传热学论文见.docx
- 文档编号:30740372
- 上传时间:2023-08-20
- 格式:DOCX
- 页数:15
- 大小:827.67KB
传热学论文见.docx
《传热学论文见.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《传热学论文见.docx(15页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
传热学论文见
学号:
201114310312
HEBEIUNITEDUNIVERSITY
论文题目:
建筑节能与传热学
学生姓名:
刘欢
专业班级:
11建设3
学院:
建筑工程学院
指导教师:
陈艳华
2013年06月05日
摘要
自从18世纪30年代发明近代动力机械以来,人类的生产力出现了质的飞跃,生产水平跨上了一个个新的台阶。
随后的蒸汽轮机、内燃机乃至燃气轮机的陆续应用则更使能源的转换和利用技术达到了前所未有的崭新阶段。
这个进程至今仍在继续当中。
传热学科的建立与发展、不断完善和提高是与上述过程相伴而行的。
热传递现象无时无处不在,它的影响几乎遍及现代所有的工业部门,也渗透到农业、林业等许多技术部门中。
可以说除了极个别的情况以外,很难发现一个行业、部门或者工业过程和传热完全没有任何关系。
而且在某些环节上,传热技术及相关材料设备的研制开发甚至成为整个系统成败的关键因素。
随着能源的紧张和人们对建筑舒适度要求的提高建筑节能与传热学之间也有着密不可分的关系
关键词建筑节能;传热学;新能源;新材料
Abstract
Sincethe1830sinventionofmodernpowermachinerysincemankindaqualitativeleapinproductivity,productionlevelswentuptoanewlevel.Subsequentsteamturbines,internalcombustionenginesaswellasthecontinuousapplicationofthegasturbinetomakeevenmoreenergyconversionandutilizationtechnologyhasreachedanunprecedentednewphase.Thisprocesscontinuestodayamong.Theestablishmentanddevelopmentdisciplinesheat,constantlyimproveandenhancetheprocessisaccompaniedbytheline.
Heattransferphenomenanotimeeverywhere,itaffectsalmostallindustrialsectorsthroughoutmodern,butalsopenetrateintotheagriculture,forestryandmanyothertechnologysectors.Canbesaidthatonlyaveryfewcases,howeverhardtofindanindustry,sectororindustrialprocessesandheattransferabsolutelynorelationship.Andinsomeareas,theheattransfertechnologyandrelatedmaterials,equipment,researchanddevelopmentandevenbecomeakeyfactorinthesuccessoftheentiresystem.Withenergytensionandpeoplecomfortrequirementsofthebuildingtoimprovebuildingenergyefficiencyandheattransferalsohasacloserelationshipbetween
