建筑物理第一章第1节室内空气环境第2节传热基础

1、 第第1 1节节 室内热环境室内热环境室内热环境室内热环境室内空气温度室内空气温度室内空气湿度室内空气湿度室内气流速度室内气流速度环境辐射温度环境辐射温度一、室内热环境组成要素及其对人体热舒适一、室内热环境组成要素及其对人体热舒适的影响的影响人体舒适度与人体舒适度与人体本身人体本身和和室内热环境室内热环境有关有关人体人体人体产热量人体产热量衣着情况衣着情况 q=0 q0 体温恒定不变体温恒定不变体温上升体温上升体温下降体温下降人体得热人体得热 q=qm-qe qr qcqmqeqrqc q人体产热量人体产热量人体蒸发散热量人体蒸发散热量人体辐射换热量人体辐射换热量人体对流换热量人体对流换热量人

2、体得失的热量人体得失的热量正常热平衡正常热平衡对流换热占对流换热占25%30%辐射散热占辐射散热占45%50%呼吸和无感觉散热占呼吸和无感觉散热占25%30%负载热平衡负载热平衡四要素四要素人体产热量人体产热量衣着情况衣着情况舒适的舒适的可以忍受可以忍受不可忍受不可忍受对于不舒适的热环境，可通过调温设施来改变对于不舒适的热环境，可通过调温设施来改变缺点缺点:1、经济上不合适、经济上不合适2、降低人体对环境变化的适应能力、降低人体对环境变化的适应能力 不利于健康不利于健康二、室内热环境的评价方法和标准二、室内热环境的评价方法和标准1、有效温度、有效温度ET 19231925包含因素：包含因素：气

3、温、空气湿度和气流速度气温、空气湿度和气流速度评价依据：评价依据：人的主观反映人的主观反映方法：方法：A相对湿度为相对湿度为100%气流速度为气流速度为0.1m/s温度？温度？B相对湿度相对湿度气流速度气流速度温度温度为为B室的有效温度室的有效温度新的有效温度新的有效温度ET()43403530201510主观热感觉主观热感觉允许上限允许上限 酷热酷热 炎热炎热 热热 稍热稍热 适中适中 稍冷稍冷 冷冷 寒冷寒冷 严寒严寒PMV -3 -2 -1 0 1 2 3热感觉寒冷 冷稍冷适中稍热 热炎热不满意率 90%70% 30% 5%30% 70% 90%2、PMV-PPD指标（指标（70年代年代

4、 房格尔房格尔 丹麦丹麦）包含因素：包含因素：四个环境要素，两个人体要素四个环境要素，两个人体要素（人的活动量和衣着情况）（人的活动量和衣着情况）方法：方法：受试对象在实验中对某种环境因受试对象在实验中对某种环境因数组合的人感觉的投票值数组合的人感觉的投票值 第第2 2节节 室外热环境室外热环境一、地区性气候及其特征一、地区性气候及其特征1、室外气温、室外气温2、太阳辐射、太阳辐射是评价不同地区气候冷暖的根据是评价不同地区气候冷暖的根据地表大气热过程的主要能源地表大气热过程的主要能源太阳常数：太阳常数：垂直与入射光线的大气界面垂直与入射光线的大气界面单位面积上的热辐射流单位面积上的热辐射流实测

5、大小为实测大小为 1256W/m2总辐射量总辐射量直接辐射直接辐射散射辐射散射辐射3、空气湿度、空气湿度绝对湿度变化不大绝对湿度变化不大相对湿度变化很大相对湿度变化很大4、风、风NNEESESSWWNW风向频率图风向频率图（风向玫瑰图）（风向玫瑰图）注意：注意：除最里环外，除最里环外， 每环代表每环代表5% 实测时各个实测时各个方向上的风方向上的风出出现次数现次数占总占总次次数的百分比数的百分比包含：大气环流包含：大气环流 地方风地方风夜夜日日白天白天夜间和清晨夜间和清晨日日夜夜地方风地方风水陆风水陆风林原风林原风山谷风山谷风二、建筑气候分区及对建筑热工设计的基本要求二、建筑气候分区及对建筑热

6、工设计的基本要求蒙古族毡包蒙古族毡包西藏民居西藏民居沿崖窑洞沿崖窑洞云南竹楼云南竹楼北京四合院北京四合院三、城市气候及对建筑设计的影响三、城市气候及对建筑设计的影响1、空气温度和辐射温度、空气温度和辐射温度2、城市风、城市风3、空气湿度和降水、空气湿度和降水空气温度空气温度城市大于郊外城市大于郊外辐射温度辐射温度城市大于郊外城市大于郊外特征特征风速小于郊外风速小于郊外风向无规律风向无规律会形成无风、强风区会形成无风、强风区降水量多降水量多空气湿度小空气湿度小4、太阳辐射、太阳辐射强度较郊区小，但吸收高强度较郊区小，但吸收高影响因素：影响因素： 参数变化特征 参数 变化特征 紫外辐射大量减少 紊

