建筑物理(热)-2 建筑围护结构的传热原理及计算
围护结构的传热原理及计算
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31
作业：请设计北京地区一保温屋顶（R>2）， 并计算屋顶的总热阻和屋顶的温度分布。设 室内温度为18度，室外计算温度为-11度。见 P29。
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32
四、标准规定的基本节能计算 1、建筑物耗热量
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41
描述振幅衰减和相位延迟的物理量： 总衰减度：υ=Ae/Aif
Ae——室外温度振幅， Aif——室外温度作用引起的平壁内表
面温度振幅 ◆ 总延迟时间：ξo=τif。Max —–τe。Max ◆ 总相位延迟：φo=φif -φe
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42
2、周期热（简谐热）作用下材料和围护结 构的热特性指标。
木、塑料 单层窗
30—40 4.7
单框双玻窗 12
30--40 2.7
16
30--40 2.6
20--30 30--40 2.5
双层窗 100--140 30---40 2.3
单层+
单框双玻窗 100--140 30--40 2.0
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27
六、门的传热系数和传热阻
门框材料 门的类型
传热系数
K/[W/（m2。K）
R1= d1 /λ1， R2= d 2 /λ2 ，
R3= d3 /λ3 R= R1+R2 +R3
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20
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21
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22
重点
（3）用多层空气层。
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23
一一
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24
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25
五 窗户的传热系数和传热阻
第二章 建筑围护结构的传热原理及计算
3、屋顶结构总热阻 、
内表面热转移阻 Ri=0.11 (m2K/W) 外表面转移阻 Re=0.05 (m2K/W) 总热阻 R=0.11+0.17+0.421+0.022+0.059+0.05=0.832 (m2K/W)
2-1-3 平壁内部温度的计算及图解法
一、平壁内部温度的计算 二、壁体内部温度的图解法
试计算某屋顶结构的热阻（ 试计算某屋顶结构的热阻（夏）
1、由附录4查各种材料的导热系数 、由附录 查各种材料的导热系数
钢筋混凝土： 钢筋混凝土：λ=1.74 (W/mK) 加气混凝土： 加气混凝土：λ=0.19 (W/mK) 水泥砂浆： 水泥砂浆： λ=0.93 (W/mK)
油毡防水层： 油毡防水层： λ=0.17 (W/mK)
Q=
λ
d
(θi −θe )Fτ
单位时间内通过单位面积的热流量，称为热流强度。 单位时间内通过单位面积的热流量，称为热流强度。 热流强度
θi −θe θi −θe q = (θi −θe ) = = λ d R
d
λ
（7-3）
说明： 说明：
在同样温差条件下，热阻越大， 热阻 R = ：在同样温差条件下，热阻越大，通过材料 λ 层的热量越少；增加热阻的方法： 层的热量越少；增加热阻的方法：加大平壁厚度或选用导 热系数小的材料。 热系数小的材料。 导热系数 λ ：当材料层单位厚度内的温差为 10C 时，在 1小时内通过 1m2 表面积的热量。 表面积的热量。 小时内通过 的最大因素是：容重和湿度。 影响 λ 的最大因素是：容重和湿度。
平壁内的导热过程： 一、平壁内的导热过程：
定义：指通过围护结构材料传热。 定义：指通过围护结构材料传热。 经过单层平壁导热 经过多层平壁导热
(完整版)建筑物理(第四版)刘加平课后习题答案第2章
第二章 建筑围护结构的传热原理及计算习 题2-1、建筑围护结构的传热过程包括哪几个基本过程，几种传热方式？分别简述其要点。
答：建筑围护结构传热过程主要包括三个过程：表面吸热、结构本身传热、表面放热。