Keywordsbuildingenergyefficiency;heattransfer;newenergy;newmaterials
AbstractII
第1章绪论4
1.1建筑节能4
1.1.1建筑节能基本概念4
1.1.2节能含义4
1.1.3节能重要性5
1.2传热学5
1.2.1传热学基本概念5
1.2.2传热方式5
1.3.建筑节能与传热学6
1.4本章小结6
第2章建筑节能现状6
2.1现状6
2.2本章小结8
第3章建筑节能中的传热学8
3.1建筑节能中减少能源需求总量与传热学8
3.1.1从建筑规划与设计方面8
3.1.2从围护结构方面9
3.2建筑节能中新能源的利用与传热学10
3.2.1太阳能的利用10
3.2.2地热能的利用10
3.3建筑节能中新技术的利用与传热学11
3.3.1减少能源消耗,提高能源的使用效率11
3.3.2减少建筑围护结构的能量损失12
3.3.2.1外墙节能技术12
3.3.2.2门窗节能技术12
3.3.2.3屋顶节能技术13
3.3.3降低建筑设施运行的能耗13
3.4材料开发14
3.4.1外墙保温及饰面系统(EIFS)14
3.4.2建筑保温绝热板系统(SIPS)14
3.4.3隔热水泥模板外墙系统(ICFS)15
3.5本章小结15
结论16
参考文献17
谢辞18
第1章绪论
1.1建筑节能
1.1.1建筑节能基本概念
建筑节能[1]具体指在建筑物的规划、设计、新建(改建、扩建)、改造和使用过程中,执行节能标准,采用节能型的技术、工艺、设备、材料和产品,提高保温隔热性能和采暖供热、空调制冷制热系统效率,加强建筑物用能系统的运行管理,利用可再生能源,在保证室内热环境质量的前提下,减少供热、空调制冷制热、照明、热水供应的能耗。
1.1.2节能含义
全面的建筑节能,就是建筑全寿命过程中每一个环节节能的总和。
是指建筑在选址、规划、设计、建造和使用过程中,通过采用节能型的建筑材料、产品和设备,执行建筑节能标准,加强建筑物所使用的节能设备的运行管理,合理设计建筑围护结构的热工性能,提高采暖、制冷、照明、通风、给排水和管道系统的运行效率,以及利用可再生能源,在保证建筑物使用功能和室内热环境质量的前提下,降低建筑能源消耗,合理、有效地利用能源。
全面的建筑节能是一项系统工程,必须由国家立法、政府主导,对建筑节能作出全面的、明确的政策规定,并由政府相关部门按照国家的节能政策,制定全面的建筑节能标准;要真正做到全面的建筑节能,还须由设计、施工、各级监督管理部门、开发商、运行管理部门、用户等各个环节,严格按照国家的节能政策和节能标准的规定,全面地贯彻执行各项节能措施,从而使每一位公民真正树立起全面的建筑节能观,将建筑节能真正落到实处。
[3]
1.1.3节能重要性
全面的建筑节能有利于从根本上促进能源资源节约和合理利用,缓解我国能源资源供应与经济社会发展的矛盾;有利于加快发展循环经济,实现经济社会的可持续发展;有利于长远地保障国家能源安全、保护环境、提高人民群众生活质量、贯彻落实科学发展观。
[3]
1.2传热学
1.2.1传热学基本概念
传热学是研究热量传递过程规律的科学。
通常被称为热科学的工程领域包括热力学和传热学.传热学的作用是利用可以预测能量传递速率的一些定律去补充热力学分析,因后裔只讨论在平衡状态下的系统.这些附加的定律是以3种基本的传热方式为基础的,即导热、对流和辐射。
1.2.2传热方式
传热的基本方式有热传导、热对流和热辐射三种。
热传导是指在不涉及物质转移的情况下,热量从物体中温度较高的部位传递给相邻的温度较低的部位,或从高温物体传递给相接触的低温物体的过程,简称导热。
热对流是指不同温度的流体各部分由相对运动引起的热量交换。
工程上广泛遇到的对流换热,是指流体与其接触的固体壁面之间的换热过程,它是热传导和热对流综合作用的结果。
决定换热强度的主要因素是对流的运动情况。
热辐射是指物体因自身具有温度而辐射出能量的现象。
