建筑熱環(huán)境基礎(chǔ)知識

1、1,第2講： 1.2章建筑熱環(huán)境基礎(chǔ)知識,Zhang-Xiuxin,2,本講主要內(nèi)容：,2.1、 建筑中的傳熱現(xiàn)象2.2、圍護結(jié)構(gòu)傳熱方式2.3、建筑圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程2.4、封閉空氣間層的熱阻2.5、圍護結(jié)構(gòu)的傳熱阻2.6 平壁內(nèi)部溫度的計算2.7、周期性不穩(wěn)定傳熱,,3,2.1 建筑中的傳熱現(xiàn)象,2.1.1 傳熱熱量的傳遞。在自然界中，只要存在溫差就會有傳熱現(xiàn)象，熱能由高溫部位傳至低溫部位---圍護結(jié)構(gòu)的傳熱。2

2、.1.2傳熱方式有三種 : 輻射 、對流和導(dǎo)熱。建筑物的傳熱大多是三種方式綜合作用的結(jié)果.,4,輻射 對流 導(dǎo)熱,輻射： 把熱量以電磁波的形式從一個物體傳向另一 個物體的現(xiàn)象。凡溫度高于絕對零度的物體，都可以發(fā)射同時也可以接受熱輻射。對流： 流體與流體之間、流體與固體之間發(fā)生相對位移時所產(chǎn)生的熱量交換現(xiàn)象。導(dǎo)熱： 同一物體內(nèi)部或相互接觸的兩物體之間由于分子熱運動，熱量由高溫處向

3、低溫轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。,5,太陽輻射照射的熱量，有20~30%被反射,暖氣片輻射熱，與空氣接觸傳熱，被加熱的空氣變輕產(chǎn)生對流，通過對流將熱量傳向室內(nèi)各處。,6,2.1.3 人的熱傳遞,為了保持體溫，人體不間斷的向周圍環(huán)境散發(fā)熱量。人體與室內(nèi)環(huán)境的換熱也是同時以輻射、對流、導(dǎo)熱三種方式進行。人體的散熱量決定于：室內(nèi)空氣溫度、風(fēng)速、圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度。,7,2.2 圍護結(jié)構(gòu)傳熱方式,2.2.1 建筑中的熱平衡建筑的得熱和失熱主要包括10個方

4、面得熱部分有:1) 通過墻和屋頂?shù)奶栞椛涞脽?)通過窗的太陽輻射得熱3)居住者的人體散熱4)電燈和其他設(shè)備散熱5)采暖設(shè)備散熱失熱部分有:6)通過外圍護結(jié)構(gòu)的傳熱和對流輻射向室外散熱7)空氣滲透和通風(fēng)帶走熱量8)地面?zhèn)鳠?)室內(nèi)水分蒸發(fā)，水蒸汽排出室外所帶走的熱量10）制冷設(shè)備吸熱,8,建筑中的熱平衡,建筑中的得熱和失熱主要包括十個方面,為取得建筑中的熱平衡，讓室內(nèi)處于穩(wěn)定的適宜溫度中，在室內(nèi)達到熱舒適環(huán)境后應(yīng)

5、以上各項得熱總和等于失熱總和。,即：1+2+3+4+5=6+7+8+9+10,9,2.2.2 導(dǎo)熱,導(dǎo)熱：直接接觸的物體由于有溫度差時，質(zhì)點作熱運動而引起的熱能傳遞過程。在固體、液體、氣體中都存在導(dǎo)熱現(xiàn)象。其各自的導(dǎo)熱機理不同。氣體：分子作無規(guī)則運動時相互碰撞而導(dǎo)熱。液體：通過平衡位置間歇移動著的分子振動引起導(dǎo)熱。固體：由平衡位置不變的質(zhì)點振動引起導(dǎo)熱。金屬：通過自由電子的轉(zhuǎn)移而導(dǎo)熱。絕大多數(shù)的建筑材料（固體）中的熱傳遞為導(dǎo)熱過程

6、,10,1） 溫度場 溫度梯度 熱流密度,a）溫度場：在某一時刻物體內(nèi)各點的溫度分布。熱量傳遞與物體內(nèi)部溫度的分布密切相關(guān)。溫度 t 是空間坐標(biāo) x y z 和時間 τ的函數(shù) 即 不穩(wěn)定溫度場：溫度分布隨時間而變穩(wěn)定溫度場：溫度分布不隨時間而變一維溫度場：溫度只沿x一個坐標(biāo)軸發(fā)生變化,11,b）溫度梯度,等溫面：溫度場中同一時刻有相同溫度各點連成的面。溫度梯度：溫度差△t與沿法線方向兩等溫面之間距離△n的比值的極限。