表面吸热——内表面从室内吸热（冬季），或外表面从事外空间吸热（夏季）结构本身传热——热量由高温表面传向低温表面表面放热——外表面向室外空间散发热量（冬季）,或内表面向室内散热（夏季）2-2、为什么空气间层的热阻与其厚度不是成正比关系？怎样提高空气间层的热阻？答：在空气间层中，其热阻主要取决于间层两个界面上的空气边界层厚度和界面之间的辐射换热强度。
所以，空气间层的热阻于厚度之间不存在成比例地增长关系。
要提高空气间层的热阻可以增加间层界面上的空气边界层厚度以增加对流换热热阻；或是在间层壁面上涂贴辐射系数小的反射材料以增加辐射换热热阻。
2-3、根据图2-17所示条件，定性地作为稳定传热条件下墙体内部的温度分布线，应区别出各层温度线的倾斜度，并说明理由。
已知λ3〉λ1〉λ2。
答：由可知，由于是稳定传热，各壁面内的热流都相同，当值越大时，dxd q θλ-=λ各壁层的温度梯度就越小，即各层温度线的倾斜度就越小。
dx d θ2-4、如图2-18所示的屋顶结构，在保证内表面不结露的情况下，室外外气温不得低于多少？并作为结构内部的温度分布线。
已知：ti=22℃，ψi=60%，Ri=0.115m2•k/W ，Re=0.043 m2•k/W 。
解：由t i =22℃，ψi =60% 可查出Ps=2642.4Pa 则 pap p i s 44.15856.04.2642=⨯=⨯=ϕ可查出露点温度 ℃88.13=d t 要保证内表面不结露，内表面最低温度不得低于露点温度1）将圆孔板折算成等面积的方孔板ma a d 097.0422==π2）计算计算多孔板的传热阻有空气间层的部分（其中空气间层的热阻是0.17）W K m R /)(35.004.011.074.10265.017.074.10265.0201⋅=++++=无空气间层的部分W K m R /)(24.004.011.074.115.0202⋅=++=3）求修正系数)/(74.11K m W ⋅=λ)/(57.017.0097.02K m W ⋅==λ33.074.157.012==λλ所以修正系数取0.934）计算平均热阻W K m R /)(143.093.015.024.0053.035.0097.0053.0097.02⋅=⨯⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡-++=5）计算屋顶总的传热系数W K m R /)(63.015.0143.019.005.093.002.017.001.02⋅=++++=6）计算室外温度11.088.132263.022-=--=-e i i i e i t R t R t t θ得 te=-24.79℃由此可得各层温度是θ1=3.45℃ θ2=-15.92℃θ3=-17.5℃ θe=-21.84℃可画出结构内部的温度分布线。
围护结构传热过程解释
围护结构传热过程解释
一、传热方式
围护结构的传热过程主要包括三种方式：导热、对流和辐射。
导热是指热量通过物质内部原子或分子的振动，从高温区域传递到低温区域的过程。
对流是指气体或液体在温度差的作用下，产生流动，使得热量从高温区域传递到低温区域的过程。
辐射是指物体通过电磁波的方式，将热量传递到其他物体的过程。
二、传热途径
围护结构的传热途径主要包括热传导、热对流和热辐射。
热传导是指热量通过材料内部传递的过程，主要受到材料性质和温度梯度的影响。
热对流是指热量通过空气或液体的流动传递的过程，主要受到空气或液体的流动速度和温度的影响。
热辐射是指热量通过电磁波的方式传递的过程，主要受到物体的温度和发射率的影响。
三、传热系数
传热系数是指围护结构在单位时间内，单位面积上传递的热量。
传热系数的大小直接反映了围护结构的保温性能。
一般来说，提高围护结构的传热系数，可以降低能源消耗，提高建筑的保温性能。
四、热稳定性
热稳定性是指围护结构在外部温度变化时，其内部温度的稳定程度。
良好的热稳定性可以提高围护结构的保温性能，减少能源消耗，同时也可以提高居住的舒适度。
五、能耗分析
围护结构的传热过程与能源消耗密切相关。
通过对围护结构的传热过程进行能耗分析，可以评估不同设计方案对能源消耗的影响。
通过对能耗的分析，可以优化设计方案，提高围护结构的保温性能，降低能源消耗。
建筑物理复习资料(课后习题答案)
第一篇建筑热工学第一章建筑热工学基本知识习题1-1、构成室内热环境的四项气候要素是什么？简述各个要素在冬（或夏）季，在居室内，是怎样影响人体热舒适感的。
答：（1）室内空气温度：居住建筑冬季采暖设计温度为18℃，托幼建筑采暖设计温度为20℃，办公建筑夏季空调设计温度为24℃等。
这些都是根据人体舒适度而定的要求。
（2）空气湿度：根据卫生工作者的研究，对室内热环境而言，正常的湿度范围是30-60%。
冬季，相对湿度较高的房间易出现结露现象。
