建筑围护结构的传热原理及计算分析.pptx

,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,#,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,2020/1/3,#,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,2020/1/3,#,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,维护结构的实际传热过程,吸热,传热,放热,表面吸热,结构传热,表面放热,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,表面热转移：,主要是对流换热和辐射换热，而对流换热包括导热和对流。,结构本身传热：,实体材料以导热为主；,空气层以辐射为主。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,维护结构的传热模型,1、稳定传热,室内、室外温度及结构内部温度,分布不随时间变化。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,2、非稳定周期性传热过程,温度随时间变化，且呈现周期性变化特点。即认为在外围结构的一侧或两侧有周期性的热作用。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,第1节 维护结构的传热过程,维护结构的传热有三种：,平壁传热,对流换热,辐射换热,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,1.1 平壁传热,定义：,指通过围护结构材料的传热,。在这里介绍经过单层平壁导热和经,过多层平壁导热。这里的“平壁”指,表面较为平整，面积比厚度大得多的,围护结构。,1.1.1 单层平壁导热,设一单层匀质平壁如图：厚度为,d,的平壁,内外温度分别为,i,、,e,（设,i,e,，且,均不随时间变化）。,热流方向垂直于平壁。,1 热传导过程及其影响因素分析,围护结构在稳定温度场中，由于两壁面存在热传导的动力即温差，,所以有热量将从围护结构内表面通过围护结构传导至围护结构外表面。,温差,i,-,e,：温差越大，热传导动力就越强，传导的热量就越多,厚度d：厚度越大，热流传导过程中的路径就越长，遇到的阻力就越,大，传导的热量就越少。,面积F：围护结构面积越大，传导的热量就越多。,时间：时间越长，传导热量积累就越多。,材料种类：材种不同，导热能力则不同。表征此能力的热工量即导,热系数。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,综合上述分析，如果设传导的总热量为Q，则：,式中 Q：导热的总热量，W,F：壁体的截面积，m,2,i,和,e,：分别为壁体两侧表面温度，,d：壁体的厚度，m,：壁体材料导热系数，W/m*k,：,导热时间，h,为了比较围护结构的导热能力，当取单位面积、单位时间分析,围护结构导热时，即围护结构的导热热流强度为：,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,我们将上式中的R=d/称为热阻，单位m,2,*K/W。热阻是热流通过壁体,时受到的阻力，反映了壁体抵抗热流通过的能力。,说明：,1）在同样的温差条件下，热阻越大，通过壁体的热量就越少，如,果要增加热阻，可以加大平壁的厚度d，或者选用导热系数小的材料,2）导热系数 它反映了壁体材料的导热能力，当材料层单位厚度,内的温差为1摄氏度时，在单位时间内通过1m,2,表面积的热量,3）影响材料导热系数的因素：,A 温度,实验证明，大多数材料的值与温度的关系近似直线关系：,=,0,+bt,式中,0,是材料在0度条件下的导热系数,b是经过实验测定的常数,B 材质,由于不同材料的组成成分或结构不同，其导热性能也就各不相同，并,有不同程度的差异。就常用非金属建筑材料而言，其导热系数值的差异,非常明显，如矿棉、泡沫塑料等材料的值比较小，而砖砌体、钢筋混凝,土等材料的值就比较大。至于金属建筑材料,如钢材、铝合金等,导热系,数更大。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,C 干密度,它反映材料的密实程度，干,密度越大材料的内部空隙越少，,导热性能也就越强。例如泡沫混,凝土、加气混凝土等多孔材料。,但是某些材料例外，当干密度降,低到某一程度后，如再继续降低,，其导热系数不仅不随之变小，,反而会增大。显然，这类材料存,在着一个最佳表干密度，即在该,干密度时，其导热系数最小。