第2章

建筑圍護結(jié)構的傳熱計算與應用建筑的圍護結(jié)構包括：外圍護結(jié)構和內(nèi)圍護結(jié)構。透明和不透明的兩部分。研究目的：保溫、隔熱、節(jié)能室內(nèi)外溫度的計算模型（1）恒定的熱作用：采暖房間冬季（2）周期熱作用：分為單向周期熱作用（適用于空調(diào)房間的隔熱設計）和雙向周期熱作用（適用于自然通風房間的夏季隔熱設計）。2.1穩(wěn)定傳熱2.1.1一維穩(wěn)定傳熱特征1、通過平壁的熱流強度q處處相等；2、同一材質(zhì)的平壁內(nèi)部各界面溫度θ分布呈直線關系。平壁的穩(wěn)定傳熱傳熱過程：室內(nèi)、外熱環(huán)境通過圍護結(jié)構而進行的熱量交換過程，包含導熱、對流及輻射方式的換熱，是一種復雜的換熱過程。穩(wěn)定傳熱過程：溫度場不隨時間而變的傳熱過程。

2.1.2平壁內(nèi)的導熱過程

1。單層勻質(zhì)平壁的熱阻

2。經(jīng)過多層平壁的導熱

3.通過組合壁的導熱如圖，設由三層平壁組成的圍護結(jié)構，平壁厚度分別為d1

、d2

、d3

，導熱系數(shù)分別為1、2、3，圍護結(jié)構兩側(cè)空氣及其它物體表面溫度分別為θi、θe（設θi>θe

），室內(nèi)通過圍護結(jié)構向室外傳熱的整個過程要經(jīng)過三個階段：2）平壁材料層的導熱：1）內(nèi)表面吸熱：3）外表面的散熱：

2.1.3平壁內(nèi)穩(wěn)定傳熱過程2）平壁材料層的導熱：1）內(nèi)表面吸熱：內(nèi)表面吸熱是對流換熱與輻射換熱的綜合過程。3）外表面的散熱：外表面的散熱是平壁把熱量以對流及輻射的方式傳給室外空氣及環(huán)境。討論的問題屬于一維穩(wěn)定傳熱過程，則有聯(lián)立上面四式得若寫成熱阻形式得平壁的總傳熱阻：物理意義：表示熱量從平壁一側(cè)空間傳到另一側(cè)空間時所受到的總阻力。單位：平壁總傳熱系數(shù)：物理意義：當時，在單位時間內(nèi)通過平壁單位表面積的傳熱量，單位：說明：平壁內(nèi)、外表面及壁體內(nèi)各層溫度的計算：平壁的傳熱過程平壁內(nèi)表面的吸熱平壁本身的導熱平壁外表面的放熱R0：平壁的總傳熱阻K0：平壁的總傳熱系數(shù)總熱阻表征圍護結(jié)構(包括兩側(cè)表面空氣邊界層)阻抗傳熱能力的物理量。為傳熱系數(shù)的倒數(shù)總傳熱系數(shù)在穩(wěn)態(tài)條件下，圍護結(jié)構兩側(cè)空氣溫度為1℃，1h內(nèi)通過1m2面積傳遞的熱量平壁的穩(wěn)定傳熱>>平壁的總傳熱阻的計算平壁的總傳熱阻和傳熱系數(shù)R0和K0是建筑保溫、隔熱性能的重要指標與建筑的能耗有著非常密切的對應關系建筑節(jié)能設計的首要考慮因素建筑節(jié)能的其他因素數(shù)值上，R0等于：K0為的R0倒數(shù)具體如何求平壁的熱阻或傳熱系數(shù)？平壁的穩(wěn)定傳熱>>平壁的總傳熱阻>>內(nèi)外表面換熱阻平壁總傳熱阻的計算由三大部分組成：內(nèi)表面的換熱熱阻、平壁本身的熱阻以及外表面的換熱熱阻內(nèi)、外表面的換熱熱阻主要與室內(nèi)外環(huán)境以及表面的狀況有關。表面換熱包括對流部分和輻射部分。工程計算中，一般合二為一，采用不同表面狀況、不同季節(jié)的表面換熱阻或表面換熱系數(shù)。平壁的穩(wěn)定傳熱>>平壁的總傳熱阻>>壁體傳熱阻平壁總傳熱阻的計算壁體本身的傳熱阻主要是導熱熱阻，也包括空氣間層產(chǎn)生的熱阻。壁體本身的導熱熱阻可分為單一材料層、多層勻質(zhì)材料層以及組合材料層等。不同的構造方式的熱阻需要不同的公式加以計算單一材料層的熱阻：多層勻質(zhì)材料層的熱阻：

