第二章建筑傳熱的基本原理

1、第二章建筑傳熱地基本原理2.1傳熱方式傳熱是指物體內(nèi)部或者物體與物體之間熱能轉(zhuǎn)移地現(xiàn)象凡是一個(gè)物體地各個(gè)部分或都物體與物體之間存在著溫度差 ，就必然有熱能地仁慈轉(zhuǎn)移現(xiàn)象發(fā)生 建筑物內(nèi)外熱流地傳遞狀 況是隨發(fā)熱體（熱源）地種類受熱體（房屋）部位及其媒介（介質(zhì)）圍護(hù)結(jié)構(gòu)地不同情況而 變化地?zé)崃鞯貍鬟f稱為傳熱根據(jù)傳熱機(jī)理地不同，傳熱地基本方式分為導(dǎo)熱對(duì)流和輻射 3 種.1.導(dǎo)熱（1）導(dǎo)熱地機(jī)理導(dǎo)熱是指物體內(nèi)部地?zé)崃坑梢桓邷匚矬w直接向另一低溫物體轉(zhuǎn)移地現(xiàn)象這種傳熱現(xiàn)象是兩直接接觸地物體質(zhì)點(diǎn)地?zé)徇\(yùn)動(dòng)所引起地?zé)崮軅鬟f一般來說，密實(shí)地重質(zhì)材料，導(dǎo)熱性能好,而保溫性能差；反之，疏散地輕質(zhì)材料，導(dǎo)熱性能差，而保

2、溫性能好材料地導(dǎo)熱性能以熱導(dǎo) 率表示熱導(dǎo)率是指在穩(wěn)定傳熱條件下，1m厚地材料，兩側(cè)表面地溫差為I開（K）或1攝氏度（C ），在1h內(nèi)；通過1 m2面積傳遞地?zé)崃?，單位為? （米 開）W/ （m-K），或瓦/ （米 ：C ）W/（m C ） 熱導(dǎo)率與材料地組成結(jié)構(gòu)密度含水率溫度等因素有關(guān)通常把熱導(dǎo)率較低地材料稱為保溫材料，把熱導(dǎo)率在0.05W/ （m K）以下地材料稱為咼效保溫材料普通混凝土地?zé)釋?dǎo)率為1. 75W/（m -K），粘土磚砌體為 0. 81W/（m -K），玻璃棉.巖棉和聚苯 乙烯地為 004005W/ (m - K)圖2-1棒地導(dǎo)熱1）桿地導(dǎo)熱若一根密實(shí)固體地棒，除兩端外周圍用理

3、想地絕緣材料包裹，其兩端地溫度分別為T1和T2，如圖2-1 所示.如T-!大于T2，則有熱量Q通過 截面F以導(dǎo)熱方式由£端向T2端傳遞.依據(jù)實(shí)驗(yàn)可知：nT2 _Q = ' 2 F (2-1)I式中 Q 棒地導(dǎo)熱量（W）;F -棒地截面積（m）；T1，T2 分別為棒兩端地溫度（K）；I 棒長(zhǎng)（m）；'導(dǎo)熱系數(shù)（W/ （m K）.由上式可知，棒在單位時(shí)間內(nèi)地傳熱量Q與兩端溫度差（Ti -T2）.截面面積F及棒體材料地導(dǎo)熱系數(shù)成正比，而與傳熱距離即棒長(zhǎng)I成反比.2）壁地導(dǎo)熱圖2-2平壁地導(dǎo)熱在建筑工程中，通常將固體材料組成地壁體內(nèi)部地傳熱也看成導(dǎo)熱如圖2-2中地壁體，兩表面

4、地溫度分別為T1和T2，若T1大于乙，則熱流量為:(2-2)式中 Q單位面積單位時(shí)間地?zé)崃髁?W/tf );A 壁體材料地導(dǎo)熱系數(shù)(W / (m K);d壁體地厚度(m).(2)材料地導(dǎo)熱系數(shù)及其影響因素是一個(gè)非常重要從公式(2-1)可知，材料地導(dǎo)熱系數(shù)，值地大小直接關(guān)系到導(dǎo)熱傳熱量 地?zé)嵛锢韰?shù).這一參數(shù)通常由專門地實(shí)驗(yàn)獲得，各種不同地材料或物質(zhì)在一定地條件下都具 有確定地導(dǎo)熱系數(shù).空氣地導(dǎo)熱系數(shù)最小，在27 C狀態(tài)下僅為0. 02624W / (m K);而純銀在0C時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)達(dá)410W/(m K)，兩者相差約156萬倍，可見材料或物質(zhì)地導(dǎo)熱系數(shù)值變動(dòng)范 圍之大.常用建筑材料地導(dǎo)熱系數(shù)值

5、已列入本書附錄I中,未列入地材料或新材料可在其它參考文獻(xiàn)中查到或直接通過實(shí)驗(yàn)獲得 材料或物質(zhì)地導(dǎo)熱系數(shù)地大小受多種因素地影響，歸納起來，大致有以下幾個(gè)主要方面1)材質(zhì)地影響由于不同材料地組成成分或者結(jié)構(gòu)地不同，其導(dǎo)熱性能也就各不相同，甚至相差懸殊，導(dǎo)熱系數(shù)值就有不同程度地差異，前面所說地空氣與純銀就是明顯地例子.就常用非金屬建筑材 料而盲，其導(dǎo)熱系數(shù)值地差異仍然是明顯地，如礦棉.泡沫塑料等材料地，值比較小，而磚砌體鋼筋混凝土等材料地'值就比較大.至于金屬建筑材料如鋼材鋁合金等地導(dǎo)熱系數(shù)就更大|帯tL干爭(zhēng)9N/十© 忡 加 丹槻加血占£rm£R圖2-3玻璃棉

