子间的
导热过程
。
< br>
注意：
对流传热只发生在流体之中，
< br>它是因温度不同各部分流体之间发生相对运动互相掺合而传递热能
的。
⑴表面的对流换热量可以利用
牛顿公式：
q
c
?
?
c
(
t
?
?
)
其中，
q
c
——
< br>对流换热强度，
（
W/m
2
）
?
c
——
对流换热系数，
W/(m
2
·
K)
（℃）
t
—
—
流体的温度，
（℃）
?
——固体表面的温度，
⑵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
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。
③辐射传热：
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）来传递能量的现象。与
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
。
⑴特点：
①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。
< br>
②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。
⑵辐射换热量计算：
（牛顿公式）
<
/p>
q
r
?
?
r
(
?
1
?
?
2
)
其中，
q
r
——
对流换热强度，
（
W/m
2
）
2
?
r<
/p>
——
对流换热系数，
W/(m
2
·
K)
?
1
、
?
2
——两辐射换热物体的表面温度（℃）
⑶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。
6.
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。<
/p>
1.
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。）
2.
结构本身传热：热量由高温表面传向低温表面。
3.
表面放热：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）。
3
第
2
章
建筑围护结构的传热计算与应用
<
/p>
根据建筑保温与隔热设计中所考虑的室内外热作用的特点，可将室内外温度计算模型归纳为
如下两种：
恒定热作用：
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。
<
/p>
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。
1.
稳定传热过程
< br>定义：
温度场不随时间变化的传热过程。
一维稳定传热特征：
（
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
）
同一材质的平壁
内部各界面温度分布呈直线关系。
由
q
x
?
?
?
变，
则有
d
?
知
，
当
q
x
=<
/p>
常数时，若视
?
不随温度而
dx
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
2.
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。
热阻是表征围护结构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，
< br>通过材料的
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。
①单层匀质平壁的导热和热阻：
导热
方程：
q
?
d
?
i
?
?
e<
/p>
；
热阻：
R
?
?
d
/
?
②多层平壁的导热和热阻：
导热方程：<
/p>
q
?
?
i
?
?
e
d
1
?
1
?
d
2
?
2
?
?
d
n
?
?
i
?
?<
/p>
e
R
1
?
R
2
?
?
R
n
?
?
i
?
?
n
?
1
?
n
?
R
j
?
1<
/p>
n
j
结论
：多层平壁的总热阻等于各层热阻之和，即
R
?
R
1
?
R
2
?
＊③组合壁的导热和热阻：
组合壁的平均热阻应按下式计算：
?
R
n
?
?
F
0
R
?
?
?
F
1
?
F
< br>2
?
?
R
0,1
R
0,2
?
< br>?
?
?
(
R
i
?
R
e
)
?
?
F
?
?
n
?
R
0,
n
?
式中，
R
——平均热阻
；
F
0
——
与热流方向垂直的总传热面积；
F
1
,
F
2
,
R
0,1
,
R
0,2
,
F
n
——按平行于热流方向划分的各个传热面积；
R
0,
n
——各个传热面部位的传
热阻；
R
i
——内表面换热阻，取
0.11
（
m
2
·
K
）
/W
；
R
e
——外表面换热阻，取
0.04
（
m
2
·
K
）
/W
；
?
——修正系数，见表
2-
1
。
4
④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。
空气层中的传热方式有：
导热、
对流和辐射
。
其中：
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增长关系。
（
1
）
结论：
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
。
（
2
）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。
②在间层壁面涂贴辐射系数小的反射材料（铝箔等）
③实际设计计算中可查表
2-4
得空气间层的热
阻
R
ag
3.
平壁内部温度的计算
①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
?
1
?
i
?
?
t
i<
/p>
?
t
e
d
?
?
e
?
1
?
t
i
?
t
e
?
K
0
(
t
i
?
t
e
)<
/p>
R
0
②平壁内
部温度计算：
根据稳定传热条件：
q
?
q
i
?
q
?
?
q
e
得出：
1.
