圍護結構的傳熱原理及計算

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1、1,建筑物理環(huán)境學,建筑熱工學,2,建筑熱工學,第一章 建筑熱工學基本知識 第二章 圍護結構傳熱與計算 第三章 建筑保溫 第四章 外圍護結構的濕狀況 第五章 建筑防熱熱 第六章 建筑日照,3,第二章 圍護結構傳熱及計算,,第一節(jié) 圍護結構的傳熱 過程 第二節(jié) 穩(wěn)定傳熱原理 第三節(jié) 周期性不穩(wěn)定傳 熱原理,4,第一節(jié) 圍護結構的傳熱過程 一、建筑得熱和失熱 二、圍護結構的傳熱過程,表面吸熱 結構傳熱 表面放熱,吸熱,傳熱,放熱,,,5,,表面熱轉移： 吸熱、放熱 對流換熱和輻射換熱； 對流換熱包括導熱和對流。

2、結構本身傳熱：實體材料----導熱為主。 空氣間層----輻射為主。,6,三、圍護結構傳熱模型 1、穩(wěn)定傳熱---- 室內、室外溫度 及結構內部溫度 分布不隨時間變 化。,7,2、非穩(wěn)定周期性傳熱過程------溫度隨時間 變化，且呈現(xiàn)周期性變化特點。即認為 在外圍結構的一側或兩側有周期性的熱 作用。,8,第二節(jié) 穩(wěn)定傳熱原理 平壁一維穩(wěn)定傳熱,吸熱,傳熱,放熱,9,10,一、表面吸放熱 1、內表面吸熱、放熱量： qi =i（ti i） = （ti i） /Ri（w/m2） i----內表面熱轉移系數(shù)W /（ m2.K） qi-----

3、 熱流量，又稱熱流強度，單位時間 單位面積吸收或放出的熱量。 ti----- 空氣溫度（K或0C） i----- 表面溫度溫度（K或0C） Ri=1/ i內表面熱轉移阻。,11,2、外表面吸熱、放熱量： qe=e（te e） =Re （te e） （w/m2） e----外表面熱轉移系數(shù)W /（ m2.K） e 、i 統(tǒng)稱為表面熱轉移系數(shù)， =c + r （對流換熱系數(shù)+輻射換熱系數(shù)） Re=1/ e外表面熱轉移阻。,12,13,熱阻：,14,15,16,17,三、圍護結構熱阻、傳熱系數(shù)及計算： Ri-----結構內表面熱轉移阻，Ri=1/i Re---

4、-結構外表面熱轉移阻，Re=1/e R1、R2、R3------分別為材料1、2、3層的熱阻。 R0------圍護結構總熱阻， K0------圍護結構總傳熱系數(shù),18,19,R0 = Ri + R1 + R2 + R3 + Re = Ri + R + Re, R =R1+R2+R3=R (材料層總熱阻) K----圍護結構傳熱系數(shù)K0=1/ R0 注意：要計算圍護結構的傳熱系數(shù)必須先 計算總熱阻。,20,21,22,23,（3）用多層空氣層。,重點,24,一,一,25,26,五 窗戶的傳熱系數(shù)和傳熱阻 窗框材料 窗戶類型 空氣層 窗框窗洞 傳熱系數(shù)K

5、厚度mm 面積比% W/(m2.K) 鋁、鋼 單層窗 2030 6.4 單框雙玻窗 12 20--30 3.9 16 20--30 3.7 20--30 20--30 3.6 雙層窗 100--140 20---30 3.0 單層+ 單框雙玻窗 100--140 20--30 2.5,,,,,,,,27,窗戶的傳熱系數(shù)和傳熱阻 窗框材料 窗戶類型 空氣層 窗框窗洞 傳熱系數(shù)K 厚度mm 面積比% W/（m2.K） 木、塑料

6、單層窗 3040 4.7 單框雙玻窗 12 30--40 2.7 16 30--40 2.6 20--30 30--40 2.5 雙層窗 100--140 30---40 2.3 單層+ 單框雙玻窗 100--140 30--40 2.0,,,,,,,,28,六、門的傳熱系數(shù)和傳熱阻 門框材料 門的類型 傳熱系數(shù) K/W/（m2。K） 木、塑料 單層實體門 3.5 夾板門和蜂窩夾板門 2.5

