建筑物理第12(1-2)章

1、2021-12-9 主講人主講人: 羅義英羅義英 電 話: 655068 建工樓：314辦公室 2021-12-9 2021-12-9夏熱冬冷區(qū)夏熱冬冷區(qū)溫和地區(qū)溫和地區(qū)寒冷地區(qū)寒冷地區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)嚴(yán)寒地區(qū)寒冷地區(qū)寒冷地區(qū)寒冷地區(qū)寒冷地區(qū)2021-12-9第1.2章 建筑的傳熱與傳濕 1-1 建筑中的傳熱現(xiàn)象建筑中的傳熱現(xiàn)象 熱量的傳遞稱為傳熱，只要存在溫差，就會(huì)有傳熱現(xiàn)象。 一、熱傳導(dǎo)的幾種方式一、熱傳導(dǎo)的幾種方式： 導(dǎo)熱分子熱運(yùn)動(dòng)分子熱運(yùn)動(dòng) 對(duì)流相對(duì)位移相對(duì)位移 輻射電磁波電磁波2021-12-92021-12-9limttnn2021-12-9熱流密度熱流密度

2、: :通過等溫面上單位面積的熱量稱為熱流密度。通過等溫面上單位面積的熱量稱為熱流密度。設(shè)單設(shè)單位時(shí)間內(nèi)通過等溫面上微元面積位時(shí)間內(nèi)通過等溫面上微元面積dFmdFm2 2 的熱量為的熱量為dQWdQW則熱則熱流密度可表示為：流密度可表示為： (1-3)(1-3) 由式（由式（1 13)3)得：得： 或：或： (1-4)(1-4) 如果熱流密度在面積如果熱流密度在面積F F上均勻分布，則熱流量為：上均勻分布，則熱流量為： (1-5)(1-5)dFdQq w/m2FQqqdFFQ2021-12-92.傅立葉定律傅立葉定律 法國數(shù)學(xué)物理學(xué)家傅立葉于1822年最先發(fā)現(xiàn)提出的導(dǎo)熱規(guī)律：勻質(zhì)材料物體內(nèi)各點(diǎn)的

3、熱流密度與溫度梯度的大小成正比，即 （1-61-6） 式中是個(gè)比例常數(shù)，恒為正數(shù)，叫做材料的導(dǎo)熱系數(shù)。負(fù)號(hào)是表示熱量傳遞只能沿溫度降低的方向進(jìn)行。 3.導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù) 定義：當(dāng)溫度梯度為1C/m時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的導(dǎo)熱量。 由式（1-6） w/(m .k) (1-7)w/(m .k) (1-7) qnqn2021-12-9式中dxd式中當(dāng)平壁兩側(cè)的溫度不隨時(shí)間變化時(shí)，此種傳熱稱為當(dāng)平壁兩側(cè)的溫度不隨時(shí)間變化時(shí)，此種傳熱稱為計(jì)算公式計(jì)算公式溫度梯度溫度梯度 k/mk/m材料的導(dǎo)熱系數(shù)材料的導(dǎo)熱系數(shù) w/(m.k)w/(m.k)(1.2 1)iwQFd(1.22)iwqd計(jì)算公式計(jì)算公

4、式2021-12-9 一般來說一般來說,以金屬的最大以金屬的最大, ,非金屬和液體次之非金屬和液體次之, ,氣體的氣體的最小。工程上通常把導(dǎo)熱系數(shù)小于最小。工程上通常把導(dǎo)熱系數(shù)小于0.250.25的材料，作為絕熱的材料，作為絕熱材料。材料。材料種類材料種類氣體氣體液體液體建筑材料建筑材料金屬金屬0.0060.60.070.70.02532.2420（2 2）導(dǎo)熱系數(shù)）導(dǎo)熱系數(shù)還與溫度有關(guān)，即：還與溫度有關(guān)，即： = = 0 0+bt+bt 式中式中0 00C0C時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù) b b 實(shí)驗(yàn)測(cè)定常數(shù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定常數(shù)（1 1）材質(zhì)影響）材質(zhì)影響 影響導(dǎo)熱系數(shù)的因素影響導(dǎo)熱系數(shù)的因素 2021

