建筑热工第二章讲课讲稿.ppt

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1、建筑热工第二章第二章 传热的基本知识n2.1 传热的方式导热导热导热的机理不同温度的质点的热运动导热热量的计算12/1/20222建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 传热的方式导热导热材料的导热系数及热阻热阻是衡量材料抵抗热量传递能力的指标热阻与材料本身的导热系数成反比，和材料的厚度成正比不同状态的物质，导热系数相差很大气态气态：导热系数最小 0.0060.6 W/m.K 常温下空气为0.029 W/m.K；液态液态：0.070.7,水约为0.58 W/m.K；固态固态：非金属约为0.033.5 W/m.K 金属约为2.2420 W/m.K同一种材料厚度不同，热阻也不同导

2、热系数低于0.3 W/m.K的材料为绝热材料12/1/20223建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 传热的方式导热导热导热系数的影响因素材质的影响材料干密度的影响一般密度越大，导热系数也越大有些材料如玻璃棉有一个最佳密度（粘结材料的影响）材料含湿量的影响材料的防潮问题其它的影响12/1/20224建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 传热的方式对流对流对流换热机理温度不同的流体之间因宏观运动、相互掺合而传递热量对流换热只发生在流体之间或流体与紧贴的固体表面之间在建筑工程中更多涉及的是后者，即流体与固体表面之间对流换热的大小主要取决于:层流层的厚度（流体

3、运动状况、温差、流体本身特性、表面状况及倾斜程度等）12/1/20225建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 传热的方式对流对流对流换热计算自然对流 垂直壁面：水平壁面：热流由下而上热流由上而下12/1/20226建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 传热的方式对流对流对流换热计算受迫对流 围护结构内表面：围护结构外表面：12/1/20227建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 传热的方式辐射辐射任何表面绝对温度大于0K的物体都会产生辐射辐射是一种电磁波，不同温度的物体向外辐射电磁波的波谱不同。不同波长的电磁波照射在物体上会产生不同的

4、效应无线电波、微波、红外线、紫外线、X射线等 红外线：波长在0.8600m范围，可产生热效应热射线：波长在0.440 m范围，热效应最为显著。热射线的传播过程称为热辐射12/1/20228建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 传热的方式辐射辐射辐射换热的特点辐射换热过程中伴随着能量形式的转化物体的内能电磁能内能电磁波的传播无需任何介质，也不需要冷、热物体直接接触辐射换热是物体之间互相辐射的结果。综合的结果：温度高的物体净失热，温度低的物体净得热。对外来辐射的反应电磁波：反射、吸收和透射能量守恒定律：12/1/20229建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1

5、 传热的方式辐射辐射对外来辐射的反应能量守恒定律：反射系数rh、吸收系数h、透射系数h绝对白体，白体（rh=1）绝对黑体，黑体（h=1）绝对透明体，透明体（h=1）一般建筑材料为非透明体。因此，rh+h=1。即如果材料的反射能力越强，则吸收能力就越弱同一材料对不同波长的电磁波的反射能力会不一样。12/1/202210建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 传热的方式辐射辐射物体向外辐射的能力辐射本领v全辐射本领v单色辐射本领黑体、灰体、选择辐射体（选择体）辐射系数C与黑度影响因素：材质、光洁度等辐射定律（Stephan-Bolzmans Law）12/1/202211建筑物理

6、(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 传热的方式辐射辐射换热的计算显然，辐射换热量的大小与表面温度、材料的辐射能力、对辐射的吸收能力（这两项可归结为黑度）以及两表面之间的温差和相对位置等因素有关辐射换热的计算公式可表示如下：12/1/202212建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 传热的方式辐射辐射换热的计算相当辐射系数“互易定理”：和称为“平均角系数”其大小与两表面的相对位置以及黑度有关它们仅与表面的相对位置有关12/1/202213建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 传热的方式辐射辐射换热的计算相当辐射系数和平均角系数IF C1和C2

7、4.7 THEN12/1/202214建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 传热的方式辐射辐射换热的计算遮热板If C1=C2=C3 Then12/1/202215建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 传热的方式辐射辐射换热的计算辐射换热系数v影响因素：相当辐射系数、表面温度及平均角系数12/1/202216建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 传热的方式表面换热表面换热系数v对流换热和辐射换热合称为表面换热，其热流强度为二者之和传热方式内表面空气间层外表面辐射54%77%20%对流46%19%80%12/1/202217建筑物理(热

8、工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 传热的方式相变换热相变换热12/1/202218建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 平壁的稳态传热平壁的传热过程平壁内表面的吸热平壁本身的导热平壁外表面的放热R0：平壁的总传热阻K0：平壁的总传热系数12/1/202219建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 平壁的稳态传热封闭空气间层的传热提高围护结构热工性能的有效方法三种基本传热方式都存在主要传热为辐射，约占70%提高空气间层热阻的主要方法：表面贴强反射材料，如铝箔等将空气间层布置在低温一侧一个“厚”的间层不如几个“薄”的间层12/1/202220建筑物