它是波长在0.1~100微米之间的电磁辐射,因此与其他传热方式不同,热量可以在没有中间介质的真空中直接传递。
太阳就是以辐射方式向地球传递巨大能量的。
每一物体都具有与其绝对温度的四次方成比例的热辐射能力,也能吸收周围环境对它的辐射热。
辐射和吸收所综合导致的热量转移称为辐射换热。
实际传热过程一般都不是单一的传热方式,如火焰对炉壁的传热,就是辐射、对流和传导的综合,而不同的传热方式则遵循不同的传热规律。
为了分析方便,人们在传热研究中把三种传热方式分解开来,然后再加以综合
1.3.建筑节能与传热学
在建筑领域,我国建筑能耗的能源与社会全部能源之比,已经接近1/3,而建筑供热能耗占到其中的1/2,现有的400多亿平方米(2006)建筑中95%左右是高能耗的,单位建筑面积的采暖能耗相当于相同气候地区的发达国家的2-3倍。
即使是新建的,也有50%是高耗能,这种现状使“建筑节能”已经成为十分紧迫的问题。
因此从2005年开始,国内所有的新建筑工程,都被强制要求在以前的能源消耗水平上节约65%,几百亿平方米的旧建筑,也要逐步进行改造,达到节能要求,这是新时代的巨大工程,为实现节能所采取的技术措施必然涉及到传热知识。
1.4本章小结
本章主要介绍了建筑节能及其重要性和传热学的概念和传热的基本方式以及传热学与建筑节能的关系。
第2章建筑节能现状
2.1现状
1、建筑能耗约占社会总能耗的1/3[2]我国建筑能耗的总量逐年上升,在能源总消费量中所占的比例已从上世纪七十年代末的10%,上升到27.45%。
而国际上发达国家的建筑能耗一般占全国总能耗的33%左右。
以此推断,国家建设部科技司研究表明,随着城市化进程的加快和人民生活质量的改善,我国建筑耗能比例最终还将上升至35%左右。
如此庞大的比重,建筑耗能已经成为我国经济发展的软肋。
2、高耗能建筑比例大,加剧能源危机。
直到2002年末,我国节能建筑面积只有2.3亿平方米。
我国已建房屋有400亿平方米以上属于高耗能建筑,总量庞大,潜伏巨大能源危机。
正如建设部有关负责人指出,仅到2000年末,我国建筑年消耗商品能源共计3.76亿吨标准煤,占全社会终端能耗总量的27.6%,而建筑用能的增加对全国的温室气体排放“贡献率”已经达到了25%。
因高耗能建筑比例大,单北方采暖地区每年就多耗标准煤1800万吨,直接经济损失达70亿元,多排二氧化碳52万吨。
如果任由这种状况继续发展,到2020年,我国建筑耗能将达到1089亿吨标准;到2020年,空调夏季高峰负荷将相当于10个三峡电站满负荷能力,这将会是一个十分惊人的数量。
据分析,我国处于建设鼎旺期,每年建成的房屋面积高达16亿至20亿平方米,超过所有发达国家年建成建筑面积的总和,而97%以上是高能耗建筑。
以如此建设增速,预计到2020年,全国高耗能建筑面积将达到700亿平方米。
因此,如果不开始注重建筑节能设计,将直接加剧能源危机。
3、我国建筑节能[1]状况落后,亟待改善在70年代能源危机后,发达国家开始致力于研究与推行建筑节能技术,而我国却忽视了这一方面的问题。
时至今日,我国建筑节能[1]水平远远落后于发达国家。
举例说明,国内绝大多数采暖地区围护结构的热功能都比气候相近的发达国家差许多。
外墙的传热系数是他们的3.5至4.5倍,外窗为2至3倍,屋面为3至6倍,门窗的空气渗透为3至6倍。
欧洲国家住宅的实际年采暖能耗已普遍达到每平方米6升油,大约相当于每平方米8.57公斤标准煤,而在我国,达到节能50%的建筑,它的采暖耗能每平方米也要达到12.5公斤,约为欧洲国家的1.5倍。
例如与北京气候条件大体上接近的德国,1984年以前建筑采暖能耗标准和北京目前水平差不多,每平方米每年消耗24.6至30.8公斤标准煤,但到了2001年,德国的这一数字却降低至每平方米3.7至8.6公斤标准煤,其建筑能耗降低至原有的1/3左右,而北京却一直是22.45。
2.2本章小结