6、導(dǎo)熱系數(shù)與干密度地關(guān)系子工程上常把值小于0. 3W/ (mK)地材料稱為絕熱材料，作保溫隔熱之用，以充分發(fā)揮其材料地特性2) 材料干密度地影響材料地干密度反映材料密實(shí)地程度,材料愈密實(shí)干密度愈大，材料內(nèi)部地孔隙愈少，其導(dǎo)熱性能也就愈強(qiáng)因此，在同一類材料中，干密度是影響其導(dǎo)熱性能地 重要因素在建筑材料中，一般來說，干密度大地材料導(dǎo)熱 系數(shù)也大，尤其是像泡沫混凝土 加氣混凝土等一類多孔材料，表現(xiàn)得很明顯；但是電有某些材料例外，當(dāng)干密度降低到某一程度后，如再繼續(xù)降低，其導(dǎo) 熱系數(shù)不僅不隨之變小，反而會(huì)增大，如圖2-3所示玻璃棉地導(dǎo)熱系數(shù)與干密度地關(guān)系即是一 例顯然，這類材料存在著一個(gè)最佳干密度，即在

7、該千密度時(shí)，其導(dǎo)熱系數(shù)最小在實(shí)用中應(yīng)充分注意這一特點(diǎn)3) 材料含濕量地影響在自然條件下，一般非金屬建筑材料常常并非絕對(duì)干燥，而是在不同程度上含有水分，表明在材料中水分占據(jù)了一定體積地孔隙.含濕量愈大，水分所占有地體積愈多.水地導(dǎo)熱性能約比空氣高20倍,因此,材料含濕量地增大必然使導(dǎo)熱系數(shù)值增大Oq圖2-4表示磚砌體導(dǎo)熱系數(shù)與重量濕度 WW地關(guān)系.從圖中看出： 當(dāng)磚砌體地重量濕度由0增至4 %時(shí),導(dǎo)熱系數(shù)由0. 5W/ (m. K)增至1. 04W/ (m K).可見，影響之大.因此，在工程設(shè)計(jì)，材料地生產(chǎn).運(yùn)輸堆放. 保管及施工過程對(duì)濕度地影響都必須予以重視材料地導(dǎo)熱系數(shù)除上述因素有較大影響之

8、外，使用溫度狀況和某些材料地方向性也有一定地影響不過在一般工程中往往忽略不計(jì) 2對(duì)流傳熱圖2-4對(duì)流換熱對(duì)流傳熱是指具有熱能地氣體或液體在移動(dòng)過程中進(jìn)行熱交換地傳 熱現(xiàn)象在采暖房間中，采暖設(shè)備周圍地空氣被加熱升溫 ，密度減小上浮，臨近較冷空氣，密度較大 下沉，形成對(duì)流傳熱；在門窗附近，由縫隙進(jìn)入地冷空氣，溫度低密度大，流向下部，熱空氣上升， 又被冷卻下沉形成對(duì)流換熱 對(duì)于采暖建筑，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量較差時(shí)，室外溫度越低，則窗與外墻內(nèi)表面溫度也越低，鄰 近地?zé)峥諝庋杆僮兝湎鲁辽⑹崃?，這種房間，只在采暖設(shè)備附近及其上部較暖；外圍特別是下部則很冷，當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)質(zhì)量較好時(shí).其內(nèi)表面溫度較高，室溫分布較為均

9、勻，無急劇地對(duì)流 換熱現(xiàn)象產(chǎn)生，保溫節(jié)能效果較好圖2-4表示一固體面與其緊鄰地流體對(duì)流傳熱情況由于固體表面溫度B高于流體溫度t，因此有傳熱現(xiàn)象發(fā)生，熱流由固體表面?zhèn)飨蛄黧w若仔細(xì)觀察對(duì)派傳熱過程，可以看 出：因受摩擦力地影響，在緊貼固體壁面處有一平行于固體壁面流動(dòng)地流體薄層，稱為層流邊界層，其垂直壁面地方向主要傳熱方式是導(dǎo)熱，它地溫度分布皇傾斜直線狀；而在遠(yuǎn)離壁面地流體核心部分，體呈紊流狀態(tài)，因流體地劇烈運(yùn)動(dòng)而使溫度分布比較均勻，呈一水平線；在層流邊界層與體核心部分之間為過渡區(qū)，溫度分布可近似看作拋物線 由此可知，對(duì)流換換熱地強(qiáng)弱主要取決于層流邊界層內(nèi)地?fù)Q熱與流體遣動(dòng)發(fā)生地原因流體運(yùn)動(dòng)狀況流體與

10、固體壁面溫差流體地物性團(tuán)體壁面地形狀大小位置等因素對(duì)流換熱地傳熱量常用下式計(jì)算：0) = ac ( & t)(2-3)其中cc封流換熱強(qiáng)度(W/怦)；ac 對(duì)流換熱系數(shù)(W/ m2 K)；0面溫度(C )；t流體主體部分溫度(C )值得注意地是：對(duì)流換熱系數(shù)比不是固定不變地常數(shù)，而是一個(gè)取決于許多因素地物理量結(jié)合建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際情況并為簡(jiǎn)化計(jì)算起見，通常只考慮氣流狀況是自然對(duì)流還是迫對(duì)流；構(gòu)件是處于垂直地水平地或是傾斜地；壁面是有利于氣流流動(dòng)還是不利于流動(dòng)；換熱 方向是由下而上或是由上而下等主要影響因素為此特推薦以下公式(1)自然對(duì)流換熱本來溫度相同地流體或與流體緊鄰地固體表面，圍其中

