第11讲与地面相邻区域动态传热问题的处理
关于周边地面和非周边地面的几点说明及热阻计算方法
关于周边地面和非周边地面的几点说明1．周边地面和非周边地面的定义周边地面指距外墙内表面2m以内的地面，其余部分划为非周边地面。
位于室外地面以下的外墙（地下室外墙）应从与室外地面相平的墙壁算起，往下2m范围内为周边地面，其余部分划为非周边地面。
2．节能标准中对周边地面和非周边地面传热阻的计算《民用建筑节能设计标准》（采暖居住部分）JGJ26-95和《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005对周边地面和非周边地面热阻采用了不同的计算方法，应分别对待。
A) 居住建筑：换热阻计算依据来源于《供热工程》（贺平孙刚编著）。
由于室内热量通过地面传到室外的路程长短不同，即热阻值不同，靠近外墙的室内地面，距离室外路程短，热阻值小，传热量大，反之远离外墙的地面热阻值大，传热量小，离外墙8m以远的地面，传热量基本不变。
基于上述情况，在工程上一般采用近似方法计算，把地面沿外墙平行的方向分成四个计算地带（每2m为一个地带，8m以外地面按第四地带考虑），如图1示。
1) 对于贴土非保温地面（组成地面的各层材料导热系数λ都大于1.16W/m?℃），各地带的传热系数和换热阻如下：周边地面传热系数限值为0.52 W / m2·℃地区，考虑到非保温地面第一地带（周边地面）的传热系数为0.47 W / m2·℃，小于限值0.5 2W / m2·℃,可不做保温；非周边地面（第二、三、四地带）不做保温时传热系数最大值为0.23 W / m2·℃,小于限值0.3 W / m2·℃，同样也能满足非周边地面限值的要求。
2) 贴土保温地面（组成地面的各层材料中，有导热系数λ小于1.16 W/m?C的保温层）各地带的热阻值，可按下式计算(1)式中——贴土保温地面换热阻，m2·℃/W——非保温地面的换热阻，m2·℃/W——保温层厚度，m——保温材料导热系数，W / m ·℃周边地面传热系数限值为0.3 W / m2·℃地区，非保温地面第一地带传热系数不能满足其限值的要求，必须做保温处理，其换热阻按式（1）计算（需计算的构造层为导热系数λ小于1.16 W/m?C的材料层）；非周边地面（第二、三、四地带）不做保温时传热系数最大值为0.23 W / m2·℃,小于限值0.3 W / m2·℃，即能满足非周边地面限值的要求。
数值传热学 第六章答案 (2)
数值传热学第六章答案简介本文档将为读者提供《数值传热学》第六章的答案。
第六章主要涉及热对流传热的数值计算方法，包括网格划分、边界条件、离散方法等内容。
通过本文档，读者将了解如何使用数值方法解决热对流传热问题，并学会应用这些方法进行实际计算。
问题回答1. 简述热对流传热的数值计算方法。
热对流传热的数值计算方法主要包括三个步骤：网格划分、边界条件设置和离散方法。
网格划分是指将传热区域划分为若干个离散的小单元，每个单元内部温度变化均匀。
常见的网格划分方法有结构化网格和非结构化网格。
结构化网格适用于简单几何形状，易于处理；非结构化网格则适用于复杂几何形状。
边界条件设置是指给定物体表面的边界条件，如温度或热流密度。
边界条件的设置需要根据实际问题来确定，可以通过实验或经验公式来获取。
离散方法是指将传热控制方程进行离散化，通常使用有限差分法或有限元法。
有限差分法将控制方程离散化为代数方程组，而有限元法则通过近似方法将方程离散化。
2. 什么是结构化网格和非结构化网格？它们在热对流传热计算中有何不同？结构化网格是指由规则排列的矩形或立方体单元组成的网格。
在结构化网格中，每个单元与其相邻单元之间的联系都是固定的，因此易于处理。
结构化网格适用于简单几何形状，如长方体或圆柱体。
非结构化网格是指由不规则形状的三角形、四边形或多边形组成的网格。
