建筑物里（热）.doc

第一章建筑热工学基础知识第一节建筑中的传热现象heattransmittingphenomenainbuilding（1）热量的传递称为热传递。自然界中，只要存在温差就有传热现象，热能由温度较高部位传至温度较低部位。（2）冬天：不论供暖房间还是非供暖房间，热流必然由室内流向室外夏天：白天由室外到室内。夜间取决于室外温度。第二节维护结构的传热基础知识basicknowledgeofheattransmissionforenvelopestructure（1）导热heatconducting物体中有温差时由于直接接触的物质质点做热运动而引起的热能传递过程。在固体、液体和气体中都存在。导热现象：同一物体内部或相接触的两个物体之间由于分子热运动，热量由高温处向低温处转换的现象。1）温度场、温度梯度和热流密度A温度场temperaturefield：在某一时刻物体内个点的温度分布。T=f(x,y,z,)B稳定温度场steady-statefield：温度分布不随时间变化C不稳定温度场unsteady-stateconduction：温度分布随时间变化（通常环境认定状态）D等温面isothermalsurface：温度场中同一时刻由相同温度各点相连形成的面。E温度梯度temperaturegradient：温度差t与法线方向两等温面之间距离n的比值的极限。2）傅里叶定律formulaofthermaltransmissionq=-t/n（q热流密度；比例常数，材料导热系数）3）导热系数coefficientofthermaltransmission=q/(t/n)W/(mK)=0+bt（00度时的导热系数；b常数）当温度梯度为1度/m时，在单位时间内通过单位面积的导热量。导热系数越大材料导热能力越强。4）影响导热系数因素factorsofinfluencingthermalconductionA材料material绝对热材料heatinsulationmaterial=0.25不流动的空气=0.0060.6（很好的绝热材料）B密度density越大，内部孔隙越少，导热性越强C含湿量moisturecontent水导热性比空气约高20倍，因此材料含湿量越高，导热性越高。（2）对流convection只发生在流体之中，它是因温度不同的各部分流体之间发生相对运动，互相参合而传递热能的。对流现象：流体与流体之间、流体与固体之间发生相对位移时所产生的热量交换现象。1）自然对流与受迫对流naturalconvection&forcedconvection自然对流：本来温度相同的流体，其中某一部分受热（或冷却）而产生温差，形成对流运动。受迫对流：因受外力作用（风吹、泵压），迫使流体产生对流。2）边界层内流体流动情况basicflowbehaviorofconvectionforlayersA层流层laminarlayerB过渡区transitionlayerC紊流层turbulentlayer3）对流换热公式formulaofthermalconvectionqc=c(t-)qc对流换热强度，W/m2；c对流换热系数；t流体温度；固体表面温度（3）辐射radiation以电磁波传递热能的，凡温度高于绝对零度的物体都能发射热辐射。辐射现象：热量以电磁波的形式把热量由一个物体传向另一个物体。1）物体的辐射特性A按物体辐射光谱特性分类a）黑体：能发射全波段的热辐射，在相同温度下，辐射能力最大。b）灰体：其辐射光谱具有与黑体辐射光谱相似的形状，切对应每一波长的单色辐射能力与同温同波长的黑体的壁纸为一常数。一般建筑材料都可看做灰体c）非灰体：其辐射光谱与黑体光谱完全不同，有的甚至只能发射某些波长的辐射线。B辐射量radiation（黑体和灰体）E=C(T/100)4E物体的辐射本领，W/m2C物体辐射系数，W/m2K4T物体表面的绝对温度，KCfourinteractionsofradiation透射transmittance、吸收absorptance、反射reflectance、辐射emittance2）物体表面对外来辐射的吸收与反射absorptive&reflectanceabilityofradiationA材料对热辐射吸和反射收性能材料辐射能力越大，对外来辐射吸收能力越大。短波辐射short-waveradiation：颜色起主导作用长波辐射long-waveradiation：材料起主导作用BA+R+T=1A：absorptanceratioR：reflectanceratioT:transmittanceratioIfA=1R=T=0绝对黑体IfR=1A=T=0绝对百体C玻璃glass白天引进大量太阳辐射，夜间阻止室内长波辐射向外透射。Mostlytransparenttoshot-waveradiationandopaquetolongwaveradiation.3）物体之间的辐射换热空间任意两个相互分离的物体，彼此间都会产生热辐射，由较热物体向外辐射热量给较冷物体，形成辐射换热。辐射换热热量主要取决于表面温度，表面发射和吸收辐射能力，以及相互位置。