（3）气流速度：当室内温度相同，气流速度不同时，人们热感觉也不相同。
如气流速度为0和3m/s时，3m/s的气流速度使人更感觉舒适。
（4）环境辐射温度：人体与环境都有不断发生辐射换热的现象。
1-2、为什么说，即使人们富裕了，也不应该把房子搞成完全的“人工空间”？答：我们所生活的室外环境是一个不断变化的环境，它要求人有袍强的适应能力。
而一个相对稳定而又级其舒适的室内环境，会导致人的生理功能的降低，使人逐渐丧失适应环境的能力，从而危害人的健康。
1-3、传热与导热（热传导）有什么区别？本书所说的对流换热与单纯在流体内部的对流传热有什么不同？答：导热是指同一物体内部或相接触的两物体之间由于分子热运动，热量由高温向低温处转换的现象。
纯粹的导热现象只发生在密实的固体当中。
围护结构的传热要经过三个过程：表面吸热、结构本身传热、表面放热。
严格地说，每一传热过程部是三种基本传热方式的综合过程。
本书所说的对流换热即包括由空气流动所引起的对流传热过程，同时也包括空气分子间和接触的空气、空气分子与壁面分子之间的导热过程。
对流换热是对流与导热的综合过程。
而对流传热只发生在流体之中，它是因温度不同的各部分流体之间发生相对运动，互相掺合而传递热能的。
1-4、表面的颜色、光滑程度，对外围护结构的外表面和对结构内空气间层的表面，在辐射传热方面，各有什么影响？答：对于短波辐射，颜色起主导作用；对于长波辐射，材性起主导作用。
围护结构传热的原理
围护结构传热的原理
围护结构传热的基本原理是:
1. 导热:建筑围护结构中的砖、木、混凝土等都是热的导体,可以导热。
2. 对流:空气中的热量可以通过对流移动,从高温区域流向低温区域。
3. 辐射:所有物体都可以向周围环境发出电磁波,使热量以辐射形式传递。
4. 传热的三种方式协同作用,使热量从围护结构的室内侧流向室外侧。
5. 夏天时,室外高温,室内低温,热量由室外向室内传递。
6. 冬天时,室内高温,室外低温,热量由室内向室外散失。
7. 加强围护结构的保温性能,可以减少热量传递,实现节能。
8. 常用的保温措施有添加保温层、增大结构厚度、提高密度、应用低辐射涂料等。
9. 也可以通过遮阳、空气层等方式减少热量传递。
围护结构的合理传热设计直接影响建筑的能耗水平。
要根据不同功能需求采取有效保温措施。
建筑物理讲义第二章
q
ti te 1 d 1 i e
K 0 (ti te )
(2-5)
传热系数：上式中
K0
1
i
1 d
1
叫做平壁的传热系数，它的物理
e
意义：当ti-te=1℃时，在单位时间内通过平壁单位表面积的传热量。 平均传热R0： R 0
1
i
（2－6b）
A cos( e ) e e e e,max
平壁外表面温度：
A cos( ef ) ef ef ef ef ,max
平壁内表面温度：
A cos( if ) if if i f if ,max
2）从室内空间到平壁内部，温度波动振幅逐渐减小，A , e Aef Aif 这种 现象叫做温度波动的衰减。
1 q d 1 (i 2 ) 2 q d 2 (2 3 )
2.K/w) (m
d
(1) (2) (3) (4)
q
d3
3
(3 e )
根据稳定传热特征
q q1 q2 q3
联立（1）、(2)、(3)、(4)式可解得：
q
d1 d 2 1 2
i e
q
i e
d
i e
d
（2－1）
上式叫做单层匀质平壁的稳定导热方程
热阻：热量传递过程中受到的阻力称为热阻， R
热阻的物理意义：表示平壁抵抗热量通过的 能力；R , q 围护结构性能好；若想增大 R,可选用d大，或λ小的材料。 2.经过多层平壁的导热
定义：凡是由几层不同材料组成的平壁都 叫做多层平壁。 多层平壁的导热方程推导：
一级辅导：围护结构的传热过程（一）
(⼀)围护结构的传热过程
通过围护结构的传热要经过三个过程：
(1)表⾯吸热：内表⾯从室内吸热(冬季)或外表⾯从室外空间吸热(夏季)。
(2)结构本⾝传热：热量由结构的⾼温表⾯传向低温表⾯。
(3)表⾯放热；外表⾯向室外空间放热(冬季)或内表⾯向室内空间放热(夏季)。
(⼆)表⾯换热
热量在围护结构的内表⾯和室内空间或在外表⾯和室外空间进⾏传递的现象称为表⾯换热。
表⾯换热由对流换热和辐射换热两部分组成。
1．对流换热
对流换热是指流体与固体壁⾯在有温差时产⽣的热传递现象。
它是对流和导热综合作⽤的结果。
如墙体表⾯与空⽓间的热交换。
2．表⾯换热系数和表⾯换热阻
(1)表⾯换热系数
内表⾯的换热阻使⽤Ri表⽰，㎡·K／W；
外表⾯的换热阻使⽤Re表⽰，㎡·K／W。
建筑物理：建筑围护结构的传热计算和应用
3.1 建筑围护结构的传热过程
3.1.1建筑围护结构热转移方式 3.1.2围护结构的传热过程和传热量 3.1.3结构传热的两种方式
3.2 稳定传热