本章主要介绍了我国的建筑节能的现状,运用数字鲜明的解释了我国建筑节能的现状以及和国外的对比,说明了我国的显著不容乐观。
第3章建筑节能中的传热学
3.1建筑节能中减少能源需求总量与传热学
3.1.1从建筑规划与设计方面
面对全球能源环境问题,不少全新的设计理念应运而生,如微排建筑、低能耗建筑、零能建筑和绿色建筑等,它们本质上都要求建筑师从整体综合设计概念出发,坚持与能源分析专家、环境专家、设备师和结构师紧密配合。
在建筑规划和设计时,根据大范围的气候条件影响,针对建筑自身所处的具体环境气候特征,重视利用自然环境(如外界气流、雨水、湖泊和绿化、地形等)创造良好的建筑室内微气候,以尽量减少对建筑设备的依赖。
具体措施可归纳为以下三个方面:
1)合理选择建筑的地址、采取合理的外部环境设计(主要方法为:
在建筑周围布置树木、植被、水面、假山、围墙);建筑选址主要是根据当地的气候、土质、水质、地形及周围环境条件等因素的综合状况来确定。
建筑设计中,既要使建筑在其整个生命周期中保持适宜的微气候环境,为建筑节能创造条件,同时又要不破坏整体生态环境的平衡。
有效地使建筑物的周围热源减少,减少建筑物与周围回环境的热传导,热对流和热辐射,从而是能源的消耗减少。
2)合理设计建筑形体(包括建筑整体体量和建筑朝向的确定),以改善既有的微气候;合理的建筑物形体可以在相同体积的情况下减少建筑物的表面积,较少建筑物与周围环境的换热,从而减少能源的消耗。
3)合理的建筑形体设计是充分利用建筑室外微环境来改善建筑室内微环境的关键部分,主要通过建筑各部件的结构构造设计和建筑内部空间的合理分隔设计得以实现。
同时,可借助相关软件进行优化设计,如运用天正建筑(Ⅱ)中建筑阴影模拟,辅助设计建筑朝向和居住小区的道路、绿化、室外消闲空间及利用CFD软件,如:
PHOENICS,Fluent等,分析室内外空气流动是否通畅。
合理的建筑规划和体型设计能有效地适应恶劣的微气候环境。
它包括对建筑整体体量、建筑体型及建筑形体组合、建筑日照及朝向等方面的确定。
像蒙古包的圆形平面,圆锥形屋顶能有效地适应草原的恶劣气候,起到减少建筑的散热面积、抵抗风沙的效果;对于沿海湿热地区,引入自然通风对节能非常重要,在规划布局上,可以通过建筑的向阳面和背阴面形成不同的气压,即使在无风时也能形成通风,在建筑体型设计上形成风洞,使自然风在其中回旋,得到良好的通风效果,从而达到节能的目的。
日照及朝向选择的原则是冬季能获得足够的日照并避开主导风向,夏季能利用自然通风并尽量减少太阳辐射。
然而建筑的朝向、方位以及建筑总平面的设计应考虑多方面的因素,建筑受到社会历史文化、地形、城市规划、道路、环境等条件的制约,要想使建筑物的朝向同时满足夏季防热和冬季保温通常是困难的,因此,只能权衡各个因素之间的得失,找到一个平衡点,选择出适合这一地区气候环境的最佳朝向和较好朝向。
3.1.2从围护结构方面
建筑围护结构组成部件(屋顶、墙、地基、隔热材料、密封材料、门和窗、遮阳设施)的设计对建筑能耗、环境性能、室内空气质量与用户所处的视觉和热舒适环境有根本的影响。
一般增大围护结构的费用仅为总投资的3%~6%,而节能却可达20%~40%。
通过改善建筑物围护结构的热工性能,在夏季可减少室外热量传入室内,在冬季可减少室内热量的流失,使建筑热环境得以改善,从而减少建筑冷、热消耗。
结构方面的节能运用了更多的新技术,在下面将有更详细的介绍(3.3.2)。
3.2建筑节能中新能源的利用与传热学
3.2.1太阳能的利用
在节约能源、保护环境方面,[2]新能源的利用起至关重要的作用。
新能源通常指非常规的可再生能源,包括有太阳能、地热能、风能、生物质能等。
人们对各种太阳能利用方式进行了广泛的探索,逐步明确了发展方向,使太阳能初步得到一些利用,如:
