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(wǎng)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(chǎn)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(chǎn)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,