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1、第一篇建筑热工学,主要内容； 一般工业与民用建筑的热工设计： 建筑保温设计、防潮设计、防热设计、建筑节能设计。 基本内容： 围护结构传热、传湿的基本原理和计算方法。 国标和规范： 民用建筑设计规范（GB5017693） 建筑气候区划标准（GB5017893）， 民用建筑节能设计标准（采暖居住建筑部 分）（GBJ2495）等。,第一章 建筑热工学基础知识 1.1 建筑中的热传现象,1、围护结构的作用： 防热御寒 、使室内形成舒适的热环境。 2、热量的传递方式： 辐射 对流 导热,辐射、对流,太阳辐射,导热,辐射,对流,导热,辐射对流,辐射对流,对流,导流,辐射,室内供暖设备在室内的热交换,辐射传
2、热指热量以电磁波的形式把 热量由一个物体传向另一个物体把的 现象。 对流传热指流体与流体之间、流体 与固体之间发生相对位移时所产生 的热量交换现象。 导热指同一物体内部或两物体之间 由于分子热运动，热量由高温处向 低温处转换的现象。,温室效应,温室效应是指当热辐射由不同温度物体产生的时候，它的属性产生差异的一种结果。如图所示，高温的太阳发出短波辐射，可以通过大气层和玻璃。在温室或其他建筑物的内部这些热量被物体吸收，然后这些物体回发出再辐射热。因为温室内部的物体处于比太阳低的温度，因此长波辐射热无法穿透玻璃。于是这些再辐射热就会被困在室内并且使得温室内部的温度升高。,1.2 围护结构传热基础知识
3、一、导热,在不同的物质中导热的机理的区别： 在气体中是通过分子做无规则运动时互相碰撞而导热； 在液体中是通过平衡位置间隙移动着的分子振动引起的； 在固体中除金属外，由平衡位置不变的质点振动引起的，金属中主要是通过自由电子的转移而导热。,1、 温度场、温度梯度和热流密度,（1）、温度场 一般情况下，温度是空间坐标x 、y、z和时间的函数，即： t=f（x、y、z、） 某时刻物体内各点的温度分布状况温度场。 （2）温度梯度 等温面： 温度场中同一时刻由温度相同的各点连 成的面叫做等温面。,温度梯度： 温度差t与沿法线方向两等温面之间的距离n的比值的极限，叫温度梯度。即：,n,等温面示意图,热流密度
4、q： 单位时间内，通过等温面上单位面积的热量称为热流密度。,（W/m2),Q=qF,2、傅立叶定律,匀质材料物体内各点的热流密度与温度梯度的大小成正比，即：,其中 是比例常数材料的导热系数。负号表示热量传递只能沿着温度降低的方向而进行。,3、导热系数：,指当温度梯度为10C/m时，在单位时间内通过单位面积的导热量。即：,W/mk,导热系数大，表明材料的导热能力强。 影响导热系数数值大小的因素：材料的 种类、结构成分、密度、湿度、压力、温度等。,导热系数的大小：,金属最大 =2.2420,非金属和液体次之 =0.070.7,气体为最小 =0.0060.6,隔热材料 0.25。,建筑材料和绝热材料
5、 =0.0253,导热系数与温度的关系:,其中： 0为00C时的导热系数； b为实验测定的常数。,二、 对 流,对流的原因： （1）流体有温度差自然对流； （2）流体因受外力作用受迫对流。 牛顿公式（确定表面对流换热量） qC=C（t-） qC对流换热强度，W/; t流体的温度，C0； C对流换热系数，W/K; 固体表面温度，C0。,1、自然对流,表面类型,垂直表面,水平表面（热流由下而上）,水平表面（热流由上而下）,2、受迫对流： 内表面 ,外表面 ,三、辐射：,辐射传热的本质： 辐射传热的本质是以电磁波传递热能的。温度高于绝对零度的物体都能发射辐射热。 1、物体的辐射特性： 1）分类 按物