平壁的穩(wěn)定傳熱>>平壁的總傳熱阻>>例題1平壁總傳熱阻的計算例題1平壁的穩(wěn)定傳熱>>平壁的總傳熱阻>>問題平壁總傳熱阻的計算如果將磚砌體改為粘土空心磚（=0.58），平壁的熱阻為多少？本例，如果要使平壁的總傳熱阻達到1.0、2.0、3.0,保溫層（=0.04）的厚度應分別為多厚？四、封閉空氣間層的熱阻封閉空氣間層的傳熱提高圍護結(jié)構熱工性能的有效方法三種基本傳熱方式都存在主要傳熱為輻射，約占70%提高空氣間層熱阻的主要方法：表面貼強反射材料，如鋁箔（高溫側(cè)）等將空氣間層布置在低溫一側(cè)（防建筑結(jié)構冷凝）一個“厚”的間層不如幾個“薄”的間層平壁的穩(wěn)定傳熱>>平壁的總傳熱阻>>例題2平壁總傳熱阻的計算例題2平壁的穩(wěn)定傳熱>>平壁的總傳熱阻>>壁體傳熱阻平壁總傳熱阻的計算組合材料層的熱阻簡單的計算方法：復雜的計算方法：試計算某屋頂結(jié)構的熱阻（夏）鋼筋混凝土：=1.74W/(mK)加氣混凝土：=0.19W/(mK)水泥砂漿：=0.93W/(mK)油氈防水層：=0.17W/(mK)1、由附錄4查各種材料的導熱系數(shù)2、求各層熱阻(1)鋼筋混凝土空心板熱阻R空：取計算單元，沿垂直熱流方向分三層計算。R1=R3=0.035/1.74=0.02(m2K/W)空氣間層由空氣層、鋼筋混凝土、填縫組成?？諝忾g層熱阻0.16(m2K/W),鋼筋混凝土熱阻0.13/1.74=0.075(m2K/W)砂漿部分熱阻0.13/0.93=0.140(m2K/W)R空=0.02+0.13+0.02=0.17(m2K/W)

(2)加氣混凝土保溫層熱阻

R氣砼=0.08/0.19=0.421(m2K/W)（3）水泥砂漿抹平層熱阻

R砂漿=0.02/0.93=0.022(m2K/W)（4）油氈防水層熱阻

R油氈=0.01/0.17=0.059(m2K/W)3、屋頂結(jié)構總熱阻內(nèi)表面熱阻

Ri=0.11(m2K/W)外表面熱阻

Re=0.05(m2K/W)注：夏?？偀嶙?/p>

R=0.11+0.17+0.421+0.022+0.059+0.05=0.832(m2K/W)2.1.5平壁內(nèi)部溫度的計算及圖解法1、平壁內(nèi)部溫度的計算

2、壁體內(nèi)部溫度的圖解法（了解）1、平壁內(nèi)部溫度的計算：意義：圍護結(jié)構的表面溫度及內(nèi)部溫度也是衡量和分析圍護結(jié)構熱工性能的重要數(shù)據(jù)。為判斷表面和內(nèi)部是否會產(chǎn)生冷凝水，就需要對所設計的圍護結(jié)構進行溫度核算。以下圖所示三層平壁結(jié)構為例。據(jù)穩(wěn)定傳熱條件下，通過平壁的熱流量與通過平壁各部分的熱流量相等有，即解得壁體內(nèi)表面溫度為又據(jù)有解得由此推知，對于多層平壁內(nèi)任一層的內(nèi)表面溫度為平壁的穩(wěn)定傳熱>>平壁內(nèi)部溫度的確定平壁內(nèi)部溫度的確定2.2平壁的穩(wěn)定傳熱>>平壁內(nèi)部溫度的確定>>例題3平壁內(nèi)部溫度的確定例題在穩(wěn)定傳熱條件下，每一材料層內(nèi)的溫度分布是直線，在多層平壁中成一條連續(xù)的折線。材料層內(nèi)的溫度降落程度與各層的熱阻成正比，材料層的熱阻越大，在該層內(nèi)的溫度降落也越大。2、壁體內(nèi)部溫度的圖解法（了解）根據(jù)：其中：、、和是常量，所以是變量的一次函數(shù)，若以熱阻為橫坐標畫出壁體的截面圖，則溫度分布為一直線。2.2平壁的穩(wěn)定傳熱>>平壁內(nèi)部溫度的確定>>圖解法平壁內(nèi)部溫度的確定圖解法具體方法：（如圖8-7）作業(yè)：某空心混凝土砌塊如圖所示試求該單排孔砌塊作為垂直墻體時的隔熱熱阻（設空氣間層厚50mm，長150mm）。設室內(nèi)溫度25℃，室外溫度-25℃，用圖解法求各界面溫度。如果在混凝土內(nèi)有3根直徑20mm的鋼筋貫穿該砌塊，其熱阻如何變化？2.2建筑保溫與節(jié)能計算指標：建筑物耗熱量指標；建筑物耗煤量指標（強調(diào)單位建筑面積，節(jié)能）計算包含：1、通過圍護結(jié)構的傳熱耗熱量；2、空氣滲透耗熱量；3、內(nèi)部得熱量。建筑物耗熱量指標建筑物采暖耗煤量實際上，圍護結(jié)構所受到的環(huán)境熱作用，不論是室內(nèi)或室外，都在隨時間變化，因此，圍護結(jié)構內(nèi)部的溫度和通過圍護結(jié)構的熱流量也必然隨時間發(fā)生變化。這種傳熱過程叫不穩(wěn)定傳熱。若外界熱作用隨著時間呈現(xiàn)周期性的變化，則出現(xiàn)周期性不穩(wěn)定傳熱。在建筑熱工中研究的變化熱作用，都帶有一定的周期波動性，如室外氣溫和太陽輻射熱的晝夜、小時變化，在一段時間內(nèi)可以近似地看作每天出現(xiàn)重復性的周期變化；冬天當采用間歇采暖時，室內(nèi)氣溫也會引起周期性的波動。2.3平壁的周期性傳熱2.3平壁的周期性傳熱簡諧熱作用2.3平壁的周期性傳熱半無限厚壁在簡諧熱作用下的傳熱特征2.3平壁的周期性傳熱半無限厚壁在簡諧熱作用下的傳熱特征2.3平壁的周期性傳熱半無限厚壁在簡諧熱作用下的傳熱特征介質(zhì)表面壁體內(nèi)部AeAfAxx?Θ(x.τ)2.3平壁的周期性傳熱半無限厚壁在簡諧熱作用下的傳熱特征導溫系數(shù)：材料的導熱系數(shù)與其比熱容和密度乘積的比值（a＝λ/cρ）