（4）维护结构传热过程1）表面换热吸热：内表面从室内吸热（冬），外面表从室外空间吸热（夏）放热：外表面向室外空间散发热量（冬），内表面向室内散热（夏）q=qc+qr=(c+r)(t-)=(t-)q表面换热量表面换热系数壁面温度t室内或室外气温2）结构传热热量由高温表面传向低温表面。材料层以导热为主，空气层以辐射传热为主。孔隙影响。qx=-(d/dx)qx单位时间内通过单位面积的热流材料的导热系数d/dx温度梯度第三节湿空气的物理性质physicalcharacteristicsofhumidair（1）水蒸气分压力vaporpressurePw=Pd+P（单位Pa）Pw湿空气的总压力Pd干空气的分压力P水蒸汽的分压力处于饱和状态下的湿空气中的水蒸汽所呈现的压力叫做饱和蒸汽压力PS，温度越高，PS越大。（2）空气湿度airhumidity1）绝对湿度absolutehumidity单位体积空气中所含水蒸汽的重量f。饱和状态下的绝对湿度则用饱和蒸汽量fmax表示。2）相对湿度relativehumidity一定温度，一定大气压力下，湿空气的绝对温度f与同温同压下的饱和蒸汽量fmax的百分比=(f/fmax)*100%。可以直接说明湿空气对人体舒适感、房间及维护结构湿状况的影响。（3）露点温度dewpointtemp空气中的水蒸汽开始出现结露的温度。第四节室内热环境indoorthermalenvironment（1）室内热环境构成要素及其对人体舒适度的影响1）构成要素室内空气温度（AirTemperature）、空气湿度(AirHumidity)、气流速度(VentilatingSpeed)、环境辐射温度(MeanRadiation)2）HeatBalanceEquation人体得失的热量ThermalLoadofBody、人体产热量RateofBodyMetabolic、对流Convection、辐射Radiation、蒸发Evaporation3）NormalProportionofHeatTransmissionforBody对流换热：25%30%辐射散热：45%50%呼吸和无感觉蒸发散热：25%30%4）人体热平衡的因素FactorsofHeatBalanceforBodyA、人体产热量BodyHeatProduction体的活动量：Activity生产劳动强度：WorkingIntensityMetabolicRate(代谢率，Met)代谢率是工作代谢量与基础代谢量的比值。东方人的基础热量是64W。B、人体对流换热C、人体辐射换热D、人体蒸发散热E、人体衣着情况(clothing)5）影响人体温热感（FeelingofWarm）的因素：室内空气温度T（AirTemperature）、空气湿度(AirHumidity)、气流速度v(VentilatingSpeed)、环境辐射温度(MeanRadiation)、MetabolicRate(代谢率，Met)、人体衣着情况(clothing)6）舒适度舒适感受到周壁辐射温度（MRT）和周遭空气混合温度影响建筑物维护结构若能保暖，且比室内气温高，即使室内气温较低，还是能使人感觉舒适。若室内气温较周壁辐射温度高，即使空气温度较高，也会使人感觉寒意。（2）室内热环境的评价方法和标准EvaluationsofIndoorThermalEnvironment1）有效温度ETEffectiveTemperature(ET)气温、空气湿度、气流速度2）PMV-PPD指标PredictedMeanVote四个人环境要素，两个人体因素（认得活动量和衣着情况）第五节室外热环境outdoorthermalenvironment（1）气候因素与室外热环境1）室外气温OutdoorAirTemperatureA日较差（DayRange）:一日内气温最高值与最低值的差值B年较差（YearRange）长江中下游地区气温波动年较差较大一般为2030摄氏度2）时滞timelag物质于某温度吸收的热量，会产生滞后显现该温度的特性。时滞长短与该物质热容（heatcapacity）有关。3）太阳辐射SunRadiation太阳常数（天文太阳常数、气象太阳常数）太阳辐射由两部分：直接辐射（平行的射线）散射辐射（射线来自各个方向）。经大气散射后到达地面的总和为总辐射量。4）空气湿度AirHumidity气温高、水面较大的地区，空气湿度高，相反，空气比较干燥。绝对湿度、相对湿度描述：绝对湿度变化不大、相对湿度变化剧烈。5）风AirMovementA大气环流（GlobeConvectionCurrents）由于太阳辐射在地球表面上照射不均匀，引起赤道和两极间出现温差，从而引起大气从赤道到两极和从两极到迟到的经常性活动。B地方风（LocalConvectionCurrents）由于地表水陆分布、地势起伏、表面覆盖等地方性条件的不同而引起的气流活动，且风向产生昼夜交替的变化。