《020304第一章 建筑热工学基本知识3次课1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《020304第一章 建筑热工学基本知识3次课1（111页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 建筑热工学基本知识,1.1 围护结构传热与热物性的基本概念 1.2 围护结构稳定传热原理与计算 1.3 围护结构周期性不稳定传热原理与计算,1.1围护结构传热与热物性的基本概念,一、传热的基本概念 二、传热的三种基本方式 三、湿空气的热物理性质 四、建筑材料的热物理性质,一、传热的基本概念（Heat transfer） 室内空气通过围护结构与室外空气进行热量传递的过程，称为围护结构的传热过程,热量传递过程的推动力：温差 热力学第二定律：热量可以自发地由高温热源传给 低温热源 有温差就会有传热 温差是热量 传递的推动力,自然界与生产过程到处存在温差 传热很普遍,b 夏天人在同样温度（如：
2、25度）的空气和水中的感觉不一样。为什么？,c 北方寒冷地区，建筑房屋都是双层玻璃，以利于保温。如何解释其道理？越厚越好？,日常生活中的例子：,a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和 冬天都保持20度，那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样？为什么？,围护结构,冷空气,热空气,热量传递 （热流）,传热：各种热量传递过程的总称。温差是传热的动力。 稳定传热过程：传热过程中各点温度不随时间变化。 不稳定传热过程：传热过程中各点温度随时间变化。,传热的动力是温差,围护结构,冷空气,热空气,对流 辐射,对流 辐射,导热,整个过程分三个阶段 吸热阶段：对流和热辐射的方式 导热阶段：固体导热
3、的方式 放热阶段：对流和热辐射的方式,温度场：某一时刻所有各点的温度分布叫温度场 稳定温度场 不稳定温度场,二、传热的三种基本方式 导热（conduction） 当物体各部分之间不发生相对位移或不同的物体直接接触时，依靠物质的分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递称导热 单纯的导热只发生在固体之中,二、传热的三种基本方式 导热的计算 单层平壁导热计算,材料导热系数,i, e,Q,d,单位时间通过面积为F的平壁的导热量为：,如果平壁两个表面的温度不随时间变化，并且 1 2，那么：,单位时间单位面积的平壁的导热量为（热流密度）：,单层平壁导热,T1,T2,Q,导热热阻,导热温差,导
4、热热流,T1,T2,R,q,材料的导热系数，单位为W/（mK）。 建筑材料导热能力大小的一个重要指标。 影响导热系数的因素：,材质 干密度 含湿量,（1） 材料的导热系数,绝热材料：导热系数在0.3W/(m K)以下的材料。按用途不同称作保温材料或隔热材料，比如矿棉、岩棉、泡沫塑料等。 静止的空气具有很好的保温能力。 水和金属的导热系数较大。,（2）热阻 R - 导热热阻，m2.K/W 导热热阻的定义式为Rd/ 热阻是热流通过平壁时所受到的阻力，换句话说，是平壁抵抗热流通过的能力 ：热流通过平壁是所受到的阻力，即平壁抵抗热流通过的能力,多层平壁导热计算 假设：各层材料本身既不发热也不蓄热,平壁
5、内部既无热源也无热汇 即：q = (ie ）/(R1+R2+R3) -多层平壁的总热阻是各层材料热阻之和,热源,热汇,多层平壁导热,i,e,2,3,q1,q2,q3,d1,d3,d2,R1,R2,R3,i,e,（F1F2F3. .）,(F1/R1+F2/R2+F3/R3+. .）,R=,组合壁导热计算 面积加权平均,【例11】若采用加气混凝土(导热系数为0.22W/(m.K)替代传统的240mm砖墙(导热系数为0.81 W/(m.K)，要达到同样的热阻，加气混凝土墙需要多少厚度（不考虑墙体内外抹灰等因素)。 【解】 砖墙的热阻：Rd/ =0.24/0.81=0.296m2.K/W； 加气混凝土