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,D 湿度,在一般的情况下，一般非金属,建筑材料并非绝对干燥，而是在不,同程度上含有水分，材料中的水分,占据了孔隙的一定体积。含湿量愈,大，水分所占有的体积愈多。水的,导热性能约比空气高20倍，因此，,材料含湿量的增大必然使导热系数,值增大。,砖砌体导热系数与重量湿度的关系,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,不同状态的物质导热系数相差很大,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,1.1.2 多层平壁导热,以三层材料组成的多层壁为例，如图，各,种材料层之间紧密配合，各层厚度分别为,d,1,、d,2,、d,3,，导热系数分别为,1,、,2,、,3,，平壁内外温度为,i,、,e,，并设：,i,e,，且不随时间变化，用,2,、,3,表示层间接触面的温度。,在这里，我们可以将多层壁看成三个,单层壁，分别算出通过每层壁的热流强度,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,对于多层复合壁体而言，由于每一层都是由单一材料组成的，在壁体两,侧稳定温度场的作用下，流经各层材料的热流强度都是相等的：,q=q,1,=q,2,=q,3,由上面四式可得：,这样我们就能得到n,多层壁的导热计算公,式：,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,那么围护结构内部各层接触面的温度为：,多层壁内第j层与第j+1层之间接触面温度：,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,1.2 对流换热,层流边界层：由于摩擦力作用，在紧贴固体壁面处有一平行于固体壁,面流动的流体薄层称为层流边界层。,1.2.1 对流换热量,当流体沿壁面流动时，一,般情况下在壁面附近也就是,在边界层内，存在着层流区,、过渡区和紊流区三种流动,情况，如右图：,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,我们用牛顿公式确定表面对流换热量：,式中 q,c,对流换热强度，W/m,2,c,对流换热系数，W/(m,2,*K),壁面温度，,t流体温度，,注意，这里的对流换热系数，不是固定不变的常数。,1.2.2 对流换热系数的确定,对流换热系数包含了影响对流换热强度的一切因素。建筑热工学中,常遇到的对流换热问题都是指固体壁面与空气的换热，具体情况见下,表：,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,1.2.3,对牛顿对流换热计算公式的变形处理,这里的R,c,=1/,c,为对流换热热阻。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,1.3 辐射换热,1.3.1 辐射换热的本质和特点,凡是温度高于绝对零度(K)的物体，由于物体原子中的电子振动或激,动，向外界空间辐射电磁波。辐射传热与导热、对流有着本质的区别。,电磁波的波长可从10,-6,m到数公里，不同波长的电磁波落到物体上可,产生各种不同的效应：,红外线：波长范围0.8-600m,热射线：波长范围0.4-40m,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,特点:,（1）辐射换热中伴随有能量形式的转化：,物体的内能电磁波另一物体的内能,（2）电磁波可在真空中传播，故辐射换热不需要有任何中间介质，也不,需要冷热物体直接接触,（3）一切物体，不论温度高低都在不停地对外辐射电磁波，辐射换热是,两个物体互相辐射的结果。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,1.3.2 热辐射的传播,吸收、反射和透射,当热辐射能投射到一物体的表面时，其中一部分被物体表面吸收,(absorption)；另一部分被物体表面反射(reflection)；还有一部,分可能透过物体(transmission)。,辐射热的吸收、反射与透射,不同材料表面对辐射热的反射系数,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,设有能量为I,0,的热射线投射到物体表面，如左图，则其中I,r,被反射，,I,被吸收，I,透过物体。,由能量守恒：I,0,=I,r,+I,+I,或 I,r,/I,0,+I,/I,0,+I,/I,0,=1,反射系数,吸收系数,透射系数,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,对 讨论,在自然界中并没有绝对黑体、绝对白体及绝对透明体。在应用科学中，常把吸收系数接近于1的物体近似地当作黑体。