1、第第2 2章章 建筑圍護結構的傳熱計建筑圍護結構的傳熱計算與應用建筑的圍護結構 包括： 外圍護結構和內圍護結構。 透明和不透明的兩部分。 研究目的： 保溫、隔熱、節能室內外溫度的計算模型 （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 穩定傳熱 2.1.12.1.1一維穩定傳熱特征一維穩定傳熱特征 1 1、通過平壁的熱流強度、通過平壁的熱流強度q q處處相等；處處相等； 2 2、同一材質的平壁內部各界面溫度、同一材質的平壁內部各界面溫度分布分布呈直線關系。呈直線關系。qd平壁的穩

2、定傳熱 傳熱過程：室內、外熱環境通過圍護結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平壁內的導熱過程 1 1。單層勻質平壁的熱阻 2 2。經過多層平壁的導熱 3. 通過組合壁的導熱dRdRR 如圖，設由三層平壁組成的圍護結構，平壁厚度分別為d1 、d2 、d3 ，導熱系數分別為1、2、3 ，圍護結構兩側空氣及其它物體表面溫度分別為 i、e（設 i e ），室內通過圍護結構向室外傳熱的整個過程要經過三個階段：2 2）平壁材料層的導熱：）平壁材料層的導熱： 1 1）內表面吸熱）內表面吸熱：3 3）外表面的

3、散熱：）外表面的散熱： 2.1.3平壁內穩定傳熱過程)()(iiiiiiriciricitataaqqq2 2）平壁材料層的導熱：平壁材料層的導熱：)2(332211dddqei 1）內表面吸熱： 內表面吸熱是對流換熱與輻射換熱的綜合過程。3 3）外表面的散熱：）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境。空氣及環境。討論的問題屬于一維穩定傳熱過程，則有討論的問題屬于一維穩定傳熱過程，則有聯立上面四式得聯立上面四式得若寫成熱阻形式得若寫成熱阻形式得) 3()(eeeetaq)4(eiqqqq)(110eieie

4、ittKadattq0Rttqei 平壁的總傳熱阻 ： 物理意義： 表示熱量從平壁一側空間傳到另一側空間時所受到的總阻力。單位： 平壁總傳熱系數 ： 物理意義： 當 時，在單位時間內通過平壁單位表面積的傳熱量，單位：說明：0K)11(10eiadaKCttei01KmW20ReiadaKR111100WKm 2), 3 , 2 , 1()(011nmttRRRteimjjiim 平壁內、外表面及壁體內各層溫度的計算：平壁的傳熱過程平壁的傳熱過程平壁內表面的吸熱平壁內表面的吸熱平壁本身的導熱平壁本身的導熱平壁外表面的放熱平壁外表面的放熱ie00ie1q =(t -t )R= K(t -t )R0

5、：平壁的總傳熱阻：平壁的總傳熱阻K0：平壁的總傳熱系數：平壁的總傳熱系數0ieR= RRR總熱阻總熱阻 表征圍護結構表征圍護結構(包括兩側表面空包括兩側表面空氣邊界層氣邊界層)阻抗傳熱能力的物理量。為傳熱阻抗傳熱能力的物理量。為傳熱系數的倒數系數的倒數總傳熱系數總傳熱系數 在穩態條件下，圍護結構兩在穩態條件下，圍護結構兩側空氣溫度為側空氣溫度為1，1h內通過內通過1m2面積傳遞的面積傳遞的熱量熱量 平壁的穩定傳熱平壁的穩定傳熱平壁的總傳熱阻的計算平壁的總傳熱阻的計算平壁的總傳熱阻和傳熱系數平壁的總傳熱阻和傳熱系數R0和和K0是建筑保溫、隔熱性能的重要指標是建筑保溫、隔熱性能的重要指標與建筑的能