6、墙厚度： d=R=0.2960.22=0.065m=65mm。,对流（convection） 对流是指流体各部分之间发生相对位移，依靠冷热流体互相掺混和移动所引起的热量传递方式-流体中（气体或液体）温度不同的各部分之间，由于发生相对的宏观运动而把热量由一处传递到另一处的现象 自然对流：由于流体冷热部分的密度不同而引起的 强制对流 单纯的对流只发生在流体中,对流换热 对流换热：流体与壁面接触时同时发生对流和导热的热量传递过程。 -当流体流过一个物体表面时的热量传递过程,对流换热机理,与单纯的对流不同，具有如下特点： a 导热与热对流同时存在的复杂热传递过程 b 必须有直接接触（流体与壁面）和宏观
7、运动；也必须有温差 c 壁面处会形成速度梯度很大的边界层,对流换热 壁面和流体主流区之间的换热,边界层： 层流边界层： 热量传递主要依靠导热 紊流边界层： 热量传递主要依靠对流 主流区,对流换热机理,对流换热的简单计算, 壁面温度。 t 流体主流区温度。 Rc 对流换热热阻，m2.K/W，它是热流通过壁面边界层时所受到的阻力，换句话说，是边界层抵抗热流通过的能力，显然，在同样的壁面与空气温差下，热阻越大，壁面和空气的对流换热量越小，反之亦然，其定义式是Rc1/c ； c对流换热系数， W/(m2.K)，表征边界层对流换热能力的大小，具体的物理意义可以表述为当壁面和流体主流区之间的温差为1时，单
8、位时间通过单位表面积的换热量。c越大，对流换热能力越强。影响因素较多，一般通过实验方法确定。,注意公式选择的条件。,自然对流换热：因温差引起的对流换热。（暖气） 强制对流换热：受外力推动引起的对流换热。（手摇扇、吊扇、空调、开窗自然通风。） 强制对流换热中包含自然对流换热，强制对流换热能力更强。,【例12】某地夏季测得室外平均风速为3m/s，水泥屋面的温度为47，空气温度为26，试计算此时水泥屋面的对流散热流密度。 【解】 1、求对流换热系数： 因已知壁面与空气的温差，故使用表11中e式和b式计算c 。 c 2.5(t)1/4 +4.2v =2.5(47-26)1/4+4.43 =2.69(自
9、然对流部分) +13.2(强制对流部分) 15.89 W/(m2 K) 2、求对流换热热流密度： 按式（110）：qc=c (t) = 15.89(4726)=333.69W/m2,热辐射（radiation） 辐射：物体通过电磁波来传递能量的方式。不同波长的电磁波可产生不同的效应（手机、收音机。）。 热辐射：物体通过电磁波来传递热量的方式称辐射，因自身温度的原因发出辐射能的现象，即由热运动产生的，以电磁波形式传递能量的现象 热辐射：因温度原因发出辐射能的现象。 辐射热：通过热辐射方式传递的热量,热辐射：因温度原因发出辐射能的现象。,辐射换热的三个特点 辐射换热的三个特点 热辐射可以在真空中传
10、播，不需任何中间介质，不需冷热物体直接接触。 热辐射不仅产生能量传递，还在传递过程中伴随着能量形式的转换： 内能电磁波能内能 一切物体，不论温度高低都在不停地发射辐射热 辐射换热是两物体间互相辐射的结果。,辐射换热：自然界中的各个物体都在不停地向空间发出辐射热，同时又在不停地吸收其它物体发出的辐射热，这种在物体表面之间由辐射与吸收综合作用下完成的热量传递,太阳辐射 （短波辐射）,常温物体辐射 （长波辐射）,160nm380nm：紫外线 380nm760nm：可见光 760nm2500nm：红外线 常温物体的辐射长波辐射， 3微米以上，集中在远红外线区 太阳辐射短波辐射， 0.23微米，集中在可
