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1、第三节第三节 建筑维护结构的传热建筑维护结构的传热原理及计算原理及计算一、维护结构的传热过程一、维护结构的传热过程三个阶三个阶段段表面吸热冬季：内表面从室内吸热 夏季：外表面从室外空间吸热结构本身传热热量由高温表面传向低温表面表面放热冬季：外表面向室外散热 夏季：内表面向室内散热维护结构的传热过程维护结构的传热过程三个阶段三个阶段表面换热表面换热以对流换热和辐射换热为主以对流换热和辐射换热为主q=qc+qr=c(-t)+r(-t)=(c+r)(-t)=(-t)q 表面换热量，W/表面换热系数，W/（K）壁面温度，t 室内或室外气温，结构传热结构传热以单层匀质平壁为例导热为主的以单层匀质平壁为例
2、导热为主的传热过程传热过程q=（t1-t2）dq 热流密度，W/t1 高温表面物体温度，W/（K）t2低温表面物体温度，材料导热系数，W/（K）二、室内外温度计算的模型二、室内外温度计算的模型恒定热作用（稳定传热）采暖房间冬季条件下的保温设计周期热作用（不稳定周期传热）单向周期热作用空调房间隔热设计 双向周期热作用自热通风房间的夏季隔热设计室内外温度计算的模型室内外温度计算的模型稳定传热稳定传热冬季采暖房的情况冬季采暖房的情况tite不稳定周期传热不稳定周期传热空调房间隔热情况空调房间隔热情况tite自然通风房间的夏季自然通风房间的夏季隔热情况隔热情况tite三、一维稳定传热三、一维稳定传热（
3、一）特征：1、通过平壁的热流强度q处处相等。平壁内无蓄热现象。即对于平壁内任意一截面而言，流进与流出的热量必须相等2、同一材质的平壁内部各界面温度分布呈直线关系。1 2 3tite（二）围护结构稳定传热全过程ie23d1 d2 d3e q qi i=q=qn n=q=qe e=q=q通过围护结构的热流强度通过围护结构的热流强度q其中传热阻：其中传热阻：表面特性表面特性 i(W/(m2K)RI(m2K)/W)墙面、地面、表面平整或有肋状墙面、地面、表面平整或有肋状突出物的顶棚（突出物的顶棚（h/s 0.3）8.7 0.11有肋状突出物的顶棚（有肋状突出物的顶棚（h/s0.3）7.6 0.13内表
4、面热转移阻内表面热转移阻Ri内表面换热系数内表面换热系数 i季节季节 表面特征表面特征 eRe冬季冬季外墙、屋顶、与室外空气直接接触的表面外墙、屋顶、与室外空气直接接触的表面23.00.04与室外空气相通的不采暖地下室上面楼板与室外空气相通的不采暖地下室上面楼板17.00.06闷顶、外墙上有窗不采暖地下室上面楼板闷顶、外墙上有窗不采暖地下室上面楼板12.00.08外墙上无窗的不采暖地下室上面的楼板外墙上无窗的不采暖地下室上面的楼板6.00.17夏季夏季外墙和屋顶外墙和屋顶19.00.05l外表面换热系数和外表面换热阻的取值外表面换热系数和外表面换热阻的取值 1 23分别代表各材料的传热能力,称
5、材料的导热系数。1d1，2d2，3d3，分别代表围护结构各材料层的传热能力，又称为该材料层的“热导”。热导的倒数称为“构件热阻”。多层构造的围护结构总传热阻应为各层材料热阻之和R R0 0 为围护结构的传热阻（过去称为总热阻），表示热量从围护结为围护结构的传热阻（过去称为总热阻），表示热量从围护结构的一侧空间传至另一侧空间所受到的总阻力。构的一侧空间传至另一侧空间所受到的总阻力。K K 称为围护结构的传热系数，是传热阻称为围护结构的传热系数，是传热阻R R0 0的倒数，它的意义是当围的倒数，它的意义是当围护结构两侧温度差护结构两侧温度差11（1K1K）时，在单位时间里通过平壁单位面积的）时，在