在非结构化网格中，每个单元与其相邻单元之间的联系可能是不确定的，需要使用邻接表来表示网格拓扑关系。
非结构化网格适用于复杂几何形状，如复杂流体流动中的腔体或障碍物。
在热对流传热计算中，结构化网格和非结构化网格的主要区别在于网格的配置方式和计算复杂度。
结构化网格由正交单元组成，计算稳定性较高，但对于复杂几何形状的处理能力较差。
非结构化网格可以灵活地适应复杂几何形状，但计算复杂度较高。
3. 如何设置边界条件？边界条件的设置是热对流传热计算中非常重要的一步，它决定了计算结果的准确性和可靠性。
(NEW)柳孝图《建筑物理》(第3版)笔记和课后习题详解
（2）影响因素 ① 入射到地面上的太阳辐射热量，它起着决定性的作用。 ② 大气的对流作用 ③ 下垫面对空气温度的影响 ④ 海拔高度、地形地貌对气温及其变化也有一定影响。 （3）变化 ① 气温有明显的日变化和年变化； ② 一年中各月平均气温也有最高值和最低值。
3．空气湿度 （1）定义 空气湿度是指空气中水蒸气的含量，空气中水蒸气的浓度随海拔高 度增加而降低，通常以绝对湿度和相对湿度来表示。 （2）相对湿度（图1-2） 相对湿度的日变化受地面性质、水陆分布、季节寒暑、天气阴晴等 影响，一般是大陆大于海面，夏季大于冬季，晴天大于阴天。相对湿度 日变化趋势与气温日变化趋势相反。 （3）绝对湿度 通常一年中绝对湿度的大小和相对湿度相反，一年中最热月的绝对 湿度最大，最冷月的绝对湿度最小。
③ 气流速度对人体的对流换热影响很大，至于人体是散热还是得 热，则取决于空气温度的高低。
④ 在人体与周围空气的对流换热中，人体所着服装会有影响。衣服 的热阻越大，则对流换热量越小。
（3）辐射换热量qr 是在着衣体表面与周围环境表面间进行并取决于两者温度、辐射系 数、相对位置以及人体的有效辐射面积。
① 当人体温度高于周围表面温度时，人体失热，qr为负值； ② 反之，人体得热，qr为正值。 （4）人体的蒸发散热量qw 是由无感蒸发散热量与有感的显汗蒸发散热量组成。
（1）定义 是指累年最冷月平均温度低于或等于－10℃的地区。主要包括内蒙 古和东北北部、新疆北部地区、西藏和青海北部地区。 （2）设计要求 该区建筑必须充分满足冬季保温要求，加强建筑物的防寒措施，一 般可不考虑夏季防热。
2．寒冷地区 （1）定义 是指累年最冷月平均温度为0～－10℃的地区。主要包括华北地 区、新疆和西藏南部地区及东北南部地区。 （2）设计要求 该区建筑应满足冬季保温要求，部分地区兼顾夏季防热。
东大《传热学》课件：导热基本定律及稳态导热
2-2 导热微分方程式及定解条件
2-3 通过平壁、圆筒壁、球壳和其它变截面物
体的导热
2-4 通过肋片的导热
2-5 具有内热源的导热及多维导热
2020/11/12
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Thursday
21020/11/12 Thursday
§2-2 导热微分方程式及定解条件
1 导热微分方程式的推导
为什么需要导热微分方程？
特点：纯金属： T
合金和非金属：T
金属的导热系数与温度的依变关系参见图2-7
保温材料：国家标准规定，温度低于350度时导热系数 小于 0.12W/(mK) 的材料（绝热材料）
2020/11/12 Thursday
图2-7 导热系数对温度的依变关系 8
第二章 导热基本定律及稳态导热
2-1 导热基本定律
c 内热源的生成热 Qg ΦdV Φdxdydz
d 热力学能的增量
Qst
Φ
c
t
dxdydz
？
把Qin、Qout、Qg、Qst 带入前面的能量守恒方程
Qin Qg Qout Qst
得：
c t ( t ) ( t ) ( t ) Φ x x y y z z
这就是三维、非稳态、变物性、有内热源的导热微分方