3.2.1）一维稳定传热特征 3.2.2）单层平壁的导热和热阻 3.2.3）平壁的稳定传热过程 3.2.4） 封闭空气间层的热阻 3.2.5）平壁内部温度的计算
1）求壁体内表面温度。 2）计算多层平壁内任一
层的内表面温度。 3）求壁体外表面温度
23
平壁内部温度的计算
1）求壁体内表面 温度。
2）计算多层平壁 内任一层的内表面 温度。
3）求壁体外表面 温度
i
ti
Ri Ro
ti te
n1
R i R j
n ti
qc 24ZqH/Hc12
qc采暖耗煤量 kg指 m2） 标标 （准煤
28
3.4 周期性不稳定传热
在建筑实践中真正的稳定传热是不存在的，围 护结构所受到的环境热作用是随时间变化的， 尤其是室外环境因不能进 行人工调节，所以 每时每刻都在变化。
外界热随时间发生变化时，维护结构内部的温 度和通过维护结构的热流量也将发生变化。若 外界热作用随时间出现周期性变化，这种传热 过程叫周期性不稳定传热。
q
ti 1
te d1
K0ti
te
i e
意义：当温差为1℃时， 在单位时间内通过平壁单 位面积的传热量。
17
计算平壁稳定传热的
几个物理量
可以查表的量：
q
1
ti
te d
1
K0ti
te
i e
αi 平壁内表面的换热系数 R i 平壁内表面的换热阻 R e 平壁外表面的换热阻 αe 平壁外表面的换热系数 计算的量
围护结构传热原理与计算PPT78页
Higher temp
Lower temp
back
二、传热的三种基本方式
传热的动力是温差
导热（conduction）
1）导热的机理 当物体各部分之间不发生相对位移或不同的物体直接接触时，依靠
物质的分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热量传 递称导热。理论上在固体、液体、气体中均可发生。
四、围护结构周期性传热过程
单纯的稳定传热过程 单纯的外侧谐波作用过程 单纯的内侧谐波作用过程
五、衰减倍数和延迟时间的计算
Building Information Modeling 建筑信压力（湿空气总压力）：环绕地球的空气层对单位 地球表面积形成的压力p
西部荒漠区—银川生态民居示范规划设计
方案1 草砖墙体系、 被动太阳能采暖、自然通风技术
方案2 多孔砖保温体系、 太阳能供暖、自然通风技术
方案3 生土结构、 太阳能采暖与热水、
被动式降温技术
分别适应不同户型、面积和等级
（建筑节能率均为80%）
多孔砖、草砖墙 构造、石材基础
落成后实景
（4万余平方米）
➢ 渗风对空气层热阻的影响
思考：从辐射 换热的角度考 虑，空气层宜 设于围护结构 冷侧还是热侧？
降低间层平均 温度，减少辐 射换热量，宜 设于冷侧。
例1-6
三、围护结构内部的温度分布计算
qi q1 q2 q3 q
室内外空气温度一定，空气温度分布是平直线 表面边界层内的温度分布是曲线，当空气温度高于
表面温度时曲线上凸，反之，曲线向下凹 各材料层内部的温度分布是一条从高温界面到低温
界面的折线，折线的斜率与材料层热阻成正比
§1.3 围护结构周期性不稳定传热 原理与计算
建筑物理建筑热工第二章
2020/2/10 孙凤明
23
1．表面感热 围护结构的内表面主要通过对流和辐射方
式从室内得到热量，内表面单位面积上在单 位时间从室内得到的热量，即到达围护结构 内表面的热流密度可用下式计算：
qi=αi(ti－θi)
(2-8)
式中“K0”称为围护结构的传热系数，它的
意义是当围护结构两侧温度差1℃（1K）时，
在单位时间里通过平壁单位面积的传热量
［W／(m2·K)］。显然，在同样室内外温差
条件下，K值愈小,则在单位时间内通过围护
结构的传热量愈少。所以传热系数K可以说明
围护结构在稳定传热条件下的保温性能。
2020/2/10 孙凤明
R01、R02、…R03、——各个传热部位的总传热 阻(m2·K／W)；
Ri——内表面换热阻，取0．11(m2·K／W)； Re——外表面换热阻，取0．04(m2·K／W)； φ——修正系数，按表４－4取值。
2020/2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ10 孙凤明
20
表2－1 修正系数φ值
在按表2－1选取修正系数φ值时，应注意 以下规定：
第二章 建筑围护结构的传热原 理及计算
室外的环境热作用通过建筑物的外围护 结构影响着房间的热环境，为保证冬、 夏室内的热舒适要求，必须采取相应的 保温和隔热措施。
2020/2/10 孙凤明
1
根据建筑保温和隔热设计中所考虑的室内 外热作用的特点，可将室内外温度的计算模 型归纳为如下两种，
(1)恒定的热作用。
(2－1)
式中： qi－－内表面的热流密度，W／m2；
ti，θi－－分别为室内空气及围护结构内表 面温度，℃；
第二章 传热原理及计算
第一节 稳定传热