7、 雙層玻璃門 2.5 單層玻璃(30%)門 4.5 單層玻璃(30-60%)門 5.0 金屬 單層實體門 6.5 單層玻璃門 6.5 單框雙玻門 4.5 無框單層玻璃門 6.5,,,,,,,,29,（3） 一些特殊構造傳熱系數(shù)計算,,,K1 F1,K2 F2,,,K2 F2,K1 F1,K3 F3,K = k1k2F2/(k1F1+k2F2) K = (k1k2F2+k1k3F3) (k1F1+k2F2+k3F3),,,30,三、圍

8、護結構內表面及內部溫度分布,n,31,32,作業(yè)：請設計北京地區(qū)一保溫屋頂（R2），并計算屋頂?shù)目偀嶙韬臀蓓數(shù)臏囟确植?。設室內溫度為18度，室外計算溫度為-11度。見P29。,33,四、標準規(guī)定的基本節(jié)能計算 1、建筑物耗熱量 q H = q HT + q INF q I.H 式中 q H 建筑物耗熱量指標（W/m2）； q HT 單位建筑面積通過圍護結構的傳熱 耗熱量（W/m2）； q INF單位建筑面積的空氣滲透耗熱量 （W/m2）；,34,q I.H單位建筑面積的建筑物內部得熱（包 括吹事、照明、家用電器和人體散 熱），住宅建筑取3.8(W

9、/m2) 2、單位建筑面積通過圍護結構的傳熱耗熱量 計算 q H.T = ( ti te）（ i Ki Fi ）/ Ao ti全部房間平均室內計算溫度，一 般住宅建筑，取16 0C；,35,te采暖期室外平均溫度（0C），按標 準附錄規(guī)定選用； i圍護結構傳熱系數(shù)的修正系數(shù)， 應按標準規(guī)定 選用； Ki圍護結構的傳熱系數(shù)W/（m2 K），對于外墻應取其平均傳熱 系數(shù)； Fi 圍護結構的面積（m2）； Ao建筑面積 （m2）；,36,3、單位建筑面積的空氣滲透耗熱量計算 q INF = （ti te）（C N V）/Ao 式中 C 空氣比熱容，取0.2

10、8 W h /（kg k）； 空氣密度（kg/m3），取te條件下的 值； N 換氣次數(shù)，住宅建筑取0.51/h; V 換氣體積（m3），,37,4、采暖耗煤量指標 q C = 24 Z q H /Hc 1 2 式中q C采暖耗煤量指標（kg） q H建筑物耗熱量指標（） H標準煤熱值，取.1W h/kg; 1室外管網輸送效率，采取節(jié)能措施 前取0.85, 采取節(jié)能措施后,取0.9 ; 2鍋爐運行效率，采取節(jié)能措施前取 0.55,采取節(jié)能措施后取0.68 。,38,第三節(jié) 周期性不穩(wěn)定傳熱 圍護結構所受到的周期熱作用可近似認為是以正

11、弦或余弦函數(shù)規(guī)則變化，溫度（某一點的溫度）也是時間的正弦或余弦函數(shù)。,39,40,41,1、周期熱作用的傳熱特征 （1）、室外溫度和平壁表面溫度、內部任一截面處的溫度都是以同一周期波動。 （2）、從室外空間到平壁內部，溫度波動振幅逐漸減少，這種現(xiàn)象叫做溫度波動的衰減。 （3）、從室外空間到平壁內部，溫度波動的相位逐漸向后推象叫做溫度波動的相位延遲，亦即出現(xiàn)最高溫度的時間向后推延。,42,43,,,Aq,A,q,t,,,,,,,,,,,,,,44,組合材料層的蓄熱系數(shù)： S= （S1F1+S2F2+）/（F1+F2+） S1、S2 --------組合材料層內各分部材料 熱系數(shù)； F1、F2