当两固体壁具有温差时接合处的热传递机理为接触点间的固体导热和间隙中的空气导热对流和辐射的影响一般不大20201112thursday581当热流量不变时接触热阻rc较大时必然在界面上产生较大温差ab2当温差不变时热流量必然随着接触热阻rc的增大而下降3即使接触热阻rc不是很大若热流量很大界面上的温差仍是不容忽视的20201112thursday59接触热阻的影响因素
等
金属 非金属; 固相 液相 气相
热传导与传热解析热传导和传热的基本过程
热传导与传热解析热传导和传热的基本过程热传导与传热解析：热传导和传热的基本过程热传导和传热是我们日常生活中经常涉及到的物理现象。
热传导是指热量从高温区域通过物质内部的分子碰撞传递到低温区域的过程。
而传热则是指热量通过各种传热方式（热传导、传导、热对流和热辐射等）从高温物体传递到低温物体的过程。
下面将对热传导和传热的基本过程进行解析。
一、热传导的基本过程热传导是物质内部的分子碰撞传递热量的过程。
具体来说，当物体的局部区域温度升高时，该区域内的分子会以较快的速度振动，其振动引起相邻分子的振动，从而传递能量和热量。
这种能量传递的方式就是热传导。
热传导的速率取决于多个因素，包括物质的导热性、温度梯度和物质的厚度等。
导热性是衡量物质导热性能的一个关键参数，其数值越大表示该物质越容易传导热量。
温度梯度是指物体两个相邻位置的温度差异，温度梯度越大，热传导速率越快。
物质的厚度越小，热传导速率越快。
二、传热的基本方式除了热传导外，还存在其他几种传热方式，包括传导、热对流和热辐射。
1. 传导传导是指由于分子之间的直接碰撞传递热量的过程。
与热传导不同的是，传导可以发生在固体、液体和气体之中。
在传导过程中，物质的内部分子仍然通过振动传递能量和热量，但是由于相邻分子之间的几率较低，所以传导的速率通常比热传导要慢。
2. 热对流热对流是指热量通过流动的流体传递的过程。
在热对流中，流体中的分子通过对流的方式将热量从高温区域传递到低温区域。
热对流发生的条件是流体存在流动或者存在温度梯度。
比如，当水被加热时，热水会上升而冷水下沉，形成对流循环，从而传递热量。
3. 热辐射热辐射是指物体通过电磁波辐射热量的过程。
与热传导和热对流不同的是，热辐射可以发生在真空中，不需要介质传递热量。
热辐射的速率和温度的四次方成正比，也就是说，温度越高，热辐射速率越快。
总结起来，热传导是物质内部的分子碰撞传递热量的过程，而传热则是热量从高温物体传递到低温物体的过程，包括热传导、传导、热对流和热辐射等多种方式。
建筑物的热传递机制及节能技术
建筑物的热传递机制及节能技术建筑物是人们日常生活的重要场所，而建筑物的热传递机制影响着人们的生活质量和能源消耗。
在日益增长的能源消耗和环境污染的压力下，节能成为了建筑行业的重要发展方向。
本文将从建筑物热传递机制及节能技术两个方面展开探讨。
一、建筑物的热传递机制建筑物内外热量的传递过程可以经过辐射、传导、对流等方式完成。
其中，辐射是以电磁波形式传递热能，如太阳辐射；传导是通过物质介质的接触方式传递热量，如墙体传递的热量；对流是通过气体和流体传递热量，如房间内空气的流动。
建筑物的墙体、窗户、屋顶、地面等部位都存在着热量的流失和流入，而建筑物的热传递机制的影响因素主要有以下几个方面：1.建筑物的朝向建筑物的朝向可以决定它在不同时刻受到的阳光和气流影响，从而影响热传递机制。
一般来说，南北朝向的建筑可以最大程度地接受太阳光辐射和凉爽的北风，而东西朝向的建筑则容易受到太阳光辐射和暖湿气流的影响。
2.建筑外壳的热传递系数建筑外壳的材料和结构决定了它的热传递系数，即它的隔热性能和透热性能。
材料的热传导系数越小，隔热性能越好，透热性能越小；而结构的设计决定了外壳的抗风能力和气密性能。
3.建筑内部的热源建筑内部的人体、设备等都会产生热源，从而影响室内的热传递机制。