而在建筑工程中，绝大多数材料都是非透明体，对辐射能反射越强的材料，其对辐射能的吸收、透射就越少；反之亦然。,能将辐射热全部反射的物体称为,绝对白体,能全部吸收的,称为,绝对黑体,能全部透过的则称为,绝对透明体或透热体,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,1.3.3 物体的热辐射本领及其规律,凡温度高于绝对零度的物体都具有向外辐射能量的本领。为此，用“辐射本领,”来表示物体的热辐射能力。,A 全辐射本领：单位时间内在物体单位表面积上辐射的波长从0到范围的总能,量，称作物体的全辐射本领，通常用E表示。,B 单色辐射本领：单位时间内在物体单位表面积上辐射的某一波长的能,量称为单色辐射本领，通常用E,表示。,C 物体热辐射本领的取决因素：表面温度、辐射能力、组成与构造、颜,色光洁度等,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,“三体”的辐射光谱比较,黑体,：能吸收一切波长辐射的物体，同时还能向外发射一切波长的辐射能，在同温度下其辐射本领最大。“黑体”并不是指物体的颜色。,灰体,：辐射特性和辐射光谱曲线的形状与黑体辐射光谱曲线形状相似，且单色辐射本领不仅小于黑体同波长的单色辐射本领的物体。大多数建筑材料都可近似地看作灰体。,选择性辐射体,：只能吸收和发射某些波长辐射能的物体，并且其单色辐射本领总小于同温度黑体同波长的单色辐射本领。,同温度不同物体的热辐射光谱,1,黑体；2,灰体；3,选择性辐射体,物体辐射本领的量化,德国科学家斯蒂芬波尔兹曼（Stafan-Beltzmamn,),对黑体进行了分析,研究，得出:,即黑体的全辐射本领与其绝对温度的四次幂成正比,这一规律称为,斯波定律。,SB定律的实质：说明黑体的辐射本领与其绝对温度的关系。,且黑体的辐射本领随温度的升高而增加。,SB,定律的延伸（对灰体）,灰体的辐射本领：,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,灰体与黑体辐射本领的比较,根据克希科夫定律:在一定温度下物体对辐射热的吸收系数在数值上,等于其黑度。即物体的辐射能力愈大,它对外来辐射热的吸收能力也愈大。,反之，物体的辐射能力愈小，对辐射热的吸收能力也愈小。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,1.3.4 辐射换热计算,以上仅是对单一物体热辐射能力的讨论，由于通常情况下自然,界的物体都在进行不同程度的热辐射，而物体之间都在相互作用。,辐射换热实际上是物体之间热辐射相互作用下的综合结果。,A.两黑体间的辐射换热,1,2,模型:设有面积和温度分别为F,1,、T,1,和F,2,、T,2,的两个处于任意位置的黑体1、2,根据SB定律，两黑体向外辐射的热量为：,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,显然，,由于辐射是两物体之间的相互作用,就一个物体(黑体)而言,在,辐射过程中得失的净热量又如何呢？,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,同理:,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,其中：,Q,1-2,：为物体1传给物体2的净辐射热量，W,Q,2-1,：为物体2传给物体1的净辐射热量，W,T,1,、T,2,：分别为两物体表面的绝对温度，K,F,1,、F,2,：分别为两物体的表面积，m,2,C,b,：为绝对黑体的辐射系数,12,：为物体1对物体2的平均角系数,21,：为物体2对物体1的平均角系数,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,据传热学,可以证明:,B.两灰体之间的辐射换热量计算,灰体间的辐射换热计算比较复杂，因为灰体在辐射的同时，,还有反射问题。但对于黑度较大（4.7)的灰体，可仿照上式进行,计算，其误差不大（3%)，可以使用。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,任意相对位置两灰体的净辐射换热量为：,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,C.,两无限大平行平面间的辐射换热量计算,在建筑热工计算中,如果面积尺度比壁面间距大得多的平行平面,可按,此模型计算。,在此情况下，可认为一个表面的辐射热全部投射到另一个表面，因此,它们之间的平均角系数相等且等于1。