7、,12,C）熱流密度（q）,導(dǎo)熱不能沿等溫面進行，必須穿過等溫面。熱流密度(q）：單位時間內(nèi)，通過等溫面上單位面積的熱量。等溫面上面積元dF(m2 )，單位時間內(nèi)通過的熱量為dQ(w)如果熱流密度在面積F上均勻分布則熱流量為右式。,,,13,2） 傅立葉定律,物體內(nèi)導(dǎo)熱的熱流密度的分布與溫度分布有密切關(guān)系:導(dǎo)熱基本方程－－傅立葉定律：傅立葉定律內(nèi)容：勻質(zhì)材料內(nèi)各點的熱流密度與溫度梯度的大小成正比。 或：一個物體 在單位時間、

8、單位面積上傳遞的熱量與在其法線方向的溫度變化率成正比。用公式表示： q－－單位時間、單位面積上通過的熱量，又稱熱流密度或熱流強度 －－等溫面溫度在其法線方向上的變化率叫溫度梯度λ－－表示材料導(dǎo)熱能力的系數(shù)，稱導(dǎo)熱系數(shù)負號是因為熱流有方向性，是以從高溫向低溫方向流動為正值;溫度也是一個向量，以從低到高為正，二者相反。,14,3） 導(dǎo)熱系數(shù),導(dǎo)熱系數(shù)：其物理意義：在穩(wěn)定傳熱狀態(tài)下當(dāng)材料厚度為1m兩表面的溫差為1℃

9、時，在一小時內(nèi)通過1m2截面積的導(dǎo)熱量。導(dǎo)熱系數(shù)大，表明材料的導(dǎo)熱能力強。,15,導(dǎo)熱系數(shù)（ λ ）,各種物質(zhì)（氣體、液體、固體）的導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)值范圍和性質(zhì)有所不同，它還與當(dāng)時的壓力、溫度、密度、含濕量有關(guān)?？刹闀蟾奖須怏w的導(dǎo)熱系數(shù)最小，如常溫常壓下空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為0.029 W/（m · K），靜止不動的空氣具有很好的保溫能力。液態(tài)的導(dǎo)熱系數(shù)大于空氣，如水在常溫常壓下，其導(dǎo)熱系數(shù)為0.58 W/（m · K）

10、，為空氣的20倍金屬的導(dǎo)熱系數(shù)最大，如建筑鋼材導(dǎo)熱系數(shù)為58.2 W/（m · K）。非金屬固體材料 ，如大部分建筑材料，導(dǎo)熱系數(shù)一般低于金屬材料，介于0.023~3.49 W/（m · K）之間。,16,導(dǎo)熱系數(shù)與溫度、濕度、和密度的關(guān)系,a）溫度的影響 溫度升高時，分子運動加強，使實體部分的導(dǎo)熱能力提高；同時，空隙中的對流、導(dǎo)熱和輻射能力也加強，從而材料的導(dǎo)熱系數(shù)增加。,17,導(dǎo)熱系數(shù)與溫度、濕度、和密度

11、的關(guān)系,b）濕度的影響 各種材料與潮濕的空氣接觸后，材料總會吸收一些水分，材料受潮后，由于孔隙中有了水分，增加了水蒸氣擴散的傳熱量，還增加了毛細孔中液態(tài)水分所傳導(dǎo)的熱量，導(dǎo)熱系數(shù)將顯著增大。 水和冰的導(dǎo)熱系數(shù)分別為0.58 W/（m · K）、 2.33, W/（m · K）都遠大于空氣的導(dǎo)熱系數(shù)（0.03 W/（m · K） ），因此水或冰取代孔隙中的空氣必然使其導(dǎo)熱系數(shù)加大。,18,磚砌體和加氣混

