2019年一级建筑师《建筑物理与设备》考点(2)

建筑围护结构的传热原理及计算

一、稳定传热

在稳定温度场中所进行的传热过程称为稳定传热。

(一)一维稳定传热的特点

1.通过平壁内各点的热流强度处处相等;

2.同一材质的平壁内部各界面温度分布呈直线关系。

(二)通过平壁的稳定导热

1.通过单层均质平壁的稳定导热

2.通过多层均质平壁的稳定导热

3.通过组合壁的导热热阻

由两种以上材料构成的同一材料层称为组合壁，又称非均质材料层。

(三)通过平壁的稳定传热

2.总热阻与传热系数的计算

(1)传热阻(总热阻)

传热阻是热量从平壁一侧空间传至另一侧空间时所受到的总阻力，它是衡量围护结构在稳定传热条件下的一个重要的热工性能指标，单位：㎡·K/W.

(四)封闭空气间层的热阻

1.封闭空气间层的传热机理

封闭空气间层的传热过程与固体材料层内的不同，它实际上是在一个有限空间内的两个表面之间的热转移过程，包括对流换热和辐射换热，而非纯导热过程，所以封闭空气间层的热阻与间层厚度之间不存在成比例的增长关系，

2.影响封闭空气间层热阻的因素

封闭空气间层的热阻与间层表面温度θ、间层厚度d、间层放置位置(水平、垂直或倾斜)、热流方向及间层表面材料的辐射系数有关。

封闭空气间层的热阻值通常可查《民用建筑热工设计规范确定。

(五)平壁内的温度分布

由上式可见，温度随距离的变化为一次函数，所以同一材料层内的温度分布为直线。在由多层材料构成的平壁内，温度的分布是由多条直线组成的一条折线。

二、周期性不稳定传热

(一)周期性不稳定传热

当外界热作用(气温和太阳辐射)随时间呈现周期性变化时，围护结构进行的传热过程为周期性不稳定传热。

(二)简谐热作用

简谐热作用指当温度随时间的正弦(或余弦)函数作规则变化时围护结构所受到的热作用。

(三)相对温度

相对温度指相对于某一基准温度的温度，单位为K或℃。当基准温度为时，相对温度表示为：

(四)平壁在简谐热作用下的传热特征

平壁在简谐热作用下的三个基本传热特征是：

1.室外温度、平壁表面温度和内部任一截面处的温度都是同一周期的简谐波动。

2，从室外空间到平壁内部，温度波动的振幅逐渐减小，这种现象叫做温度波的衰减。

3.从室外空间到平壁内部，温度波动的相位逐渐向后推进，这种现象叫温度波的相位延迟。或者说温度波出现最高温度的时间向后推迟。

温度波在传递过程中出现的衰减和延迟现象，是由于在平壁升温和降温的过程中，材料的热容作用和热量传递中材料层的热阻作用造成的。

(五)简谐热作用下材料和围护结构的热特性指标

1.材料的蓄热系数S

材料的蓄热系数：当某一均质半无限大物体一侧受到简谐热作用时，迎波面(受到热作用的一侧表面)上接受的热流振幅与该表面温度波动的振幅比。它是表示半无限大物体在简谐热作用下，直接受到热作用的一侧表面，对谐波热作用敏感程度的一个特性指标。

在同样的周期性热作用下，材料的蓄热系数越大，表面温度波动越小，反之波动越大。

通常建筑材料的S值为热作用周期为24小时的蓄热系数，用S24表示，各种材料的蓄热系数可查建筑材料热工指标表得出。

2.材料层的热惰性指标D

材料层的热惰性指标：表示具有一定厚度的材料层受到波动热作用后，背波面上温度波动剧烈程度的一个指标，它表明了材料层抵抗温度波动的能力。

(1)均质材料层的热惰性指标

1)单层结构

2)多层结构：由多层材料构成的围护结构的热惰性指标为各层材料热惰性指标之和。

(2)组合壁的热惰性指标

3.材料层表面的蓄热系数

对有限厚度的单层或多层平壁，当材料层受到周期波动的热作用时，其表面的温度波动，不仅与本层材料的蓄热系数有关，还与边界条件有关，即在顺着温度波前进的方向，其后与该材料层接触的另一种材料的热阻、蓄热系数或表面的热转移系数有关。为此，对有限厚度的材料层，使用材料层表面的蓄热系数表示各材料层界面处热流的振幅与表面温度波的振幅比，从本质上说，材料层表面的蓄热系数的定义与材料的蓄热系数的定义是相同的。

根据温度波前进的方向，材料层表面的蓄热系数分为材料层内、外表面的蓄热系数。

当某层材料的热惰性指标D≥1时，材料层表面的蓄热系数可近似按该层材料的蓄热系数取值，即Y=S.

(六)温度波的振幅衰减和相位延迟

1.室外温度谐波传至平壁内表面的总衰减度和总相位延迟

(1)总衰减度(总衰减倍数)

总衰减度：室外温度谐波的振幅与由其引起的平壁内表面温度谐波的振幅比。

式中Ae——室外空气温度谐波的振幅。

Aif，e——在外侧温度谐波的作用下引起的内表面温度谐波的振幅。

(2)总相位延迟φif—e

总相位延迟：在室外温度谐波作用下，平壁内表面出现最高温度值时的相位与室外温度谐波出现最高温度值时的相位差。

式中φc——室外空气温度谐波出现最高温度值时的相位，deg;

Φif，e——在室外温度谐波作用下，平壁内表面出现最高温度值时的相位，deg.

(3)总延迟时间知

总延迟时间：在室外温度谐波作用下，平壁内表面出现最高温度值的时间与室外温度谐波出现最高温度值的时间差。在建筑热工设计中，更习惯于用总延迟时间评价围护结构的热稳定性。

2.室内温度谐波传至平壁内表面的衰减度和相位延迟

(1)室内温度谐波传至平壁内表面的衰减度yi

室内温度谐波传至平壁内表面的衰减度：室内空气温度谐波的振幅与由其引起的平壁内表面温度谐波的振幅比。

式中Ai——室内空气温度谐波的振幅，℃;

Aif，i——在室内温度谐波的作用下引起的内表面温度波动的振幅，℃。

(2)室内温度谐波传至平壁内表面的相位延迟νi

室内温度谐波传至乎壁内表面的相位延迟：在室内温度谐波的作用下，平壁内表面出现最高温度值时的相位与室内温度谐波出现最高温度值时的相位差。

式中φi——室内空气温度谐波出现最高温度值时的相位，deg;

Φif，i——在室内温度谐波作用下，平壁内表面出现最高温度值时的相位，deg.

(3)室内温度谐波传至平壁内表面的延迟时间扎

室内温度谐波传至平壁内表面的延迟时间：在室内温度谐波作用下，平壁内表面出现最高温度值的时间与室内温度谐波出现最高温度值的时间差。

当围护结构的构造设计完成后，即可根据组成围护结构各材料层的厚度、材料的热阻、材料的蓄热系数计算出围护结构的衰减度、相位延迟和延迟时间。