一级建筑师建筑物理与建筑设备考点复习(七)

　　(五)谐波作用下材料和围护结构的热特性指标

　　1.材料的蓄热系数

　　对匀质半无限大物体，一侧的空气温度作周期性的波动，那么，材料层表面的温度和热流也都要随之作同样周期的波动，此时用表面上的热流波幅Aq与表面温度波幅Aθ之比来表示材料蓄热能力的大小，称为材料的蓄热系数。蓄热系数是材料在周期性热作用下得出的一个热物理量，用S表示，单位是W/(m2?K)。其定义式为：

　　(1-27)

　　式中 S――材料蓄热系数，W/(m2?K);

　　λ――材料的导热系数，W/(m?K);

　　c――材料的比热容，kJ/(kg?K);

　　ρ――材料的密度，kg/m3;

　　T――热作用的周期，s。

　　通常建筑材料以24h为周期的蓄热系数用S24表示。 ‘

　　蓄热系数越大，材料的热稳定性越好，材料表面的温度波幅就小;反之亦然。材料蓄热系数的大小取决于导热系数λ、比热容c、密度ρ以及热流波动的周期T。

　　密度大的材料，其蓄热性能好;密度小的材料，蓄热性能差。因此，重型围护结构的热稳定性好，而轻型围护结构热稳定性差。空气间层的蓄热系数S=0。

　　材料受潮或含水后蓄热系数就会增大，材料蓄热系数随湿度变化的规律与导热系数相似。

　　2.热惰性指标D

　　材料层的热惰性指标是用来说明材料层抵抗温度波动能力的一个参量，用D表示，是一个无量纲的量。对于单一的材料层，其定义式为：

　　D=S?R (1―28)

　　式中 D――材料层的热惰性指标;

　　S――材料层的蓄热系数，W/(m2?K);

　　R――材料层的热阻，m2?K/W。

　　如果围护结构是由多层材料组成的，则其热惰性指标是由各材料层的热惰性指标相加而得出。如果围护结构的某层由几种材料组合时，则需先求出该材料层的平均热阻和平均蓄热系数，再计算热惰性指标。

　　热惰性指标的大小也能够很好地表明围护结构内部温度波幅衰减的快慢程度。D值越大，温度波幅衰减越快。重型围护结构抵抗外界空气温度波动的能力要比轻型结构强。空气层的D=0。

　　3.围护结构材料层表面的蓄热系数计算

　　围护结构在周期性热作用下表面温度的波动，不仅与材料本身的蓄热系数S有关，而且与边界条件有关，即在温度波前进的方向上，该材料层所接触的另一种材料或空气的热物理性能和散热条件，对其表面温度的波动也有影响。因此，对于有限厚度的材料层，用材料层的表面蓄热系数Y来表征材料表面对温度波动的反应。所谓材料层表面蓄热系数，系指在周期性热作用下，材料层表面温度升高或降低loC时，在单位时间内，单位面积表面储存或释放的热量。表面蓄热系数Y和蓄热系数S的定义式是相同的，都等于材料层表面的热流振幅与表面温度振幅之比。

　　根据温度波的前进方向，材料层表面的蓄热系数分为材料层内表面的蓄热系数Ym，i以及外表面的蓄热系数Ym…

　　当某一材料层的热惰性指标Dm≥1时，材料层表面的蓄热系数可近似按该材料层的蓄热系数取值，即Ym?e。

　　4.围护结构衰减倍数和延迟时间的计算

　　(1)室外温度波传到围护结构内表面时的衰减倍数γ0和延迟时间ξ0的计算

　　室外空气温度波传到围护结构内表面，要经历外表面空气边界层和各层材料层(包括空气间层)的振幅衰减和时间延迟过程。

　　衰减倍数：室外空气温度谐波的波幅Ae，与由其引起的平壁内表面的温度波幅Aif之比，称为温度波的穿透衰减倍数，简称为平壁的衰减倍数，用v0表示，即：

　　(1-29)

　　相位延迟：在室外空气温度谐波的作用下，平壁内表面出现最高温度值时的相位φif,e与室外温度谐波出现最高温度值时的相位φe之差，用φe-if表示，即：

　　(1-30) 延迟时间：在室外空气温度谐波的作用下，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，用ξ0表示。在建筑热工学中，习惯于用延迟时间评价围护结构的热稳定性。

　　(1-31)

　　(2)室内温度波传到围护结构内表面时的衰减倍数v0和延迟时间ξif的计算

　　室内空气温度波传到围护结构内表面，只经历一个内表面边界层的振幅衰减和时间延迟过程。

　　衰减倍数 ：室内空气温度谐波的波幅Ai与由其引起的平壁内表面的温度波幅Aif,i之比：

　　相位延迟φi-if：在室内空气温度谐波的作用下，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，即：

　　延迟时间ξif：在室内空气温度谐波的作用下，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，且有：

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