12、凝土的導(dǎo)熱系數(shù)與濕度的關(guān)系,,19,導(dǎo)熱系數(shù)與溫度、濕度、和密度的關(guān)系,c）密度的關(guān)系 密度即 單位體積的材料重量，密度小的材料內(nèi)部孔隙多，由于空氣導(dǎo)熱系數(shù)很小，故密度小的材料導(dǎo)熱系數(shù)也小，良好的保溫材料多是孔隙多、密度小的輕質(zhì)材料。但，當(dāng)密度小到一定程度后，再加大孔隙，大的孔隙中空氣對流作用增強，對流換熱增加，加大了材料的導(dǎo)熱能力。因此，輕型（如纖維）材料有一個最低導(dǎo)熱系數(shù)的密度界限。,20,2.2.3 對流和表面對流換熱,

13、a) 自然對流和受迫對流自然對流:由于流體冷熱部分的密度不同而引起的流動?？諝獾淖匀粚α魇怯捎诳諝鉁囟扔呙芏扔?，當(dāng)環(huán)境中存在空氣溫差時，低溫 密度大的空氣與高溫 密度小的空氣之間形成壓力差（熱壓），產(chǎn)生自然對流。受迫對流：由于外力作用（如風(fēng)吹 泵壓）而迫使流體產(chǎn)生對流。外力愈大，對流速度愈大。b）對流傳熱和對流換熱對流傳熱：只發(fā)生在流體之間，流體之間發(fā)生相對運動傳遞熱能。對流換熱：包括流體之間的對流傳熱，也包括流體與固體之

14、間的接觸進行導(dǎo)熱的過程。,21,c）表面對流換熱,表面對流換熱：在空氣溫度與物體表面的溫度不等時，由于空氣沿壁面流動而使表面與空氣之間所產(chǎn)生的熱交換。表面對流換熱量 取決因素：溫度差、熱流方向（從上到下或從下到上，或水平方向）、氣流速度、物體表面狀況（形狀粗糙程度）等。表面對流換熱量的表示式：－－牛頓公式,對流換熱系數(shù)，見p26公式1.2-4-1.26,,22,表面對流換熱,對平壁表面，當(dāng)空氣溫度t與壁表面溫度θ一定時，表面對流

15、換熱量取決于“邊界層”“邊界層”－－指由壁面到氣溫恒定區(qū)之間的區(qū)域，包括層流區(qū)、過渡區(qū)、紊流區(qū)。在層流區(qū)內(nèi)以空氣導(dǎo)熱傳遞熱量。,23,2.2.4 輻射換熱,輻射換熱的特點:是發(fā)射體的熱能變?yōu)殡姶挪ㄝ椛淠埽惠椛涞奈矬w又將所接受的輻射能轉(zhuǎn)換成熱能，溫度越高，熱輻射愈強烈。一個物體對外來的入射輻射可以有反射、吸收、和透射3種情況，他們與入射輻射的比值分別叫作物體對輻射的反射系數(shù)γ、吸收系數(shù)ρ、透射系數(shù)τ。以入射輻射為1，則有γ＋ρ＋

16、τ＝１不透明的物體τ＝０則有　γ＋ρ＝１,24,太陽輻射的電磁波,25,太陽輻射的電磁波,26,黑體　　白體　　灰體,為了方便研究，在理論上分為黑體、白體、灰體。黑體：對外來輻射全吸收的物體，ρ＝１白體：對外來輻射全反射的物體， γ＝１透明體：對外來輻射全透過的物體τ＝１灰體：自然界中介于黑體與白體之間的不透明物體。建筑材料多數(shù)為灰體。,27,ａ）斯蒂芬-波爾茲曼定律,黑體的全輻射力： 黑體不但能將一切波長的外來輻射

17、完全吸收，也能向外發(fā)射一切波長的輻射。在單位表面積、單位時間以波長λ=0~∞的全波段向半球空間輻射的全部能量，稱為黑體的全輻射力。 用 E b表示黑體的全輻射力, 單位 W/m2 ；,,（黑體的輻射系數(shù)）,黑體表面的絕對溫度，K,28,b）普朗克定律,該定律表明了黑體的單色輻射力與其絕對溫度和波長之間的函數(shù)關(guān)系。黑體單色輻射力的最大值隨著黑體溫度升高而向波長較短一邊移動，對應(yīng)于這一輻射力為

