围护结构传热原理与计算PPT78页.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二部分材料,构造,围护结构,2.1,围护结构传热与热物性的,基本概念,2.2,围护结构,稳定传热,原理与计算,2.3,围护结构,周期性不稳定传热,原理与计算,2.4,建筑传湿,2.1,围护结构传热与热物性的基本概念,一、传热的基本概念,二、传热的三种基本方式,三、湿空气的热物理性质,四、建筑材料的热物理性质,一、传热的基本概念（,Heat transfer,）,室内空气通过围护结构与室外空气进行热量传递的过程，称为,围护结构,的,传热过程,整个过程分三个阶段,吸热阶段：对流和热辐射的方式,导热阶段：固体导热的方式,放热阶段：对流和热辐射的方式,温度场：某一时刻所有各点的温度分布叫温度场,稳定温度场,不稳定温度场,back,Higher temp,Lower temp,二、传热的三种基本方式,传热的动力是温差,导热（,conduction,）,1,）导热的机理,当物体各部分之间不发生相对位移或不同的物体直接接触时，依靠物质的分子、原子及自由电子等,微观粒子的热运动,而产生的热量传递称导热。理论上在固体、液体、气体中均可发生。,导热的计算,单层平壁导热计算,材料导热系数,导热系数,：指,厚度为,1m,的材料，当,两侧表面温差为,1K,时，在,单位时间,内通过,1m,2,表面积,的导热量,热流密度：单位时间内通过单位面积传递的热量,2,）材料的导热系数及其影响因素,材质的影响,附录,1,工程上通常把导热系数小于,0.3 W/(mK),的材料称为绝热材料,材料干密度的影响,材料含湿量的影响,3,）热阻：热流通过平壁是所受到的阻力，即平壁抵抗热流通过的能力,例,1.2-1,注意加气混凝土与粘土砖的导热系数,EPS,：发泡型聚苯乙烯泡沫塑料,XPS,：挤塑聚苯乙烯泡沫板，简称挤塑板,EPS,XPS,保温效果：聚氨酯泡沫最好，挤塑板次之，苯板最差,耐冷热性能：聚氨酯泡沫最好，挤塑板次之，苯板最差,吸水率（性）：挤塑板最低，聚氨酯次之，苯板最易吸水,使用寿命：聚氨酯泡沫最长，挤塑板次之，苯板最差,价格：聚氨酯泡沫最高，挤塑板次之，苯板最低,聚氨酯现场发泡（喷涂）可直接现场喷涂成型（液体膨胀），成型、运输方便；其他两种板材需要运输、粘贴，较为麻烦且会存在一定的破损，有拼接缝存在。,考虑到防火，上述材料现在仅用于屋面，禁止用于墙面,墙体保温材料,无机硅酸盐类,玻化微珠,是一种以天然矿石珍珠岩也叫火山岩为原料，经过玻化炉,1100,左右，从低温到高温，生产出的一种由表面玻化硬壳球体蜂窝状的颗粒产品，理化性能十分稳定，耐老化耐候性强，具有优异的绝热,防火,吸音性能，适合诸多领域中作轻质填充骨料和绝热,防火,吸音,保温材料。,导热系数为,0.0280.048W/mK,多层平壁导热计算,假设：各层材料本身既不发热也不蓄热,多层平壁的总热阻是各层材料热阻之和,组合壁导热计算,面积加权平均,对流（,convection,）,对流是指流体各部分之间发生,相对位移,，依靠冷热流体互相掺混和移动所引起的热量传递方式,自然对流：由于流体冷热部分的密度不同而引起的,强制对流,对流换热：,壁面和流体之间在对流和导热同时作用下进行的热量传递,壁面和流体主流区之间的换热,边界层,20,的空气沿壁面流动，当主流区速度为,0.5m/s,时边界层厚度约为,30mm,主流区,对流换热的简单计算,热辐射（,radiation,）,物体通过电磁波来传递热量的方式称辐射，因自身温度的原因发出辐射能的现象称,热辐射,辐射换热的三个特点,热辐射可以在,真空,中传播,热辐射不仅产生能量传递，还在传递过程中伴随着能量形式的转换,一切物体，不论温度高低都在不停地发射辐射热,160380nm,：紫外线,380760nm,：可见光,7602500nm,：红外线,常温物体的辐射,长波辐射（,=3000nm,）,太阳辐射,短波辐射（,3000nm,）,凉棚下和室内的热感觉有何不同？