11、某一部分加熱或冷卻，溫度發(fā)生了變化，使流體各部分之間或者流體與緊鄰地固體表面產(chǎn)生了溫度差，形成了對(duì)流運(yùn)動(dòng)而傳遞熱能這種因溫差而引起地對(duì)流換熱稱為自然對(duì)流換熱其對(duì)流換熱量仍可按(2-3)式計(jì)算，其對(duì)流換熱系數(shù)為：當(dāng)平壁處于垂直狀態(tài)時(shí):Cc=2 4 0-t(2-4)當(dāng)平壁處于水平狀態(tài)時(shí)：若熱流由下而上cC =2.54 9-t(2-5)若熱流由上而下a.=134 0-t(2-6)(2)受迫對(duì)流換熱當(dāng)流體各部分之間或者流體與緊鄰地固體表面之間存在著溫度差，但同時(shí)流體又受到外部因素如氣流泵等地?cái)_動(dòng)而產(chǎn)生傳熱地現(xiàn)金，稱為受迫對(duì)流換熱目前，絕大多數(shù)建筑物是處于大氣層內(nèi)，建筑物與空氣緊鄰，風(fēng)成為主要地?cái)_動(dòng)因素

12、值得注意地是，由于流體各部分之間 或者流體與緊鄰固體表面之間存在著溫度差，因溫差而引起地自然對(duì)流換熱也就必然存在，也就是說，在受迫對(duì)流換熱之中必然包含著自然對(duì)流換熱地因素這樣一來，受迫對(duì)流換熱主要取決于溫差地大小風(fēng)速地大小與固體表面地粗糙度對(duì)于中等粗糙度地固體表面，受迫對(duì)流換熱時(shí)地對(duì)流換熱系數(shù)可按下列近似公式計(jì)算：對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面cC= (2 . 56. 0) + 4 . 2v(2-7)對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面ac= 2 . 5 + 4. 2 v(2-8)上二式中，v表示風(fēng)速(m/s)，常數(shù)項(xiàng)反映了自然對(duì)流換熱地影響，其值取決于溫度差地大小3輻射傳熱(1)熱輻射地本質(zhì)與特點(diǎn)凡是溫度高于絕對(duì)零度(K

13、)地物體，由于物體原子中地電子振動(dòng)或激動(dòng)，就會(huì)從表面向外界空間輻射出電磁波不同波長(zhǎng)地電磁波落到物體上可產(chǎn)生各種不同地效應(yīng)人們根據(jù)這些不同地效應(yīng)將電磁波分成許多波段其中波長(zhǎng)在0.800 " m之間地電磁波稱為紅外線，照射物體能產(chǎn)生熱效應(yīng)通常把波長(zhǎng)在0.440m范圍內(nèi)地電磁波(包括可見光和紅外線地短波部分)稱為熱輻射，因?yàn)樗丈涞轿矬w上地?zé)嵝?yīng)特別顯著熱射線地傳播過程叫做熱輻射通過熱熱輻射地本質(zhì)決定了輻射傳熱有如下特點(diǎn):1）輻射傳熱過程中伴隨著能量形式地轉(zhuǎn)化，即物體地內(nèi)能首先轉(zhuǎn)化為電磁能向外界發(fā)射，當(dāng)此電磁能落到另一物體上而被吸收時(shí)，電磁能又轉(zhuǎn)化為吸收物體地內(nèi)能；2）磁波地傳播不需要任何

14、中間介質(zhì)，也不需要冷熱物體地直接接觸太陽輻射熱穿越遼闊地真空空間到達(dá)地球表面就是很好地例證；3）是溫度高于絕對(duì)零度地一切物體，不論它們地溫度高低都在不間斷地向外輻射不同波長(zhǎng)地電磁波因此，輻射傳熱是物體之間互相輻射地結(jié)果當(dāng)兩個(gè)物體溫度不同時(shí)，高溫物體輻射給低溫物體地能量大于低溫物體輻射給高溫物體地能量，從而使高溫物體地能量傳遞給了低溫物體輻射能地吸收反射和透射當(dāng)能量為I o地?zé)彷椛淠芡渡涞揭晃矬w地表面時(shí)，其中一部分 I ,被物體表面吸收，一部分Ir，被物體表面反射，還有一部分It， 可能透過物體從另一側(cè)傳出去如圖2-5所示根據(jù)能量守恒定律：士 +若等式兩側(cè)同除以Ir + It圖2-5輻射熱地吸收

15、仮射與透射Io則IoIt=1I o令干二，rh=二Io Io百=丄，分別稱為物體對(duì)輻射熱地吸收系數(shù)Io反射系數(shù)及透射系數(shù)，于是:h + rh +£ =1(2-9)各種物體對(duì)不同波長(zhǎng)地輻射熱地吸收反射及透射性能不同，這不僅取決于材質(zhì)材料地分子結(jié)構(gòu)表面光潔度等因素，對(duì)于短波輻射熱還與物體表面地顏色有關(guān)圖2-6表示幾種表面對(duì)不同波長(zhǎng)輻射熱地反射性能 凡能將輻射熱全部反射地物體 （rh=i）稱為絕對(duì)白體，能全部吸 收地（=1）稱為絕對(duì)黑體，能全部透過地（th=i）則稱為絕對(duì)透明體或透熱體 圖2-6表面對(duì)輻射熱地反射系數(shù)在自然界中并沒有絕對(duì)黑體 絕對(duì)白體及絕對(duì)透明體 在應(yīng)用科學(xué)中，常把吸收系數(shù)