例如，人体的生理活动会产生排热，冰箱、洗衣机等电器的运转也会产生热量散发。
二、节能技术建筑节能是指在保证建筑使用功能的前提下，尽量减小建筑能耗。
下面介绍一些常用的建筑节能技术：1.建筑隔热材料建筑隔热材料是在建筑墙体、地面、屋顶等位置上铺设的一层隔热层，能够减少建筑内外热量的传递，从而减少能源消耗。
常见的隔热材料有发泡聚苯乙烯、岩棉、硅酸盐等。
2.低能耗建筑设计低能耗建筑设计是指在建筑设计和布局上充分考虑能源节约问题，通过改变建筑朝向、墙体厚度、窗户数量、屋顶材料等措施来减小能源的消耗。
3.太阳能利用技术太阳能利用技术是指利用太阳能光热资源进行供热、供电、照明等。
建筑能耗中的热传递和热平衡问题研究
建筑能耗中的热传递和热平衡问题研究第一章：引言人们生活和工作的建筑物所消耗的能源量是现代社会中的一个重要问题。
由于能源消耗对环境的影响，能源效率是建筑设计中越来越关注的问题。
在建筑的能源消耗中，建筑物热传递和热平衡是其中一个重要的方面。
本文将分析建筑物的热传递和热平衡问题，并提出相关的解决方法。
第二章：建筑物热传递建筑物内外热传递是建筑物能耗中的一个重要问题。
建筑物内部的热传递是指建筑物内部热量的传递，而建筑物外部的热传递是指建筑物外部热量的传递。
建筑物内外的热传递可以通过以下几种方式进行：1.导热：建筑物内外热量的传递可以通过导热进行。
如建筑墙体的导热系数较小，可以起到保温的作用，减少室内外热传递。
2.对流：建筑物内外的热量传递可以通过对流进行。
如室内空气的流动，可以使室内外热量传递量减少。
3.辐射：建筑物内外的热量传递可以通过辐射进行。
如建筑物外墙的吸热辐射可以使蓄热墙蓄热，降低室内外热传递。
第三章：建筑物热平衡建筑物热平衡是指建筑内部热量的总量和外部环境的热量的总量相等。
建筑物热平衡问题是影响建筑能耗的一个主要因素。
建筑物热平衡不好会导致建筑能耗增加。
建筑物的热平衡可以通过以下几种方式进行：1.保温：建筑物的保温效果是影响热平衡的一个关键因素。
建筑物的保温效果好，可以使室内外热传递量减少，从而达到热平衡的目的。
2.通风：建筑物的通风是影响热平衡的另一个因素。
通风可以使室内外热传递量减少，从而达到热平衡的目的。
3.隔热：建筑物内部空间的隔热也是影响热平衡的一个因素。
如墙体的隔热性能好，可以减少室内外热传递量，从而达到热平衡的目的。
第四章：建筑物热传递和热平衡问题解决方法1.改善建筑材料：建筑物内外的热传递问题可以通过改善建筑材料来解决。
如采用高隔热性能的建筑材料，可以减少内外热传递，降低建筑物能耗。
2.改善通风系统：建筑物内外的热传递问题可以通过改善通风系统来解决。
如采用智能通风系统，可以调整室内外空气流通量，减少内外热传递，降低建筑物能耗。
地面传热地带的划分
地面传热地带的划分地球是一个自然的热能源源泉，热能从地球内部向地表传输，其中的传热地带因其独特的性质而被人们广泛研究和探索。
在不同的地质构造条件、岩石类型和地域环境下，地面传热地带的划分有不同的标准和方法。
首先，按照温度分布的特征，可以将地面传热地带分为两类。
一类是高温传热带，一般指地表或地下温度高于100℃的地区，特别是火山喷发、热液喷泉等地理现象的活跃区域。
这些地区常常是地热资源的重要产区，如我国的黄山等地，地热发电和供热的开发利用十分广泛。
另一类是低温传热带，指地表或地下温度低于100℃的地区。
这些地区的岩石、土壤、地下水等处于相对稳定的状态，但也可能有微弱的地热活动。
这些地区可以为人类的生活提供多种自然资源，如煤、油、天然气等。
其次，根据地质构造特征，可以将地面传热地带划分为构造传热带和非构造传热带。
构造传热带是指地质构造活动特别剧烈的地区，比如火山区、地震地带等。
在这些区域，地表和地下热能流的传递往往与地质构造活动密切相连，特别是地震等地质灾害所产生的摩擦热，也是这些区域热能的来源。