7、流 增大可见光辐射 减少温度 增加 红外辐射 增加湿度 白天增大，夜间减小 能见度 降低云量 城区湿雾，下风云量增加 蒸发 减少 雾 或增加，或减少 热流通量 增加降水 雨水增加，降雪减少 风速 减小1、地表形态的改变、地表形态的改变2、高密度的人口分布对能源与资源结构的改变、高密度的人口分布对能源与资源结构的改变主要任务主要任务： 通过建筑上的规划，有效的防护或通过建筑上的规划，有效的防护或利用室内外热作用，经济、合理地解决房屋的利用室内外热作用，经济、合理地解决房屋的保温、防热、防潮、日照保温、防热、防潮、日照等问题；配备适当的等问题；配备适当的设备调节（采暖、空调）；创造和完善装配房设备

8、调节（采暖、空调）；创造和完善装配房屋的建筑构件以创造良好的室内热环境，提高屋的建筑构件以创造良好的室内热环境，提高围护结构的耐久性。围护结构的耐久性。第一章第一章 建筑热工学基本知识建筑热工学基本知识 第二节第二节 传热的基础知识传热的基础知识传热条件：传热条件：有温差，有温差，热量总是自发地由高温物体热量总是自发地由高温物体 向低温物体传递。向低温物体传递。导热、导热、 对流、对流、 辐射辐射传热的基本方式：传热的基本方式：一、导热一、导热 指温度不同的物体直接接触时指温度不同的物体直接接触时,靠物质微观粒靠物质微观粒 子子(分子、原子、自由电子等）的热运动而引起的分子、原子、自由电子等）

9、的热运动而引起的热能转移现象。热能转移现象。 导热传播途径：导热传播途径： 固体、液体和气体中发生。固体、液体和气体中发生。 只有在密实的固体中才存只有在密实的固体中才存在单纯的导热过程，若是有孔在单纯的导热过程，若是有孔隙的固体还会有对流和辐射换隙的固体还会有对流和辐射换热现象。热现象。12Qd二二 、对流、对流 依靠物体的宏观相对位移，把热量由一处传递依靠物体的宏观相对位移，把热量由一处传递到到 一处的现象。一处的现象。特点：单纯的对流换热过程单纯的对流换热过程是不存在的，对流的同时总是不存在的，对流的同时总伴随着导热。伴随着导热。Qt三、三、 辐射辐射 指依靠物体表面向外发射热射线（能产

10、生显著指依靠物体表面向外发射热射线（能产生显著热效应的电磁波）来传递能量的现象。热效应的电磁波）来传递能量的现象。特点：特点： 只要物体温度高于绝对零度，其表面只要物体温度高于绝对零度，其表面都在不停地向四周发射辐射热，同时不断吸都在不停地向四周发射辐射热，同时不断吸收其它物体投射来的辐射热收其它物体投射来的辐射热。且参与换热的且参与换热的两物体不需直接接触。两物体不需直接接触。 热能热能 辐射能辐射能 热能热能F1F2Q1-21. 实际的传热过程，往往同时存在两种或三种上实际的传热过程，往往同时存在两种或三种上述基本的传热形式。述基本的传热形式。如：如：辐射换热辐射换热外外内内导热导热对流换

11、热对流换热辐射换热辐射换热对对流流换换热热2.传热的必要条件：温度场传热的必要条件：温度场XZY0=（t）不稳定温度场不稳定温度场=恒量恒量稳定温度场稳定温度场=(x,y,z,t) 第三节第三节 围护结构传热基础知识围护结构传热基础知识一、一、 平壁导热平壁导热且假定且假定ei不随时间变化不随时间变化ied（一）经过单层平壁导热（一）经过单层平壁导热实践证明：实践证明：FdQei)(1、传热量、传热量Q总导热量，单位千焦耳（总导热量，单位千焦耳（KJ），定义从高温），定义从高温 到低温为正，反之为负到低温为正，反之为负导热系数瓦米导热系数瓦米.开尔文（开尔文（W/mK）平壁内表面的温度平壁内表

12、面的温度平壁外表面外的温度平壁外表面外的温度 平壁的厚度平壁的厚度 m垂直于热流方向的平壁的表面积垂直于热流方向的平壁的表面积 m2导热进行的时间小时导热进行的时间小时 hFdQei)(FdQeiied2. 热流强度热流强度 3. 热阻热阻R热流通过平壁时遇到的阻力。热流通过平壁时遇到的阻力。单位时间内通过单位面积的热流量单位时间内通过单位面积的热流量)(eidFQq单位：单位：W/m2Rdqeiei)(/)(或：或：dR 在相同的温差条件下，热阻越大，通过材在相同的温差条件下，热阻越大，通过材料层的热量越少料层的热量越少dR 要增加热阻，可增加厚度或选用要增加热阻，可增加厚度或选用导热系数小