18、最大值的波長與黑體絕對溫度的關(guān)系用公式表示：,單色輻射力為最大值的波長，,黑體的溫度越高，其最大輻射力的波長愈短，如太陽相當(dāng)于溫度為6000K的黑體輻射，其最大輻射力波長為0.5μm ；而16℃左右的常溫物體發(fā)射的最大輻射力波長約在10 μm 。,29,黑體輻射的光譜曲線,30,c）灰體 黑度,灰體的輻射特性與黑體近似，但在同溫度下其全輻射力低于黑體。工程上為了便于計算，將多數(shù)建筑材料視為灰體?；殷w的全輻射力計算公式：,E——灰體

19、全輻射力，C——灰體的輻射系數(shù)T——灰體的絕對溫度，K,,黑度：黑度又稱發(fā)射率，是物體輻射系數(shù)與黑體輻射系數(shù)之比。黑體的黑度為1，其他物體黑度均小于1。用公式表示：,物體的吸收系數(shù) 等于 發(fā)射系數(shù),31,輻射系數(shù)：可以表征物體向外發(fā)射輻射的能力。各種物體（灰體）的輻射系數(shù)均小于黑體。其數(shù)值大小取決于物體表層的化學(xué)性質(zhì)、光潔度、顏色等。各種物體的輻射系數(shù)是由實驗確定的，（可以查表得輻射系數(shù)值和各種物體對太陽輻射的吸收系數(shù)值，如紅磚、紅

20、瓦、混凝土、深色油漆輻射系數(shù)4.83~5.4,吸收系數(shù)0.65~0.80之間）。,在一定溫度下，物體對輻射熱的吸收系數(shù)在數(shù)值上與其黑度（發(fā)射率）相等，即物體輻射能力越大，它對外來輻射的吸收能力也越大；反之若輻射能力越小，則吸收能力也越小。,32,d）反射系數(shù),對于多數(shù)不透明的物體來說，對外來入射的輻射只有吸收和反射，既吸收系數(shù)與反射系數(shù)之和等于1。吸收系數(shù)越大，則反射系數(shù)越小。,擦光的鋁表面對各種波長的輻射反射系數(shù)都很大，黑色表面對各種

21、波長輻射的反射系數(shù)都很?。话咨砻鎸ΣㄩL為2μm以下的輻射反射系數(shù)很大，波長6 μm以上的輻射反射系數(shù)又很小，接近黑色表面。這種現(xiàn)象對建筑表面顏色和材料的選用有一定的影響。,33,d）玻璃的溫室效應(yīng),常用的普通玻璃一般為透明材料，它只對波長為0.3~2.5μm的可見光和近紅外線有很高的透過率，而對波長為4μm以上的遠紅外輻射的透過率卻很低。玻璃對太陽輻射中大部分波長的光可以透過，而對一般常溫物體所發(fā)射的輻射（多為遠紅外線）則透過率很低

22、。這樣通過玻璃獲取大量的太陽輻射，使室內(nèi)構(gòu)件吸收輻射而溫度升高，但室內(nèi)構(gòu)件發(fā)射的遠紅外輻射則基本不能通過玻璃再輻射出去，從而可以提高室內(nèi)溫度。在利用太陽能的建筑設(shè)計中，常用這一效應(yīng)為節(jié)能服務(wù)。,34,玻璃的透過特性：常用的玻璃，只對波長為0.2~2.5μm的可見光和近紅外線有很高的透過率，而對波長為4 μm以上的遠紅外輻射的透過率卻很低。,35,玻璃的溫室效應(yīng),36,輻射換熱的簡單計算：,輻射換熱是物體表面之間通過輻射和吸收綜合

23、作用下完成的輻射換熱量的大小取決于兩個表面的溫度、發(fā)射和吸收輻射熱的能力及相對位置。兩個表面之間的換熱量可用公式計算：,37,2.3 建筑圍護結(jié)構(gòu)的傳熱過程,房屋圍護結(jié)構(gòu)時刻受到室內(nèi)外的熱作用，不斷有熱量通過圍護結(jié)構(gòu)傳進傳出。在冬季室內(nèi)溫度高于室外，熱量有室內(nèi)傳向室外；在夏季則正好相反，熱量由室外傳向室內(nèi)。,38,2.3.1）結(jié)構(gòu)傳熱,在建筑熱工學(xué)中，結(jié)構(gòu)傳熱只對平壁傳熱作敘述，平壁不僅包括平直的墻壁、屋頂、地板，也包括曲率半徑較大