非构造传热带则是指那些地质构造比较稳定的区域，这些区域的地表和地下热能流受到地球内部的热源贡献较大，而不受构造活动的影响。
最后，还可以将地面传热地带按照行政区域划分。
在我国，由于地域巨大，各地地质构造、岩石类型、地表和地下水的性质以及气候环境等因素不同，不同区域的地面传热地带的特征也各不相同。
各省、自治区和特别行政区制定了相关的地热资源分布图和地热资源评价标准，有针对性地进行了地热资源调查和勘探，从而为地热资源的开发和利用提供了有效的依据。
综上所述，地面传热地带是地球内部热能向外传输的重要通道，地球上各个地方的传热地带有其独特的特征和价值，对于人类的生产和生活以及地球科学的研究都具有重要意义。
地面传热系数
地面传热系数什么是地面传热系数？地面传热系数是指在一定时间内，单位面积的地表温度变化量与单位时间内通过该面积的热流量之比。
它反映了地表对于向下传递的热流的阻力程度，是描述地下温度分布规律、计算地源热泵系统性能、预测冻土活动等方面的重要参数。
影响地面传热系数的因素1. 地质条件地质条件是影响地面传热系数最主要的因素之一。
不同类型岩土层、不同含水层厚度、不同含水状态等都会对地面传热系数产生影响。
2. 季节和气候季节和气候也会对地面传热系数产生很大影响。
在夏季，由于土壤含水率较高，导致其导热系数较小；而在冬季，由于土壤含水率较低，导致其导热系数较大。
3. 土壤温度土壤温度也会对地面传热系数产生影响。
当土壤温度升高时，由于土壤中空气被加热，导致其热传导系数降低，从而影响地面传热系数。
4. 土壤含水率土壤含水率也是影响地面传热系数的重要因素之一。
当土壤含水率增加时，由于水的导热系数较小，导致土壤的导热系数降低，从而影响地面传热系数。
5. 地下水位地下水位也会对地面传热系数产生影响。
当地下水位较高时，在土层中存在大量的水分，从而导致其导热系数降低，从而影响地面传热系数。
如何测量地面传热系数？1. 矿物质油法该方法是通过在测试区域内注入一定量的润滑油，并测量油温来计算出地面传热系数。
该方法简单易行、准确度较高，但需要大量润滑油和测试设备。
2. 静态温度法该方法是通过在测试区域内安装温度计，并记录不同时间点的温度变化来计算出地面传热系数。
该方法简单易行、成本较低，但精度较低。
3. 动态温度法该方法是通过在测试区域内安装加热器和温度计，并记录不同时间点的温度变化来计算出地面传热系数。
该方法精度较高，但需要大量测试设备和专业技术。
地面传热系数的应用1. 地源热泵系统设计地面传热系数是设计地源热泵系统的重要参数之一。
在设计过程中，需要根据具体的地质条件、季节气候等因素来确定合适的地面传热系数，以保证系统运行效率和稳定性。
热传递热对流热辐射和热传导的综合现象
热传递热对流热辐射和热传导的综合现象热传递是物体之间传递热量的现象，它可以通过热对流、热辐射和热传导来实现。
这些三种方式是物体内部和物体之间传递热量的主要途径。
本文将介绍热对流、热辐射和热传导的基本概念、机制和应用，并探讨它们在实际问题中的综合现象。
一、热对流热对流是指在流体中，由于温度差异引起的流体的运动，从而实现热量的传递。
具体而言，当物体表面受热时，周围的流体受热后密度减小，由于浮力的作用，热流体会上升，周围较冷的流体会下降，形成对流现象。
在热对流过程中，热量通过流体的运动进行传递，即可以通过流体的对流运动将热量从一个地方传递到另一个地方。
热对流在自然界中普遍存在，例如大气环流、水循环等。
在工程领域中，我们也常常利用热对流来传递热量，例如空调系统中的冷却和加热系统。
二、热辐射热辐射是指物体由于温度差异而发射出的热能，它不需要介质进行传递，可以在真空中传播。
热辐射是由物体表面的分子或原子的振动和旋转引起的，这些振动和旋转产生的能量以电磁波的形式辐射出去。
热辐射具有广泛的应用，例如太阳辐射、光纤通信、电磁波热疗等。