6、体的辐射光谱特性 黑体： 能发射全波段的热辐射，在相同的温度条件下， 辐射能力最大。 灰体： 其辐射光谱具有与黑体辐射光谱相似的形状，且对应每一波长的单色辐射力，与同温度同波长的黑体的的比值为一常数。,即：,称为发射率或黑度,非灰体：只能发射某些波长的辐射线。,1黑体； 2灰体； 3非灰体,其中,（2）斯蒂芬波尔兹曼定律：黑体和灰体的全辐射能力与其表面的绝对温度的四次幂成正比 即：,其中：C物体的辐射系数， W/m2k4 T物体表面的绝对温度，K,黑体的辐射系数Cb=5.68，灰体的辐射系数C,比值称为发射率或黑度,温度不同时，其光谱中的波长特性也不同，温度增加，短波成分增强。,T为物体表面的
7、绝对温度，K。,2、物体表面对外来辐射的吸收与反射特性,任何物体不仅具有本身向外辐射的能力，而且对外来的辐射具有吸收性和反射性，某些材料还有透射性。（绝大多数建筑材料对热辐射不透明）。 （1）、 对不透明表面的反射和吸收： 投射至不透明材料表面的辐射能，一部分被吸收，一部分则被反射。 r+=1 吸收系数被吸收辐射能I与入射能I之比； 反射系数 r 被反射辐射能Ir与入射能I之比。,（2）、材料对热辐射的吸收和反射性能，只 要取决于表面的颜色、材性和光滑平整程度； 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。 （材性是指导电体还是非导体）,I,Ir,不透明表面的反射和吸收,3、物体
8、之间的辐射换热：,（1）空间任意两个相互分离的物体，彼此 间就会产生辐射换热 （2）两表面间的辐射换热量主要取决于表面的温度、表面发射和吸收辐射的能力、相互之间的位置。 Q1，2=r（12）F 或 q1,2=r（12） 其中r辐射换热系数，W/（K）,2表面,1表面吸收外来辐射,2表面吸收外来辐射,1表面向外辐射,2表面向外辐射,“1”表面辐射散热”， “2”表面辐射得热,表面的辐射换热,四、围护结构的传热过程：,通过围护结构的传热经过的三个过程： 1、表面吸热内表面从室内吸热（冬季）， 或外表面从室外空间吸热（夏季）； 2、表面放热外表面向室外空间散发热量 （冬季），或内表面向室内散热（夏季
9、） 以上两项可以统称为表面换热； 3、结构本身传热热量由高温表面传向低 温表面。,放热,te,吸热,传热,ti,i,00C,e,围护结构传热过程,表面总换热量是对流换热量与辐射换热量之和，即： q=qC+qr=c（-t）+r（-t） =（c-r）（-t）=（-t） 其中：q表面换热量，W/； 表面换热系数， =C+r，W/K； 壁面温度，0C； t室内或室外气温，0C。,1、表面换热（表面吸热和放热的总称）,2、结构传热：,（1）、热流强度： W/ 式中：材料的导热系数，W/（mk）； d/dx温度梯度，k/m。 （2）分类： 稳定传热： 当平壁两侧的温度 i和e不随时间变化时， 此种传热称为
10、“稳定传热”。,平壁一维导热模型,X,不稳定传热：,平壁的各截面温度和通过各截面的热流都随时间而变，此种传热称为“不稳定传热”。 影响不稳定传热的因素除导热系数外，材料的的比热C和容重对传热过程有更重大的影响，（三种材性的综合影响）。 材性的导温系数： 被称为热扩散系数(三种材性的综合影响)。当平壁一个表面温度 （如图中i）作升降变化时，表征这种变化向内壁传播的快慢程度。越大，则传播得越快；越小，则越慢。,1.3湿空气的物理性质 一、定义：干空气，湿空气,湿空气 = 干空气 + 水蒸气 干空气容纳水蒸气的含量有一定的限度：在温度和压力一定的条件下，一定容积的干空气所能容纳的水蒸气量是有一定限度