5、-12-9（3 3）材料干密度的影響）材料干密度的影響 （4 4）材料含濕量的影響）材料含濕量的影響 一般，材料干密度越小，材料的導(dǎo)熱系數(shù)也越小一般，材料干密度越小，材料的導(dǎo)熱系數(shù)也越小 一般，材料含濕量在一定范圍內(nèi)，材料的導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)有很一般，材料含濕量在一定范圍內(nèi)，材料的導(dǎo)熱系數(shù)會(huì)有很大變化。大變化。 4 4、材料的熱阻、材料的熱阻dR單位：單位：m m2 2.k/w.k/w 例題例題2021-12-91.2.1.21.2.1.2對(duì)流對(duì)流對(duì)流傳熱只發(fā)生在流體對(duì)流傳熱只發(fā)生在流體之中。之中。2021-12-9)(tqcc(1-8)(1-8)w/mw/m2 2w/(mw/(m2 2 .k) .k

6、)2021-12-9（指圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面）（指圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面） 垂直表面垂直表面 （1-91-9） 水平表面水平表面（熱流由下而上）（熱流由下而上） （1-101-10） 水平表面水平表面（熱流由上而下（熱流由上而下） （1-111-11） 上上40.2tc45.2tc43.1tctc6 . 32c（冬）（夏）6 . 326 . 35c（1-121-12）（1-131-13）式中式中 是氣流速度，是氣流速度，m/sm/s15 自然通風(fēng)在建筑中的應(yīng)用Castozza別墅群（ Castozza Villas)，意大利維琴察市附近。帕拉第奧1617英國劍橋愛澳尼卡182021-12-9 1.概念概念：

7、與導(dǎo)熱和對(duì)流在機(jī)理有與導(dǎo)熱和對(duì)流在機(jī)理有本質(zhì)的區(qū)別，它是以電磁波的形本質(zhì)的區(qū)別，它是以電磁波的形式傳遞熱能，凡是溫度高于絕對(duì)式傳遞熱能，凡是溫度高于絕對(duì)零度的物體都存在輻射。零度的物體都存在輻射。2. 輻射能的吸收、反射和透射輻射能的吸收、反射和透射0rIIII1hhhr2021-12-93.3.物體的輻射特性物體的輻射特性 黑體黑體：能發(fā)射全波段的能發(fā)射全波段的熱熱輻射，在相同的溫度條件下，輻射，在相同的溫度條件下，輻射能力最大。輻射能力最大。根據(jù)輻射能力和吸收輻射的根據(jù)輻射能力和吸收輻射的能力將物體分為能力將物體分為黑體、灰體白體等黑體、灰體白體等2021-12-9E其輻射光譜具有與黑體輻

8、射光譜相似的形狀，且對(duì)應(yīng)每一波長的單色輻射力與同溫同波長的黑體的輻射能力的比值 為一常數(shù)，即常數(shù)bEE,比值比值 稱為稱為“發(fā)射率發(fā)射率”或或“黑度黑度”其輻射光譜具有與黑體光譜截然不同其輻射光譜具有與黑體光譜截然不同, ,甚至有甚至有的只能發(fā)射某些波長的輻射線。的只能發(fā)射某些波長的輻射線。 一般建筑材料都可看作灰體。一般建筑材料都可看作灰體。 （1-141-14）輻射熱全部反射的物體。輻射熱全部反射的物體。全部透過輻射熱的物體全部透過輻射熱的物體。 2021-12-9E4.輻射本領(lǐng)、輻射系數(shù)輻射本領(lǐng)、輻射系數(shù)斯蒂芬斯蒂芬波爾茲曼定律波爾茲曼定律：黑體和灰體的全輻射能力與其表面的絕對(duì)溫度的四黑