9、理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 平壁的稳态传热平壁的总传热阻的计算平壁的总传热阻和传热系数R0和K0是建筑保温、隔热性能的重要指标与建筑的能耗有着非常密切的对应关系建筑节能设计的首要考虑因素建筑节能的其他因素（围护结构总热损耗因素K）数值上，R0等于：K0为的R0倒数具体如何求平壁的热阻或传热系数？12/1/202221建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 平壁的稳态传热平壁的总传热阻内外表面换热阻平壁总传热阻的计算由三大部分组成：内表面的换热热阻、平壁本身的热阻以及外表面的换热热阻内、外表面的换热热阻主要与室内外环境以及表面的状况有关。表面换热包括对流

10、部分和辐射部分。工程计算中，一般合二为一，采用不同表面状况、不同季节的表面换热阻或表面换热系数。12/1/202222建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 平壁的稳态传热平壁的总传热阻壁体传热阻平壁总传热阻的计算壁体本身的传热阻主要是导热热阻，也包括空气间层产生的热阻。壁体本身的导热热阻可分为单一材料层、多层匀质材料层以及组合材料层等。不同的构造方式的热阻需要不同的公式加以计算v单一材料层的热阻：v多层匀质材料层的热阻：12/1/202223建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 平壁的稳态传热平壁的总传热阻壁体传热阻平壁总传热阻的计算v组合材料层的热阻简

11、单的计算方法：复杂的计算方法：12/1/202224建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 平壁的稳态传热平壁的总传热阻壁体传热阻平壁总传热阻的计算v组合材料层的热阻热桥问题围护结构中传热较多的部位；相对的概念，一般称面积较小、传热较多的部位，如梁、柱等为热桥部位如果热桥部位处理不当，会带来很大的问题12/1/202225建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 平壁的稳态传热平壁的总传热阻例题1平壁总传热阻的计算例题112/1/202226建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 平壁的稳态传热平壁的总传热阻问题平壁总传热阻的计算1.如果将砖

12、砌体改为粘土空心砖（=0.58），平壁的热阻为多少？2.本例，如果要使平壁的总传热阻达到1.0、2.0、3.0,保温层（=0.04）的厚度应分别为多厚？12/1/202227建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 平壁的稳态传热平壁的总传热阻例题2平壁总传热阻的计算例题212/1/202228建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 平壁的稳态传热平壁内部温度的确定平壁内部温度的确定12/1/202229建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 平壁的稳态传热平壁内部温度的确定例题3平壁内部温度的确定例题12/1/202230建筑物理(热工、光

13、学部分）第二章 传热的基本知识n2.1 平壁的稳态传热平壁内部温度的确定图解法平壁内部温度的确定图解法12/1/202231建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.2 平壁的稳态传热平壁的总传热阻问题平壁总传热阻的计算1.如果将砖砌体改为粘土空心砖（=0.58），平壁的热阻为多少？2.本例，如果要使平壁的总传热阻达到1.0、2.0、3.0,保温层（=0.04）的厚度应分别为多厚？ANSWER:12/1/202232建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.2 平壁的稳态传热平壁的总传热阻例题2平壁总传热阻的计算例题212/1/202233建筑物理(热工、光学部分）第二

14、章 传热的基本知识n2.2 平壁的稳态传热平壁内部温度的确定平壁内部温度的确定12/1/202234建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.2 平壁的稳态传热平壁内部温度的确定例题3平壁内部温度的确定例题12/1/202235建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.2 平壁的稳态传热平壁内部温度的确定图解法平壁内部温度的确定图解法12/1/202236建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热简谐热作用周期性非稳态传热余弦函数表示式：简谐热作用12/1/202237建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性

15、传热传热特征半无限厚平壁在简谐热作用下的传热特征两个概念：导温系数、渗透深度12/1/202238建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热传热特征半无限厚平壁在简谐热作用下的传热特征波动幅度为36.7%(e-1);波动幅度为13.5%(e-2);波动幅度为5.0%(e-3)12/1/202239建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热传热特征半无限厚平壁在简谐热作用下的传热特征传热主要特征总结 室外、表面及内部任一截面处的温度波动的周期相同 温度波动的幅度随着深入而递减，这种现象称为温度波动的衰减；衰减的程度一般用总衰减度来描

16、述；温度波动的相位（或出现最大值的时间）逐渐向后推进（或延迟）。一般用总延迟时间来描述。12/1/202240建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热传热特征半无限厚平壁在简谐热作用下的传热特征传热特征的物理解释12/1/202241建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热热特性指标材料蓄热系数简谐热作用下，材料和围护结构的热特性指标材料蓄热系数 表征材料抵抗热波动的能力，一般用符号S表示；对于半无限厚平壁，表面的热流波动的振幅与表面温度波动的振幅之比称为“材料蓄热系数”，即：在相同的热作用下：S越大，表面温度波动越小，热稳定