为什么？,物体对辐射热吸收、反射和透射的一般概念,外来辐射热,Q,反射,透射,吸收,能量守恒原理,+=1,绝对黑体（黑体）：,=1,绝对白体（白体）：,1,绝对透明体（透明体）：,1,固体和液体：红外辐射范围内，,0,，,+,1,气体：,0,，,+=1,吸收率、反射率和透射率与材料性质和波长的关系,对长波辐射的吸收率,等于,本身的黑度,善吸收者善反射,太阳辐射的吸收率,不等于,本身的黑度，因为黑度是专门表征,长波辐射能力,的参数,物体表面对外来辐射热的反射率随波长而变化,白色表面：对短波辐射反射能力强（围护结构外饰面）,抛光的金属铝表面：对各种波长辐射热的反射能力都很强,黑色表面：对各种波长辐射热的反射能力都很小,物体向外发射辐射热的一般概念,辐射力,E,：物体在,单位时间,内,单位表面积,向半球空间所有方向发射的,全部波长,的辐射能的总量（,W/m,2,）。,辐射系数,C,：表征黑体向外发射辐射能力的热物理常数,C,b,5.67W/(m,2,K,4,),：黑体的辐射系数,针对某一特定波长的辐射力叫单色辐射力（,W/m,2,m,）,物体的单色辐射力随温度和波长而变化,普朗克定律：黑体的温度升高时，黑体单色辐射力的,最大值也升高,并且,向短波方向移动,黑度,：灰体的辐射力与黑体的辐射力之比,辐射换热的计算,表,1.2,2,back,节能氟碳涂料充分利用材料的这种属性，对短波辐射的吸收率,(,发射率,),极低，约为,15,，而对长波波段的辐射吸收率,(,发射率,),高达,90,，基于此，建筑外表面的节能氟碳涂料在白天对可以最大限度的减少太阳辐射的吸收，而到了夜间，室内及围护结构中的热量能够以热辐射的形式迅速发散，从而使室内与室外以相似的速率降温，这对于节约能源和提高室内舒适度影响很大。,四、建筑材料的热物理性质,（一）,基本,热物理量,比热容,c (kJ/kg,K,),建筑材料受潮或含水后，比热容会提高，并且随着材料湿度或含水率的增大而增大,导热系数,(W/(m,K),指,厚度为,1m,的材料，当,两侧表面温差为,1K,时，在,单位时间,内通过,1m,2,表面积,的导热量,通常把导热系数小于,0.3 W/(m,K),，用在工程上的材料称为绝热材料（附录,1,）,影响因素,材料的密度：材料的孔隙率 最佳密度（图,1,19,）,湿度：材料含水后，导热系数显著增大,温度：温度越高，导热系数越大,辐射系数,C,取决于：,材料的种类,表面温度：温度升高，表面系数增大，常温范围内可忽略,表面状况：高度磨光的表面辐射系数低,蒸汽渗透系数,表征,1m,厚,的物体，两侧,水蒸气分压力差为,1Pa,，,单位时间,内通过,1,m,2,面积,渗透的水蒸气量,影响因素,密度：密度越大，透气性越差,孔隙率,1.2,围护结构稳定传热原理与计算,一、围护结构的稳定传热过程,二、围护结构的传热阻,三、围护结构内部的温度分布计算,一、围护结构的稳定传热过程,1,、计算,内表面换热,热流,传热方式：,表面上的空气对流,和,表面与