16、接近 于1地物體近似地當(dāng)成絕對(duì)黑體 而在建筑工程中，絕大多數(shù)材料都是非透明體，即th= 0故而 0 +打=1由此可知，輻射能反射越強(qiáng)地材料，其對(duì)輻射能地吸收越少；反之亦然 3) 輻射換熱地計(jì)算在建筑工程中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面與其周圍其他物體表面之間地輻射換熱是一個(gè)應(yīng)當(dāng)重要研究地問題由于建筑材料大多可看做灰體，因此，物體表面間地輻射換熱量主要取決于各個(gè)表面地溫度發(fā)射和吸收輻射熱地能力以及它們之間地相對(duì)位置設(shè)有兩個(gè)一般位置地灰體表面1和2,如圖2-8所示它們之間相互 看得見”地表面積為和T2,它們兩者之間地輻Fl和F2，各自地輻射系數(shù)為 Cl和C2,它們各自地溫度為 Ti射換熱量Q!,或Q2可用下式計(jì)算

17、:Q1J2 = C12化T-ILJ00<100 J(2-10a)Q2 4 = C21100(2-10b)式中Q1 表面1傳給表面2地凈輻射換熱量 W;Q2 4 表面2傳給表面1地凈輻射換熱量 W;T1，T2分別為兩表面地絕對(duì)溫度，K ；F1 ，F(xiàn) 2分別為兩表面相互看得見"地面積，m2；C12或C21 相當(dāng)輻射系數(shù)，W/ (mK4 )圖2-8兩灰體表面間輻射換熱C1 C2CbC1,C2, Cb 表面1和2及絕對(duì)黑體地輻射系數(shù)；申12表面1對(duì)表面2地平均角系數(shù)；21表面2對(duì)表面1地平均角系數(shù)平均角系數(shù)面屮12 （或屮21 ）表示單位時(shí)間內(nèi),表面1（或表面2）投射到表面2（或表面1

18、） 地輻射換熱量Q1._.Q12（或Q21）,與表面1（或表面2）向外界輻射地總熱量 Q1 （或Q2 ）地比值，即Q-（或 直）卑2（或21）越大，說明F1（或F2）發(fā)射出去地總輻射熱中投射到F2（或FJ上地越多，Q2反之則越少角系數(shù)是一個(gè)純幾何關(guān)系量，它與物體地輻射性能無關(guān)，它地?cái)?shù)值取決于兩表面地相對(duì)位置大小及形狀等幾何因素，一般都將常用地平均角系數(shù)繪制成圖表以供選用此外，理論證明兩輻射表面地平均角系數(shù)間存在著互易定理”即：（2-12），從而豎2 F1 = ¥ 21 F2在建筑工程中，常見地一種情況是兩平行灰體表面面積比二者之間地距離大得多可近似地作為互相平行地?zé)o限大平面來計(jì)算設(shè)F

19、1及F2為兩個(gè)無限大地平行平面，如圖2-9所示此時(shí)任一個(gè)表面發(fā)射地輻射熱全部都投到另一個(gè)表面上，于是它們之間地平均角系數(shù)相等并且都等于1,即單位面積地凈輻射換熱量 q12為C12 =q1J2 = CW/ m2(2-13)1 1 1C1 C2 Cbw/ (mK4)(2-14)式中 C12 相當(dāng)輻射系數(shù);C1，C2，Cb 分別為表面1.表面2及絕對(duì)黑體地輻射系數(shù)另一種情況，就是一個(gè)物體被另一個(gè)物體完全包圍，如圖2-10所示,并且物.在工程中還有體1無凹角，物體2無凸角在這種情況下，物體1發(fā)射地輻射熱全部投射到物體2上，故 些2 = 1 ;但物體2所發(fā)射地輻射熱則只有一部分投射到物體1上，故

20、5;21 <1 兩個(gè)物體互相投射，由物體1傳給物體2地凈輻射熱量Q1 2 為：圖2-8兩平行無限大灰體表面間地輻射換熱(2-15)在相互輻射傳熱地過程中，物體得熱為正，失熱為負(fù)當(dāng)達(dá)到熱平衡時(shí)物體1失去地?zé)崃康扔谖矬w 2得到地?zé)崃扛鶕?jù)這種關(guān)系可知：Q21 =- Qi 2在這種情況下，相當(dāng)輻射系數(shù)Ci2不僅與兩物體地輻射系數(shù)有關(guān)，而且 與它們地表面積Fi和F2也有關(guān)系，其值為C121+ -G F 2 &2FiCb J(2-16)圖2-9物體1被物體2完全 包圍時(shí)地輻射換熱(2-17)(2-18)由上式可知，當(dāng)f2比F1大得多時(shí)，C12可近似地取C1值計(jì)算在建筑熱工學(xué)中，還會(huì)遇到需要研

21、究某一圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面F1與其他相對(duì)應(yīng)地表面（其他結(jié)構(gòu)表面人體表面等）以及室內(nèi)外空間之間地輻射換熱這類情況可按以下方式計(jì)算：qr= ： r（刁一比 ）式中 qr 輻射換熱量 W/怦；:r 輻射換熱系數(shù)，W/K）；円表面F-!地溫度，C；-2 與F|輻射換熱地表面F2地溫度，c 按前式所導(dǎo)，可知445 4_仃2 a C JOO一i100丿 -Jr = C12 1 - 二2式中 -r 輻射換熱系數(shù)，W/K）.；4C12 相當(dāng)輻射系數(shù)，W/（ m2 K ）；T1 F1地絕對(duì)溫度，= 273 +十（K）；T2 F2地絕對(duì)溫度,T> = 273 +玉（K）；屮12 F1對(duì)F2地平均角系數(shù)在實(shí)際計(jì)算中，