五、平壁内部温度的计算
m 1 ti t e m ti ( Ri R j ) R0 j 1
ti q ( Ri R j )
j 1
m 1
第一节 稳定传热
[例2-2]已知室内气温为15℃，室外气温为-10℃，试计
算通过下图所示的砖墙和钢筋混凝土预制板屋顶的热 流量和内部温度分布。Ri =0.115 m2· K/W，Re =0.043 m2· K/W；
修正系数值086093096098010019020039040069070099三平壁的稳定传热过程传热过程室内外热环境通过围护结构而进行的热量交换包含导热对流以及辐射换热方式温度场不随时间变化的传热过程稳定传热过程te传热过程经历三个阶段iriciric01376有肋状突出物的顶棚hs0301187墙面地面表面平整或有肋状突出物的顶棚hs03表面特性2平壁材料层的导热te外表面把热量以对流和辐射的方式传给室外的空气erec005190外墙和屋顶夏季01760外墙上无窗的不采暖地下室上面的楼板008120闷顶外墙上有窗不采暖地下室上面楼板006170与室外空气相通的不采暖地下室上面楼板004230外墙屋顶与室外空气直接接触的表面冬季表面特征季节平壁的总传热阻表示热量从平壁一侧传到另一侧是所受到的总阻力m平壁的传热系数物理含义
温层。
空气层中的传热方式：
– 导热、对流和辐射 – 主要是对流换热和辐射换热
封闭空气层的热阻取决于间层两个
界面上的边界层厚度和界面之间的辐射换热强 度。 热阻的大小与间层厚度不成正比例关系
第一节 稳定传热
在有限空间内的对流换热强度与间层的厚度、间层的
设置方向和形状、间层的密闭性等因素有关。
M196北京建筑大学快题考研-第二章、建筑围护结构的传热
2、
外表面的温度θ e
根据q=qe得：
1 R0
ti
te
1 Re
e
te
•由此得出外表面的温度θe
e
te
Re R0
ti
te 或e
ti
R0 Re R0
ti
te
应指出，在稳定传热条件下，当各层材料的导
热系数为定值时，每一材料层内的温度分布是一直
线，在多层平壁中成一条折线。材料层内的温度的 降落程度与各层的热阻成正比，材料层的热阻越大，
1
配情况.
0 2 4 6 8 10 12 14 d(cm) 垂直间层内不同传热方式的传热量的比较
“1”与横坐标之间—表示间层空气处于静止状态 的纯导热方式传递的热量;
“2”与横坐标之间—表示对流换热量; “3”与“2”之间—表示当间层用一般建筑材料做
成时的辐射换热量
“3”与横坐标之间—表示通过间层的总传热量 说明:
理想化、简单化“匀质平壁”，如前图所示。
基本温度场；稳定传热— t=f（x）
（主要指一维稳定传热）
特征： （1）壁内无发热现象，热流密度处处相等；
（2）平壁各界面线性关系；
qx
lin
t
d
dx
d qx te ti 为常数
dx
d
其中 d 为温度梯度
dx
（3）各层热流密度计算
qi1
1
d
dx
1
增大热阻的办法: （1）加大平壁厚度; （2）选用导热系数λ小的材料。.
2、经过多层平壁的导热
多层平壁:由几层不同材料组成的平壁.
设三层材料组成的多层平壁,各个材料之间 紧密贴合,面壁很大。
每层厚度为: d1 , d 2 , d3
建筑物理(热)-2 建筑围护结构的传热原理及计算
采暖房间
2.1 稳定传热 2.2 建筑保温与节能计算
自然通风房间 空调房间
2.3 周期性不稳定传热
2.4 建筑隔热设计控制指标计算
自然通风房间
空调房间？
GB50736-2012 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 JGJ 134-2010 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准
标准、规范、规程有何区别与联系
R
1 RA1 RB RE1 RA2
有误差
如果复合平壁的各种材料的导热系数相差较大时，应 按二维或三维温度场计算，或用实验方法确定。
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
2.1.2 平壁的导热和热阻 3）组合壁的热阻
组合壁热阻工程计算方法
平行于热流方向，沿材料层中不同 材料的界面将其分成若干部分。 平均热阻 ：
ti
θi θ2
q
θ3 θe
d3
λ1 d1
λ2 d2
λ3
te
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
苯板
聚氨酯墙体板
单一围护结构材料
普通砖 加气混凝土砖
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
2.1.2 平壁的导热和热阻 1）单层匀质平壁的导热
◆单层匀质平壁的稳定导热方程
热阻?