室内环境的热辐射,内表面换热系数,i,概括了内表面与环境之间通过对流和辐射方式,综合换热的能力,内表面换热阻,R,i,=1/,i,2,、计算,围护结构导热,热流,3,、计算,外表面换热,热流,4,、综合上述三阶段的计算结果,围护结构的传热系数,K,0,表示围护结构两侧空气温度差为,1,，单位时间内通过,1m,2,面积传递的热量,围护结构传热阻,R,0,=R,i,+,R+R,e,围护结构的传热系数,K,0,=1/,R,0,二、围护结构的传热阻,指围护结构传热过程中热流沿途所受到的热阻之和,（,1,）表面换热阻,内表面换热阻（表,1,6,）,外表面换热阻（表,1,7,）,（,2,）围护结构的热阻,单层材料层,多层材料层 材料层的热阻,组合材料层,廉价材料和构造,往往很节能,西部荒漠区,银川生态民居示范规划设计,方案,1,草砖墙体系、,被动太阳能采暖、自然通风技术,方案,2,多孔砖保温体系、,太阳能供暖、自然通风技术,方案,3,生土结构、,太阳能采暖与热水、,被动式降温技术,分别适应不同户型、面积和等级,（建筑节能率均为,80%,）,多孔砖、草砖墙,构造、石材基础,落成后实景,（,4,万余平方米）,抗震性能试验实景,构造中的,空气层热阻,（传热过程同时包括了导热、对流、辐射）,封闭空气层的热阻,(,表,1,8),提高空气层热阻要,限制其辐射换热,垂直空气间层,与,水平空气间层,表面贴铝箔等热反射层,限制空气间层内的辐射换热，效果显著,双层铝箔比单层铝箔的改善效果不明显,为防止结露，铝箔贴于热表面,渗风对空气层热阻的影响,思考：从辐射换热的角度考虑，空气层宜设于围护结构冷侧还是热侧？,降低间层平均温度，减少辐射换热量，宜设于冷侧。,例,1-6,三、围护结构内部的温度分布计算,室内外空气温度一定，空气温度分布是平直线,表面边界层内的温度分布是曲线，当空气温度高于表面温度时曲线上凸，反之，曲线向下凹,各材料层内部的温度分布是一条从高温界面到低温界面的折线，折线的斜率与材料层热阻成正比,1.3,围护结构周期性不稳定传热原理与计算,一、周期性热作用的概念,二、半无限大物体周期性传热的特征,空气温度、表面温度、物体内部温度以,同,样的,周期,波动,从空气温度到表面温度再到物体内部温度，温度,波幅,依次,衰减,从空气温度到表面温度再到物体内部温度，在温度波的传播方向上各点温度波,相位,依次向后,延迟,三、有限厚度平壁周期性传热的特征,空气温度、外表面温度、内表面温度以,同,样的,周期,波动,从空气温度到外表面温度再到内表面温度，温度,波幅,依次,衰减,穿透衰减倍数,从空气温度到表面温度再到物体内部温度，在温度波的传播方向上各点温度波,相位,依次向后,延迟,四、围护结构周期性传热过程,单纯的稳定传热过程,单纯的外侧谐波作用过程,单纯的内侧谐波作用过程,五、衰减倍数和延迟时间的计算,Building Information Modeling,建筑信息模型,三、湿空气的物理性质,湿空气的组成,湿空气的状态参数,大气压力（湿空气总压力）：环绕地球的空气层对单位地球表面积形成的压力,p,水蒸气分压力与饱和水蒸气分压力,p=p,g,+p,q,back,空气湿度：表示空气的干湿程度,绝对湿度,f=m,q,/V,含湿量,d=m,q,/m,g,相对湿度,(,表,1,4),露点温度：,在湿空气的压力和含湿量不变的情况下冷却空气，这时湿空气的相对湿度会随着温度的下降而提高，当相对湿度达到,100%,时湿空气就成了饱和湿空气，此时的温度就是湿空气的露点温度,