6、单位时间里通过平壁单位面积的传热量传热量(W(W（m m2 2K K）)。注意：注意：导热系数导热系数、热导、热导G G和传热系数和传热系数K K的区别的区别导热系数导热系数：表示材料的传热能力表示材料的传热能力热导热导 G:G:表示某一结构层的导热能力表示某一结构层的导热能力传热系数传热系数 K K：表示热量从围护结构的一侧空间传至另一表示热量从围护结构的一侧空间传至另一侧空间的能力。包括结构层以及表面的热交换。侧空间的能力。包括结构层以及表面的热交换。例：如图所示外墙，当其面积为例：如图所示外墙，当其面积为5平平方米，室内外温度各为方米，室内外温度各为18 C和和-12 C 时，在单位时间
7、内的传热量时，在单位时间内的传热量分析：热量分析：热量Q是热流密度是热流密度q乘上面积乘上面积F公式：公式：步骤：步骤：1）查各层导热系数查各层导热系数 2）计算各层热阻得到总阻计算各层热阻得到总阻 3）算热量）算热量抹面墙（石灰水泥复合砂浆）抹面墙（石灰水泥复合砂浆）d1=0.04加气混凝土（密度为加气混凝土（密度为500kg/m3）d2=0.15钢筋混凝土钢筋混凝土 d3=0.18由附表一由附表一各层热阻各层热阻抹面墙抹面墙加气混凝土加气混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土墙体传热阻墙体传热阻总热阻总热阻单位时间传热量单位时间传热量通过该面积的热流强度通过该面积的热流强度（三）封闭空气层的热阻（三）
8、封闭空气层的热阻 建筑设计中常用封闭空气层作为围护结构建筑设计中常用封闭空气层作为围护结构的保温层。的保温层。空气层中的传热方式：空气层中的传热方式：导热、对流和辐射导热、对流和辐射主要是对流换热和辐射换热主要是对流换热和辐射换热封闭空气层的热阻取决于间层封闭空气层的热阻取决于间层两个界面上的两个界面上的边界层厚度边界层厚度和界和界面之间的面之间的辐射换热强度辐射换热强度。与间层厚度不成正比例关系与间层厚度不成正比例关系 在有限空间内的在有限空间内的对流换热强度对流换热强度与间层的厚度、与间层的厚度、间层的间层的设置方向和形状设置方向和形状、间层的、间层的密闭性密闭性等因素有关。等因素有关。垂
9、直空气间层垂直空气间层中，中，12*当间层厚度很薄时当间层厚度很薄时(d10cm)在水平间层中在水平间层中*当热面在上方时，间层当热面在上方时，间层内可视为不存在对流。内可视为不存在对流。*当热面在下方时，热气流当热面在下方时，热气流的上升和冷气流的下沉相的上升和冷气流的下沉相互交替形成自然对流，此互交替形成自然对流，此时自然对流换热最强，时自然对流换热最强，1纯导热换热量纯导热换热量2对流换热量对流换热量3总换热量总换热量可见：普通空气间层可见：普通空气间层的传热量中辐射换热的传热量中辐射换热占很大比例，约占很大比例，约70%要提高空气间层要提高空气间层的热阻须减少辐射的热阻须减少辐射换热量
10、。换热量。通过间层的通过间层的辐射换热量辐射换热量与间层与间层表面材料的表面材料的辐射性能辐射性能和间层的和间层的平均温度高低平均温度高低有关有关。减少辐射换热量的方法：减少辐射换热量的方法：1、将空气间层布置在围护结构的冷侧，降低间、将空气间层布置在围护结构的冷侧，降低间层的平均温度。层的平均温度。（效果不够显著）（效果不够显著）2、在间层壁面涂贴辐射系数小的反射材料（铝、在间层壁面涂贴辐射系数小的反射材料（铝箔等）箔等）一般建筑材料的辐射系数：一般建筑材料的辐射系数：44.5 J/（m2hK4）铝的辐射系数：铝的辐射系数：0.250.96 J/（m2hK4）4间层内有一表间层内有一表面贴有
11、铝箔面贴有铝箔5间层内两表间层内两表面都贴有铝箔面都贴有铝箔增效不显著增效不显著故以一个表面贴反故以一个表面贴反射材料为宜射材料为宜实际设计计算中可查表得空气间层的热阻实际设计计算中可查表得空气间层的热阻Rag（四）平壁内部温度的计算（四）平壁内部温度的计算 为判定围护结构的表面和内部是否会产生冷为判定围护结构的表面和内部是否会产生冷凝水须对所设计的围护结构进行温度核算凝水须对所设计的围护结构进行温度核算1 2 3d1 d2 d3titeie稳定传热条件下：稳定传热条件下：得内表面温度：得内表面温度：1 2 3d1 d2 d3titeie23由此推广得：由此推广得：层次编号顺着热流方向层次编号