d q dx q
d e i dx d
i e
d
单层匀质平 壁的稳定导 热方程
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
2.1.2 平壁的导热和热阻 3）组合壁的导热
living wall
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
2.1.2 平壁的导热和热阻 3）组合壁的热阻
第2章 建筑围护结构的传热计算与应用
1 1 (ti te ) (ti i ) R0 Ri
解得壁体内表面温度为
Ri i ti (ti te ) R0 又据 q q1 q2 有 1 (ti te ) 1 ( i 2 ) R d1 0 1 (ti te ) 2 ( 2 3 ) R0 d2
n
n K Rn b
2 3
R 1 R1 R2
R
m
• 2.2 平壁的稳定传热>>平壁内部温度的确定>>图解法
平壁内部温度的确定 • 图解法
• 具体方法：（如图8-7）
A
ti
i i
2
00 C
ti
00 C
2
3
e t 0
B
d1 d2
3 e
t0
d3
Ri R1
R2
解得 t Ri R1 (t t ) 2 i i e
R0
由此推知，对于多层平壁内任一层的内表面温度为
Ri R1 R2 3 ti (ti te ) R0
n ti
Ri Rm
m 1
m 1
R0
(ti te )
• 平壁的稳定传热>>平壁内部温度的确定
1 q= (t i -t e ) R0 =K 0 (t i -t e )
R0：平壁的总传热阻 总传热系数 在稳态条件下，围护结构两 • K0：平壁的总传热系数 侧空气温度为1℃，1h内通过1m2面积传递的
•
热量
R 0 =R i R R e
• 平壁的稳定传热>>平壁的总传热阻的计算
第二章建筑围护结构的传热原理及计算分析
选择性辐射体：只能吸收和发射某些波长辐射能的物体，并且其单色辐 射本领总小于同温度黑体同波长的单色辐射本领。
物体辐射本领的量化
德国科学家斯蒂芬—波尔兹曼（Stafan-Beltzmamn)对黑体进行了分析
研究，得出:
Eb
C
b
Tb 100
4
E b 黑体的全辐射本领，w / m 2 ; Tb 黑体的绝对温度，K；
在这里，我们可以将多层壁看成三个 单层壁，分别算出通过每层壁的热流强度
第二章 建筑围护结构的传热原理及计算
q1
1
d1
(i
2)
q2
2
d2
(2
3)
q3
3
d3
(3
e )
对于多层复合壁体而言，由于每一层都是由单一材料组成的，在壁体两
侧稳定温度场的作用下，流经各层材料的热流强度都是相等的：
第二章 建筑围护结构的传热原理及计 算
A 温度 实验证明，大多数材料的λ 值与温度的关系近似直线关系： λ =λ 0+bt 式中 λ 0是材料在0度条件下的导热系数 b是经过实验测定的常数
B 材质 由于不同材料的组成成分或结构不同，其导热性能也就各不相同，并
有不同程度的差异。就常用非金属建筑材料而言，其导热系数值的差异 非常明显，如矿棉、泡沫塑料等材料的值比较小，而砖砌体、钢筋混凝 土等材料的值就比较大。至于金属建筑材料,如钢材、铝合金等,导热系 数更大。
Cb 黑体的辐射系数，w / m 2 K 4
即黑体的全辐射本领与其绝对温度的四次幂成正比,这一规律称为
斯—波定律。
S—B定律的实质：说明黑体的辐射本领与其绝对温度的关系。
02 建筑围护结构的传热计算与应用-13
答案是B。 由密实材料构成的墙体内部以导热传热为主导， 对流、辐射可忽略。凡内部有空心部分的墙体， 空心部分壁面间的传热主要是辐射和对流换热。
6
作业：
1、教材P56: 思考题与习题1 、3。
2、已知室内气温为16℃，室外气温为-8℃，试计算通过 图2-9所示的砖墙和钢筋混凝土预制板屋顶的热流量和内部 温度分布。 0.11(m2 K ) / W ； 0.04(m2 K ) / W 。 Ri Re
D
4
名词κ 露点温度
符 号
单位 ℃
名词解释 在大气压力一定、含湿量不变的情况下，未饱和 的空气因冷却而达到饱和状态时的温度 特指围护结构表面温度低于附近空气露点温度时， 表面出现冷凝水的现象。
tc
冷凝或 结露 水蒸气分 压力 饱和水蒸 汽分压力 相对湿度 Pa Ps φ Pa Pa %
在一定温度下湿空气中水蒸气部分所产生的压力。 空气中水蒸气呈饱和状态时，水蒸气部分所产生 的压力 空气中实际的水蒸气分压力与同一温度下饱和水 蒸气分压力的百分比。 Φ=Pa/Ps×100%
材料畜 热系数 热隋性 指标
S
W/(㎡· 当某一足够厚度单一材料层一侧受到谐波热作用时， K) 表面温度将按同一周期波动，通过表面的热流波幅 的比值。比值越大，材料的热稳定性越好。 表征围护结构对温度波衰减快慢程度的无量纲指标。 单一材料D=RS；多层材料D=∑RS；D值越大，温度 波在其中的衰减越快，围护结构的热稳定性越好。
导热 系数
K
λ
W/㎡K 在稳态条件下，围护结构两侧温差为1℃，1h内通过 1㎡面积传递的热量。为传热阻的倒数。K=1/Ro
W/m· 在稳态条件下，1m厚的物体两侧温差为1℃，1h内 K 通过1㎡面积传递的热量。
围护结构传热系数