24、的墻、穹頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)。本教材的結(jié)構(gòu)傳熱只討論一個方向的熱流傳遞，即一維傳熱或單向傳熱。依據(jù)室內(nèi)外溫度的特點，結(jié)構(gòu)傳熱分為兩種方式： 1）穩(wěn)定傳熱；2）不穩(wěn)定傳熱。,39,結(jié)構(gòu)傳熱的兩種方式,穩(wěn)定傳熱（恒定的熱作用）： 結(jié)構(gòu)兩側(cè)（室內(nèi)和室外）有溫差，且室內(nèi)溫度和室外溫度不隨時間而改變。 冬季采暖房屋外圍護結(jié)構(gòu)的保溫設(shè)計，一般按穩(wěn)定傳熱計算。,40,結(jié)構(gòu)傳熱的兩種方式,不穩(wěn)定傳熱（周期熱作用）： 結(jié)構(gòu)兩側(cè)有溫差，

25、但溫差方向的溫度不是恒定而是隨時間在變化。 在建筑上遇到的不穩(wěn)定傳熱多屬周期性不穩(wěn)定傳熱，即熱作用和結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度呈周期性變化。 按熱作用的情況，不穩(wěn)定傳熱分為：1）單項周期熱作用（如空調(diào)房間的隔熱設(shè)計）；2）雙向周期熱作用（如自然通風(fēng)房間夏季隔熱設(shè)計）。,41,不穩(wěn)定傳熱,（a）單項周期熱作用； （b）雙向周期熱作用,周期性不穩(wěn)定傳熱作用：即熱作用和物體內(nèi)部溫度呈周期性變化。,42,2.3.2)圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定傳熱過程和傳熱

26、量,傳熱的3個基本過程及每個過程的主要傳熱方式： 表面感熱、構(gòu)件傳熱、表面散熱,43,傳熱的三個其本過程,表面吸熱----冬季內(nèi)表面從室內(nèi)吸熱，夏季外表面從室外空間吸熱；結(jié)構(gòu)傳熱----熱量由高溫表面?zhèn)飨虻蜏乇砻?；表面放熱----冬季外表面向室外空間散發(fā)熱量，夏季內(nèi)表面向室內(nèi)散熱。每一個傳熱過程都是三種基本傳熱方式的綜合過程。表面吸熱和表面放熱的機理是相同的，稱為“表面換熱”,44,a）表面換熱,表面總換熱量是對流換熱量（qc

27、）與輻射換熱量（q r）之和。即：,45,b）材料層的導(dǎo)熱過程,,由導(dǎo)熱基本方程－傅立葉定律：,可以得到下式：,c）圍護結(jié)構(gòu)外表面散熱,當(dāng)結(jié)構(gòu)外表面的溫度高于室外氣溫時，外表面向室外空氣和環(huán)境散熱，同內(nèi)表面一樣是對流換熱與輻射換熱的綜合。,46,圍護結(jié)構(gòu)經(jīng)過上述3個階段向外傳熱，各界面的溫度不變，結(jié)構(gòu)傳遞的熱量也是不隨時間變化，即：,47,2.4 、封閉空氣間層的熱阻,封閉空氣間層的熱阻靜止的空氣介質(zhì)導(dǎo)熱性很小，在建筑設(shè)計中常用封閉間

28、層作為圍護結(jié)構(gòu)的保溫層。空氣間層的傳熱：是有限空氣層的兩個表面之間的熱轉(zhuǎn)移過程，包括對流換熱和輻射換熱。空氣間層的熱阻主要取決于間層兩個表面間的輻射和對流換熱的能力；即取決于表面材料的輻射系數(shù)、間層形狀、厚度、設(shè)置方向（水平或垂直）及間層所處的環(huán)境溫度。,48,垂直封閉空氣間層輻射與對流傳熱量的比較,“1”線：間層空氣靜止態(tài)純導(dǎo)熱量?！?”線：間層空氣對流換熱量“3”線：間層空氣的總的傳熱量。輻射換熱量占總換熱量的70%“2”

29、線~”3”線：間層空氣的輻射換熱量。如圖：,49,減少空氣間層傳熱，提高間層熱阻,方法：1）將空氣間層布置在維護結(jié)構(gòu)的冷側(cè)，降低間層的平均溫度，減少輻射換熱量。2）在間層壁面上涂貼輻射系數(shù)小的反射材料，目前建筑中采用的主要是鋁箔。,50,隔熱保溫材料----絕熱材料,導(dǎo)熱系數(shù)越小，說明材料越不易導(dǎo)熱。工程上常將導(dǎo)熱系數(shù)λ＜0.3 W/（m · K）的材料稱為隔熱保溫材料或絕熱材料。如礦棉、泡沫塑料等。絕熱材料可以歸

