大学建筑物理建筑围护结构的传热计算与应用PPT课件

.,1,第2章建筑围护结构的传热计算与应用,建筑物及房间表面的围挡物总称为建筑围护结构。,透明部分：窗、玻璃幕墙、阳台门上部等。,不透明部分：墙、屋顶和楼板等。,.,2,按是否与室外空气接触,外围护结构：外墙、屋顶、外门、外窗、和外立面的玻璃幕墙等,内围护结构,.,3,室内外温度计算模型：,（1）恒定的热作用。如图2-1所示，室内温度和室外温度在计算期间不随时间而变，这种计算模型通常用于采暖房间冬季条件下的保温设计。,.,4,（2）周期热作用。如图所示，按照室内外温度波动的情况，又分为单向周期热作用（通常用于空调房间的隔热设计）和双向周期热作用（通常用于自然通风房间夏季隔热设计）。,本章仅限于讨论通过维护结构主体部分一维稳定传热和周期性不稳定传热问题。,.,5,2.1稳定传热,稳定传热是一种最简单、最基本的传热过程。,.,6,2.1.1一维稳定传热特征,一维稳定传热定义：一厚度为d的单层匀质材料，当宽与高的尺寸比厚度d大得多时，则通过平壁的热流视为只有沿厚度一个方向，即一维传热，当平壁的内、外表面温度保持一定时，则通过平壁的传热情况亦不会随时间变化，这种传热称为一维稳定传热。,.,7,1.通过平壁的热流强度q处处相等。只有平壁内无蓄热现象，才能保证温度稳定，因此就平壁内任一截面而言，流进流出的热量相等。2.同一材质的平壁内部各界面温度分布呈直线关系。,一维稳定传热特征：,.,8,由式（1-31）知，当qx=常数时，若视不随温度变化，则有，各点温度梯度相等，即温度随距离的变化规律为直线。,.,9,2.1.2单层平壁的导热和热阻,严格地讲，只有密实的固体中才存在单纯的导热现象。一般的建筑材料内部或多或少地总有一些孔隙，均按导热过程考虑。,.,10,单层匀质平壁的稳定导热方程（1-33）式：,1）单层匀质平壁的导热,(2-1),式中定义为热量由平壁内表面（i）传至外表面（e）过程中的阻力，称为热阻，用R表示，单位是平方米开尔文/瓦（m2K/W）。,.,11,即,式中R材料层的热阻，（m2K/W）；d材料层的厚度，m；材料层的导热系数，W/（mK）。,（2-2）,.,12,热阻表示围护结构本身或某层材料抵抗热流通过能力的物理量。在同样的温差条件下，热阻越大，通过材料的热量越小，围护结构的保温性能越好。要想增加热阻，可以加大平壁的厚度，或选用导热系数值小的材料。,.,13,2）经过多层平壁的导热,定义：凡是由几层不同材料组成的平壁称为“多层平壁”，例如双面粉刷的砖砌体。举例：三层，紧密粘结，壁面很大，层厚d1、d2、d3,各层1、2、3（均为常数）,壁内、外表面温度i、e（ie，不随时间变化），层间温度2、3。,.,14,整个平壁看作三个单层壁组成，分别计算通过每一层的热流强度。,.,15,稳定导热条件下：,（2-3）,分别为第一、二、三层的热阻,.,16,式中每一项Rj代表第j层的热阻，n+1为第n层外表面的温度。,结论：,多层壁的总热阻等于各层热阻之和,对n层平壁的导热计算公式可依次类推为：,（2-4）,.,17,3）组合壁的热阻,在实际应用中围护结构常出现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，如图2-4所示。求组合壁的导热量q，关键是求组合壁的平均热阻。,.,18,（2-5）,式中,.,19,2.1.3平壁的稳定传热过程,1）内表面吸热冬季，tii，热流强度qi为qi=qic+qir=ic（ti-i）+ir（ti-i）=（ic+ir）（ti-i）=i（ti-i）（1）,式中qi平壁内表面吸热热流强度，W/m2;qic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，它是内表面的对流换热系数ic及辐射换热系数ir之和，即i=（ic+ir），W/（m2.K);见表2-2；ti室内空气温度，；i围护结构内表面温度，。,.,20,2）平壁材料层的导热,根据多层平壁导热的计算公式（2-3）可直接写出：,（2）,式中q通过平壁的导热热流强度，W/m2；e平壁外表面的温度，。,.,21,3)外表面的散热,（3）,式中qe外表面的散热热流密度，W/m2；e外表面的的换热系数，它是外表面的对流换热系数ec及辐射换热系数er之和，W/(m2.K);见表2-3。