C风配图（WindRose）为描述风向和风速等要素的数据图形，又称风玫瑰、风花图（2）城市气候及对建筑热工设计的影响1）都市气候特征A大气透明度小，能见度低B气温较高，形成热岛效应C风速减小，风向随地而异D地面较为干燥2）都市气候形成原因A高密度的建（构）筑物改变了地表（下垫面）的形态B高密度的人口分布改变了能源与资源消费结构3）热岛效应（UHI-UrbanHeatIslandEffect）由于城市化的速度加快，城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的热容量和吸热率，使得城区储存了较多的热量，并向四周和大气中幅射，造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温，高温的城区处于低温的郊区包围之中，如同汪洋大海中的岛屿，人们把这种现象称之为城市热岛效应。4）地方风（LocalConvectionCurrents）由于地表水陆分布、地势起伏、表面覆盖等地方性条件的不同而引起的气流活动，且风向产生昼夜交替的变化。（3）都市气候的控制策略1）都市气候控制策略A风的引入可以减少空气污染B利用绿地公园水池调节C采用透水的下垫面D增加建筑物空地比、绿蔽率E建筑物外墙使用的颜色与材料，应增高明度与反射率F建筑物采用节能设计2）高楼防风对策A愈上层退缩建筑，逐渐减低高楼风B透空使得气流穿透C突出露台和遮阳板以阻挡气流D植栽以改变气流方向第二章建筑维护结构的传热原理及计算第一节稳定传热steadyheat（1）一维稳定传热特征通过平壁的热流只沿厚度方向，且传热情况不随时间变化。1）通过平壁的热流强度q处处相等。2）同一材质的平壁内部各界面温度分布呈直线关系，即温度随距离变化规律为直线。（2）平壁内的导热过程1）单层匀质平壁的导热单层匀质平整的稳定导热方程q=（i-e）*/d=（i-e）/（d/）d平壁厚度i平壁内表面温度e平壁外表面温度材料的导热系数/d热阻m2K/W，平壁抵抗热流通过的能力在同样温差条件下，热阻越大，通过材料的热量越少，维护结构保温性能越好。2）经过多层平壁的导热q=(i-n+1)/R3）通过组合壁的导热R平均=F0/(F1/R0.1+F2/R0.2+Fn/R0.n)-(Ri+Re)R平均平均热阻F0与热流方向垂直的总传热面积F1、F2Fn按平行于热流方向划分的各个传热面积R0.1、R0.1R0.1各个传热面部位的传热阻Ri内表面换热阻Re外表面换热阻修正系数（3）平壁的稳定传热过程SteadyHeatTransmissionInWall1）内表面吸热FormulaforHeatAbsorptionofWallqi=qie+qir=(ic+ir)(ti-i)=i(ti-i)qi平壁内表面单位时间、单位面积的吸热量，W/m2qie室内空气以对流换热形式传给平壁内表面的热量，W/m2qir室内其他表面以辐射换热形式传给平壁内表面的热量，W/m2i平壁内表面的换热系数，i为内表面的对流换热系数ic及辐射换热系数ir之和，W/(m2K)ti室内空气温度i维护结构内表面温度2）平壁材料层导热FormulaforHeatConductionofWallqi=/d（i-e）qi单位时间内通过单位面积平壁的导热量e平壁外表面温度3）外表面散热FormulaforHeatEmissionofWallqe=e(e-te)qe单位时间单位面积外表面散发的热量e外表面的换热系数，e=ec+e4）HeatConductionPhenomenonforSandwichWalq=(ti-te)/（1/i+d/+1/e）=(ti-te)/(Ri+R+Re)=(ti-te)/R0=(ti-te)K0Ri平壁内表面吸热阻，Ri=1/iR平壁的传热阻，R=d/Re平壁外表面散热阻，Re=1/eR0平壁总热阻，R0=1/i+d/+1/eK0平壁总传热系数，K0=1/R05）R0和K0A平壁总热阻（R0）HeatResistanceofWall表示热量从一侧传到另一侧所受阻力大小。K0=1/R0平壁总传热系数（K0）ConductionCoefficientofWallB平壁总传热系数（K0）ConductionCoefficientofWallK0表示平壁的总传热能力，为当室内外空气温差1度时，在单位时间内通过平壁单位面积所传出的热量。C平均热阻值计算R0为内表面换热阻Ri，壁体传热阻R，空气间层热阻Rag，与外表面换热阻Re之和。R0=Ri+R+Rag+Re（4）平壁内温度的确定1）评价建筑热工性能重要指标：维护结构内部温度与内表面温度2）维护结构内部进行温度核算：检验内表面和内部是否产生凝结水以及内表面温度对环境的影响3）内表面温度计算i=ti-Ri(ti-te)/R04）任意一层内表面温度计算5）外表面温度计算i=te-Re(ti-te)/R0=ti-(R0-Re)(ti-te)/R0（5）封闭空气间的热阻第二节周期性不稳定传热（1）谐波热作用维护结构受到周期热作用，可近似按谐波热作用考虑。温度随时间的正弦或余弦函数作规则变化。（2）谐波热作用下的传热特征1）室外温度和平壁表面温度、内部任一界面处的温度都是同一周期的谐波动2）从室外空间到平壁内部，温度波动振幅逐渐减小，即温度波动的衰减3）从室外空间到平壁内部，温度波动的相位逐渐