11、。 未饱和湿空气： 当水蒸气的含量尚未达到一定限度时，该湿空气叫作未饱和湿空气。 饱和湿空气：达到这一限度的湿空气叫做饱和湿空气。 过饱和湿空气：水蒸气将凝结成液态水析出。,二、道尔顿定律： 1、道尔顿定律：,未饱和湿空气压强的规律： 湿空气的压强等于干空气的分压力和水蒸气分压力之和，即： PW =Pd + P PW湿空气的总压力， Pd干空气的分压力， P 水蒸气的分压力。,容积V V V 压强Pd P PW=Pd+P,2、饱和状态的湿空气中的水蒸气的压力“饱 和蒸气压”Ps：,（1） 标准大气压力下，不同温度时的Ps： 在一定的大气压下，湿空气的温度越高，其 一定容积中所能容纳的 水蒸气优
12、越多，因而水 蒸气所呈现的压力越大 例如：在标准大气压下 不同温度下的饱和水蒸 气分压力Ps值：,t （0C） Ps （Pa） 0 610.6 5 871.9 10 1227.9 15 1703.9 20 2337.1 25 3167.7 温度上升，Ps升高， 水蒸汽含量越高。,（2）、在气温一定时，水蒸气分压力随绝对 湿度成正比例变化；绝对湿度f一定时，水 蒸汽分压力随绝对温度成正比例变化： P=0.461Tf （3）、P与f成正比例，PS与fmax成正比例，相 对湿度的另一表示方式： =P/PS1000/0 式中： P空气的实际水蒸气分压力，Pa； PS同温度下的饱和蒸汽压，Pa。,三、空
13、气湿度：,空气湿度（f ）描述空气的干湿程度 1、绝对湿度： （ f ） 每立方米所含水蒸气的重量。f 与P对应（ g/m3 ） 饱和状态时 fmax 2、空气的相对湿度（ 0/0） （1）、 一定温度，一定大气压力下，湿空气的绝对 湿度f，与同温同压下的饱和蒸汽量fmax的百分比， 即：,（4）、绝对湿度相同而相对湿度不同： f相同不同的居室,四、露点温度：,1、 温度压力一定条件下，绝对湿度一定的空气中所含水蒸汽量是一定的，因而其实际水蒸汽分压力P也是一定的。其所能容纳的最大水蒸汽含量以及与之对应的最大水蒸汽分压力PS也都是一定的，相对湿度也是一定的。 2、 水蒸汽含量不变，用干热法加热升
14、温，在加热过程中既不增加也不减少空气中水蒸汽的含量，也就是保持P值不变，相对湿度随之变小。即： T PS ； T PS 。,3、露点温度：,当温度T下降到某一特定值时，PS小到与P值相等，则相对湿度为=100，本来是不饱和的空气，终于因室温下降而达到饱和状态，这一特定温度称为该空气的“露点温度”td。其物理意义为空气中的水蒸汽开始出现结露的温度。,例题： 用干湿球温度计测得某采暖居室气温ti=180C,相对湿度=61.1,试求该居室空气的露点温度td。 【解】首先要求出该居室的实际水蒸汽分压力P。查附录2，知当t=180C时，饱和蒸汽压 PS=2062.5Pa，可求出P为 P=PS=2062.
15、50.611=1260Pa 当该室气温降到PS=1260Pa时所对应的温度，即为该点的露点温度。从附录2中查得PS=1260Pa对应的露点温度为： td=10.40C,1.4室内热环境,一、建筑环境 1、室内环境 室内物理（生理）环境：室内热环境、室内声环境、室内光环境、室内空气质量等。 室内心理环境。 2、室外环境。 3、室内热环境构成要素： 室内热辐射、室内气温、室内空气湿度、室内风速。,二、室内热环境要素分析：,1、室内热辐射,（1）、平均热辐射温度：在要求较低的状态下可以用此 式（不考虑风速情况下）,(2)、用黑球温度换算；,测出球中心的温度tg,测出空气温度 ta 用经验公式 Tmrt=tg+2.4v0.5（tg-ta） 其中V为风速。,2、室内气温： 按使用要求规定： 冬天160C220C，采暖温度为180C，幼儿园室内气温为200C；夏天有空调温度为240C280C。这些
