建筑物理第二讲：建筑热环境基础知识11

1、 本讲主要内容：本讲主要内容： 太阳辐射照射的热量， 有2030%被反射 暖气片辐射热，与空气接触 传热，被加热的空气变轻产生 对流，通过对流将热量传向室 内各处。 , , ,.tf x y z tfx n t n t Iim n 0 2 / F dQ qW m dF dQqdF QqdF QqF 匀质材料内各点的热流密度与温度梯度的匀质材料内各点的热流密度与温度梯度的 大小成正比。大小成正比。 或：一个物体或：一个物体 在单位时间、单位面积上传递在单位时间、单位面积上传递 的热量与在其法线方向的温度变化率成正比。的热量与在其法线方向的温度变化率成正比。 n t q n t 在稳定传在稳定传

2、热状态下当材料厚度热状态下当材料厚度 为为1m1m两表面的温差为两表面的温差为 1 1时，在一小时内通时，在一小时内通 过过1m1m2 2截面积的导热量。截面积的导热量。 3 绝热材料的选用绝热材料的选用 主要性能达到以下指标主要性能达到以下指标： 导热系数不易大于导热系数不易大于 0.25W/(m.K) 表观密度不宜大于表观密度不宜大于 600Kg/m3 抗压强度不低于抗压强度不低于0.3MPa 耐久性耐久性 常用的绝热材料常用的绝热材料 有机材料有机材料 绝热性能好，耐热性绝热性能好，耐热性 差，易腐朽。差，易腐朽。 无机材料无机材料 纤维材料、粒状材料和纤维材料、粒状材料和 多孔材料。多

3、孔材料。 tq cc 对流换热系数，对流换热系数， 见见P18公式公式 “边界层边界层” n一个物体对外来的入射辐射可一个物体对外来的入射辐射可 以有反射、吸收、和透射以有反射、吸收、和透射3 3种情种情 况况 太阳辐射的电磁波 太阳辐射的电 磁波，其中， 可见光区段的 辐射能约占总 辐射能的52%。 太阳辐射的电磁波，其中，可见光区段的辐射能约占太阳辐射的电磁波，其中，可见光区段的辐射能约占 总辐射能的总辐射能的52%。 n灰体灰体：自然界中介于黑体与白体之间的不：自然界中介于黑体与白体之间的不 透明物体。建筑材料多数为灰体。透明物体。建筑材料多数为灰体。 对于对于多数不透明的多数不透明的

4、物体来说物体来说，对外来，对外来 入射的辐射入射的辐射只有吸只有吸 收和反射收和反射，既吸收，既吸收 系数与反射系数之系数与反射系数之 和等于和等于1。吸收系数吸收系数 越大，则反射系数越大，则反射系数 越小。越小。 擦光的铝表面擦光的铝表面对各种波长的辐射反射系数都很大对各种波长的辐射反射系数都很大，黑色表面对，黑色表面对 各种波长辐射的反射系数都很小；白色表面对波长为各种波长辐射的反射系数都很小；白色表面对波长为2m以下以下 的辐射反射系数很大，波长的辐射反射系数很大，波长6 m以上的辐射反射系数又很小，以上的辐射反射系数又很小， 接近黑色表面。接近黑色表面。这种现象对建筑表面颜色和材料的

5、选用有一定这种现象对建筑表面颜色和材料的选用有一定 的影响。的影响。 E E b b 4 100 b bb T CE b b T KmWC 42 /68. 5 （黑体的辐射系数）（黑体的辐射系数） 黑体表面的绝对温度，黑体表面的绝对温度，K 2.4.52.4.5）普朗克定律）普朗克定律 该定律表明了该定律表明了黑体的单色辐射力黑体的单色辐射力 与其绝对温度和波长之间的函数与其绝对温度和波长之间的函数 关系关系。黑体单色辐射力的最大值。黑体单色辐射力的最大值 随着黑体温度升高而向波长较短随着黑体温度升高而向波长较短 一边移动，对应于这一辐射力为一边移动，对应于这一辐射力为 最大值的波长与黑体绝对