在地球上的热辐射主要是由太阳辐射、地面辐射和大气辐射组成。
太阳辐射经过大气层的吸收、散射和透过后，到达地球表面，地表再通过热辐射的形式将热量释放到大气中。
三、热传导热传导是指物体内部或物体之间通过分子或原子的碰撞传递热量的过程。
热传导的速度取决于物体的导热性能和温度差异。
一般来说，导热性能越好，热传导的速度越快。
热传导在固体、液体和气体中都存在。
固体中的热传导是通过固体内部分子之间的振动和碰撞进行热量传递；液体中的热传导是通过分子之间的扩散和运动进行热量传递；气体中的热传导是通过分子之间的碰撞进行热量传递。
四、热的综合现象在实际问题中，热传递往往是通过热对流、热辐射和热传导的综合作用来实现的。
例如，太阳辐射的热量通过大气层的吸收和散射，一部分通过热辐射传递到地表，再通过地表的热传导和热对流进一步传递到大气中。
环境工程原理热量传递PPT课件
传热速率 W
热阻（传热阻力）
热通量 W/m2
Q (T1 T2 ) T
R
R
q Q T Ar
传热热阻，K/W
温度差
温差 T 为传热的推动力。
单位传热面积的传热热阻 m2·K/W
传导距离越大，传热壁面和导热系数越小，则传热热阻越大
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对流传热
流体中质点发生相对位移而引起的热量传递过程 对流传热仅发生在流体中 对流与热传导的区别： 流体质点的相对位移
对流换热过程是热传导与对流联合作用的结果。
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第三节 对流传热
工程中常见的对流换热过程
流体的热交换
——间壁式换热器的换热过程 热交换器（换热器）
套管式换热器
列管式换热器
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第三节 对流传热
（3）间壁式换热器热量传递过程： （1）热量由热流体传给固体壁面 对流传热 （2）热量由壁面的热侧传到冷侧 导热 （3）热量由壁面的冷侧传到冷流体 对流传热
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第一节 热量传递的方式
在环境工程中，很多过程涉及加热和冷却： ❖对水或污泥进行加热； ❖对管道及反应器进行保温以减少系统的热量散失； ❖在冷却操作中移出热量。
环境工程中涉及的传热过程主要有两种情况： ❖强化传热过程，如各种热交换设备中的传热； ❖削弱传热过程，如对设备和管道的保温，以减少热量损失。
换热器
*列管式换热器
为防止壳体和管束受热膨胀不同导致的应力变形、管 子扭弯或松脱，常采用热补偿的方法，主要有以下几种：
浮头补偿 补偿圈补偿 U形管补偿
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换热器
选择的原则：
⑴ 不清洁易结垢的物料应选管； ⑵ 需要通过增大流速以提高给热系数的流体应选管； ⑶ 腐蚀性流体宜走管程，以免管束和壳体同时受腐蚀； ⑷ 压力高的流体宜选管程，以防止壳体受压； ⑸ 蒸汽走壳程，冷凝液易于排出； ⑹ 被冷却的流体一般走壳程，便于散热； ⑺ 粘度大流量小流体选壳程，壳程Re>100即可达到湍流。
苏教小学科学四上《2.2.热的传递》word教案(5)
（苏教版）四年级科学上册教案第二单元冷和热2. 热的传递科学探究：1.知道在科学探究中问题的解决或结论的得出，要以收集到的事实证据为基础，证据的收集可以有观察、实验等多种方法。
2.知道在科学探究中，要运用理性思维对收集到的证据进行比较、分类、归纳、概括等整理加工，并在此基础上形成种种解释。
3.知道在探究过程的各个环节中，需要探究者之间的相互合作、交流与分享。
科学知识：1.了解热总是从高温物体传向低温物体，直到温度相等时，热传导才停止。