13、的材料导热系数小的材料4、导热系数、导热系数 材料导热系数是说明稳定导热条件下材料材料导热系数是说明稳定导热条件下材料导热特性的指标。导热特性的指标。物理含义：物理含义：当材料层当材料层单位厚度单位厚度内的温差为内的温差为1时，在时，在1小时内小时内通过通过1m2表面积的表面积的热量热量 气体的导热系数最小，因而静止不动的空气有气体的导热系数最小，因而静止不动的空气有良好的保温性能，液体的导热系数次之，金属的导良好的保温性能，液体的导热系数次之，金属的导热系数最大。热系数最大。 工程上常把值工程上常把值小于小于0.3W/(m.k)的材料作为保温隔的材料作为保温隔热材料，如矿棉、泡沫塑料、珍珠岩

14、、蛭石等。热材料，如矿棉、泡沫塑料、珍珠岩、蛭石等。绝大多数建筑材料的导热系数介于绝大多数建筑材料的导热系数介于0.33.5W/(mK)影响导热系数的因素主要是容重和湿度影响导热系数的因素主要是容重和湿度二、经过多层平壁的导热二、经过多层平壁的导热 凡是由几层不同材料组成的平壁称为凡是由几层不同材料组成的平壁称为“多层多层壁壁”，例如双面粉刷的砖砌体。，例如双面粉刷的砖砌体。d1d2d3123ieei设设 ，且，且不随时间变化不随时间变化32表示层间接触面的温度。表示层间接触面的温度。23整个平壁看作三个单层整个平壁看作三个单层壁组成，分别计算通过壁组成，分别计算通过每一层的热流强度。每一层的

15、热流强度。321qqqqd1d2d3123ei23Q)(2111idq稳定导热稳定导热条件下：条件下：否则否则会随时间变化！会随时间变化！321332211RRRdddqeiei)(32222dq)(3333edqR1 、R2 、 R3分别为第一、二、三层的热阻分别为第一、二、三层的热阻njjnRq111 式中每一项式中每一项 Rj 代表代表第第J层的热阻，层的热阻， 为为第第N层外表面的温度。层外表面的温度。1n结论：结论： 多层壁的总热阻等于各层热阻之和多层壁的总热阻等于各层热阻之和对于对于n层多壁层的导热计算公式可依次类推为：层多壁层的导热计算公式可依次类推为：1 2 3 4n例：如图所

16、示外墙，当其面积为例：如图所示外墙，当其面积为5平方米，平方米，内外墙温度各为内外墙温度各为18 C和和-12 C 时，在单时，在单位时间内的传热量位时间内的传热量23抹面墙（石灰水泥复合砂浆）抹面墙（石灰水泥复合砂浆）加气混凝土（密度为加气混凝土（密度为500kg/m3）钢筋混凝土钢筋混凝土20150 180201抹面墙（石灰水泥复合砂浆）抹面墙（石灰水泥复合砂浆）加气混凝土（密度为加气混凝土（密度为500kg/m3）钢筋混凝土钢筋混凝土)/(74. 12KmW)/(19. 02KmW)/(87. 02KmW由附表一由附表一各层热阻各层热阻抹面墙抹面墙046. 087. 004. 01R加气

17、混凝土加气混凝土79. 019. 015. 02R钢筋混凝土钢筋混凝土103. 074. 118. 03R墙体传热阻墙体传热阻939. 0103. 079. 0046. 0321RRRR墙体传热阻墙体传热阻939. 0103. 079. 0046. 0321RRRR单位时间传热量单位时间传热量FRQei)(W747.1595939. 0)1218(工程上有时需知各层接触面的温度工程上有时需知各层接触面的温度.432j根据式（根据式（1）及（）及（2）可得：）可得：).()(2211112211122231112jjjdddqddqdqdq由上式知：每一层平壁内的温度分布是直线，但由上式知：每一

18、层平壁内的温度分布是直线，但整个多层的导热系数不同，温度呈折线状整个多层的导热系数不同，温度呈折线状1 234n结论：对流换热的强弱主要取决于层流边界层的结论：对流换热的强弱主要取决于层流边界层的 热量交换情况。热量交换情况。 还与流体运动的原因及运动还与流体运动的原因及运动 情况、流体与固体间情况、流体与固体间温差、流体的物理性质、固体壁面的形状、大小及位置温差、流体的物理性质、固体壁面的形状、大小及位置等因素有关。等因素有关。对流换热的公式计算对流换热的公式计算)(tqcccq对流换热强度对流换热强度 W/m2固体壁面温度固体壁面温度t流体主体部分温度流体主体部分温度第第3节节 平壁的稳定