22、當(dāng)考慮一外圍護(hù)結(jié)構(gòu)地內(nèi)表面與整個(gè)房間其他結(jié)構(gòu)內(nèi)表面之間輻射換熱時(shí)，則取 ¥12 =1,并粗略地以室內(nèi)氣溫代表所有對(duì)應(yīng)表面地平均溫度（輻射采暖房間例外）當(dāng)考慮圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面與室外空間輻射換熱時(shí)，可將室外空間假想為一平行于圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面地?zé)o限大平面，此時(shí)¥12 =1,并以室外氣溫近似地代表該假想平面地溫度當(dāng)需要計(jì)算某圍護(hù)結(jié)構(gòu)與人體之間地輻射換熱時(shí)，必須先確定它們地平均角系數(shù)值，才能進(jìn)行輻射換熱地計(jì)算根據(jù)以上分析可以看出，只要物體各部分之間或者物體與物體之間存在著溫度差，它們必然發(fā)生傳熱地現(xiàn)象傳熱地方式為導(dǎo)熱對(duì)流和輻射，它們傳熱地機(jī)理?xiàng)l件和計(jì)算方法都各不 相同隨后還會(huì)了解，實(shí)際工

23、程中地傳熱并非單一地傳熱方式，往往是兩種甚至3種方式地綜合作用為了滿足工程設(shè)計(jì)地要求，計(jì)算方法也會(huì)在基本原理地基礎(chǔ)上作一些相應(yīng)地變化，從而使計(jì)算得以簡(jiǎn)化而又保證必要地精確度建筑物地傳熱通常是以輻射對(duì)流導(dǎo)熱3種方式同時(shí)進(jìn)行，綜合作用地效果以屋頂某處傳熱為例，太陽照射到屋頂某處地輻射熱，其中20%30%地?zé)崃勘环瓷?，其余一部分熱量以?dǎo)熱地方式經(jīng)屋頂?shù)夭牧蟼飨蚴覂?nèi)，另一部分則由屋頂表面向大氣輻射，并以對(duì)流換熱地方式將熱量傳遞給周圍空氣，如圖2-11所示.圖2-11屋頂傳熱示意又如室內(nèi)傳熱情況，火爐爐體向周圍產(chǎn)生輻射傳熱，以及與室內(nèi)空氣地導(dǎo)熱傳熱；室內(nèi)空氣被加熱部分與未加熱部分產(chǎn)生對(duì)流傳熱室內(nèi)空氣溫度

24、升高和爐體熱輻射作用，使外圍結(jié)構(gòu)地溫度升高，這種溫度較高地室內(nèi)熱量又向溫度較低地室外流散，如圖2-11 所示圖2-11室內(nèi)外傳熱示意2.2建筑得熱與失熱地途徑冬季采暖房屋地正常溫度是依靠采暖設(shè)備地供暖和圍護(hù)結(jié)構(gòu)地保溫之間相互配合，以及建筑地得熱量與失熱量地平衡得以實(shí)現(xiàn)可用下式表示：采暖設(shè)備散熱+建筑物內(nèi)部得熱+太陽輻射得熱=建筑物總得熱非采暖區(qū)地房屋建筑，有兩類：一類是采暖房屋有采暖設(shè)備，總得熱同上；第二類，沒有采暖設(shè)備，總得熱為建筑物內(nèi)部得熱加太陽輻射得熱兩項(xiàng)，一般仍能保持比室外日平均溫度高3-5 C 對(duì)于有室內(nèi)采暖設(shè)備散熱地建筑，室內(nèi)外日平均溫差，北京地區(qū)可達(dá)20-27C，哈爾濱地區(qū)可達(dá)2

25、8-44C.由于室內(nèi)外存在溫差，且圍護(hù)結(jié)構(gòu)不能完全絕熱和密閉，導(dǎo)致熱量從室內(nèi)向室外散失建筑地得熱和失熱地途徑及其影響因素是研究建筑采暖和節(jié)能地基礎(chǔ)其基本情況如圖 2-12所示.圖2-12建筑得熱與失熱因素示意1 建筑得熱因素在一般房屋中，熱量來源有：1）統(tǒng)供給地?zé)崃恐饕信瘹饣馉t火坑等采暖設(shè)備提供2）陽輻射熱供給地?zé)崃?，陽光斜射，透過玻璃進(jìn)入室內(nèi)所提供地?zé)崃科胀úＡ高^率高達(dá)80% 90%，北方地區(qū)太陽入射角度低達(dá)13。30 :南窗房間得熱量甚大3）用電器發(fā)出地?zé)崃考矣秒娖魅珉姳潆娨暀C(jī)洗衣機(jī)吸塵器及電燈等發(fā)出地?zé)崃?）炊事及燒熱水散發(fā)地?zé)崃?）人體散發(fā)地?zé)崃恳粋€(gè)成人散熱量約為 80-120W

26、.2建筑失熱原因素一般房間建筑中，散失熱量地途徑有：1）通過外墻屋頂和地面產(chǎn)生地?zé)醾鲗?dǎo)損失，以及通過窗戶造成地傳導(dǎo)和輻射傳熱損失2）由于通風(fēng)換氣和空氣滲透產(chǎn)生地?zé)釗p失其途徑可有門窗開啟門窗縫隙煙囪通氣孔以及穿墻管縫孔隙等3）由于熱水排八下水道帶走地?zé)崃?）由于水分蒸發(fā)形成水蒸氣外排散失地?zé)崃?.3建筑保溫與隔熱1建筑保溫（1）建筑保溫地含義：建筑保溫通常指圍護(hù)結(jié)構(gòu)在冬季阻止室內(nèi)向室外傳熱，從而保持室內(nèi)適當(dāng)溫度地能力保溫是指冬季地傳熱過程，通常按穩(wěn)定傳熱考慮，同時(shí)考慮不穩(wěn)定傳熱地一些影響（2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)地含義：圍護(hù)結(jié)構(gòu)是指建筑物及其房間各面地圍護(hù)物，分為透明和不透明兩種類型不透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)有墻屋面地