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,D.,一个物体被另一个物体包围时的辐射换热计算,2,1,在此情况下,物体1的辐射热全部投射到物体2上,因此有:,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,1.3.5 辐射换热与对流换热公式的比较与化简,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,在建筑热工学中，我们常常会遇到需要研究某一围护结构表面与其他相对应的表面，一级室内外空间之间的辐射换热，这类情况可按照下面公式计算：,其中：,r,为辐射换热系数，单位W/(m,2,*K),C,12,为相当辐射系数，单位W/(m,2,*K),T,1,为物体1表面绝对温度，单位K，T,1,=273+,1,T,2,为物体2表面绝对温度，单位K，T,2,=273+,2,12,为物体1对物体2的平均角系数,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,在上式中，我们令：,则有：,因此：,在实际计算中，(1)当考虑一外围护结构的内表面与整个房间其他结构内表面,之间辐射换热时，则取平均角系数为1，并粗略地以室内气温代表,所有对应表面,的平均温度。,(2)当考虑围护结构外表面与室外空间辐射换热时，可将室外空间,假想为平行于维护结构外表面的无限大平面，此时的平均角系数同样为1，并以,室外气温近似地代表该假想平面的温度。,辐射换热强度可表达为:,傅立叶公式,牛顿公式,总结,第2节 平壁的稳定传热过程及其计算,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,平壁的传热过程,实际的建筑围护结构往往是三种基本传热的,综合作用,过程。如何计算,？,冬季,：内表面吸热,结构导热,外表面放热；,（热量由室内到室外）,夏季,：外表面吸热,结构导热,内表面放热。,（热量由室外到室内）,无论是冬季或夏季，热量传导的路径都是：,表面,结构本身,表面,（传热三过程）,2.1 平壁传热过程,多层平壁的温度分布,三层平壁围护结构为例，分析实际传热计算问题。,传热过程：,内表面主要以,对流、辐射,换热方式吸热；,围护结构本身,导热,；,外表面主要以,对流、辐射,换热方式放热。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,2.1.1 内表面吸热,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,其中：,q,i,：为平壁内表面单位时间、单位面积的吸热量（换热强度），W/m,2,q,ic,：为单位时间内室内空气以对流方式传给单位面积平壁内表面的,热量，W/m,2,q,ir,：为单位时间内室内其他表面以辐射换热方式传给单位面积平壁内,表面的热量，W/m,2,ic,：为平壁内表面的对流换热系数，W/(m,2,*K),ir,：为平壁内表面的辐射换热系数，W/(m,2,*K),i,：为平壁内表面的换热系数，W/(m,2,*K),t,i,：为室内空气温度（或其他表面的平均温度），,i,：为平壁内表面温度，,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,2.1.2 结构本身导热,由前面的推到，我们已经得出通过多层复合壁体的热流强度为：,2.1.3 外表面放热,同内表面吸热的换热量推到我们能得到：,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,q,e,：为单位时间内单位面积平壁外表面散出的热量（换热强度），W/m,2,对传热三过程热流强度的整理,因为讨论的是单向稳定传热，依次通过围护结构的热流强度应不变。即：,其中：,R,i,：平壁内表面换热阻，R,i,=1/,i,，m,2,*K/W,R：平壁的导热热阻，也就是上式R,0,的第二项，m,2,*K/W,R,e,：平壁外表面换热阻，R,e,=1/,e,，m,2,*K/W,R,0,：平壁的总热阻，m,2,*K/W,K,0,：平壁总的传热系数，K,0,=1/R,0,所以有：,q=(1/R,0,)*(t,i,-t,e,)=K,0,(t,i,-t,e,),第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,说明：,1平壁总传热系数K,0,：K,0,=1/(1/,i,)+(d/)+(1/,e,),物理意义：,当t,i,-t,e,=1时，在单位时间内通过平壁单位表面积的传热量，,单位：W/m,2,*K,2平壁的总传热阻R,0,：R,0,=(1/,i,)+(d/)+(1/,e,),物理意义：,表示热量从平壁一侧空间传到另一侧空间时所受到的总阻力,单位：m,2,*K/W,3平壁内、外表面及壁体内各层温度的计算：,2.2 封闭空气间层的传热,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,由于空气材料的导热系数非常小（是界定绝热材料导热系数的,1/10,），因此可把空气作为一种十分高效的保温隔热材料。