6、耗有著非常密切的對應關系與建筑的能耗有著非常密切的對應關系建筑節能設計的首要考慮因素建筑節能設計的首要考慮因素建筑節能的其他因素數值上，建筑節能的其他因素數值上， R0等于：等于：K0為的為的R0倒數倒數具體如何求平壁的熱阻或傳熱系數？具體如何求平壁的熱阻或傳熱系數？0ieR= RRR0ieR= RRR 平壁的穩定傳熱平壁的總傳熱阻內外表面換熱阻平壁總傳熱阻的計算由三大部分組成：內表面的換熱熱阻、平壁本身的熱阻以及外表面的換熱熱阻內、外表面的換熱熱阻主要與室內外環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、不同季節的表面換熱阻或表面換熱系數

7、。 平壁的穩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v單一材料層的熱阻：v多層勻質材料層的熱阻：Rd12R.iniidRRR 平壁的穩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 平壁的穩定傳熱平壁的總傳熱阻問題平壁總傳熱阻的計算v如果將磚砌體改為粘土空心磚（=0.58），平壁的熱阻為多少？v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

8、阻封閉空氣間層的傳熱提高圍護結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）等將空氣間層布置在低溫一側（防建筑結構冷凝）一個“厚”的間層不如幾個“薄”的間層 平壁的穩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 平壁的穩定傳熱平壁的總傳熱阻壁體傳熱阻平壁總傳熱阻的計算v組合材料層的熱阻0jjFRFR簡單的計算方法：復雜的計算方法：0(R e )jjFRR iFR 試計算某屋頂結構的熱阻（夏）鋼筋混凝土：=1.74 W/(mK)加氣混凝土：=0.19 W/(mK)水泥砂漿： =0.93 W/(mK)油氈防水

9、層： =0.17 W/(mK)l1、由附錄、由附錄4查各種材料的導熱系數查各種材料的導熱系數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。空氣間層熱阻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)WKmR/13. 06 .281937 .1064314. 0416. 031075. 08431822R空=0.02+0.13+0.02=0.17 (m2K/W)

10、(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、屋頂結構總熱阻 內表面熱阻 Ri=0.11 (m2K/W) 外表面熱阻 Re=0.05 (m2K/W)注：夏。 總熱阻 R=0.11+0.17+0.421+0.022+0.059+0.05=0.832 (m2K/W)2.1.5平壁內部溫度的計算及圖解法1、平壁內部溫度的計算2、壁體內部溫度的圖解法（了解）1、平壁內部溫度的計算： 意義：圍護結構的表面溫

11、度及內部溫度也是衡量和分析圍護結構熱工性能的重要數據。為判斷表面和內部是否會產生冷凝水，就需要對所設計的圍護結構進行溫度核算。 以下圖所示三層平壁結構為例。iqq 據穩定傳熱條件下，通過平壁據穩定傳熱條件下，通過平壁的熱流量與通過平壁各部分的熱流的熱流量與通過平壁各部分的熱流量相等有量相等有 ，即，即)(1)(10iiieitRttR解得壁體內表面溫度為解得壁體內表面溫度為)(0eiiiittRRt又據又據 有有21qqq)()(1)()(1322202110dttRdttReiiei解得解得)()(0213012eiiieiiittRRRRtttRRRt由此推知，對于多層平壁內任一層的內表面

12、溫度為由此推知，對于多層平壁內任一層的內表面溫度為)(011eimmmiinttRRRt 平壁的穩定傳熱平壁內部溫度的確定平壁內部溫度的確定m -1i= 1miie0R+R= t -(t -t )Rjj 2.2 平壁的穩定傳熱平壁內部溫度的確定例題3平壁內部溫度的確定例題 在穩定傳熱條件下，每一材料層內的溫度分布是直線，在多層平壁中成一條連續的折線。材料層內的溫度降落程度與各層的熱阻成正比，材料層的熱阻越大，在該層內的溫度降落也越大。312RRR321itet2、壁體內部溫度的圖解法（了解） 根據：其中：其中： 、 、 和和 是常量，所以是常量，所以 是變量是變量 的一次函數，若以熱阻為橫坐標