17、性越好；S越小，表面温度波动越大，热稳定性越差。12/1/202242建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热热特性指标热惰性指标简谐热作用下材料和围护结构的热特性指标D越大，温度波衰减越快，另一侧（背波面）的温度波动越小；D越小，温度波衰减越慢，另一侧的温度波动越大。对于多层材料组成的复合构造，总热惰性指标D0为各层材料的热惰性指标之和。背波面温度波动的大小不仅取决于材料层本身，背后的条件也有影响。材料层的热惰性指标表征材料层抵抗热波动的能力，一般用符号D表示；材料层的热惰性指标D取决于材料本身的蓄热系数S及材料层的热阻R，即：12/1/202243建筑物理

18、(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热热特性指标表面蓄热系数简谐热作用下材料和围护结构的热特性指标材料层的表面蓄热系数一般用符号Y表示，表达的意义与材料蓄热系数S一样；材料层的表面蓄热系数不但取决于材料本身的蓄热系数S，还与背后的条件有很大的关系。材料层的表面蓄热系数Y的计算1)材料层外表面蓄热系数第一层：12/1/202244建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热热特性指标表面蓄热系数简谐热作用下材料和围护结构的热特性指标材料层的表面蓄热系数材料层的表面蓄热系数Y的计算1)材料层外表面蓄热系数第m层：最外层：12/1/20224

19、5建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热热特性指标表面蓄热系数简谐热作用下材料和围护结构的热特性指标材料层的表面蓄热系数材料层的表面蓄热系数Y的计算2)材料层内表面蓄热系数第m层：最内层：12/1/202246建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热简谐热作用下的传热有限厚度平壁在简谐热作用下的传热双向温度波作用内表面温度的计算可以分解为三个分过程：内外平均温度下的稳态传热过程；仅有室外简谐作用而引起的内表面温度波动；仅有室内简谐作用而引起的内表面温度波动。内表面温度可表示为：12/1/202247建筑物理(热工、光学部分）

20、第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热简谐热作用下的传热有限厚度平壁在简谐热作用下的传热内表面温度的计算12/1/202248建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热简谐热作用下的传热有限厚度平壁在简谐热作用下的传热衰减度和相位延迟的计算室外温度波总衰减度和总相位延迟的计算12/1/202249建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热简谐热作用下的传热有限厚度平壁在简谐热作用下的传热衰减度和相位延迟的计算室内温度波衰减和相位延迟的计算12/1/202250建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁

21、的周期性传热简谐热作用下的传热有限厚度平壁在简谐热作用下的传热双向温度波作用内表面温度的计算可以分解为三个分过程：内外平均温度下的稳态传热过程；仅有室外简谐作用而引起的内表面温度波动；仅有室内简谐作用而引起的内表面温度波动。内表面温度可表示为：12/1/202251建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热简谐热作用下的传热有限厚度平壁在简谐热作用下的传热内表面温度的计算12/1/202252建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热简谐热作用下的传热有限厚度平壁在简谐热作用下的传热衰减度和相位延迟的计算室外温度波总衰减度和总相位

22、延迟的计算12/1/202253建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热简谐热作用下的传热有限厚度平壁在简谐热作用下的传热衰减度和相位延迟的计算室内温度波衰减和相位延迟的计算12/1/202254建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.3 平壁的周期性传热总结本节小结为什么要了解非稳态（动态）气象条件下的传热？简谐热作用下的传热特征简谐热作用下平壁的热特性指标双向温度波作用下的平壁内表面的温度衰减度和相位延迟的计算12/1/202255建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.4 湿空气的物理性质湿空气的概念湿空气的概念自然界的空气是

23、干空气和水蒸汽的混合物湿空气即含有水蒸汽的空气水蒸汽分压力P饱和蒸汽压Ps空气湿度绝对湿度f(g/m3)、饱和蒸汽量fmax相对湿度参数名称A 室B 室室内气温()1810绝对湿度f(g/m3)9.49.4饱和蒸汽压Ps(Pa)2062.51227.9实际蒸汽压P(Pa)1261.01226.4相对湿度(%)61.199.9绝对湿度和相对湿度的不同意义12/1/202256建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.4 湿空气的物理性质露点温度露点温度td和湿球温度tw结露现象露点温度干、湿球温度露点温度的计算12/1/202257建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n2.4 湿空气的物理性质温湿度图温湿度图(Psychrometric Chart)12/1/202258建筑物理(热工、光学部分）第二章 传热的基本知识n作业二P.53 (1)、（9）、（11）试述本学期课程设计（一）中可能涉及到的建筑物理问题，并简要说明解决的思路要求包含：1.设计题目、设计要求、指导教师；2.方案的简要说明（附主要图2幅）；3.建筑物理问题及解决思路。12/1/202259建筑物理(热工、光学部分）此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