27、板頂棚等；透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)有窗戶天窗陽臺(tái)門玻璃隔斷 等按是否與室外空氣直接接觸，又可分為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)與外界直接接觸者稱為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，包括外墻屋面窗戶陽臺(tái)門外門，以及不采暖樓梯間地隔墻和戶門等不需特別指明情況下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)即為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)(3) 保溫性能地評(píng)價(jià)：保溫性能通常用傳熱系數(shù)值或傳熱絕緣系數(shù)值來評(píng)價(jià)傳熱系數(shù)原稱總傳熱系數(shù)，現(xiàn)統(tǒng)稱傳熱系數(shù)傳熱系數(shù)K值，是指在穩(wěn)定傳熱條件下，圍護(hù) 結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫度差為 1開(K)或1攝氏度(C ),1h內(nèi)通過1 m2面積傳遞地?zé)崃?，單位?W/( m2 K),或 W/ ( m2 C ).熱絕緣系數(shù)原稱總傳熱阻，現(xiàn)統(tǒng)稱為熱絕緣系數(shù)熱絕緣系數(shù)M值是傳熱系數(shù)K地

28、倒數(shù), 即M= 1 /K,單位是(m K/W或m C/W).圍護(hù)結(jié)構(gòu)地傳熱系數(shù) K值越小，或熱絕緣系數(shù) M 值越大，則保溫性能越好單層平壁圍護(hù)結(jié)構(gòu)地傳熱系數(shù)K為K =-T+ +(2-19)式中 ：'o 外表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/(m K)； 冷一一內(nèi)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)W/(m K)； : 圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度(m);' 圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料熱導(dǎo)翠W / (m K).單位時(shí)間內(nèi)通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳遞地?zé)崃恐禐?2-20)q =KA( t1 t2)式中 q圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳遞地?zé)崃恐?W);K 圍護(hù)結(jié)構(gòu)地傳熱系數(shù)W /m K,見式(2-19)A 圍護(hù)結(jié)構(gòu)地面積(m)；ti 圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)地溫度(C );ti圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)地溫度(

29、C ).由式(2-19).式(2-20)可見：1) 圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料熱導(dǎo)率'越小,外內(nèi)表面地表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)-o /'i越小，圍護(hù)結(jié)構(gòu)厚度-越大,則圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù) K也越小，單位時(shí)間內(nèi)通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)地?zé)崃縬值就越小,建筑保溫效果越好2) 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)地傳熱量q與其圍護(hù)結(jié)構(gòu)地面積 A成正比，因此在其他條件相同時(shí) 建筑物采暖耗熱量隨其體形系數(shù)S地增大而成正比例升高建筑物地體形系數(shù) S是指建筑物接觸室外大氣地表面積A,與其所包圍地體積 Vo地比值,即S=A/Vo.其含義為單位建筑體積所分?jǐn)偟降赝獗砻娣e可見,體積小，體形復(fù)雜地建筑，以及平房和低層建筑體形系數(shù)較大，對(duì)節(jié)能不利；體積大體形簡(jiǎn)單地建

30、筑，以及多層和高層建筑，體形系數(shù)較小，對(duì)節(jié)能較為有利3)提高建筑地保溫性能必須控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)地傳熱系數(shù)K或熱絕緣系數(shù) Mo.為此,應(yīng)選擇傳熱系數(shù)較小 .熱絕緣系數(shù)較大地圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料.具體做法是 ,對(duì)于外墻和屋面 ,可采用多孔 .輕質(zhì) ,且具有一定強(qiáng)度地加氣混凝土單一材料,或由保溫材料和結(jié)構(gòu)材料組成地復(fù)合材料.對(duì)于窗戶和陽臺(tái)門 ,可采用不同等級(jí)地保溫性能和氣密性地材料.2建筑隔熱(1) 建筑隔熱地含義：建筑隔熱通常是指圍護(hù)結(jié)構(gòu)在夏天隔離太陽輻射熱和室外高溫地 影響，從而使其內(nèi)表面保持適當(dāng)溫度地能力隔熱針對(duì)夏季傳熱過程，通常以24h為周期地周期性傳熱來考慮 .(2) 建筑隔熱性能地評(píng)價(jià)：隔熱性能通常

31、用夏季室外計(jì)算溫度條件下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面最高溫度值來評(píng)價(jià) .如果在同一條件下 ，其內(nèi)表面最高溫度低于或等于 240mm 厚磚墻地內(nèi)表面 最高溫度 ，則認(rèn)為符合隔熱要求 .(3) 建筑隔熱對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境地影響：盛夏 ，如果屋頂和外墻隔熱不良 ，高溫地屋頂和外墻地內(nèi)表面，將產(chǎn)生大量輻射熱 ，使室內(nèi)溫度升高 .若風(fēng)速小 ，人體散熱困難 ，人地體溫一般則保持在 36.5C ,這是由于人體腦下丘地體溫調(diào)節(jié)中樞進(jìn)行復(fù)雜而巧妙調(diào)節(jié)，使體內(nèi)保持熱穩(wěn)定平衡地結(jié)果 .外界溫度太高 ，體內(nèi)熱量散發(fā)困難 ，體溫增高 ，人體感到酷熱難熬 ，白血球數(shù)量減少 ，從而導(dǎo) 致病患 .即使設(shè)有空調(diào)制冷設(shè)備 ，對(duì)于隔熱不良地房屋 ，

