建筑热工学基础.docx

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建筑热工学基础

建筑热工学基础

传热的基本知识平壁的稳定传热过程封闭空气间层的传热周期性不稳定传热湿空气的概念及蒸汽渗透阻的概念建筑热工学基础传热的基本知识1为什么会传热传热现象的存在是因为有温度差凡是有温度差存在的地方就会有热量转移现象的发生热量总是由自发地由高温物体传向低温物体2传热的三种基本方式及其区别导热指温度不同的物体直接接触时靠物质微观粒子的热运动而引起的热能转移现象它可以在固体液体和气体中发生但只有在密实的固体中才存在单纯的导热过程建筑热工学基础传热的基本知识

对流指依靠流体的宏观相对位移把热量由一处传递到另一处的现象这是流体所特有的一种传热方式工程上大量遇到的流体留过一个固体壁面时发生的热流交换过程叫做对流换热单纯的对流换热过程是不存在的在对流的同时总是伴随着导热辐射指依靠物体表面向外发射热射线能显著产生热效应的电磁波来传递能量的现象参与辐射热换的两物体不需要直接接触这是有别于导热和对流换热的地方如太阳和地球实际上传热过程往往是这三种传热方式的两种或三种的组合建筑热工学基础传热的基本知识3温度场的概念实际的温度往往都是变化的各点的温度因位置和时间的变化而变化即温度是空间和时间的函数在某一瞬间物体内部所有各点温度的总计叫温度场若温度是空间三个坐标的函数这样的温度场叫三向温度场当物体只沿一个方向或两个方向变化时相应地称做一向或二向温度场物体的温度随时间变化的温度场叫不稳定温度场反之为稳定温度场建筑热工学基础平壁的稳定传热过程室内外热环境通过围护结构而进行的热量交换过程包含导热对流及辐射方式的换热是一种复杂的换热过程称之为传热过程温度场不随时间而变化的传热过程叫做稳定的传热过程假设一个三层的围护结构平壁厚度分别为d1d2d3λ1λ2λ3围护结构两侧空气及其它物体表面温度分别为ti和te假定ti＞te如图11室内通过围护结构向室外传热的整个过程要经历三个阶段建筑热工学基础平壁的稳定传热过程建筑热工学基础平壁的稳定传热过程

1内表面吸热因ti＞θi对平壁内表面来说得到热量所以叫做吸热是对流换热与辐射换热的综合过程2平壁材料层的导热3外表面的散热θe因＞te平壁外表面失去热量所以叫做散热与平壁内表面吸热相似只不过是平壁把热量以对流及辐射的方式传给室外空气及环境建筑热工学基础平壁的稳定传热过程对于图11所示围护结构的传热过程是属于一维稳定传热过程通过各材料的热量都相等都可以用公式建筑热工学基础平壁的稳定传热过程其中q通过平壁的传热量叫作平壁的总传热系数它的物理意义是当ti-te1时在单位时间内通过平壁单位表面积的传热量单位是W㎡·K它的倒数是总传热阻用公式表示为它表示热量从平壁一侧空间传到另一侧空间时所受的总阻力单位是㎡·KW建筑热工学基础平壁的稳定传热过程从上述可以看出在相同的室内外温差条件下热阻越大通过平壁所传递的热量越少所以总热阻是衡量平壁在稳定条件下的一个重要的热工性能指标建筑热工学基础封闭空气间层的传热在有限空间内的对流换热强度与间层的厚度间层的设置方向和形状等因素有关通过间层的辐射换热量与间层表面材料的辐射性能辐射系数以及间层平均温度的高低有关对于普通的空气间层在单位温差下辐射换热量占总传热量的70以上因此要提高空气间层的热阻首先要设法减少辐射换热量可以把空气间层布置在维护结构的冷侧降低间层的平均温度可减少辐射换热量但效果不显著最有效的措施是在壁面上涂贴系数小的反射材料如铝箔等建筑热工学基础周期性不稳定传热不稳定传热周期性不稳定传热

建筑热工学基础湿空气的概念及蒸汽渗透阻的概念自然界的空气是湿空气和干空气的混合物凡是含有水蒸气的空气就是湿空气湿空气压力PWPdP空气中所含的水分越多空气中的水蒸气分压力就越大在一定的温度和压力条件下一定容积的干空气所能容纳的水蒸气量有一定的限度也就是说湿空气中水蒸气的分压力有一个极限值水蒸气含量已达到极限值时的湿空气叫做饱和的湿空气