2.了解常用的传热和隔热方法。
情感态度与价值观：1.在学习和解决问题中注重证据。
2.敢于大胆想象。
教学目标：过程与技能1．能够做固体热传递的实验。
2．能够做液体对流的实验。
科学知识1．知道热总是从高温处向低温处传递。
2．知道传导、对流、辐射是热的三种传递方式。
情感态度与价值观1．体会用数据进行论证的重要性。
2．体会到在科学探究的过程中也需要发挥想象力。
学习成果：预计学生能够描述固体传递的实验。
描述液体对流实验。
描述热传递和热传递的三种方式。
教学材料：温度计、热水、钟表、记录纸教学步骤：集中话题导入新课1.同学们，上节课我们观察了热水变凉，很多同学都产生了这样或那样的问题，而几乎每个同学都问到了一个问题，那就是热水的“热”传到哪里去了？你们能从生活中找到答案吗？2.学生通过观察生活，介绍自己周围的一些热传递的现象。
探索和调查实验一：研究“传导”1.那么热在金属片中是怎么样传递的呢？学生猜测。
2.出示图片：（1）用蜡烛在金属片的一角加热，观察涂在金属片上的蜡烛油的融化过程。
（2）在金属片的中央加热，观察蜡烛的融化过程。
3.同学们，你们认为可能发生什么？（分小组讨论）4.那么让我们一起亲自动手试一试。
5.学生动手实验。
6.利用教学光盘播放铜丝上的火柴掉下来的实验巩固热传递的概念。
实验二：研究“对流”1.现在老师为同学们提供了一些实验材料。
请同学们自己来研究一下加热一杯水的过程中，冷水是怎样变热的。
节能建筑计算与仿真-地面传热处理
5.1 地下传热介绍
三维传热问题
5.2 地下传热问题的研究现状
5.2.1 地下传热问题的研究方法 5.2.2 模拟软件中地下传热问题的处理方 法 1） DOE 2 2） EnergyPlus
5.2.1 地下传热问题的研究方法
目前已有地下传热问题的研究方法大体 上来自分为解析法和离散的数值方法两类
有文献介绍，模拟一个地下区域在某种动态边界条件下全年 的热过程，需要几个月时间。
与房间整体耦合时，由于室内地板内表面温度未知，需要进 行迭代计算，计算量更是无法承受。
5.2.1 地下传热问题的研究方法
有限元方法的基础是变分原理和加权余量法，其基本 求解思想是把计算域划分为有限个互不重叠的单元， 在每个单元内，选择一些合适的节点作为求解函数的 插值点，将微分方程中的变量改写成由各变量或其导 数的节点值与所选用的插值函数组成的线性表达式， 借助于变分原理或加权余量法，将微分方程离散求解。 采用不同的权函数和插值函数形式，便构成不同的有 限元方法。有限元方法最早应用于结构力学，后来随 着计算机的发展慢慢用于流体力学的数值模拟。
5.3.2室外地表面的影响
对于室外地面温度的变化，要准确反映年周期、 日周期和半日周期这三个主导频率的周期变化的 影响，但对其余频率的谐波，则要给于适当的考 虑，控制其合成之后的误差。
5.3.2室外地表面的影响
5.3.3 室内底层地面温度波动的影响
首先讨论室内地面温度可能的变化，取DeST 模拟出的某办公建 筑采用间歇空调、间歇采暖、节假日照常空调采暖的算例得到 的全年室温变化，做同样的谐波分析，见图8。由图可见，此 时年周期的振幅最大，其次是日周期和一些更高频的周期，它 没有室外地表温度那样清晰的主成分。
其中数值方法又可分为有限差分法和有 限元法。
小学科学苏教版五年级上册第二单元《热的传递 》知识点整理(2021新版)
五年级科学上册第二单元《热的传递》知识点5.热传导1.冬天天气很冷，我们怎样才能使身体温暖起来呢？用暖手宝焐一焐，身体就暖和起来了。
暖手宝传热让手暖和是固体与固体接触。
对着自己的双手哈一口热气，双手就会暖和起来。
哈气使手暖和是气体与固体接触。
到温泉中泡一泡，身体就会暖和起来。
泡温泉使身体暖和是液体与固体接触。
喝一杯热茶，热茶会让身体暖和起来。
喝热水使身体暖和也是液体与固体接触。