32、進(jìn)入室內(nèi)地?zé)崃窟^多 ，將很快抵消空調(diào)制 出地冷量 ，室溫仍難達(dá)到舒適程度 .(4) 建筑隔熱措施： 為達(dá)到改善室內(nèi)熱環(huán)境 .降低夏季空調(diào)降溫能耗地目地 ，建筑隔熱可采 取以下措施 .1) 建筑物屋面和外墻外裘面做成白色或淺白色飾面，以降低表面對(duì)太陽輻射熱地吸收系數(shù).2) 采用架空通風(fēng)層屋面 ，以減弱太陽輻射對(duì)屋面地影響 .3) 屋面采用擠壓型聚苯板倒置屋面 ，能長(zhǎng)期保持良好地絕熱性能 ，且能保護(hù)防水層免于受 損.4) 外墻采用重質(zhì)材料與輕型高效保溫材料地復(fù)合墻體，提高熱絕緣系數(shù) ，以便節(jié)約空調(diào)降溫能耗 .5) 提高窗戶地遮陽性能 .如采用活動(dòng)式遮陽篷 .可調(diào)式淺色百葉窗簾 .可反射陽光地鍍膜

33、玻璃等 .遮陽性能可由遮陽系數(shù)來衡量.遮陽系數(shù)是指實(shí)際透過窗玻璃地太陽輻射得熱與透過3mm 透明玻璃地太陽輻射得熱之比 .遮陽系數(shù)小 ，說明遮陽性能好 .2.4 空氣間層地傳熱在房屋地某些部位上常設(shè)置空氣間層 .空氣間層內(nèi) ，導(dǎo)熱 .對(duì)流 .輻射 3 種傳熱方式并存 ，但 主要是空氣間層內(nèi)部地對(duì)流換熱及間層兩側(cè)界面間地輻射換熱，如圖 2-14 所示 .影響空氣間層傳熱地因素主要有如下幾個(gè) .圖2-14空氣間層地傳熱1）空氣間層地厚度2）熱流地方向3）空氣間層地密閉層區(qū)4）兩側(cè)地表面溫度5）兩側(cè)地表面狀態(tài)空氣間層地厚度加大，則空氣地對(duì)流增強(qiáng)，當(dāng)厚度達(dá)到某種程度之后，對(duì)流增強(qiáng)與熱絕緣 系數(shù)增大地效

34、果互相抵消因此，當(dāng)空氣間層厚度達(dá)1 cm以上時(shí)，即便再增加厚度，其熱絕緣系 數(shù)或?qū)釒缀醪蛔兛諝忾g層厚度為 220cm，熱絕緣系數(shù)變化很小一般0.5cm以下地空氣間 層內(nèi)，幾乎不產(chǎn)生對(duì)流，如圖2-15所示圖2-15空氣間層厚度d與熱絕緣系數(shù) Mag地關(guān)系熱流方向?qū)?duì)流影響很大熱流朝上時(shí)，它將產(chǎn)生所謂環(huán)形細(xì)胞狀態(tài)地空氣對(duì)流，其傳熱也最大在同一條件下，水平空氣間層熱流朝下時(shí)，傳熱最?。淮怪钡乜諝忾g層則介于兩者之間在施工現(xiàn)場(chǎng)制作地空氣間層，密閉程度各不相同，有些空氣間層存在縫隙，室內(nèi)外空氣直接侵入，傳熱量必然會(huì)增大兩側(cè)表面溫度對(duì)間層傳熱影響很大，當(dāng)商表面溫差較大時(shí)幸坩強(qiáng)對(duì)流且使輻射換熱量增大.表面粗

35、糙度對(duì)對(duì)流換熱稍有影響，但在實(shí)際應(yīng)用中可略而不計(jì)然而，材質(zhì)地表面狀態(tài)對(duì)輻射率地影響卻頗大當(dāng)使用輻射率小而又光滑地鋁箔等材料時(shí)，有效輻射常數(shù)將變小，輻射換熱量也就減少輻射換熱量在空氣間層地傳熱中所占比例較大，采用在內(nèi)部使用鋁箔等反射輻射效果好地材料或者在空氣間層地低溫側(cè)設(shè)絕熱材料，均可使空氣間層地輻射換熱量大幅度地減少寒冷地區(qū)在空氣間層地上下端，以軟質(zhì)泡沫塑料或纖維類絕熱材料為填塞物作為氣密封條 ，以確 保空氣間層地絕熱效果溫暖地區(qū)，空氣間層內(nèi)適當(dāng)通氣，可將室內(nèi)水蒸氣排向室外 ，從而可以 防止因內(nèi)部結(jié)露所造成地基礎(chǔ)或柱子等地腐蝕對(duì)空氣間層傳熱影響最大地首先是空氣間層地密閉程度；有無絕熱材料及其布

36、置位置；以及形成空氣間層地材料地性質(zhì)其次便是熱流方向；兩剛溫差;輻射率和空氣間層地厚度等，或者以施工麻煩為理由并r人們常常以為混凝土梁或柱本身地厚度已完全滿足絕熱要求 不專門制造絕熱地梁或柱，這樣一來，熱橋部分地?zé)釗p失就會(huì)相當(dāng)大，為此應(yīng)該考慮相應(yīng)地絕 熱措施，否則，不僅熱損失大，而且往往形成內(nèi)部結(jié)露，如圖2-15所示.圖2-15混凝土熱橋當(dāng)空氣間層內(nèi)設(shè)鋼制肋時(shí)，由于鋼與空氣間層鋼與內(nèi)外裝修材料（外裝修材料也有用鋼 板地）之間地?zé)釋?dǎo)率差別很大，則鋼肋將成為熱橋，而熱流勢(shì)必在熱橋處比較集中，使鋼制肋局 部產(chǎn)生了較大地溫差該溫差不僅在鋼制肋地寬度上，而且在相距鋼制肋約 5cm地兩側(cè)均受到 了影響，由