,.,22,由于我们讨论的问题属于一维稳定传热过程，则应满足：,（4）,联立（1）、（2）、（3）及（4）式，可得：,（2-6）,式中q通过平壁的传热热流强度，W/m2；,.,23,叫作平壁的传热系数，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，单位是W/(m2.K)。,（2-6）,.,24,把（2-6）式写成热阻形式，则有：,（2-7）,式中R0平壁的传热阻，它表示热量从平壁一侧空间传到另一空间时所受到得阻力，单位是（m2K）/W。它是传热系数的倒数。,.,25,从式（2-7）可知，在相同的室内外温差条件下，热阻越大，通过平壁所传递的热量就越少。所以总热阻是衡量平壁在稳定传热条件下的一个重要的热工性能指标。,（2-7）,.,26,比较（2-6）及（2-7）式，可得,（2-7a）,或,(2-7b),式中Ri平壁内表面换热阻,(m2K)/W；Re平壁外表面换阻,(m2K)/W。,.,27,2.1.4封闭空间的热阻,建筑设计中常用封闭空气层作为围护结构的保温层。,空气层中的传热方式：导热、对流和辐射。,主要是对流换热和辐射换热。,封闭空气层的热阻取决于间层两个界面上的边界层厚度和界面之间的辐射换热强度。,.,28,在有限空间内的对流换热强度与间层的厚度、间层的设置方向和形状、间层的密闭性等因素有关。,垂直空气间层中，12,*当间层厚度很薄时(d10cm),上升气流和下降气流干扰程度逐渐减小。,*当厚度达到一定程度时，就与自然对流情况类似。,.,30,在水平间层中,*当热面在上方时，间层内可视为不存在对流。,*当热面在下方时，热气流的上升和冷气流的下沉相互交替形成自然对流，此时自然对流换热最强。,.,31,1纯导热换热量,2对流换热量,3总换热量,32之间：普通空气间层的传热量中辐射换热占很大比例，,要提高空气间层的热阻须减少辐射传热量。,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。,.,32,减少辐射换热量的方法：,1、将空气间层布置在围护结构的冷侧，降低间层的平均温度。,（效果不够显著）,2、在间层壁面涂贴辐射系数小的反射材料（铝箔等）,一般建筑材料的辐射系数：44.5J/（m2hK4）,铝的辐射系数：0.250.96J/（m2hK4）,.,33,4间层内有一表面贴有铝箔5间层内两表面都贴有铝箔,增效不显著,故以一个表面贴反射材料为宜,实际设计计算中可查表2-4得空气间层的热阻Rag,.,34,例：求钢筋混凝土圆孔板冬季的热阻（设热流为自下而上）(单位：m),(1)将圆孔折算为等面积的正方形孔,0.089,0.023,0.021,0.089,0.020,b2=d2/4,b=0.079m,0.079,0.033,0.026,0.079,0.025,【解】,.,35,(2)计算各部分的传热阻,R0.1=0.026/1.74+0.17+0.025/1.74+0.11+0.04=0.349(m2K/W),第一部分R0.1（有空气间层部分）,第二部分R0.2(无空气间层部分),R0.2=0.13/1.74+0.11+0.04=0.225(m2K/W),.,36,(3)求修正系数,钢筋混凝土的导热系数：1=1.74W/(mK),空气的导热系数：2=0.079/0.17=0.46W/(mK),1=1.74W/(mK),2=0.46W/(mK),0.46/1.74=0.267,由表2-1：修正系数=0.93,.,37,（4）圆孔板的平均热阻,代入数据得,=0.139(m2K/W),.,38,作业：求钢筋混凝土圆孔板夏季的热阻孔内单面贴铝箔（设热流为自上而下）(单位：m),.,39,2.1.5平壁内部温度的计算,为判定围护结构的表面和内部是否会产生冷凝水，须对所设计的围护结构进行温度核算,稳定传热条件下：,.,40,根据q=qi得内表面温度：,.,41,.,42,.,43,由此推广得：,（层次编号顺着热流方向）,.,44,得：,.,45,材料层内的温度降落程度与各层的热阻成正比。,材料层的热阻越大，（导热系数越小）温度降落越大，（直线斜率越大）。,在稳定传热条件下，每一材料层内的温度分布是一直线，在多层平壁中成一连续的折线。,.,46,.,47,例：若室内气温为15，室外气温为-10，试