①作为太阳能利用中的重要项目,太阳能热发电技术较为成熟,美国、以色列、澳大利亚等国投资兴建了一批试验性太阳能热发电站,以后可望实现太阳能热发电商业化;②随着太阳能光伏发电的发展,国外己建成不少光伏电站和“太阳屋顶”示范工程,将促进并网发电系统快速发展;③全世界已有数万台光伏水泵在各地运行;④太阳热水器技术比较成熟,已具备相应的技术标准和规范,但仍需进一步地完善太阳热水器的功能,并加强太阳能建筑一体化建设;⑤被动式太阳能建筑因构造简单、造价低,已经得到较广泛应用,其设计技术已相对较为成熟,已有可供参考的设计手册;⑥太阳能吸收式制冷技术出现较早,已应用在大型空调领域;太阳能吸附式制冷处于样机研制和实验研究阶段;⑦太阳能干燥和太阳灶已得到一定的推广应用。
太阳能的应用主要就是热辐射的应用,可以说太阳能的应用技术的发展离不开传热学的热辐射,热辐射是太阳能利用的基础。
但从总体而言,太阳能利用的规模还不大,技术尚不完善,商品化程度也较低,仍需要继续深入广泛地研究。
3.2.2地热能的利用
在利用地热能时,一方面可利用高温地热能发电或直接用于采暖供热和热水供应;另一方面可借助地源热泵和地道风系统利用低温地热能。
我校北校区的图书馆就应用了地源热泵系统来为图书馆提供舒适的环境,有效的利用了地热和地下水来实现能源的利用。
3.3建筑节能中新技术的利用与传热学
理想的节能建筑[1]应在最少的能量消耗下满足以下三点,一是能够在不同季节、不同区域控制接收或阻止太阳辐射;二是能够在不同季节保持室内的舒适性;三是能够使室内实现必要的通风换气。
建筑节能[1]的途径主要包括:
尽量减少不可再生能源的消耗,提高能源的使用效率;减少建筑围护结构的能量损失;降低建筑设施运行的能耗。
在这三个方面,高新技术起着决定性的作用。
当然建筑节能[1]也采用一些传统技术,但这些传统技术是在先进的试验论证和科学的理论分析的基础上才能用于现代化的建筑中。
3.3.1减少能源消耗,提高能源的使用效率
为了维持居住空间的环境质量,在寒冷的季节需要取暖以提高室内的温度,在炎热的季节需要制冷以降低室内的温度,干燥时需要加湿,潮湿时需要抽湿,而这些往往都需要消耗能源才能实现。
从节能的角度讲,应提高供暖(制冷)系统的效率,它包括设备本身的效率、管网传送的效率、用户端的计量以及室内环境的控制装置的效率等。
这些都要求相应的行业在设计、安装、运行质量、节能系统调节、设备材料以及经营管理模式等方面采用高新技术。
如在供暖系统节能方面就有三种新技术:
[2]
①利用计算机、平衡阀及其专用智能仪表对管网流量进行合理分配,既改善了供暖质量,又节约了能源;
②在用户散热器上安设热量分配表和温度调节阀,用户可根据需要消耗和控制热能,以达到舒适和节能的双重效果;
③采用新型的保温材料包敷送暖管道,以减少管道的热损失。
近年来低温地板辐射技术己被证明节能效果比较好,它是采用交联聚乙烯(PEX)管作为通水管,用特殊方式双向循环盘于地面层内,冬天向管内供低温热水(地热、太阳能或各种低温余热提供);夏天输入冷水可降低地表温度(国内只用于供暖);该技术与对流散热为主的散热器相比,具有室内温度分布均匀,舒适、节能、易计量、维护方便等优点。
3.3.2减少建筑围护结构的能量损失
建筑物围护结构的能量损失主要来自三部分:
①外墙;②门窗;③屋顶。
这三部分的节能技术是各国建筑界都非常关注的。
主要发展方向是,开发高效、经济的保温、隔热材料和切实可行的构造技术,以提高围护结构的保温、隔热性能和密闭性能。
3.3.2.1外墙节能技术
就墙体节能而言,传统的用重质单一材料增加墙体厚度来达到保温的作法已不能适应节能和环保的要求,而复合墙体越来越成为墙体的主流。
复合墙体一般用块体材料或钢筋混凝土作为承重结构,与保温隔热材料复合,或在框架结构中用薄壁材料加以保温、隔热材料作为墙体。
建筑用保温、隔热材料主要有岩棉、矿渣棉、玻璃棉、聚苯乙烯泡沫、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、加气混凝土及胶粉聚苯颗粒浆料发泡水泥保温板等。
这些材料的生产、制作都需要采用特殊的工艺、特殊的设备,而不是传统技术所能及的。
墙体的复合技术有内附保温层、外附保温层和夹心保温层三种。
