第2章 建筑的传热与传湿 本章要点： 1.三种传热方式的特点； 2.平壁热阻R及总传热阻R0和传热系数K； 3.材料导热系数λ; 4.空气间层传热特点; 5.蓄热系数S和热惰性指标D 6.湿空气的相对湿度φ及围护结 构的蒸汽渗透 2 . 1 传热方式 传热基本概念: 条件: 温差 方向: 高温 低温 基本方式: 1、导热 固、气、液 2、 对流 气、液 3、辐射 无需介质 传热量: Q 单位:W ; q 单位:W/m2 传热形式: 稳定传热: 各点温度不随时间变化 能量守恒, 即任意封闭空间 Q进=Q出 非稳定传热: 温度随时间变化 周期性传热: 温度随时间周期性变化 2 . 1 . 1 导热 温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触而发 生的热量传递现象可发生在各种状态的物体中 导热基本方程式：(傅立叶定律） T1 T2 W l 热流强度： w/m2 式中： T1、 T2——物体两端的温度，K F——物体的截面积（传热面积），m2 l——物体的长（厚）度（传热距离），m λ——决定材料性质的比例系数，称为导热系数， w/m2·k 它的数值的大小表征着物体（质）导热能力的大小 。
导热系数----表示材料传导量热难易程度的基本参数, 通过实验测定 影响因素: (1) 材质 材料名称 [W／(m·K)] 钢筋混凝土 1.74 砖砌体 0.81 加气混凝土 0.19～0.22 苯乙烯泡沫塑料 0.042 ～ 0.047 空气 0.029 水 0.58 冰 2.33 气体最小 0.006 ～ 0.6 液体 0.07 ～ 0. 7 固体----非金属 0.025 ～ 3.50 ---金属 2.20 ～ 420.00 影响因素: (2) 干密度 材料名称 [W／(m·K)] 密度(kg/m3) 加气混凝土 0.019 500 0.22 700 玻璃棉与密度的关系 最佳干密度：对应于 该干密度下，材料具有最 小的导热系数 影响因素: (3) 湿度 随材料湿度增大而显著增大 对于建筑围护结构所用材料，尤其是保温材料，应特别注意 其内部的湿度状况，控制材料内的含湿量。
工程上通常把 0 (K)的物体都会向外辐射电磁波 也会接收外来电磁波 T = 273 + t (K) (℃) T1T2 电磁波分类: 1、物体的辐射特性 辐射体类型: 黑体, 灰体, 选择性辐射体 辐射能力: 单位:W／m2 C—辐射系数[W/(m2 ·K4)]，黑体最大 Cb=5.68 W/(m2 ·K4) C=0~5.68 W/(m2 ·K4) 灰体辐射性能参数: 辐射系数C , 或黑度ε C —灰体辐射系数 Cb —黑体辐射系数 灰体ε 1 ; 黑体ε= 1 物体辐射光谱特点: 温度愈高，最大辐射力的波长愈短 太阳辐射(6000K黑体) 不同温度下，最大单色辐射力的波长λ﹡为： μm 在一定温度下，物体表面发射的辐射能绝大部分集中在 （0.4~7）λ﹡的波长范围内 λ＞3 μm——长波辐射 λ＜3 μm——短波辐射 太阳辐射能： λ﹡=0.483 μm 能量集中的波长范围： λ=0.2~3.0 μm 一般围护结 构： λ﹡≈10 μm 能量集中的波长范围： λ=4~70 μm 2、物体表面对外来辐射的吸收和反射特性 性能参数:吸收系数ρ ,反射系数γ, 透过系数 ρ+ γ + =1 非透明材料 ρ+ γ =1 黑体:ρ =1 （全吸收体） 白体:γ=1 （全反射体） 透明体: =1 （全透射体） 在传热学中可以证明：ε= ρ（数值上相等） 这说明，物体的辐射能力越大，它的吸收能力也越大 反之，辐射能力越小，则吸收能力也越小。
（均指特定波长） ρ τ γ 外来辐射 影响因素: 表面颜色、 材质、分子结构、表面光洁度 热辐射波长 对于短波辐射，颜色起主导作用；对于长波辐射，材性起主导作用 刷白表面 ρ低 短波 γ高 长波 γ低 ρ 高 高 几乎不透 温室效应 3、辐射换热 换热强度: qr=αr(θ1 –θ2) (W／m2) αr —辐射换热系数, 与表面辐射系数、温度有关 θ1 ,θ2 —表面温度 2 . 2 平壁的稳态传热 2 . 2 . 1 平壁的传热过程 传热过程: 内表面吸热, 外表面散热：以对流、辐射传热为 主 围护结构传热：以导热为主 d 1、内表面吸热 2、围护结构传热 3、外表面放热 d 外表面换热系数内表面换热系数 单位：w/(m2·k） 单位：w/(m2·k） 内表面吸热 围护结构传热 外表面放热 内表面换热阻外表面换热阻围护结构导热阻 平壁传热 q = =系数×温差 温差 热阻 由室内传至室外的热量： 总热阻R0= Ri+ R+ Re m2·k/w 围护结构保温指标: R0 或 K 或 传热系数 K=1/ R0 w/(m2·k) 2 . 2 . 2 总热阻R0 的计算: 1、单层材料： R0= Ri+ R+ Re 2、多层材料：R0= Ri+ ∑R+ Re ∑ R=R1+R2+R3+‥‥‥ 【例2-1】墙体构造: 水泥砂浆20mm; 多孔砖240mm; 保温砂浆20mm; 计算R0 和 K 【解】查附录表材料的导热系数,计算热阻如下: 材料层 厚度(m) 导热系数[W/(m·K)] 热阻 (m2·K/W) 水泥砂浆 0.02 0.93 0.02 多孔砖 0.24 0.58 0.41 保温砂浆 0.02 0.29 0.07 0.50 R0= Ri+R+Re= 0.11+0.50+ 0.04=0.65 m2·K/W K=1/0.65=1.54 W/(m2·K) 3、组合材料层热阻 4、组合墙传热系数 F2 F1 K2 K1 2 . 2 . 3 封闭空气间层传热 导热、对流和辐射三种传热方式综合作用。