30、納為三類： 輕質(zhì)成型材絕熱 空氣層絕熱 反射絕熱,51,隔熱保溫材料----絕熱材料,絕熱材料的選用主要性能達到以下指標(biāo)：導(dǎo)熱系數(shù)不易大于 0.25W/(m.K)表觀密度不宜大于 600Kg/m3抗壓強度不低于0.3MPa耐久性,常用的絕熱材料有機材料 絕熱性能好，耐熱性差，易腐朽。無機材料纖維材料、粒狀材料和多孔材料。,52,a)輕型成型材絕熱,53,輕型成型

31、材絕熱,54,輕型成型材絕熱,55,2.5、圍護結(jié)構(gòu)的傳熱阻,圍護結(jié)構(gòu)的熱阻越大，傳熱系數(shù)就越小，熱阻包括兩部分：一是表面換熱阻（分為內(nèi)表面換熱阻和外表面換熱阻）， 表面換熱阻在建筑熱工計算中，一般采用《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》推薦的數(shù)據(jù)，如p38表1.2-4、1.2-5二是結(jié)構(gòu)的熱阻（單層材料熱阻、多層和組合壁熱阻、 構(gòu)造中封閉空氣間層的熱阻）；,56,多層組合壁的熱阻：,如

32、果組合壁總出現(xiàn)了圓孔（樓板中的圓孔），應(yīng)先將圓孔折算成相等面積的方孔，其它尺寸不變。,57,2.6 平壁內(nèi)部溫度的計算,平壁內(nèi)部溫度的計算包括三方面：1）求壁體內(nèi)表面溫度。2）計算多層平壁內(nèi)任一層的內(nèi)表面溫度。3）求壁體外表面溫度.,58,平壁內(nèi)部溫度的計算:,1）求壁體內(nèi)表面溫度。2）計算多層平壁內(nèi)任一層的內(nèi)表面溫度。3）求壁體外表面溫度 計算公式如右式：,59,2.7 周期性不穩(wěn)定傳熱,在建筑實踐中真正的穩(wěn)定傳

33、熱是不存在的，圍護結(jié)構(gòu)所受到的環(huán)境熱作用是隨時間變化的，尤其是室外環(huán)境因不能進行人工調(diào)節(jié)，所以每時每刻都在變化。外界熱作用隨時間發(fā)生變化時，圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度和通過圍護結(jié)構(gòu)的熱流量也將發(fā)生變化。若外界熱作用隨時間出現(xiàn)周期性變化，這種傳熱過程叫周期性不穩(wěn)定傳熱。,60,2.7.1 諧波熱作用,在周期性波動的熱作用中，最簡單最基本的是諧波熱作用：即溫度隨時間的正弦或余弦函數(shù)作規(guī)則變化。一般用余弦函數(shù)表示，如下式：,在τ時刻的溫度，,61,

34、諧波熱作用的傳熱特征,平壁在諧波熱作用下具有以下幾個基本傳熱特性： 1）室外溫度和平壁表面溫度、內(nèi)部任意截面處的溫度都是同一周期的諧波動，都可用 余弦函數(shù)表示。2）從室外空間到平壁內(nèi)部，溫度波動振幅逐漸減小，即：室外溫度波的振幅（Ａe）＞平壁外表面溫度波的振幅（Ａｆ）＞平壁內(nèi)表面溫度波的振幅（Ａx），這種現(xiàn)象叫做溫度波的衰減。 （niu）傳熱衰減的程度，即為平壁的衰減倍數(shù)，3）從室外空間到平壁內(nèi)部，溫度波的相位逐漸向后推延

35、，即：室外溫度波的初相位（ te ）＜平壁外表面溫度波的初相位（ Φ ｆ）＜平壁內(nèi)表面溫度波的初相位（ Φiｆ ）。,62,諧波熱作用的傳熱特征,63,單向周期性熱作用的外圍護結(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫度變化情況,64,2.7.2諧波熱作用下材料和圍護結(jié)構(gòu)的熱特性指標(biāo),在周期性傳熱過程中，傳熱量的多少與材料蓄熱系數(shù)、材料層的蓄熱系數(shù)及材料層的熱惰性有關(guān)。1）材料的蓄熱系數(shù)（S）: 一勻質(zhì)半無限大壁體，在其一側(cè)受到周期性波動熱作用，迎波面（即直接受