中国采用夹心保温作法的较多;在欧洲各国,大多采用外附发泡聚苯板的作法,在德国,外保温建筑占建筑总量的80%,而其中70%均采用泡沫聚苯板。
保温材料的发展同样离不开传热学,判断材料的保温性能的好坏主要看他的表面传热系数。
表面传热系数的大小又决定了换热的大小,这样开来要想研究新型的保温材料必须要应用到传热学。
3.3.2.2门窗节能技术
门窗具有采光、通风和围护的作用,还在建筑艺术处理上起着很重要的作用。
然而门窗又是最容易造成能量损失的部位。
为了增大采光通风面积或表现现代建筑的性格特征,建筑物的门窗面积越来越大,更有全玻璃的幕墙建筑。
这就对外维护结构的节能提出了更高的要求。
对门窗的节能处理主要是改善材料的保温隔热性能和提高门窗的密闭性能。
从门窗材料来看,近些年出现了铝合金断热型材、铝木复合型材、钢塑整体挤出型材、塑木复合型材以及UPVC塑料型材等一些技术含量较高的节能产品。
中国20世纪90年代以后塑料门窗用量不断增大,正逐渐取代钢、铝合金等能耗大的材料。
为了解决大面积玻璃造成能量损失过大的问题,人们运用了高新技术,将普通玻璃加工成中空玻璃,镀贴膜玻璃(包括反射玻璃、吸热玻璃)高强度LOW2E防火玻璃(高强度低辐射镀膜防火玻璃)、采用磁控真空溅射方法镀制含金属银层的玻璃以及最特别的智能玻璃。
智能玻璃能感知外界光的变化并做出反应,它有两类,一类是光致变色玻璃,在光照射时,玻璃会感光变暗,光线不易透过;停止光照射时,玻璃复明,光线可以透过。
在太阳光强烈时,可以阻隔太阳辐射热;天阴时,玻璃变亮,太阳光又能进入室内。
另一类是电致变色玻璃,在两片玻璃上镀有导电膜及变色物质,通过调节电压,促使变色物质变色,调整射入的太阳光(但因其生产成本高,还不能实际使用),这些玻璃都有很好的节能效果。
[2]
3.3.2.3屋顶节能技术
屋顶的保温、隔热是围护结构节能的重点之一。
在寒冷的地区屋顶设保温层,以阻止室内热量散失;在炎热的地区屋顶设置隔热降温层以阻止太阳的辐射热传至室内;而在冬冷夏热地区(黄河至长江流域),建筑节能则要冬、夏兼顾。
保温常用的技术措施是在屋顶防水层下设置导热系数小的轻质材料用作保温,如膨胀珍珠岩、玻璃棉等(此为正铺法);也可在屋面防水层以上设置聚苯乙烯泡沫(此为倒铺法)。
屋顶隔热降温的方法有:
架空通风、屋顶蓄水或定时喷水、屋顶绿化等。
以上做法都能不同程度地满足屋顶节能的要求,但最受推崇的是利用智能技术、生态技术来实现建筑节能的愿望,如太阳能集热屋顶和可控制的通风屋顶等。
3.3.3降低建筑设施运行的能耗
采暖、制冷和照明是建筑能耗的主要部分,降低这部分能耗将对节能起着重要的作用,在这方面一些成功的技术措施很有借鉴价值,如英国建筑研究院(英文缩写:
BRE)的节能办公楼便是一例。
办公楼在建筑围护方面采用了先进的节能控制系统,建筑内部采用通透式夹层,以便于自然通风;通过建筑物背面的格子窗进风,建筑物正面顶部墙上的格子窗排风,形成贯穿建筑物的自然通风(自然对流)。
3.4材料开发
3.4.1外墙保温及饰面系统(EIFS)
该系统是在上世纪70年代末的最后一次能源危机时期出现的,最先应用于商业建筑,随后开始了在民用建筑中的应用。
今天,EIFS系统在商业建筑外墙使用中占17.0%,在民用建筑外墙使用中占3.5%,并且在民用建筑中的使用正以每年17.0%~18.0%的速度增长。
此系统是多层复合的外墙保温系统,在民用建筑和商业建筑中都可以应用。
ELFS系统包括以下几部分:
主体部分是由聚苯乙烯泡沫塑料制成的保温板,一般是30~120mm厚,该部分以合成黏结剂或机械方式固定于建筑外墙;中间部分是持久的、防水的聚合物砂浆基层,此基层主
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 传热学 论文
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)