6、温度的最大值的波长与黑体绝对温度的 关系用公式表示：关系用公式表示： T 2898 max 单色辐射力为最大值的波长，单色辐射力为最大值的波长， 黑体的温度越高，其最大辐射力的波长愈短，黑体的温度越高，其最大辐射力的波长愈短，如太阳相当于温如太阳相当于温 度为度为6000K的黑体辐射，其最大辐射力波长为的黑体辐射，其最大辐射力波长为0.5m ；而；而16 左右的常温物体发射的最大辐射力波长约在左右的常温物体发射的最大辐射力波长约在10 m 。 4 100 T CE E灰体全辐射力，灰体全辐射力， C灰体的辐射系数灰体的辐射系数 T灰体的绝对温度，灰体的绝对温度，K 42 2 / / KmW m

7、W 黑度：黑度又称发射率黑度：黑度又称发射率，是物体辐射系数与黑体辐射系数之，是物体辐射系数与黑体辐射系数之 比。黑体的黑度为比。黑体的黑度为1，其他物体黑度均小于，其他物体黑度均小于1。用公式表示：。用公式表示： b C C 辐射系数辐射系数: 辐射系数：可以表征物体向外发射辐射热能力的高低辐射系数：可以表征物体向外发射辐射热能力的高低。各。各 种物体（灰体）的辐射系数均小于黑体。种物体（灰体）的辐射系数均小于黑体。其数值大小取决其数值大小取决 于材料的种类、表面温度和表面状况。于材料的种类、表面温度和表面状况。辐射系数只与发射辐射系数只与发射 辐射热的物体本身有关，而与外界条件无关。辐射热

8、的物体本身有关，而与外界条件无关。 不同种类材料：不同种类材料：常温下白色大理石：常温下白色大理石：5.39， 镀锌铁皮：镀锌铁皮：1.30 不同温度同一材料：不同温度同一材料：抛光的铝抛光的铝50为为0.23， 500为为 0.34，温度的影响一般可以忽略不计。，温度的影响一般可以忽略不计。 不同表面状况：不同表面状况：常温下抛光的黄铜：常温下抛光的黄铜：0.17， 无光泽的表面无光泽的表面1.25 42 /kmWC，单位： 辐射系数：辐射系数： 各种物体的辐射系数是由实验确定的，（各种物体的辐射系数是由实验确定的，（可以查表，辐射系可以查表，辐射系 数值和各种物体对太阳辐射的吸收系数值，如

9、红砖、混凝土、数值和各种物体对太阳辐射的吸收系数值，如红砖、混凝土、 深色油漆辐射系数分别为深色油漆辐射系数分别为5.27、4.82、5.39等）。等）。 在一定温度下（长波辐射）在一定温度下（长波辐射）， 物体对辐射热的物体对辐射热的吸收系数吸收系数在在 数值上与其数值上与其黑度（发射率）黑度（发射率） 相等相等，即，即物体辐射能力越大，物体辐射能力越大， 它对外来辐射的吸收能力也它对外来辐射的吸收能力也 越大；反之若辐射能力越小，越大；反之若辐射能力越小， 则吸收能力也越小。则吸收能力也越小。 2.4.7）玻璃的温室效应 它只对波长为它只对波长为 0.32.50.32.5m m的可见光和近

10、红外线有很高的透过率，的可见光和近红外线有很高的透过率， 而对波长为而对波长为4 4 m m以上的远红外辐射的透过率却很以上的远红外辐射的透过率却很 低。低。 通过玻璃获取大量的太阳辐通过玻璃获取大量的太阳辐 射，使室内构件吸收辐射而温度升高，但室内构射，使室内构件吸收辐射而温度升高，但室内构 件发射的远红外辐射则基本不能通过玻璃再辐射件发射的远红外辐射则基本不能通过玻璃再辐射 出去，从而可以提高室内温度。出去，从而可以提高室内温度。 2.4.8 辐射换热的简单计算：辐射换热的简单计算： 辐射换热是物体表面之间通过辐射换热是物体表面之间通过辐射和吸收综合作用辐射和吸收综合作用下完成的下完成的