12、顺着热流方向1 2 3d1 d2 d3titeie231 2 3d1 d2 d3titeie得：得：材料层内的温度降落程度与各层的热阻成正比。材料层内的温度降落程度与各层的热阻成正比。材料层的热阻越大，（导热系数越小）材料层的热阻越大，（导热系数越小）温度降落越大，（直线斜率越大）。温度降落越大，（直线斜率越大）。1 234n 在稳定传热条件下，每一材料层内的温度在稳定传热条件下，每一材料层内的温度分布是一直线，在多层平壁中成一连续的折线。分布是一直线，在多层平壁中成一连续的折线。四、周四、周期性不稳定传热期性不稳定传热外界热作用随时间周期性的变化外界热作用随时间周期性的变化（一）、简谐热作用
13、（一）、简谐热作用Zt也可写成：也可写成：（二）、谐波热作用下的传热特征（二）、谐波热作用下的传热特征（1）同一周期的谐波，均可用余弦函数表示同一周期的谐波，均可用余弦函数表示室外温度室外温度平壁外表面平壁外表面温度温度平壁内表面平壁内表面温度温度（2）从室外空间到平壁内部，温度波动的振幅）从室外空间到平壁内部，温度波动的振幅 逐渐衰减。逐渐衰减。（3）从室外空间到平壁内部，温度波动的相位）从室外空间到平壁内部，温度波动的相位 逐渐向后推延。逐渐向后推延。平壁的总衰减度平壁的总衰减度平壁的总相位延迟平壁的总相位延迟温度波穿过平壁的总延迟时间：温度波穿过平壁的总延迟时间：关系：关系：AifAef
14、解释：解释：R1 R 2 R3 d1 d2 d3 温度波在传递过程中产生的衰减和延迟现温度波在传递过程中产生的衰减和延迟现象，是由于在升温和降温过程中材料的象，是由于在升温和降温过程中材料的热容热容作作用和热量传递中材料的用和热量传递中材料的热阻热阻作用造成的。作用造成的。（三）、谐波热作用下材料和围护结构的热特性指（三）、谐波热作用下材料和围护结构的热特性指标标1、材料的蓄热系数、材料的蓄热系数 S (w/m2K)定义：把某一匀质半无限大壁体一侧受到谐波热定义：把某一匀质半无限大壁体一侧受到谐波热作用时，迎波面上接受的热流振幅作用时，迎波面上接受的热流振幅Aq与该表面的与该表面的温度振幅温度
15、振幅Af之比称为材料的蓄热系数之比称为材料的蓄热系数若若Z=24h，物理意义：物理意义：材料的蓄热系数说明了半无限大的物材料的蓄热系数说明了半无限大的物体在谐波热作用下，表面对谐波热作用的敏感程体在谐波热作用下，表面对谐波热作用的敏感程度。度。在同样的谐波热作用下，蓄热系数越大，在同样的谐波热作用下，蓄热系数越大，表面温度波动越小；表面温度波动越小；2、材料层的热惰性系数、材料层的热惰性系数 D 表征材料层受到波动热作用后，被波面上表征材料层受到波动热作用后，被波面上温度波动剧烈程度的一个指标，也是说明材温度波动剧烈程度的一个指标，也是说明材料层抵抗温度波动能力的一个特性指标。料层抵抗温度波动
16、能力的一个特性指标。其大小取决于材料层迎波面的抗波能力和其大小取决于材料层迎波面的抗波能力和波动作用传至背波面时所受到阻力。波动作用传至背波面时所受到阻力。多层材料的围护结构：多层材料的围护结构：3、材料层表面的蓄热系数、材料层表面的蓄热系数 Y 有限厚度的材料层受到周期波动的温度作用有限厚度的材料层受到周期波动的温度作用时，其表面温度的波动不仅与材料层本身的热物时，其表面温度的波动不仅与材料层本身的热物理性质有关，还与边界条件有关。理性质有关，还与边界条件有关。顺着温度波前进的方向，该材料接触的介质顺着温度波前进的方向，该材料接触的介质的热物理性能和散热条件对材料表面的温度波动的热物理性能和散热条件对材料表面的温度波动有影响。有影响。R4 R 3 R2 R1