36、到外界熱作用的一側(cè)表面）上接受的熱流振幅A q與材料表面溫度波動的振幅Aθ之比，叫材料的蓄熱系數(shù)。材料的蓄熱系數(shù)（S）反映了材料對波動熱作用反應(yīng)的敏感程度，在同樣波動熱作用下，蓄熱系數(shù)大的材料，表面溫度波動較小，即熱穩(wěn)定性好。,65,材料的蓄熱系數(shù)（S）的計算公式（按傳熱學(xué)理論S的計算公式如下：）,右式中：T ----熱流波動周期，以小時計，當(dāng)熱流波動周期為24小時，則得到24小時為周期的材料蓄熱系數(shù)S24。各種主要建筑材

37、料的S24查附錄1。,熱流波動的周期，以小時計，如以一天為周期的供熱則z=24h,材料的導(dǎo)熱系數(shù)，比熱，密度,66,2）圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面蓄熱系數(shù),內(nèi)表面蓄熱系數(shù)用Yi 來表示，定義、計算公式如下：,通過圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面熱流波動的振幅A與內(nèi)表面溫度波動振幅A之比，稱為維護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面蓄熱系數(shù)Y，以公式表示如下：,67,多層圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面蓄熱系數(shù),內(nèi)表面蓄熱系數(shù)的數(shù)值 和圍護結(jié)構(gòu)各層材料的性質(zhì)及厚度有關(guān)，大致可分為兩種情況加以考慮：當(dāng)圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)

38、表面有較厚的一種材料組成時，內(nèi)表面蓄熱系數(shù)可用這層材料的材料蓄熱系數(shù)( )值來表示。當(dāng)圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面材料層不很厚時，如由多層材料構(gòu)成的屋頂或外墻，其內(nèi)表面溫度的波動振幅不僅與面層材料的物理性質(zhì)有關(guān)，而且與其后面材料的性能有關(guān),即在順著熱流波動前進的方向與該材料相接觸的介質(zhì)（另一種材料或空氣）的熱物理性能和散熱條件對內(nèi)表面的波動也有影響。,68,圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面蓄熱系數(shù)的計算：（1）各層編號是從波動熱作用方向的反向編起的；（2）構(gòu)造層中

39、某一層為厚層時，該層的y=s，內(nèi)表面蓄熱系數(shù)可從該層算起，后面各層就不再計算,計算方法為：依照圍護結(jié)構(gòu)的材料分層，逐層計算。,69,3）圍護結(jié)構(gòu)的熱惰性指標(biāo),圍護結(jié)構(gòu)熱惰性指標(biāo)（D） 當(dāng)圍護結(jié)構(gòu)的表面受到周期性熱作用后，溫度波將向結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳遞，同時不斷衰減，直到背波面（如波動熱作用在外側(cè)，則指內(nèi)表面) 。熱惰性指標(biāo)是表明背波面上溫度波衰減程度的一個主要數(shù)值，它表明圍護結(jié)構(gòu)抵抗周期性溫度波動的能力。,70,圍護結(jié)構(gòu)的熱惰性指標(biāo)計算式：

40、,對單一材料圍護結(jié)構(gòu)，熱惰性指標(biāo)為材料熱阻與材料蓄熱系數(shù)的乘積。表示為：,對多層材料的圍護結(jié)構(gòu)，熱惰性指標(biāo)為各材料層熱惰性指標(biāo)之和：,R, S分別為各材料層的熱阻和蓄熱系數(shù)。,71,圍護結(jié)構(gòu)的熱惰性指標(biāo)計算,圍護結(jié)構(gòu)中空氣層的蓄熱系數(shù)（）為0，該層熱惰性指標(biāo)D為0。如圍護結(jié)構(gòu)中某層是有幾種材料組合時，則需先求出該材料層的平均熱阻R和平均蓄熱系數(shù)S，再加以計算。,72,溫度波的衰減與熱惰性指標(biāo)的關(guān)系,材料層的熱惰性指標(biāo)愈大，說明溫度波在