11、见光和近红外线区 注意：有实际意义的热辐射的波长范围在0.381000m之间 1m=110-6m 或：1m=10 6um=1012nm,物体对辐射热吸收、反射和透射的一般概念-接收本领,吸收率,反射率,透射率,物体对辐射热吸收、反射和透射的一般概念,外来辐射热Q,反射,透射,吸收,能量守恒原理 + +=1 固体和液体：红外辐射范围内，0， + 1 气体： 0， +=1,辐射换热的研究方法：假设一种黑体，它只关心热辐射的共性规律，忽略其他因素，然后，真实物体的辐射则与黑体进行比较和修正，通过实验获得修正系数，从而获得真实物体的热辐射规律,物体对不同波长辐射热的吸收率、反射率和透射率不同 不同物体
12、的特性不同，材质、表面光洁度和颜色是影响因素。,不同物体的反射率,黑体：全部吸收辐射热=1 白体：全部反射辐射热 1 透热体：全部透射辐射热1 工程材料大多是非透明体，也即吸收率反射率1。,物体向外发射辐射热的一般概念-发射本领 辐射力E：物体在单位时间内单位表面积向半球空间所有方向发射的全部波长的辐射能的总量（W/m2）。 针对某一特定波长的辐射力叫单色辐射力（W/m2m） 物体的单色辐射力随温度和波长而变化 普朗克定律：黑体的温度升高时，黑体单色辐射力的最大值也升高并且向短波方向移动,温度越高，辐射力越强 同温度下，黑体辐射能力最强。 辐射系数C：表征黑体向外发射辐射能力的热物理常数 Cb
13、5.67W/(m2K4)：黑体的辐射系数,辐射换热的研究方法：假设一种黑体，它只关心热辐射的共性规律，忽略其他因素，然后，真实物体的辐射则与黑体进行比较和修正，通过实验获得修正系数，从而获得真实物体的热辐射规律,灰体：同温度条件下与黑体辐射光谱曲线类似，辐射能力较弱的物体，大多数建材可近似看作灰体。,实际物体的发射率（黑度）， 01， 表征物体辐射能力与黑体接近的程度。,发射率,发射,吸收率、反射率和透射率与材料性质和波长的关系,对长波辐射的吸收率等于本身的黑度 善吸收者善反射 太阳辐射的吸收率不等于本身的黑度，因为黑度是专门表征长波辐射能力的参数 物体表面对外来辐射热的反射率随波长而变化,对
14、常温物体辐射的吸收率发射率 对太阳辐射的吸收率发射率,辐射热的反射率随波长而变化的关系,白色表面：对包括可见光在内的短波辐射热的反射能力最强，而对于长波辐射热的反射能力却很小 抛光的金属铝表面：对各种波长辐射热的反射能力都很强，接近白体； 黑色表面：对各种波长辐射热的反射能力都很小 建筑外墙颜色的选择 ？,隔热涂料（反射漆）：,美国“冷屋顶”节能的研究，刘迎云，2001，31（1），16,人体表面吸收率推荐实用值 引自建筑环境学,普通玻璃窗透过率大，能够透进大量短波的太阳辐射热，而室内物体被加热后发出的长波辐射热却被玻璃阻隔在室内,太阳能房,太阳辐射透射率0.76 集热墙吸热涂层太阳辐射吸收率
15、0.88，以黑、蓝、棕、墨绿为宜。 墙体屋顶保温。,特朗布壁,辐射换热的简单计算,F1两表面间看得见的面积。 C12当量辐射系数。 C12C1C2/Cb 两表面的辐射角系数。表示单位时间内，1表面投射到2表面的辐射换热量与1表面向外界辐射总热量的比值。几何关系量。,一般位置两灰体,条件：T1T2， F1表面至F2表面，计为q1-2,T1 C1,T2 C2,T1T2,平行平板间的辐射换热,q1-2,1 C121/(1/C1+1/C2-1/Cb),辐射换热系数对流换热系数,【例13】墙体内的空气层厚度远小于墙体宽度和高度，两个内表面的黑度均为0.8，温度分别为15和5，试求空气层的辐射换热量；其辐射换热系数和辐射换热热阻有多大？若中间插入一块同样黑度的遮热板，辐射换热量又是多少？,【解】 1、先求表面的辐射系数： C1=C2=C=Cb 0.85.674.536W/(m2.K4) 2、再求空气层的辐射换热量： 由表13知空气层的当量辐射系数为 C12 1 / 1/C1+1/C21/Cb 1/1/4.536+1/4.5361/5.67 = 3.78 W