在房屋建筑中，为了提高围护结构的热工性能，常把围护结构作成空腔，在其中设置封闭空气间层。,空气间层传热过程,2.2.1,封闭空气间层的传热工作机理,封闭空气间层的传热过程与固体材料层的传热迥然不同，在有限封闭空间内两个表面之间进行的热转移过程，是导热、对流和辐射三种传热方式综合作用的结果。,2.2.2 封闭空气间层的使用形式,（1）垂直封闭空气间层,当间层两界面存在温度差时，热面将热量通过空气层流边界层的导热传给空气层；由于空气的导热性能差，空气层的温度降落较大，随后热表面附近的空气将上升，冷表面附近的空气则下沉，进入自然对流状态，温度变化较为平缓；当靠近冷表面时，又经过层流边界层导热，热量传到冷表面。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,（,2,）水平封闭空气间层,在水平空气间层中，当上表面温度较高时，间层内空气难以形成对流；而当下表面温度较高时，热空气上升和冷空气下沉形成了自然对流。因此，间层下表面温度高于上表面时对流换热要比上表面温度高于下表面时强一些。总之，在有限封闭空间内空气伴随着导热会产生自然对流换热，对流换热的强度与间层的厚度、位置、形状等因素有关。既然空气间层两侧表面存在着温度差，两表面材料又都有一定的辐射系数或者黑度，根据前面所述的辐射换热原理可知封闭空气间层中必然存在着辐射换热。其辐射换热量取决于间层表面材料的辐射系数或黑度和间层的温度状态。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,不同状态下封闭空气间层内的自然对流情况,（,a,）较厚的垂直间层；（,b,）较薄的垂直间层,（,c,）热面在上的水平间层；（,d,）热面在下的水平间层,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,（3）封闭空气间层热阻的影响因素及改善措施,通过间层的辐射换热量与间层表面材料的辐射性能和间层的平均温度,高低有关。,对于普通空气间层，在总的传热量中，辐射换热占的比例很大。,当间,层厚度超过4,cm,时，增加间层的厚度并不能有效地减少传热量。要减少,空气间层传热量必须减少辐射传热量。为此，应设法减小间层表面的辐,射系数。,为了减少辐射换热量，最有效的是在间层壁面上涂贴辐射系数小的反,射材料，目前采用的主要是铝箔。一般建筑材料的辐射系数为4.65-5.23,而铝箔的辐射系数仅为0.29-1.12。所以将铝箔贴于间层壁面，改变壁面,的辐射特性，能够有效地减少辐射换热量。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,右图说明了空气间层内，在单位,温差下通过不同传热方式所传递,的各部分热量的分配情况。,图中曲线4和曲线5分别表示,间层的1个表面和2个表面贴上铝,箔后的传热情况。当一个表面贴,上铝箔后，间层的总传热量由曲,线3下降到曲线4，成效显著；当,两个表面都贴上铝箔后，总传热,量由曲线4下降到曲线5，较一个,表面贴铝箔的效果又有增加，但,减少的传热量并不多。,垂直封闭空气间层内不同传热方式的传热量比,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,增大空气层热阻减少辐射换,热量的措施：,1）铝箔贴在高温一侧,2）将空气层设在低温侧,3）设置多层空气层,（4）应用封闭空气间层时应注意的几个问题,1）在建筑围护结构中采用封闭空气间层可以增加热阻，并且材料,省、重量轻，是一项有效而经济的技术措施。,2）如果构造技术可行，在围护结构中用一个“厚”的空气间层不,如用几个“薄”的空气间层。,3）为了有效地减少空气间层的辐射传热量，可以在间层表面涂贴,反射材料，一般在一个表面涂贴，并且是在温度较高一侧的表面，以,防止间层内结露。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,2.3 平壁总热阻的计算,根据公式q=(1/R,0,)*(t,i,-t,e,)=K,0,(t,i,-t,e,)，可知平壁的总热阻为内表面换热,阻、壁体传热阻以及外表面换热阻之和，即R,0,=R,i,+R+R,e,。因此，要计算,出平壁的总热阻必须先求出各个部分热阻值。,1）内表面换热阻,内表面热阻是内表面换热系数的倒数，两者只要求出一个另一个也,就求出来了。这两个参数在规范中都已经给出：,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,2）外表面换热阻,外表面换热阻与内表面换热阻类似，为外表面换热系数的倒数，规范,中确定的数值如下表：,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,3）壁体传热阻,按照壁体构造与材料的不同，可分为单一材料层、多层匀质材料,层、组合材料层与封闭空气间层等类型。