建筑热工学基础湿空气的概念及蒸汽渗透阻的概念每立方米的湿空气中所含水蒸气的重量称为空气的绝对湿度绝对湿度只能说明湿空气在某一温度条件下实际所含水蒸气的重量不能直接说明空气的干湿程度空气的干湿程度用相对湿度表示相对湿度是指在一定的温度及大气压力下湿空气的绝对湿度f与用同温同压下的饱和蒸汽量fmax的比值相对湿度一般用φ表示露点温度是指某一状态的空气在含湿量不变的情况下冷却到它的相对湿度时所对应的温度称为该状态下的露点温度建筑热工学基础湿空气的概念及蒸汽渗透阻的概念蒸汽渗透阻的计算由于室内外空气中水蒸气含量不等在外围护结构的两侧就存在着蒸汽分压力差此时水蒸气分子就从分压力高的一侧通过维护结构向分压力低的一侧渗透扩散这种现象称为蒸汽渗透由于维护结构内外表面附近的空气边界层的蒸汽渗透阻与结构材料层本身的蒸汽渗透阻相比是很微小的所以在计算总的蒸汽渗透阻时可以忽略不计总的蒸汽渗透阻可以按下式计算建筑热工学基础湿空气的概念及蒸汽渗透阻的概念总空气渗透阻建筑热工设计建筑热工设计中常用名词的解释历年逐年特指整编气象资料时所采用的以往一段连续年份中的每一年累年多年特指整编气象资料时所采用的以往一段连续年份不少于3年的累计设计计算用采暖期天数累年日平均温度小于或等于5℃的天数这一天数仅用于建筑热工设计计算因此称为设计计算用采暖期天数建筑热工设计建筑热工设计中常用名词的解释采暖期度日数室内空气18℃与采暖期室外平均温度之间的差值乘以采暖期天数如室外平均温度10℃采暖期天数为100天则采暖期度日数＝18-10100＝800地方太阳时以太阳正对当地子午线的时刻为中午12时所推算出的时间太阳辐射照度以太阳为辐射源在某一表面上形成的辐射照度导热系数指在稳态条件下1m厚的物体两侧表面温度差为1℃1h通过1㎡面积传递的热量建筑热工设计续比热容1㎏的物体温度变化1℃时所要吸收或放出的热量密度1m3的物体所具有的质量材料蓄热系数当某一足够厚度单一材料层一侧受到谐波热作用时表面温度将按同一周期波动通过表面的热流波幅与表面温度波幅的比值其值越大材料的热稳定性越好表面蓄热系数在周期性热作用下物体表面温度变化1℃时在1h内1㎡表面积贮存或释放的热量建筑热工设计续导温系数表征物体在加热或冷却时各部分温度趋于一致的能力导温系数等于导热系数除以比热与密度的乘积维护结构建筑物及房间各部分的围挡物如墙体门窗屋顶等它分透明和不透明两部分按是否和空气直接接触又分为外维护结构和内维护结构外围护结构同室外空气直接接触的维护结构如外墙屋顶外门外窗等内维护结构不同室外空气直接接触的维护结构如隔墙楼板外门外窗等建筑热工设计续热阻表征维护结构本身或其中某层材料阻抗传热能力的物理量内表面换热系数维护结构内表面温度与室外空气湿度差为1℃1h内通过1㎡表面积传递的热量内表面换热阻内表面换热系数的倒数外表面换热系数维护结构外表面温度与室外空气温度差为1℃1h内通过1㎡表面积传递的热量外表面换热阻外表面换热系数的倒数建筑热工设计建筑热工设计中常用名词的解释传热系数在稳态条件下维护结构两侧温度差为1℃1h内通过1㎡表面积传递的热量传热阻表征维护结构包