内表面温度：
?
i
?
t
i
?
R
i
(
t
i
?
t
e
< br>)
R
0
2.
多层平壁内任一层的内表面温度
?
m
：
?
m
?
t
i
?
3.
外表面层的温度
?
< br>e
可写成：
?
e
?
t
e
?
R
i
?
?
R
j
j
< br>?
1
m
?
1
R
0
?
t
i
?
t
e
?
R
e
R
?
R
e
(
t
i
?
< br>t
e
)
(
t
i
?
t
e
)
或
?
e
?
t
i
?
0
R
0
R
0
注：
（
1
）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
5.
周期性不稳定传热
①谐波热作用下的传热特征：
（
1
）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；
（
2
）从室外到平壁的内部，温度波动的振幅逐渐减小，即
A
e
?
A
ef
?
A
if
。
5
建筑热工学中，把室外温度振幅
A
e
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
波的穿透
衰减度
，也称为平壁的
衰减倍数
，用
?
0
表示：
?
0
?
A
e
。<
/p>
A
if
（
3
）从室外空间到平壁内部，温度波动的相位逐渐向后推延，即
?
e
?
?
ef
?
?
if
。
温度波穿过平壁的总延迟时间：
?
0
?
?
if,max
?
?
e,max
总的延迟相位：
?
< br>0
?
?
if
?
?
e
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
。
②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
?
A
q
< br>A
0
?
2
??
c
?
Z
意义：
半无限厚物体在谐波热作用下，表面对热作用的敏感程
度。材料蓄热系数越大，其表面温度波
动越小。密度大的重型材料或结构蓄热性能好、热
稳定性好。
当围护结构中某层是由
几
种材料组合时
，该层的平均蓄热系数应按下式计算：
S
?
S
1
F
1
?
S
< br>2
F
2
?
F
1
?
F
2
?
?
S
n
F
n
F
n
(2)
材料层的热惰性指标
< br>:
表征材料层受到波动热作用后，背波面上温度波动剧
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，用
D
表示
。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。
<
/p>
?
D
?
R
1
S
1
?
R
2
S
2
?
R
n
S
n
?
D
1
?
D
2
?
?<
/p>
D
n
注：①如
围护结构中有空气间层，由于
空气的蓄热力系数
S
为
0
，
该层热惰性指标
D
值为
0
。
②如围护结构中某层是由几种材料组合时，
D
?
R
S
<
/p>
③
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。
③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。
计算方法：沿着与热流相反的方向，依照围护结构的材料分层，逐层计算（如图）
。<
/p>
各层内表面蓄热系数计算式采用如下通式：
< br>2
R
n
S
n
?
Y
n
?
1
Y
n
?
1
?
R
n
Y
n
?
1
注：如某层厚度较大
（
D
?
1.0
）
，
则该层的
Y
?
S
，内表面的蓄热可从该层算起，
后面各层就可不再计算。
6.
建筑隔热设计控制指标计算
①隔热设计标准：
房间在自然通风情况下，建筑物的屋顶和东、西外
墙的内表面最高温度，
应满足下式要求：
内表面最高温度
?
i
?
max
直接反映围护结构的隔热性能，关系着人体辐射散热。
?
i
?
max
?
t
e
?
max
t
e
?
max
?
e
?
max
夏季室外
计算温度
最高值
?
i
?
max
②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
内表面最
同方式热作用：
高温度
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。<
/p>
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
sa
：
t
sa
?
t
e
?
?
s
I
?
e
?
t
1
r
6
?
s<
/p>
——围护结构外表面对太阳辐射热的吸收系数（表
2-8
）
；
I
——太阳辐射强度；
t
1
r
——
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）
式中
?
s
I
。表示围护结构外表面所吸收的太阳辐射
?
e
值又叫做太阳辐射的
“等效高温”或“当量温度”
热对室外热作用提高的程度。它对室外综合温度影响很大。
7
-
-
-
-
-
-
-
-
-
上一篇：常用的文件格式有哪些
下一篇：肖邦的故事