。表征物體在加熱或冷卻時各部分溫度趨于一致的能力。其值越大，溫度變化的速度越快。

2.3平壁的周期性傳熱>>材料蓄熱系數(shù)簡諧熱作用下，材料和圍護結(jié)構的熱特性指標材料蓄熱系數(shù)當某一足夠厚度單一材料層一側(cè)受到諧波熱作用時，表面溫度將按同一周期波動，通過表面的熱流波幅與表面溫度波幅的比值。其值越大，材料的熱穩(wěn)定性越好2.3平壁的周期性傳熱>>材料層的熱惰性指標簡諧熱作用下，材料和圍護結(jié)構的熱特性指標熱惰性指標(D值)

表征圍護結(jié)構對溫度波衰減快慢程度的無量綱指標。單一材料圍護結(jié)構，D=RS；多層材料圍護結(jié)構，D=ΣRS式中R為圍護結(jié)構材料層的熱阻，S為相應材料層的蓄熱系數(shù)。D值越大，溫度波在其中衰減越快，圍護結(jié)構的熱穩(wěn)定性越好

圍護結(jié)構的熱穩(wěn)定性在周期性熱作用下，圍護結(jié)構本身抵抗溫度波動的能力。圍護結(jié)構的熱惰性是影響其熱穩(wěn)定性的主要因素房間的熱穩(wěn)定性在室內(nèi)外周期性熱作用下，整個房間抵抗溫度波動的能力。房間的熱穩(wěn)定性主要取決于內(nèi)外圍護結(jié)構的熱穩(wěn)定性2.4建筑防熱設計控制指標一、室外綜合溫度二、隔熱設計標準（周期性傳熱計算的目的）室外綜合溫度的計算（1）太陽輻射熱的作用當太陽輻射熱作用到圍護結(jié)構外表面時，一部分被圍護結(jié)構外表面所吸收；（2）室外空氣的傳熱由于室外空氣溫度與外表面溫度存在著溫度差，將以對流換熱為主要形式與圍護結(jié)構的外表面進行換熱；（3）在圍護結(jié)構受到上述兩種熱作用后，外表面溫度升高，輻射本領增大，向外界發(fā)射長波輻射熱，失去一部分熱能。室外綜合溫度的計算:

室外綜合溫度值應按下式計算：式中：

tsa---室外綜合溫度(℃)；

te---室外空氣溫度(℃)；

I---水平或垂直面上的太陽輻射照度(W/m2)；

ρs---太陽輻射吸收系數(shù)；

αe---外表面換熱系數(shù)，取19.0W/(m2?K)。

降低室外綜合溫度措施：

1、選擇建筑的合理朝向及采取遮陽措施，減弱太陽對建筑圍護結(jié)構的輻射。

2、使用淺色處理的圍護結(jié)構外表面，降低圍護結(jié)構外表面對太陽輻射的吸收。

tsa

=te+I﹒s

/e-tlr室外綜合溫度的特點：（1）在夏季，同一地點、同一天中，各朝向的太陽輻射照度不同。（圖）（2）在室外綜合溫度中，太陽輻射熱當量溫度表示圍護結(jié)構外表面所吸收的太陽輻射熱對室外熱作用提高的程度。其關鍵在于吸收。（3）室外綜合溫度代表了室外熱作用的大小。平屋頂、西墻、東墻、西南向墻和東南向墻所受室外熱作用較大。因此，在設計時對它們進行隔熱處理非常必要。

由于室外綜合溫度呈周期性波動變化，在圍護結(jié)構隔熱設計的計算中，必須確定其最大值、平均值及振幅。

tsa

=te+I﹒s

/e

-tlr

圍護結(jié)構隔熱設計隔熱設計：