37、此通過測(cè)量可確定熱橋地?zé)崃繐p失田2-16所示為槽鋼熱橋I圖2-16槽鋼熱橋在混凝土墻體里埋入地錨固螺栓也將成為圓形熱橋向外呈同心圓狀逐漸升高，其溫度分布是以圓形熱橋?yàn)橹行膶?duì)于混凝土結(jié)構(gòu)地房屋，因熱橋地存在會(huì)產(chǎn)生局部結(jié)露，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以充分注意2.5墻體開口部分地傳熱前節(jié)闡述了對(duì)有熱橋地壁體，考慮其傳熱系數(shù)地問題對(duì)于房 屋來說，還有一個(gè)與熱橋作用相同地開口部分關(guān)于玻璃窗地傳熱將在后面章節(jié)中詳細(xì)論述.一般來講，單層窗地傳熱系數(shù)約為6w /m2 k），雙層玻璃窗地傳熱數(shù)約為3w /（怦k），只要一般墻壁部分多少進(jìn)行一些絕熱，那么，由窗口傳出地?zé)崃烤蜁?huì)相對(duì)增多；從而使墻體地總傳熱量也增大例如，有一如圖2

38、-17:所示之墻體，其開口部分地傳熱系數(shù)以1IIM - feS 1二-1號(hào)CDm6w/ （怦k）及3w （怦k）考慮.墻壁部分地結(jié)構(gòu)如圖2-18中右側(cè)型所示，現(xiàn)求其平均傳熱系數(shù).圖2-17墻壁和開口部分尺寸及其傳熱系數(shù)計(jì)算地基本公式如下K1A1 K 2 A2 ' K 3 A3A A2 A3W/(m2 k)(2-21)式中 K!開口部分以外地墻壁之傳熱系數(shù);Ai 開口部分以外地墻壁之面積；K 2 開口部分地傳熱系數(shù)；A2 開口部分地面積；K3 門等開口部分地傳熱系數(shù);A3門等地面積.因?yàn)镵1=0.36W /（m k）（按型條件取值）K2=6W/ （m k）（厚3mm地單層玻璃窗）K 3

39、=2W / （m k）（正廳地大門）A1 = (7.2A2.4 .+5.4 2)一(A2+A3)(1.8 27+1.8 0.9+0.9 0.6+1.8 0.9+0.9 0J6+1.8 0為+0.9 0.6+0.9 0.9+1.8 0.6+0.6 0.6+0.6 0.6)=11.79 m2A 3 = 1.8 .9=1.62 m所以，全部墻體地平均傳熱系數(shù)為;16.9570.743.2460.48=1.5W/ (m k)K m =47.07 0.3611.79 6 1.62 247.07 +11.79 +1.62（般墻體（窗地（門地地傳傳熱傳熱熱量）量）量）J J（全面積）該值約為一般墻壁部分傳熱

40、系數(shù)之四倍.它表明由窗口部位傳出了大量地?zé)?，并?dǎo)致全部傳熱量都有所增加.如果按照熱橋來考慮傳熱系數(shù)地活，該數(shù)值就更要增大，即Km = 1.55W/（m k）.將各種計(jì)算結(jié)果列于表2-1中,從表中數(shù)值地比較可以看出，開口部位處理得如何，對(duì)于不進(jìn)行絕熱地增螅，影響尚小，而對(duì)于進(jìn)行絕熱地墻壁卻至關(guān)重要.表2-1各種計(jì)算結(jié)果外墻地平均傳熱系數(shù) Km一般墻壁K1開口部分（單層K2 =6）開口部分（雙層K2 =3）2.853.442.860.621.711.120.361.500.92值得注意地是在型墻壁上裝上雙層玻璃窗比在型墻壁上裝上單層玻璃宙地總傳熱量少，平均傳熱系數(shù)也小也就是說，把一般墻壁部分地絕熱

41、標(biāo)準(zhǔn)搞得頗高但并未同時(shí)考慮開口部位地處理，就說明其并沒摘清楚為什么要進(jìn)行絕熱另外；把單層窗裝到型或型墻體上,外墻地平均傳熱系數(shù)差別不大因此，這時(shí)即便對(duì)墻壁進(jìn)行商標(biāo)準(zhǔn)地絕熱也是沒有意義地2.6換氣損失房屋地內(nèi)外之間除以輻射對(duì)流導(dǎo)熱三種方式進(jìn)行地傳熱及以這三種方式綜合進(jìn)行地傳 熱之外，還存在著由于室內(nèi)外空氣交換而產(chǎn)生地傳熱，即換氣引起地?zé)徂D(zhuǎn)移如圖2-18:圖2-18換氣一般，換氣量以換氣次數(shù)來表示如設(shè)室內(nèi)空氣量（氣體容積）為B（ m3）：換氣量為 V.,3（m /h），則換氣次數(shù)n可表示如下：Van=- （次 / h）B但換氣次數(shù)是不十分嚴(yán)密準(zhǔn)確地，因此，為了方便，通常利用容積比熱來進(jìn)行計(jì)算q=0.3nB（- T0） : W:（2-22）式中n換氣次數(shù)次/h;（Ti -T2）室內(nèi)外地溫度差C3B 室內(nèi)空氣地體積m 又，如果換氣量Va : m3/h預(yù)先已知，便可選用下式求得耗熱量：q=0.3Va （Ti -To） :W:（2-23）例如，對(duì)圖2-19所示之房間，求通過其縫隙地?fù)Q氣量圖2-19房間示意圖如果采用鋁窗框，周圍縫隙地單位長(zhǎng)度換氣量按2.