导热: 很弱占 仅占10%左右 辐射: 约占70%以上 对流: 与厚度、位置、传热方向有关 约占10~20% 空气间层热阻: 测定 测量通过空气间层的热流和两表面温差计算出热阻 空气间层热反射的效果 提高空气间层热阻的措施： 用几个“薄”层代替“厚”层； 在间层表面涂贴辐射系数小， 反射系数大的材料，如铝箔等 例2-2】计算钢筋混凝土圆孔板冬季的热阻 【解】 （1）将圆孔折算成等面积方孔 b=0.079 m R0,1R0,2 （2）分别计算各部分总传热阻 查表: Ri=0.11 m2·K／W Re=0.04 m2·K／W 钢筋混凝土1=1.74W／(m·K) 空气层热阻R=0.17 m2·K／W ①有空气部分： ②无空气部分： R0,2R0,1 （m2·K／W） （m2·K／W） 3）求修正系数 钢筋混凝土1=1.74W／(m·K) 空气层当量导热系数 =0.93 R0,1R0,2 （4）计算组合板平均热阻 （m2·K／W） （m2·K／W） 2 . 2 . 4 平壁内部温度的确定 根据 计算 温度分布图解法 材料层的热阻越大，温度分布直线降落越陡 2 . 3 平壁的周期性传热 2 . 3 . 1 周期性传热的分析 1、规律： 2、特征: (1) 各点温度都随时间按照同样的周期变化 (2) 沿传热方向温度波幅衰减 (3) 沿传热方向波动变化时间延迟 2 . 3 . 2 谐波热作用下材料和围护结构的几个热特性指标 1、总衰减倍数ν0 总衰减倍数越大，说明围护结构抵抗室外气温波动的能力越强。
2、总延迟时间ξ0 温度波穿过平壁时总延迟时间 3、材料的蓄热系数 S 表示材料在周期性热作用下蓄存热量或放出热量的 能力 T —热作用的周期（h） c —材料比热容[kJ/（kg·K）] —材料的密度（kg/m3） 以一日24h为热作用周期的材料的蓄热系数： （ W ／m2·K） 材料蓄热系数与密度关系: 重质材料蓄热系数大 轻质材料蓄热系数小 材料名称 s24 [W ／(m2·K)] （ kg/m3） 钢筋混凝土 17.2 2500 砖砌体 10.63 1800 加气混凝土 3.59 700 聚苯乙烯泡沫塑料 0.07 100 空气 0 1.2 4、热惰性指标D 单位无量纲 D = R · s R —材料层热阻 (m2·K／W) s — 材料蓄热系数 [W ／(m2·K)] 多层材料平壁 D = D1+D2+‥‥‥ = R1 · s1+R2 · s2+‥‥‥ 组合材料层 围护结构的热惰性指标的大小表明围护结构抵抗周期性温度 波动的能力。
5、表面蓄热系数Y 材料层受到周期波动的热作用时，其表面温度的波动，不 仅与材料本身的热物理性有关，而且与边界条件有关，既与该 材料层相接触的介质（另一种材料或空气）的热物理性能和散 热条件，对其表面温度的波动也有影响，因此引进了材料的“ 表面蓄热系数”的概念，以与材料的蓄热系数 S区别开来 2 . 4 建筑传湿 2 . 4 . 1 湿空气的概念 1、水蒸气分压力P 单位：Pa 饱和水蒸气分压力Ps 湿空气 饱和湿空气 水蒸气水蒸气饱和 蒸发 P≤ Ps 饱和水蒸气分压力Ps 空气容湿能力 气温 气温(℃) : 0 10 20 30 Ps (Pa) : 609 1225 2331 4232 2、空气的湿度 （1）绝对湿度f 每立方米湿空气中所含的水蒸气的重量，g/m3 （2）相对湿度φ 一定温度及大气压力下，湿空气的绝对湿度f与同温同压 下的饱和空气含湿量fmax的比值其值的大小表征着空气的 干湿程度 3、空气的露点温度td 【例2-3】空气温度为18℃，相对湿度为60%，求露点温度 td。
【解】由图1.2-28查得空气温度为18℃时饱和水蒸气分压 力: Ps = 2062.5 Pa 已知相对湿度 为60%, 可算出水蒸气分压力： P = ×Ps =60%×2062.5=1237.5 Pa 以 1237.5 Pa为饱和水蒸气分压力，查图1.2-28得露点 温度 td =10.1℃ 2 . 4 . 2 围护结构的蒸汽渗透 稳定传热与传湿比较: 传热 传湿 热流强度q 单位:W/m2 蒸汽渗透强度ω 单位 :g/(m2·h) q = 温差 热阻 R= d 热阻 : 材料的导热系数 ω = 蒸汽压力差 蒸汽渗透阻 H= d µ µ: 材料的蒸汽渗透系数 一般密实材料µ小,多孔。