一、围护结构热阻的计算1、单层结构热阻R=δ/λ A (K/w)式中：δ—材料层厚度（m）λ—材料导热系数[W/(m.k)]2、多层结构热阻A—平壁的面积，m2R=R1+R2+----Rn=δ1/λ1+δ2/λ2+----+δn/λn式中: R1、R2、---Rn—各层材料热阻（m2.k/w）δ1、δ2、---δn—各层材料厚度（m）λ1、λ2、---λn—各层材料导热系数[W/(m.k)]二、围护结构的传热阻R0=Ri+R+Re式中: Ri —内表面换热阻（m2.k/w）（一般取0.11）Re—外表面换热阻（m2.k/w）（一般取0.04）R —围护结构热阻（m2.k/w）三、围护结构传热系数计算K=1/ R0 (w/(m2.k))式中: R0—围护结构传热阻外墙受周边热桥影响条件下，其平均传热系数的计算Km=(KpFp+Kb1Fb1+Kb2Fb2+ Kb3Fb3 )/( Fp + Fb1+Fb2+Fb3) 式中:Km—外墙的平均传热系数[W/（m2.k）]Kp—外墙主体部位传热系数[W/（m2.k）]Kb1、Kb2、Kb3—外墙周边热桥部位的传热系数[W/（m2.k）] Fp—外墙主体部位的面积Fb1、Fb2、Fb3—外墙周边热桥部位的面积四、铝合金门窗的传热系数的计算Uw =（Af*Uf+Ag*Ug+Lg*Ψg)/(Af+Ag)式中:Uw —整窗的传热系数W/m2·KUg —玻璃的传热系数W/m2·KAg —玻璃的面积m2Uf —型材的传热系数W/m2·KAf —型材的面积m2Lg —玻璃的周长mΨg —玻璃周边的线性传热系数W/m2·K。
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围护结构 设备 透明部分 不透明部分 外围护结构 内围护结构
2.建筑围护结构的传热原理与计算
◆ 太阳辐射 ◆ 空气的温湿度 ◆风 ◆雨 ◆雪
室外热环境 围护结构 设备
◆ 四要素 ◆ 评价方法
室内热环境
2.建筑围护结构的传热原理与计算
◆热舒适性 要保证
◆达到节能标准要求
◆保温
◆防热
◆ 掌握基本的 传热原理与计 算 ◆ 掌握围护结 构保温、防热 及节能指标的 控制 ◆ 了解材料的 相关热物性
2.建筑围护结构的传热原理与计算
传热过程——室内外热环境通过围护结构而进行 的热量交换，包含导热、对流以及辐射换热方式
根据建筑保温和隔热设计中所考虑的室内外热作用的特点，可 将室内外传热的计算模型归纳为如下两种： 恒定的 热作用
常用于采暖房间冬季 条件下的保温设计
合理的假设简 化，是解决问 题的常用做法
ti
θi θ2
q
θ3 θe
d3
λ1 d1
λ2 d2
λ3
te
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
d1 q2 2 3 2 d2 q3 3 e 3 d3 q1 q2 q3 q
q
是否有同学能 直接给出结果？
q
θi
θ2 θ3 θe
d3
q1
i 2
1
共几个未知 数?
λ1 d1
λ2 d2
λ3
i e 1
d1
2
d2
3
d3
qi qic qir (ic ir )(ti i )
qi i (ti i )
qi—平壁内表面吸热量w/m2 qic— 室内空气以对流形式传给平壁内表面的热量 qir—室内其它表面以辐射形式传给平壁内表面的热量 w/m2 αi—内表面的换热系数 w/（m2· K） ti—室内空气及其它表面的温度 θi—围护结构内表面的温度
周期性 热作用
常用于空调房间 的隔热设计
单向
双向
常用于自然通风房 间的夏季隔热设计
2.建筑围护结构的传热原理与计算
本章仅讨论通过围护结构主体部分一
维的稳定传热和周期性不稳定传热问题。
打好基础，才 能解决更复杂 的问题！
2.建筑围护结构的传热原理及计算 2.1 稳定传热
2.1.1 一维稳定传热特征 2.1.2 平壁的导热和热阻
计算简便，能满足一定的工程精度要求，是国内外在建 筑热工计算中经常被采用的一种计算方法。
恒定的 热作用
2.建筑围护结构的传热原理及计算 2.1 稳定传热
2.1.1 一维稳定传热特征 2.1.2 平壁的导热和热阻
2.1.3 平壁的稳定传热过程
2.1.4 封闭空气间层的传热 2.1.5 平壁内部温度的计算
→当针对产品、方法、符号、概念等基础标准时，一般采用“标准”，如《土工试验方法 标准》、《生活饮用水卫生标准》、《道路工程标准》、《建筑抗震鉴定标准》等； →当针对工程勘察、规划、设计、施工等通用的技术事项做出规定时，一般采用“规范”， 如：《混凝土设计规范》、《建设设计防火规范》、《住宅建筑设计规范》、《砌体工程 施工及验收规范》、《屋面工程技术规范》等； →当针对操作、工艺、管理等专用技术要求时，一般采用“规程”，如：《钢筋气压焊接 规程》、《建筑安装工程工艺及操作规程》、《建筑机械使用安全操作规程》等。 →在我国工程建设标准化工作中，由于各主管部门在使用这三个术语时掌握的尺度、习惯 不同，使用的随意性比较大，这是造成人们最难理解这三个术语的根本原因。
采暖房间
2.1 稳定传热 2.2 建筑保温与节能计算
自然通风房间 空调房间
2.3 周期性不稳定传热
2.4 建筑隔热设计控制指标计算
自然通风房间
空调房间？
GB50736-2012 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范 JGJ 134-2010 夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准
标准、规范、规程有何区别与联系
2.1.3 平壁的稳定传热过程
2.1.4 封闭空气间层的传热 2.1.5 平壁内部温度的计算
当围护结构受到恒定热作用时， 即处于稳定传热状态。
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
2.1.1 一维稳定传热特征
已知：1）一“大平壁”，宽与高的尺寸远大 于厚度（10倍以上）； 2）厚度为d的单层匀质材料; 3）热物性皆为常数； 4）无内热源；
？
d q dx
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
2.1.1 一维稳定传热特征
◆ 在建筑热工学范畴内，
“平壁”不仅是指平直的墙体 ，还包括地板、平屋顶及曲率半径较大的穹顶、拱顶等 结构。除一些特殊结构外，建筑工程中大多数围护结构 都属于这个范畴。
◆ 稳定传热是一种最简单和最基本的传热过程，由于其
组合壁本身的 传热阻！！！ 《热工规范》
热流方向
Why?
