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第三讲:建筑材料的热工特性和建筑围护
结构的
传热原理及计算
3.1建筑围护结构的传热过程
●房屋围护结构时刻受到室内外的热作用,不断有热量通过围护结构传进传出。
在冬季室内温度高于室外,热量由室内传向室外;在夏季则正好相反,热量
由室外传向室内。
3.1.1建筑围护结构热转移方式
●热量的传递称传热。在自然界中,只要存在着温差,就会有传热现象,而且热
能是由温度较高的部位传至温度较低的部位,其方式有辐射、对流和导热三种。
▲传导(Conduction),是固体内热转移的主要方式
▲对流(Convection),是流体即液体与气体内热转移的主要方式
▲辐射(Radiation),是自由空间热转移的主要方式
3.1.2围护结构的传热过程和传热量
●传热有3个基本过程,即:表面感热、构件传热、表面散热,主要传热方式见
表:
▲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空间散发热量,夏季内表面向室内散热。
每一个传热过程都是三种基本传热方式的综合过程。
表面吸热和表面放热的机理是相同的,称为“表面换热”
●表面换热
▲表面总换热量是对流换热量(qc)与辐射换热量(qr)之和。
即:
●结构传热
▲在建筑热工学中,结构传热只对平壁传热作叙述,平壁不仅包括平直
的墙壁、屋顶、地板,也包括曲率半径较大的墙、穹顶等结构。
▲本课程的结构传热只讨论一个方向的热流传递,即一维传热或单向传热。
▲依据室内外温度的特点,结构传热分为两种方式:
①.稳定传热(恒定的热作用):
▲结构两侧(室内和室外)有温差,且室内温度和室外温度不随时间而改变。
▲冬季采暖房屋,外围护结构的保温设计,一般按稳定传热计算。
②.不稳定传热(周期热作用):
▲结构两侧有温差,但温差方向的温度不是恒定而是随时间在变化。
▲在建筑上遇到的不稳定传热多属周期性不稳定传热,即热作用和结构内部
温度呈周期性变化。
▲按热作用的情况,不稳定传热分为:1)单向周期热作用(如空调房间的隔热设
计);2)双向周期热作用(如自然通风房间夏季隔热设计)。
3.2导热系数及材料的热工特性
3.2.1导热系数
●导热系数是反映材料导热能力的主要指标。
●导热系数(λ)的物理意义:在稳定传热状态下当材料厚度
为1m、两表面的温度差为1℃(1K)时,在一小时内通过
1截面积的导热量
●各种物质(气体、液体、固体)的导热系数数值范围和性质有所不同,
它还与当时的压力、温度、密度、含湿量有关。
▲气体的导热系数最小,如常温常压下空气的导热系数为0.029W/(m·K),
静止不动的空气具有很好的保温能力。液态的导热系数大于空气,如水在
常温常压下,其导热系数为0.58W/(m·K),为空气的20倍。金属的导热系数
最大,如建筑钢材导热系数为58.2W/(m·K)。非金属固体材料,如大部分建
筑材料,导热系数一般低于金属材料,介于0.023~3.49W/(m·K)之间。
3.2.2导热系数与温度、湿度、和密度的关系
●温度的影响
▲温度升高时,分子运动加强,使实体部分的导热能力提高;同时,空隙中的
对流、导热和辐射能力也加强,从而材料的导热系数增加。
●湿度的影响
▲各种材料与潮湿的空气接触后材料,总会吸收一些水分,材料受潮后,由于孔
隙中有了水分,增加了水蒸气扩散的传热量,还增加了毛细孔中液态水分所传导
的热量,导热系数将显著增大。水和冰的导热系数分别0.58W/为(m·K)、2.33W/
(m·K)都远大于空气的导热系数(0.03W/(m·K)),因此水或冰取代孔隙
中的空气必然使其导热系数加大。
●密度的关系
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