11、辐射换热量的大小取决于辐射换热量的大小取决于两个表面的温度、发射和吸收辐射两个表面的温度、发射和吸收辐射 热的能力及相对位置。热的能力及相对位置。 两个表面之间的换热量可用公式计算：两个表面之间的换热量可用公式计算： 推到计算出来。页表可依据课本当量辐射系数， 表面上的百分数；辐射热落到 表面发出的表示有表面的辐射角系数，它表面对 两表面的绝对温度，、 表面的辐射热流表面辐射给 22 . 147,/ ; ;/, 100/100/ 42 12 2 12112 21 2 2121 12 4 2 4 11221 KmwC F FFF KTT mwFFq TTCq 为了和对流换热计算公式对应，辐射换热

12、计算公式可以用为了和对流换热计算公式对应，辐射换热计算公式可以用 辐射换热系数与温差的乘积辐射换热系数与温差的乘积 来表示：来表示： ；的辐射换热热流，、表面 辐射换热热阻； 2 W/m21 21 21 2121 1 / qq RR qq r r rr rr 43 2.5 建筑围护结构的传热过程 n房屋围护结构时刻受到室内外的热作用，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外，热量有室内传冬季室内温度高于室外，热量有室内传 向室外；在夏季则正好相反，热量由室向室外；在夏季则正好相反，热量由室 外传向室内。外传

13、向室内。 44 建筑围护结构热转移方式 热转移方式有三种热转移方式有三种： 传导（传导（Conduction），是），是固体内固体内热转移的主要方式；热转移的主要方式； 对流（对流（Convection），是），是流体流体即液体与气体内热转即液体与气体内热转 移的主要方式移的主要方式 辐射（辐射（Radiation），是），是自由空间自由空间热转移的主要方式。热转移的主要方式。 45 围护结构的传热过程和传热量 传热的传热的3 3个基本过程及每个过程的主要传热方式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、表面散热表面感热、构件传热、表面散热 46 传热的三个其本过程 n表面吸热表

14、面吸热-冬季内表面从室内吸热，夏季外表冬季内表面从室内吸热，夏季外表 面从室外空间吸热；面从室外空间吸热； n结构传热结构传热-热量由高温表面传向低温表面热量由高温表面传向低温表面 ； n表面放热表面放热-冬季外表面向室外空间散发热量，冬季外表面向室外空间散发热量， 夏季内表面向室内散热。夏季内表面向室内散热。 n每一个传热过程都是三种基本传热方式的综合过每一个传热过程都是三种基本传热方式的综合过 程。程。 n表面吸热和表面放热的机理是相同的，称为表面吸热和表面放热的机理是相同的，称为“表表 面换热面换热” 47 a）表面换热 n表面总换热量是对流换热量（表面总换热量是对流换热量（qc）与辐）

15、与辐 射换热量（射换热量（q r）之和。即：）之和。即： 室内或室外气温，。 壁面温度，； ；，表面换热系数， 表面环热量，式中： t KmW mWq tttqqq rc rcrc / ;/ 2 2 48 b）结构的稳定传热 n 一维稳定传热的特征一维稳定传热的特征: na）在单位时间、单位面）在单位时间、单位面 积上通过平壁的热量即积上通过平壁的热量即 热流强度热流强度q处处相等处处相等。 就平壁内任一截面而言，就平壁内任一截面而言， 流进流出的热量相等流进流出的热量相等。 n b）同一材质的平壁内）同一材质的平壁内 部各界面部各界面温度分布呈直温度分布呈直 线关系。线关系。 49 一维稳定传热的计算公式 n式中：式中： nt2 -低温表面温度低温表面温度 nt1 -高温表面温度高温表面温度 nq -热流密度，热流密度，w/m2 即单位面积上的热流即单位面积上的热流 量或热流强度。量或热流强度。 nd -单一实体材料的单一实体材料的 厚度。厚度。 ei d q 50 结构的传