41、期間的衰減愈大。 溫度波的衰減與材料層的熱惰性指標(biāo)是呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系。,73,判斷材料層厚薄，看其熱惰性指標(biāo)是否大于1,溫度振幅衰減倍數(shù)達到2時，稱這層材料為“厚”層，或“劇烈波動層”， 按照公式：,如衰減倍數(shù)為2，則D值需等于1，由此得出以熱惰性指標(biāo)D是否大于1作為材料層是否為“厚”層的判斷。如200mm厚加氣混凝土D值為3.263，370mm厚的磚墻D值為4.856，在同樣條件下，后者的內(nèi)表面溫度波動小，溫度較穩(wěn)定。,74

42、,2.7.3 諧波熱作用下平壁的傳熱計算,計算要解決的問題： 當(dāng)圍護結(jié)構(gòu)一側(cè)或兩側(cè)同時受到周期波動的熱作用情況下，計算要解決的問題是求：圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的溫度。內(nèi)表面的溫度是熱工設(shè)計主要關(guān)心的問題。,75,諧波熱作用下平壁的傳熱計算,如平壁兩側(cè)（室內(nèi)、外）受到的諧波熱作用，分別為用下式表示，求內(nèi)表面溫度。,,-----為室外平均溫度；室內(nèi)平均溫度,76,周期性熱作用綜合過程分解成三個分過程（選學(xué)部分）,1）在室內(nèi)平均溫度

43、和室外平均溫度 作用下的穩(wěn)定傳熱過程。2）室外為周期性熱作用，室內(nèi)一側(cè)溫度不變，由此在平壁內(nèi)表面引起的溫度波動振幅為 3）室內(nèi)為周期性熱作用，室外一側(cè)其溫度不變，由此在平壁內(nèi)表面引起的溫度波動振幅為求每一個分過程的熱作用，在內(nèi)表面引起的溫度的合成，即為綜合過程在內(nèi)表面引起的溫度。,77,雙向諧波熱作用傳熱過程的分解,雙向諧波熱作用傳熱過程的分解,78,穩(wěn)定傳熱--室內(nèi)外按平均溫度計算,①在室、內(nèi)外平均溫度作用下，按穩(wěn)定傳熱計算

44、平壁內(nèi)表面的溫度。,②單向諧波熱作用-----室外溫度變化，室內(nèi)溫度視為穩(wěn)定,在外側(cè)諧波熱作用下所引起的內(nèi)表面溫度諧波。,79,穩(wěn)定傳熱-----室內(nèi)外按平均溫度計算,③單向諧波熱作用-----室內(nèi)溫度變化，室外溫度視為穩(wěn)定,在內(nèi)側(cè)諧波熱作用下所引起的內(nèi)表面溫度諧波。,80,確定綜合熱作用下內(nèi)表面的溫度,由以上三個分過程的振幅和初相位，確定內(nèi)表面合成波的振幅和初相位，從而確定內(nèi)表面的溫度（任一時刻的溫度和最高溫度）,-------為內(nèi)表

45、面的最高溫度,81,2.7.4 溫度波在平壁內(nèi)的衰減和延遲計算,在求雙向熱作用下平壁內(nèi)表面的溫度時，牽涉到衰減度和延遲時間的計算，本教材提出一種近似計算法，代入公式計算。a）室外為周期熱作用，室內(nèi)溫度視為不變情況下衰減倍數(shù)和延遲時間的計算。,當(dāng)周期Z=24小時，則延遲時間為：,82,溫度波在平壁內(nèi)的衰減和延遲計算,b） 室內(nèi)為波動熱作用，室外溫度視為穩(wěn)定情況下衰減倍數(shù)和延遲時間的計算公式：,當(dāng)Z=24小時，則內(nèi)表面的延遲時間為：

46、,83,作業(yè)：P71: （2） （6） （14） 另外：第1-2講課堂補充作業(yè)也要求完成！,84,課程回顧（1）,分析這幅圖，在建筑選材上給你了哪些提示？,85,課程回顧（2）,上面是單層墻壁的傳熱計算公式，三層墻壁的傳熱量怎么計算？,86,課程回顧（3）,從右邊這幅圖中，能敘述導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義嗎？,87,1、什么是玻璃的溫室效應(yīng)？2、傳熱的三個其本過程？3、人體與室內(nèi)環(huán)境的換熱是如何進