括两侧表面空气边界层阻抗传热能力的物理量为传热系数的倒数最小传热阻特指设计计算中容许采用的维护结构传热阻的下限值规定最小传热阻的目的是为了限制通过维护结构的传热量过大防止内表面冷凝以及限制内表面与人体之间的辐射热量过大而使人体受冻建筑热工设计建筑热工设计中常用名词的解释经济传热阻维护结构单位面积的建造费用初次投资与折旧费与使用费用由维护结构单位面积分担的采暖运行费用和设备折旧费之和达到最小值时的传热阻热惰性指标表征维护结构对温度波衰减快慢程度的无量纲指标DR·SD值越大温度波在其中的衰减越快维护结构的热稳定性越好维护结构的热稳定性在周期性热作用下维护结构本身抵抗温度波动的能力维护结构的热惰性指标是影响其热稳定性的主要因素建筑热工设计建筑热工设计中常用名词的解释房间的热稳定性在室内外周期性热作用下整个房间抵抗温度波动的能力房间的热稳定性主要取决于内外维护结构的热稳定性窗墙面积比窗户洞口面积与房间立面单元面积即房间层高与开间定位线围成的面积的比值温度波幅当温度呈周期性波动时最高值或最低值与平均值之差综合温度室外空气温度te与太阳辐射当量之和即式中ρ为太阳辐射吸收系数I为太阳辐射照度为外表面吸收系数建筑热工设计建筑热工设计中常用名词的解释衰减倍数维护结构内侧空气稳定外侧受室外综合温度或室外空气温度谐波作用室外综合温度或室外空气温度谐波波幅与维护结构内表面温度谐波波幅的比值延迟时间维护结构内侧空气温度稳定外侧受室外综合温度或室外空气温度谐波作用维护结构内表面温度谐波最高值或最低值出现时间与室外综合温度或室外空气温度谐波最高值或最低值出现时间的差值露点温度在大气压力一定含湿量不变的情况下未饱和的空气因冷却而达到饱和状态的温度建筑热工设计建筑热工设计中常用名词的解释水蒸气分压力在一定温度的湿空气中水蒸气部分所产生的压力饱和水蒸气分压力空气中水蒸气呈饱和状态时水蒸气部分所产生的压力空气相对湿度空气中实际的水蒸气分压力与同一温度下饱和水蒸气分压力的百分比蒸汽渗透系数1m厚的物体两侧水蒸气分压力差为1Pa时通过1㎡面积渗透的水蒸气量蒸汽渗透阻维护结构或某一材料层两侧水蒸气分压力差为1Pa通过1㎡面积渗透1g水分所需要的时间建筑热工设计建筑热工设计中常用参数的计算1维护结构的传热阻2维护结构的传热系数建筑热工设计中常用参数的计算传热阻传热系数热阻和热惰性指标的计算单层热阻多层维护结构组合材料且两项非均质维护结构空心砌块填充保温材料的墙体等但不包括多孔粘土空心砖的平均热阻建筑热工设计中常用参数的计算传热阻传热系数热阻和热惰性指标的计算建筑热工设计中常用参数的计算传热阻传热系数热阻和热惰性指标的计算注意ab如果维护结构由三种材料组成或由两种不同的空气间层φ值应按比值确定c圆孔折算成同面积的放孔计算建筑热工设计中常用参数的计算传热阻传热系数热阻和热惰性指标的计算3维护结构的热惰性指标单一材料层多层某层材料由两种或以上材料组成需求该层材料的平均热阻和平均蓄热系数该层的平均热阻建筑热工设计中常用参数的计算传热阻传热系数热阻和热惰性指标的计算该层的平均传热系数建筑热工设计中常用参数的计算续-

