建筑物理第三讲：建筑围护结构的传热计算与应用.ppt

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1、第三讲：第2章：建筑围护结构的传热计算及应用Zhang-Xiuxin1本讲主要内容：3.1建筑围护结构的传热过程3.1.1建筑围护结构热转移方式3.1.2围护结构的传热过程和传热量3.1.3结构传热的两种方式3.2稳定传热3.2.1）一维稳定传热特征3.2.2）单层平壁的导热和热阻3.2.3）平壁的稳定传热过程3.2.4）封闭空气间层的热阻3.2.5）平壁内部温度的计算3.3周期性不稳定传热23.1建筑围护结构的传热过程房屋围护结构时刻受到室内外的热作用，不断有热量通过围护结构传进传出。在冬季室内温度高于室

2、外，热量有室内传向室外；在夏季则正好相反，热量由室外传向室内。33.1.1建筑围护结构热转移方式热转移方式有三种：传导（Conduction），是固体内热转移的主要方式；对流（Convection），是流体即液体与气体内热转移的主要方式辐射（Radiation），是自由空间热转移的主要方式。43.1.2围护结构的传热过程和传热量传热的3个基本过程及每个过程的主要传热方式表面感热、构件传热、表面散热5传热的三个其本过程表面吸热----冬季内表面从室内吸热，夏季外表面从室外空间吸热；结构传热----热量由高温表

3、面传向低温表面；表面放热----冬季外表面向室外空间散发热量，夏季内表面向室内散热。每一个传热过程都是三种基本传热方式的综合过程。表面吸热和表面放热的机理是相同的，称为“表面换热”6结构传热在建筑热工学中，结构传热只对平壁传热作叙述，平壁不仅包括平直的墙壁、屋顶、地板，也包括曲率半径较大的墙、穹顶等结构。本教材的结构传热只讨论一个方向的热流传递，即一维传热或单向传热。依据室内外温度的特点，结构传热分为两种方式：1）稳定传热；2）不稳定传热。7结构传热的两种方式稳定传热（恒定的热作用）：结构两侧（室内和室外）

4、有温差，且室内温度和室外温度不随时间而改变。冬季采暖房屋外围护结构的保温设计，一般按稳定传热计算。8结构传热的两种方式不稳定传热（周期热作用）：结构两侧有温差，但温差方向的温度不是恒定而是随时间在变化。在建筑上遇到的不稳定传热多属周期性不稳定传热，即热作用和结构内部温度呈周期性变化。按热作用的情况，不稳定传热分为：1）单项周期热作用（如空调房间的隔热设计）；2）双向周期热作用（如自然通风房间夏季隔热设计）。9不稳定传热（a）单项周期热作用；（b）双向周期热作用周期性不稳定传热作用：即热作用和物体内部温度呈周

5、期性变化。103.2稳定传热3.2.1一维稳定传热的特征a）在单位时间、单位面积上通过平壁的热量即热流强度q处处相等。就平壁内任一截面而言，流进流出的热量相等。b）同一材质的平壁内部各界面温度分布呈直线关系。11一维稳定传热的计算公式式中：t2-低温表面温度t1-高温表面温度q-热流密度，w/m2即单位面积上的热流量或热流强度。d-单一实体材料的厚度。123.2.2平壁内的导热过程a）单层匀质平壁的导热：计算公式中d/λ定义为热阻，用R表示热阻定义：是热量由平壁内表面（θi）传至外表面（θe）过程中的阻力，

6、表示平壁抵抗热流通过的能力。热阻越大，通过材料的热量越小，围护结构的保温性能越好。热组：单层匀质平壁的稳定导热方程：13b)多层平壁的导热多层平壁：由几层不同材料组成的平壁。如双面抹灰的砖砌墙体。14多层平壁的导热多层平壁导热计算公式：多层平壁的总热阻等于各层热组的总和15c)多种材料组成的组合材料层的平壁导热在实际应用中围护结构有时是两种或两种以上的材料组合而成的复合结构，如空心楼板、带肋的填充墙等。如图16多种材料组合成的平壁导热求组合壁的导热量q，关键是求组合壁的平均热阻R，其R的计算公式如下：平均热

7、阻-----与热流方向垂直的总传热面积按平行于热流方向划分的各个传热面积各个传热面部位的传热组内表面换热阻，取0.11.内表面换热阻，取0.04修正系数，查课本表2-1173.2.3平壁的稳定传热过程a）内表面吸热qI：b）平壁材料层的导热qλ：c）外表面的散热qe：一维稳定传热过程qi=qλ=qe通过平壁的传热量q为：平壁的传热系数，其物理意义：当温差为1℃时，在单位时间内通过平壁单位面积的传热量。18计算平壁稳定传热的几个物理量可以查表的量：αi平壁内表面的换热系数Ri平壁内表面的换热阻Re平壁外表面

8、的换热阻αe平壁外表面的换热系数计算的量R0平壁的传热阻K0平壁的传热系数，193.2.4）封闭空气间层的热阻静止的空气介质导热性很小，在建筑设计中常用封闭间层作为围护结构的保温层。空气间层的传热：是有限空气层的两个表面之间的热转移过程，包括对流换热和辐射换热。空气间层的热阻主要取决于间层两个表面间的辐射和对流换热的能力；即取决于表面材料的辐射系数、间层形状、厚度、设置方向（水平或垂直）及间层所处的环境温度。20