12、 --------垂直于熱流方向的各分部材 料的表面積。 S表示材料蓄熱能力的大小， （S越大材料的蓄熱能力越強） 亦表示材料對波動熱作用的敏感程度。,45,問題： 1）、在同樣周期熱作用下，蓄熱系數(shù)s越 大，則表面溫度波動越大還是越?。?2）、如墻體表層材料的蓄熱系數(shù)s越大， 當室內溫度快速升高時，墻體內表 面的溫度上升的快還是慢？ 當室內 溫度下降時表面溫度下降的快還是 慢？ 3）、對于表面材料s值大的間歇采暖房間， 當開始供暖時，室溫升的快還是慢？ 當停止供暖時，室溫下降的快還是慢？,46,2)、有限厚度材料層表面的蓄熱系數(shù),（1）、當材料層為薄層材料（D 1） Yi=

13、Y4 =(R4S4 2+Y3)/ (1+R4 Y3) Y3=(R3S32+Y2)/(1+R3 Y2) Y2=(R2S22+Y1)/(1+R2 Y1) Y1=(R1S12+e)/(1+R1e ) Yn=(RnS22+Yn-1)/(1+Rn Yn-1) （2）、當材料層為厚層材料 Yn= Sn （D1）,,,,,,,,,,,,,4 3 2 1,熱,47,48,,,,,,,,,,,,,49,問題：在外表面有周期性熱作用的情況下， 圍護結構D值越大，其內表面的溫度波 動越小還是越大？ D------也表明了圍護結構內部溫度波幅衰減 的快慢程度。D越大，溫度波幅衰減的 越快。,50,5

14、1,52,53,一級注冊建筑師考題: 1下述圍護結構的傳熱系數(shù)，（ ）最小。 A250mm厚加氣混凝土（干密度為500kg/m3） B200mm鋼筋混凝土 C240mm厚重砂漿燒結普通磚砌體 D40mm厚巖棉板（干密度<80kg/m3） 2.下列窗戶中，哪一種窗戶的傳熱系數(shù)最大？A.單層木窗B.單框雙玻璃鋼窗 C.單層鋁合金窗D.單層彩板鋼窗,54,2、下列（ ）窗戶的傳熱系數(shù)最小。 A單層鋼窗 B單層塑料窗 C單框雙玻塑料窗 D單框雙玻鋼窗 3、按有關規(guī)范，夏熱冬暖地區(qū)的熱工設計應該滿足（ ）。 A只滿足冬季保溫 B必須滿足冬季保溫并適當兼顧夏季防熱 C必須滿足夏

15、季防熱并適當兼顧冬季保溫 D必須滿足夏季防熱,55,4、 已知2cm厚垂直式一般封閉空氣間層的熱阻為Rg（（m2K）/ W），下列封閉空氣間層熱阻R的表示式，（ ）不正確。 A熱流向上的2cm厚水平式一般封閉空氣間層，RRg C4cm厚垂直式一般封閉空氣間層，R2Rg D熱流向下2cm厚水平式封閉空氣間層，R<2Rg,56,5 在穩(wěn)定傳熱條件下，若室內氣溫高于室外氣溫，下列有關圍護結構傳熱特征的敘述（ ）不正確。 A圍護結構內部的溫度不隨時間變化 B通過圍護結構各材料層的熱流強度從內至外逐漸減小 C圍護結構內部的溫度從內至外逐漸減小 D圍護結構各材料層內的溫度分布為一條直線 6 在穩(wěn)定傳熱

16、中，通過多層平壁各材料層的熱流強度（ ）。 A沿熱流方向逐漸增加 B隨時間逐漸減小 C通過各材料層的熱流強度不變 D沿熱流方向逐漸減少,57,7、 對于一般的封閉空氣間層，若使其熱阻取得最大值，它的合理厚度應確定為（ ）mm。 A10 B20 C50 D100 8 若圍護結構的總衰減度為65，當室外溫度諧波的振幅為16250C時，圍護結構內表面受該室外溫度諧波的作用而產生的溫度波動的振幅為： A 35t B 25 C 975t D 45t 9 當室外溫度諧波的振幅為1650C時，若要求圍護結構內表面受該室外溫度諧波的作用而產生的溫度波動小于55，圍護結構的總衰減度至少應為： A 65 B 30 C 110 D 48,58,10. 在同等質量的前提下，以下哪種材料的貯熱量最大? A. 磚B.混凝土C.木材D. 水,