F0 R Ri Re F1 F2 Fn R0.1 R0.2 R 0 , n
传热阻=内表面换热 阻+导热阻+外表面 换热阻
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
2 i
λ3
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
2.1.2 平壁的导热和热阻 3）组合壁的导热
实际建筑的围护结构常由多种材料构成.
对于这些构造来说，在垂直于热流方 向上已非匀质材料，称这种构造为组合材 料层。
轻质墙体板
利用混凝土、工业废料（炉渣，粉 煤灰等）等制成的空心砌块在建筑 上已得到广泛应用。
当围护结构受到恒定热作用时， 即处于稳定传热状态。
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
2.1.2 平壁的导热和热阻
严格地讲，建筑材料 内部总会有孔隙存在，所 以不是单纯的导热现象， 还有对流和辐射换热方式 存在，但由于其所占比例 微小，在热工计算中，对 围护结构材料层（不包含 空气层）均按导热考虑。
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
2.1.2 平壁的导热和热阻 3）组合壁的导热
living wall
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
2.1.2 平壁的导热和热阻 3）组合壁的热阻
组合壁热阻理论计算方法
A A1 A2 B C D E1 E E2 E3
q
A3
q
1 1 1 RC RE 2 RA3 RD RE 3
q1
i 2
1
θi
R1
θ2
R2
θ3
R3 θe
q
q
i e 1
d1
2
d2
3
d3
i e
θi
θ2
R1 R2 R3
θ3
θe
对于n层 d 3
平壁θn ?
R1 i e 从右侧算起也可！ λ λ2 R1 R2 R3 1 d1 d2 R3 R1 R2 i e 3 e i e 3 i R1 R2 R3 R1 R2 R3
2.1.2 平壁的导热和热阻
F0 R Ri Re F1 F2 Fn R0.1 R0.2 R 0 , n
轻质墙体板
注意： 若围护结构存在圆孔时，应先将圆 孔折算成同等面积的方孔。
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
苯板
聚氨酯墙体板
单一围护结构材料
普通砖 加气混凝土砖
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
2.1.2 平壁的导热和热阻 1）单层匀质平壁的导热
◆单层匀质平壁的稳定导热方程
热阻?
d q dx q
d e i dx d
i e
d
单层匀质平 壁的稳定导 热方程
i e
R1 R2 R3
θi和θe表示平壁的内外表面温度，θ2和 θ3是内部材料层界面上的温度
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
2.1.2 平壁的导热和热阻 2）多层平壁的导热
q
i e
R1 R2 R3
q
对n层平壁？
θi R1 θ2
R2
θ3
R3 θe
注意
有多种传热 方式参与
温度场不随时间变化的传热过程——稳定传热过程 常用于建筑热工计算和估算。
设:
ti > te
传热过程经历三个阶段？
1)内表面吸热 2)平壁材料层的导热 3)外表面散热
ti
冬 季
qe
te
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
2.1.3 平壁的稳定传热过程
1）内表面吸热 ti>θi ,内表面以对流和辐射的方式吸热
q
i e
Rj
j 1
n
q
θi
θ2 θ3 θe
d3
电路比拟分 析方法！！！
λ1 d1
λ2 d2
λ3
2.建筑围护结构的传热原理与计算 2.1稳定传热
2.1.2 平壁的导热和热阻 2）多层平壁的导热
θ2和θ3 还未求 出！
d1 q2 2 3 2 d2 q3 3 e 3 d3 q1 q2 q3 q
《标准化和有关领域的通用术语第一部分：基本术语》（GB3935.1-1996）
引 言
★物理（导热）问题的完整数学描述：
（微分）
数学方程（共性） + 单值性条件（个性）
qv t 2 a t c
确定唯一解的附加 补充说明条件,包 括四项：几何、物 理、时间、边界