维护结构内表面和内部温度的计算建筑热工设计中常用参数的计算续-

维护结构内表面和内部温度的计算续内表面温度维护结构内表面第m层内表面温度建筑热工设计中常用参数的计算续-

热桥部位内表面温度的计算常用五种形式热桥建筑热工设计中常用参数的计算续-

热桥部位内表面温度的计算其内表面温度其中η是热桥形式的修正系数建筑热工设计中常用参数的计算续-维护结构内部冷凝受潮的验算

1维护结构内部冷凝的判别a内部冷凝条件内部某处的水蒸气分压力Pm大于该处的饱和水蒸气分压力Psb判别方法求各界面的温度θm并作分布线求与这些界面温度相应的饱和水蒸气分压力Ps并作分布线求各界面上实际的水蒸气分压力Pm并作分布线建筑热工设计中常用参数的计算续-维护结构内部冷凝受潮的验算建筑热工设计中常用参数的计算续-维护结构内部冷凝受潮的验算各界面上实际的水蒸气分压力Pm可用下式计算式中PiPe内表面和外表面水蒸气分压力取室内和室外空气水蒸气分压力各层的水蒸气渗透阻H0结构的总水蒸气渗透阻建筑热工设计中常用参数的计算续-维护结构内部冷凝受潮的验算各材料层的渗透阻多层材料的总渗透阻若Pm线与Ps线不相交如图a则内部不会出现冷凝若两线相交如图b则内部可能出现冷凝建筑热工设计中常用参数的计算续-维护结构内部冷凝受潮的验算a与b建筑热工设计中常用参数的计算续-维护结构内部冷凝受潮的验算2内部冷凝量的计算若经判断内部可能出现冷凝则每㎡小时冷凝量其中Ps·c冷凝界面温度下的饱和水蒸其气分压力H0·i内表面至冷凝界面的水蒸气渗透阻H0·e外表面至冷凝界面的水蒸气渗透阻建筑热工设计中常用参数的计算续-维护结构内部冷凝受潮的验算冷凝界面温度每㎡采暖期冷凝量3冷凝界面内侧所需水蒸气渗透阻的计算为保证采暖期内维护结构内部保温材料因冷凝受潮而使其重量湿度的增量不超过允许值冷凝界面内侧所需水蒸气渗透阻建筑热工设计中常用参数的计算续-维护结构内部冷凝受潮的验算当冷凝界面内侧实际具有的水蒸气渗透阻小于所需值时应设置隔气层或其他构造措施以提高内侧的隔气能力建筑热工设计中常用参数的计算续-地面吸热系数B值的计算地面吸热系数B值应根据地面中影响吸热的界面位置分三种情况计算具体的算法见《民用建筑热工设计规范》GB5017693P30～31建筑热工设计中常用参数的计算续-室外综合温度的计算1室外综合温度各小时值的计算2室外综合温度平均值的计算3室外综合温度波幅值的计算建筑热工设计中常用参数的计算续-6维护结构衰减倍数和延迟时间的计算建筑热工设计中常用参数的计算续7室内空气到内表面的衰减倍数及延迟时间的计算建筑热工设计中常用参数的计算续8表面蓄热系数的计算建筑热工设计中常用参数的计算续9维护结构内表面最高温度的计算6～9的计算见《民用建筑热工设计规范》GB5017693P35～41建筑热工设计中常用参数的计算续建筑节能设计建筑节能设计建筑节能设计的意义建筑节能设计的意义归根到底就是为了节约采暖和制冷所消耗的能源实现国民经济的可持续发展建筑节能设计建筑节能设计的一般要求1建筑热工设计分区根据中国各地的气候把中国建筑热工设计分成五个区分区图建筑节能设计续建筑节能设计的一般要求2对建筑各维护结构的规定1对建筑物体形系数的规定在其它条件相同的情况下建筑物耗热量指标随体形系数的增长而增长因此从有利于节能出发体形系数应尽可能小2对窗墙面积比的规定一般情况下的窗墙面积比北向≤025东西向≤030南向≤035但如果经热工验算表明维护结构的传热阻满足要求也可以适当增大窗墙面积比建筑节能设计续建筑节能设计的一般要求3对热桥部分的规定维护结构热桥部位的内表面温度不应低于室内空气露点温度因此应进行内表面温度的计算当其内表面温度低于室内空气露点温度时应在热桥部位的外侧或内侧采取保温措施4对窗户气密性等级和保温性能的规定5采暖建筑地面热工要求建筑节能设计续建筑节能设计的一般要求6维护结构冷凝受潮验算及防潮措施外侧有卷材或其它密闭防水层的平屋顶结构以及保温层外侧有密实保护层的多层墙体结构当内侧结构层为加气混凝土和砖等多孔材料时应进行内部冷凝受潮验算建筑节能设计续建筑节能设计的一般要求3保温隔热层的放置对于屋顶墙体等维护结构其保温层的放置有内保温外保温他们各自有自己的特点外保温的特点1对壁体的保护由于受太阳辐射产生的热应力很小对壁体无损坏2热桥因产生温热桥不会带来危害多数热桥部分的保护处理比较容易3表面结露对于反复供热的房间当供暖停止壁体内表面温度高且最低室温也高故不易产生内部结露建筑节能设计续建筑节能设计的一般要求4内部结露由于混凝土及绝热材料布置得正确室内侧不设防潮层也不会产生结露但因外部装修材料的种类不同可能在外装修材料与绝热材料之间的交界面上发生结露在这种情况下要设防潮层或加强换气5供暖负荷基本上与绝热材料置于内外侧无关其大小取决于供暖运行方式考虑到一般建筑结构上的热桥以及供暖停止时混凝土的蓄热大多可使供暖负荷变小但其变小值不大建筑节能设计续建筑节能设计的一般要求6供冷负荷与绝热材料置于内外侧基本无关若供冷时夜里引入室外冷空气则对蓄热有利另外可以利用通风空气层以预先减少太阳辐射热对冷负荷的影响7室温的变化室温的变化小尤其在供暖停止时温降小由于室内侧混凝土的热容量作用阻止了室温的变化夏天可以防止烘烤例题如下图求该维护结构的平均热阻ab部分地区应考虑冬季保温一般可不考虑夏季防热必须满足夏季防热要求一般不考虑冬季保温必须满足夏季防热要求适当兼顾冬季保温应满足冬季保温要求部分地区兼顾夏季防热必须充分满足冬季保温要求一般可不考虑夏季防热温和地区夏热冬暖地区夏热冬冷地区寒冷地区严寒地区表示