,a）单一材料层的热阻 单一材料层是指壁体在垂直于热流方向由一,种材料作成的构造层，例如砖砌体、混凝土、钢筋混凝土、粉刷层、,装饰层等。其热阻为：,R=d/,其中：R为材料层的热阻（m,2,K/W）,d为材料层的厚度（m）,为材料的导热系数W/(m*K),第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,b）组合材料层的热阻 在建筑工程,中，常有在围护结构内部个别层次由二种以上材料组合而成的情况。例如各种形式的空心砌块、填充保温材料的墙体等。这种构造层在垂直与热流方向已非匀质材料，内部也不是单向传热。在计算热阻时，在平行于热流方向沿着组合材料层中不同材料的界面，将其分成若干部分，如右图所示。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,组合材料层的平均热阻按照下式计算：,其中：为平均热阻，m,2,*K/W,F,0,为与热流方向垂直的总传热面积，m,2,F,1,、F,2,F,n,为组合壁各材料所占的面积，m,2,R,0，1,、R,0，2,R,0，n,为各个传热部位的总传热阻，m,2,*K/W,Ri：平壁内表面换热阻，m2*K/W,Re：平壁外表面换热阻，m2*K/W,：修正系数，按照下表取值,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,按照上表去修正系数的值时，应注意以下几点：,c）多层匀质材料层的热阻 在壁体垂直与热流方向由多层匀质材料作,成的构造层，例如有内外粉刷的砖墙、平屋顶各构造层等都可以视为多,层匀质材料层。显然，其热阻为各单一材料层热阻之和，即：,R=R,1,+R,2,+R,n,d）封闭空气间层的热阻 在围护结构中若因构件、构造或装修的要求,设有封闭空气间层，应按构成间层的材料、间层位置、厚度和热流方向,等因素按封闭空间热阻值表查出数值，再计入围护结构总热阻之中。,综上所述，围护结构总热阻应按下式计算：,R,0,=R,i,+R+R,ag,+R,e,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,例 计算右图所示墙体的总热阻和总传热系数。如果要求墙体的总传热系数不超过1.0W/(m,2,*K)，则还应增加厚度为多少的保温层(假定拟采用的保温材料的导热系数为0.035W/(m,2,*K),解：(1)通过查表得出内表面换热阻和冬季时外表面换热阻分别为：R,i,=0.11 m2*K/W 和,R,e,=0.04 m2*K/W,(2)由附录1查出各个材料层导热系数：,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,(3)计算平壁传热阻,(4)计算总传热阻以及传热系数,(5)计算所需保温层厚度,若使平壁的总传热系数不超过1.0W/(m2*K)，即总热阻不超过1.0 m2*K/W,，则另需增加保温层的传热阻值为R,4,=1.0-0.493=0.507 m2*K/W。因此保温层厚度d应不少于0.507*0.035=0.0177m，大约为18mm。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,2.4 平壁内部温度的确定,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,研究意义,：,围护结构内部温度和内表面,温度也是衡量和评价围护结构热工性能的重要依据。为了检验内表面和内部是否会产生凝结水以及内表面温度对室内热环境的影响，都需要对所设计的围护结构内部进行温度核算。,多层平壁的温度分布,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,现在以上图多层匀质平壁为例。在稳定传热条件下，通过平壁的热,流量与通过平壁各构造层的热流量相等。,根据q=q,i,得：,由此可得到平壁内表面温度：,根据q=q,1,=q,2,得：,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,由上两式可以得出：,同样可知，多层平壁内任一层的内表面温度为：,式中,是顺着热流方向从第1层到第m-1层的热阻之和,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,又因q=q,e,得：,由此可得出外表面温度：,或,应当指出，在稳定传热条件下，当各层材料的导热系数为定值时，每一材料层内的温度分布是一条直线，在多层平壁中则是一条连续的折线，材料层内温度降落的程度与该层的热阻成正比，材料层热阻越大，在该层内的温度降落也就越大。