9、體和灰體的全輻射能力與其表面的絕對(duì)溫度的四次冪成正比。即次冪成正比。即：4(1.2 7)100bbbTECCC物體的輻射系數(shù)物體的輻射系數(shù) w/(mw/(m2 2.k.k4 4) )TT物體表面的絕對(duì)溫度物體表面的絕對(duì)溫度,K,K4(1.2 8)100TEC2021-12-9灰體的輻射系數(shù)灰體的輻射系數(shù)：bCC(1.2-9)(1.2-9)克希荷夫定律克希荷夫定律在一定溫度在一定溫度下，物體對(duì)輻射熱的吸收系數(shù)下，物體對(duì)輻射熱的吸收系數(shù)在數(shù)值上與其黑度相等。在數(shù)值上與其黑度相等。h黑體的輻射系數(shù)黑體的輻射系數(shù)C Cb b=5.68=5.68是由實(shí)是由實(shí)驗(yàn)測(cè)得驗(yàn)測(cè)得注意注意建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)太陽建筑圍護(hù)

10、結(jié)構(gòu)對(duì)太陽輻射熱的吸收系數(shù)與其黑度輻射熱的吸收系數(shù)與其黑度不不相等。即相等。即 s2021-12-95.5. 輻射換熱輻射換熱換熱量計(jì)算換熱量計(jì)算4412)121-21211001004421)212-1212100100(1.2 10)TTQCFTTQCF從上式可以看出，換熱從上式可以看出，換熱量與表面溫度、表面位量與表面溫度、表面位置等有關(guān)。置等有關(guān)?；ヒ锥ɡ砘ヒ锥ɡ?22112FF2021-12-95.5. 輻射換熱輻射換熱換熱量計(jì)算換熱量計(jì)算()12()12(1.2 11)QFrqr表面溫度輻射換熱系數(shù)式中r4412121212100100(1.2 12)rTTC3122128410r

11、CT1.2.2.1 1.2.2.1 平壁的傳熱過程平壁的傳熱過程1.2.2.2 1.2.2.2 封閉空氣間層的傳熱封閉空氣間層的傳熱1.2.2.3 1.2.2.3 總熱阻的確定總熱阻的確定1.2.2.4 1.2.2.4 平壁內(nèi)溫度的計(jì)算平壁內(nèi)溫度的計(jì)算 及圖解法及圖解法2021-12-91.2.2.1 平壁傳熱過程平壁傳熱過程 一般要經(jīng)過三個(gè)過程一般要經(jīng)過三個(gè)過程1 1）表面吸熱）表面吸熱2 2）結(jié)構(gòu)本身導(dǎo)熱）結(jié)構(gòu)本身導(dǎo)熱3 3）表面放熱）表面放熱 1.表面換熱表面換熱)()()()(ttttqqqrcrcrc（1.2-131.2-13）2/(wmt表 面 換 熱 系 數(shù)查 民 用 建 筑 熱

12、 工 設(shè) 計(jì) 規(guī) 范 ）壁 面 溫 度室 內(nèi) 或 室 外 氣 溫導(dǎo)熱導(dǎo)熱2021-12-9厚度尺寸比另外兩個(gè)方向尺厚度尺寸比另外兩個(gè)方向尺寸小的多的構(gòu)件稱為平壁。單一寸小的多的構(gòu)件稱為平壁。單一材料組成的平壁叫做單層平壁。材料組成的平壁叫做單層平壁。 設(shè)圖設(shè)圖1-111-11所示為單層勻質(zhì)平壁所示為單層勻質(zhì)平壁, ,僅在僅在X X方方向有熱量傳遞向有熱量傳遞, ,既一維傳熱既一維傳熱, ,傳熱僅以傳熱僅以導(dǎo)熱方式傳熱。導(dǎo)熱方式傳熱。ei和單位時(shí)間內(nèi)，通過單位面積的單位時(shí)間內(nèi)，通過單位面積的熱流熱流熱流強(qiáng)度為：熱流強(qiáng)度為：ieqR2/ mw（1-211-21）2021-12-91.2.2、圍護(hù)結(jié)