13、畫出壁體的截面圖，則的一次函數，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。溫度分布為一直線。)(011einnniinttRRRtit0RiRetnnRbRKnnmRn21R321RR 2.2 平壁的穩定傳熱平壁內部溫度的確定圖解法平壁內部溫度的確定圖解法 具體方法：（如圖8-7）iR1R2R3ReRC00C0023eiABit0t23eiit0t1d2d3d作業： 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。如果在混凝土內有3根直徑20mm的鋼筋貫穿該砌塊，其熱阻

14、如何變化？2.2 建筑保溫與節能計算 指標：建筑物耗熱量指標；建筑物耗煤量指標（強調單位建筑面積，節能） 計算包含： 1、通過圍護結構的傳熱耗熱量； 2、空氣滲透耗熱量； 3、內部得熱量。2/Wm建筑物耗熱量指標建筑物采暖耗煤量 實際上，圍護結構所受到的環境熱作用，不論是室內或室外，都在隨時間變化，因此，圍護結構內部的溫度和通過圍護結構的熱流量也必然隨時間發生變化。這種傳熱過程叫不穩定傳熱。若外界熱作用隨著時間呈現周期性的變化，則出現周期性不穩定傳熱。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，在一段時間內可以近似地看作每天出現重復性的周期變化

15、；冬天當采用間歇采暖時，室內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表面壁體內部AeAfAxx(x.) 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 ： 材料的導熱系數與其比熱容和密度乘積的比值（a/c） 。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簡諧熱作用下，材料和圍

16、護結構的熱特性指標材料蓄熱系數 當某一足夠厚度單一材料層一側受到諧波熱作用時，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，材料和圍護結構的熱特性指標熱惰性指標(D值) 表征圍護結構對溫度波衰減快慢程度的無量綱指標。單一材料圍護結構，D=RS；多層材料圍護結構，D=RS式中R為圍護結構材料層的熱阻，S為相應材料層的蓄熱系數。D值越大，溫度波在其中衰減越快，圍護結構的熱穩定性越好 n圍護結構的熱穩定性圍護結構的熱穩定性 在周期性熱作用下，圍護在周期性熱作用下，圍護結構本身抵抗溫度波動的能力。

17、圍護結構的熱惰結構本身抵抗溫度波動的能力。圍護結構的熱惰性是影響其熱穩定性的主要因素性是影響其熱穩定性的主要因素n房間的熱穩定性房間的熱穩定性 在室內外周期性熱作用下，整在室內外周期性熱作用下，整個房間抵抗溫度波動的能力。房間的熱穩定性主個房間抵抗溫度波動的能力。房間的熱穩定性主要取決于內外圍護結構的熱穩定性要取決于內外圍護結構的熱穩定性2.4 建筑防熱設計控制指標一、室外綜合溫度一、室外綜合溫度二、隔熱設計標準二、隔熱設計標準（周期性傳熱計算的目的）（周期性傳熱計算的目的）室外綜合溫度的計算室外綜合溫度的計算（1）太陽輻射熱的作用）太陽輻射熱的作用 當太陽輻射熱作用到圍護結構外表當太陽輻射熱

18、作用到圍護結構外表面時，一部分被圍護結構外表面所吸收面時，一部分被圍護結構外表面所吸收 ；（2）室外空氣的傳熱）室外空氣的傳熱 由于室外空氣溫度與外表面溫度存在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構的外表面進著溫度差，將以對流換熱為主要形式與圍護結構的外表面進行換熱行換熱 ；（3）在圍護結構受到上述兩種熱作用后，外表面溫度升高）在圍護結構受到上述兩種熱作用后，外表面溫度升高，輻射本領增大，向外界發射長波輻射熱，失去一部分熱能。輻射本領增大，向外界發射長波輻射熱，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)； s -太陽輻射吸收系數； e-外表面換熱系數，取19.0W/(m2?K)。 降低室外