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,例 已知室内气温为16，室外气温为-8，试计算通过右图所示三层平壁的内部温度分布。,平壁内部温度分布,解 由前面的例题，已知,R,i,=0.11 m,2,K/W，R,e,=0.04m,2,K/W，,R,1,=0.025m,2,K/W，R,2,=0.296m,2,K/W，,R,3,=0.022m,2,K/W，R,0,=0.493m,2,K/W。,那么平壁各层界面温度为：,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,壁体内部温度的图解法,根据：,其中，t,i,、R,0,、R,i,和t,e,都是常量，所以,m,是变量R,j,的一次函数，若以热阻为横坐标画出壁体的截面图，则温度分布为一条直线。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,具体做法如下图：,第3节 湿空气的物理性质,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,研究意义：,自然环境中的房屋建筑，除受热的作用之外，潮湿是另一个重要的影响因素。大气层中存在大量的水分，会以各种方式与途径渗入建筑围护结构。建筑材料受潮后，可能导致强度降低、变形、腐烂、脱落，从而降低使用质量，影响建筑物的耐久性。围护结构中的保温材料受潮，将使其导热系数增大，保温能力降低。潮湿的材料还会孳生木菌、霉菌和其他微生物，严重危害环境卫生和人体健康。,因此在设计中，除需考虑改善热环境和围护结构热状况外，还须注意改善建筑物的湿环境和围护结构的湿状况。热与湿既有本质的区别，又相互联系和影响，热与湿是研究和处理建筑热环境的不可分割的问题。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,3.1 湿空气的物理性质,影响围护结构湿状况的因素很多，属于建筑热工学研究范畴的，主要是空气中的水蒸气在围护结构内表面及内部凝结而引起的湿状况。,自然界中的空气包含许多种不同的气体，也可归纳为干空气与水蒸气两类。凡是含有水蒸气的空气通称为湿空气。因此，湿空气的压力等于干空气的分压力和水蒸气分压力之和。即：Pw=Pd+P,式中 Pw 湿空气的压力(Pa)；Pd 干空气的分压力(Pa)；P 水蒸气的分压力(Pa)。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,建筑环境中一般都是湿空气。空气中所含的水分愈多，则水蒸气分压力愈大。在一定的温度和压力条件下，一定体积的空气所能容纳的水蒸气量有一定的限度，极限值的大小却随空气的温度和压力而变。水蒸气含量达到极限值时的空气称为饱和空气，否则称为未饱和空气。空气中水蒸气呈饱和状态时水蒸气部分所产生的压力，叫做“饱和蒸气压”或“最大水蒸气分压力”，常用Ps表示。Ps值随温度的升高而增大；未饱和空气的水蒸气分压力用P表示。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,3.2 湿空气的表征,A.绝对湿度:,单位体积空气所含水蒸气的质量称为空气的,绝对湿度,。,绝对湿度一般用f（g/m,3,）表示，而饱和空气的绝对湿度用饱和蒸气量f,max,（g/m,3,）表示,绝对湿度说明空气在某一温度状态下实际所含水蒸气的质量，但并不能直接说明空气的干、湿程度。只有在相同温度条件下，才能依据绝对湿度来比较空气的潮湿程度。,B 相对湿度,相对湿度是指一定温度及大气压力下，空气的绝对湿度f与同温度下饱和蒸气量f,max,的比值。一般用百分数表达，用表示：,=f/f,max,*100%,由于在一定温度条件下，空气中的水蒸气含量与水蒸气分压力成正比，因此相对湿度也可以用空气中的水蒸气分压力P与同温度下的饱和蒸气压力P,s,之比的百分数来表示：,=P/P,s,*100%,显然，相对湿度反映了空气在某一温度时所含的水蒸气分量接近饱和的程度，相对湿度越小空气就越干燥，容纳水蒸气的能力就较强；如果相对湿度越大，则空气就越潮湿，能容纳水蒸气的能力就较弱。当相对湿度为0的时候，表示空气中全是干空气，即绝对干燥；反之当相对湿度为100%时，则表示空气已经达到饱和。我们依据,值的大小就能直接判断空气的干湿程度。,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,第二章 建筑围护结构的传热原理及计算,C 露点温度,一定温度的空气,其含水蒸气量是一定的.对不饱和的空气因其温度下降而使达到饱和,即冷却到它的相对湿度达到100时所对应的温度称为该状态下空气的露点温度，以t,d,表示。如果继续降温，空气中的水蒸气就有一部分液化成水珠析出，温度降得愈低，析出的水愈多。这种由于温度降到露点温度以下，空气中水蒸气液化析出的现象称为冷凝。,相对湿度、温度与水蒸气分压力之间的关系,