13、構(gòu)的傳熱圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程過程(平壁傳熱）平壁傳熱）01()(1.2 16)111()1=()= ()(1.2 17)ieieieieieieqttdqttRRRttK ttRl在空氣間層中的傳熱過程中，在空氣間層中的傳熱過程中，導(dǎo)熱導(dǎo)熱、對(duì)流對(duì)流和和輻射輻射三種傳熱方式都存在，三種傳熱方式都存在，其傳熱過程包括對(duì)流換熱和輻射換其傳熱過程包括對(duì)流換熱和輻射換熱（如圖熱（如圖）l空氣間層中的空氣間層中的熱阻熱阻主要取決于間層主要取決于間層兩個(gè)界面上的邊界層厚度和界面之兩個(gè)界面上的邊界層厚度和界面之間的輻射換熱程度。間的輻射換熱程度。l在有限空間內(nèi)的對(duì)流換熱強(qiáng)度與在有限空間內(nèi)的對(duì)流換熱強(qiáng)度與間層的

14、厚度間層的厚度、間層的設(shè)置間層的設(shè)置方向和形狀方向和形狀、間層的密閉性間層的密閉性等因素有關(guān)。（如圖等因素有關(guān)。（如圖1.2-171.2-17）l在有限空間內(nèi)的對(duì)流換熱強(qiáng)度與在有限空間內(nèi)的對(duì)流換熱強(qiáng)度與間層的厚度間層的厚度、間層的設(shè)置間層的設(shè)置方向和形狀方向和形狀、間層的密閉性間層的密閉性等因素有關(guān)。（如圖等因素有關(guān)。（如圖1.2-171.2-17）垂直空氣間層內(nèi)不同傳熱垂直空氣間層內(nèi)不同傳熱方式的熱量對(duì)比方式的熱量對(duì)比純空氣層導(dǎo)熱純空氣層導(dǎo)熱空氣間層總傳熱量空氣間層總傳熱量自然對(duì)流時(shí)的傳熱量自然對(duì)流時(shí)的傳熱量兩面貼鋁箔的傳熱量兩面貼鋁箔的傳熱量一面貼鋁箔的傳熱量一面貼鋁箔的傳熱量（1 1）增

15、加熱阻，省材減重；）增加熱阻，省材減重；（2 2）多個(gè)）多個(gè)“薄薄”層較一個(gè)層較一個(gè)“厚厚”層，熱阻大；層，熱阻大；（3 3）表面貼反射材料，最好貼在高溫側(cè)）表面貼反射材料，最好貼在高溫側(cè)11fieRa或l在建筑熱工設(shè)計(jì)中，一般都直接采用在建筑熱工設(shè)計(jì)中，一般都直接采用P53表表1.2-1.2-4 4和和表表1.2-51.2-5的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。1 1）單一材料層熱阻）單一材料層熱阻：指整層由一種材料做成。（導(dǎo)熱系：指整層由一種材料做成。（導(dǎo)熱系數(shù)見書后附錄數(shù)見書后附錄1）dR1iiR1eeR2)組合材料層熱阻組合材料層熱阻：（垂直于熱量方向）（垂直于熱量方向）3 3）組合材料層熱阻）組

16、合材料層熱阻：如圖，如圖，平行于熱流方向平行于熱流方向沿材料沿材料層中不同材料的界面將其分隔層中不同材料的界面將其分隔成若干部分。如圖中成若干部分。如圖中 、 、 等部分，分別按上式計(jì)等部分，分別按上式計(jì)算算 、 、 ；最后按下式；最后按下式確定其加權(quán)平均熱阻：確定其加權(quán)平均熱阻：IRIIIIIIIIIIIIIIIIIIFFFRFFFRRRIIRIIIRIIIIIIIR 含有空氣間層含有空氣間層012000,(1.2 18)iennFRRRFFFRRR，1，2iqq 據(jù)穩(wěn)定傳熱條件下，通過平壁據(jù)穩(wěn)定傳熱條件下，通過平壁的熱流量與通過平壁各部分的熱流的熱流量與通過平壁各部分的熱流量相等有量相等有 ，即，即011()()ieiiitttRR解得壁體內(nèi)表面溫度為解得壁體內(nèi)表面溫度為0()(1.2 19)iiiieRtttR又據(jù)又據(jù) 有有12qqq1201223021()()1()()ieiiettRdttRd解得解得1201230()()iiieiiieRRtttRRR