19、传热平壁的稳定传热传热过程传热过程室内外热环境通过围护结构而进行室内外热环境通过围护结构而进行的热量交换，包含导热、对流以及辐射换热方式的热量交换，包含导热、对流以及辐射换热方式温度场不随时间变化的传热过程温度场不随时间变化的传热过程稳定传热过程稳定传热过程1 2 3d1 d2 d3tite设设: ti te传热过程经历三个阶段传热过程经历三个阶段1 2 3d1 d2 d3tite一、内表面吸热一、内表面吸热tii ,内表面以内表面以对流对流和和辐射辐射的方式吸热的方式吸热)(iiiriciricitqqq)(iiiitqiiiiricitqqq平壁内表面吸热量平壁内表面吸热量w/m2 室内空

20、气以对流形式传给平壁内表面的热量室内空气以对流形式传给平壁内表面的热量室内其它表面以辐射形式传给室内其它表面以辐射形式传给平壁内表面的热量平壁内表面的热量 w/m2平壁内表面的热转移系数平壁内表面的热转移系数 w/（m2K）室内空气及其它表面的温度室内空气及其它表面的温度围护结构内表面的温度围护结构内表面的温度i内表面热转移阻内表面热转移阻RiiiR1iiiiiiiRttq)(1)(经验数据经验数据 表面特性表面特性 I W/(m2K) RI (m2K)/W)墙面、地面、表面平整或墙面、地面、表面平整或有肋状突出物的顶棚有肋状突出物的顶棚（h/s 0.3） 8.7 0.11有肋状突出物的顶棚有

21、肋状突出物的顶棚（h/s0.3） 7.6 0.131 2 3d1 d2 d3tite二、平壁材料层的导热二、平壁材料层的导热ie332211dddqei通过平壁的导热量通过平壁的导热量w/m2eq平壁外表面的温度平壁外表面的温度三、外表面的散热三、外表面的散热e te ,外表面把热量以对流和辐射的方式传给室外表面把热量以对流和辐射的方式传给室外的空气外的空气)(eeeetq)(eeeetq外表面的散热量，外表面的散热量，w/m2外表面的热转移系数，外表面的热转移系数，w/（m2K)erece季节 表面特征eRe冬季 外墙、屋顶、与室外空气直接接触的表面 23.0 0.04与室外空气相通的不采暖

22、地下室上面楼板 17.0 0.06闷顶、外墙上有窗不采暖地下室上面楼板 12.0 0.08外墙上无窗的不采暖地下室上面的楼板6.00.17夏季 外墙和屋顶19.0 0.05qe e对于一维稳定传热过程对于一维稳定传热过程,eiqqqq0eR11RttRRttdttqeiieieiei上上式式联联立立:q通过平壁的传热量通过平壁的传热量 w/m2R0平壁的总传热阻平壁的总传热阻R0平壁的总传热阻，表示热量丛平壁一侧平壁的总传热阻，表示热量丛平壁一侧传到另一侧是所受到的总阻力传到另一侧是所受到的总阻力 （ m2K / w）)(00eieittKRttqeidRK111100物理含义：当物理含义：当

23、 ti-te=1 时，单位时间内通过平时，单位时间内通过平壁单位表面积的传热量壁单位表面积的传热量 w/（m2K)K0平壁的传热系数平壁的传热系数常见的围护结构有：常见的围护结构有：单一材料层、组合材料层和封闭空气间层等单一材料层、组合材料层和封闭空气间层等eiRRRR0（一）单一材料层的热阻（一）单一材料层的热阻（二）组合材料层的热阻（二）组合材料层的热阻组合壁：在建筑工程中，维护组合壁：在建筑工程中，维护结构内部个别材料层常出现两结构内部个别材料层常出现两种以上材料组成的组合材料层。种以上材料组成的组合材料层。材料层的热阻材料层的热阻组合壁的平均导热热阻组合壁的平均导热热阻 ：R.332211321RFRFRFFFFR式中式中F是各部分在垂直热流方向是各部分在垂直热流方向的表面积的表面积M2 平行于热流方向沿材料平行于热流方向沿材料层中不同材料的界面将其层中不同材料的界面将其分隔为分隔为1、2、3等部分等部分计算各部分的热阻计算各部分的热阻R1 R2 R3123求组合壁的导热热阻求组合壁的导热热阻1石灰沙浆石灰沙浆2红砖砌体红砖砌体3炉渣炉渣4水泥沙浆水泥沙浆12341402801401515120120240.3