2.热是怎么传递到衣物和板栗上的？用熨斗熨烫衣服，热通过熨斗传递到衣服上。
熨衣服时，加热电熨斗的金属底板，金属底板的热量传递给与其接触的衣服，使衣服变热，变得平整。
利用沙子炒板栗，热通过沙子传到板栗上。
炒板栗时，沙子吸收大量的热量，再把热均匀地传给板栗，板栗很快就被炒熟了。
3.生活中热传导的例子：用电饭锅煮饭，热由电饭锅传给了米饭。
用炒锅炒菜，热由铁锅传给了蔬菜。
热水器，热通过热水器中的镁棒传给了水，使水变得温暖。
北方人冬天用的热炕，热由炕面传给了人。
4.热可以从物体的某一部分传递到另一部分，也可以通过接触，从一个物体传递给另一个物体，这种传热方式叫作热传导。
热传导时，热总是从温度较高处传到温度较低处。
5.解释生活中热传导的现象烙饼。
烙饼时，火的热传递给锅面，饼与锅面接触，热传递给饼，饼受热变熟了。
量体温。
测量体温时，人体将热传给体温计的感温探头，感温探头变热，直到与人体温度相同，热传导就会停止。
此时体温计上显示的温度就是人体的温度。
冷敷或者热敷。
冷敷是皮肤的热传递给布包里的冰块，皮肤的温度降低，达到减慢血液循环的目的；热敷是布包里的热传递给皮肤，皮肤温度变高，以加快血液循环。
吹头发。
使用电吹风吹湿头发时，电吹风产生的热传递给头发，头发温度升高；另外电吹风吹出气体，加速空气流动。
这两个因素共同作用，使头发上的水快速蒸发。
电烙铁作画。
电烙铁通电后被加热，烙铁把热传递给与其接触的木板，接触点的木板受热颜色发生改变，利用这种颜色变化完成作品。
地源热泵竖直地埋管换热器的热平衡问题及解决方案
建筑节能2009年第1期(总第37卷第215期)No.1in 2009(Total No.215，Vol.37)地源热泵竖直地埋管换热器的热平衡问题及解决方案周学文(郑州市热力总公司，郑州450006)摘要：介绍了地埋管地源热泵使用地区的地域差异和由此导致的土壤吸、放热不平衡。
重点讲述了解决这种热失衡的两种方案，即太阳能辅助加热和冷却塔辅助冷却。
这两种混合式地源热泵系统可以分别有效地解决北方地区和南方地区竖直地埋管换热器取、放热不平衡的问题,使地源热泵系统同样可以在冷热负荷差别较大的地区得到高效率运行。
关键词：地源热泵；地埋管换热器；性能系数COP ；能效比EER 中图分类号：TU831文献标志码：A文章编号：1673-7237(2009)01-0064-03Problem s and Solutions for Therm al Balance of Vertical Ground Heat Exchanger inGround Source Heat Pum pZHOU Xue-wen(College of Art and Design,Zhejiang Science and Technology University,Hangzhou 310018,China)Abstract:The difference about the areas where the ground source heat pump be used in was presented,which lead to the thermal im －balance of soil between absorbing and releasing.Two plans to solve the problems were put forward,namely solar energy assistance heating and cooling tower assistance cooling.These two kinds of mixed ground source heat pump systems can solve the problems of ground heat exchang －er's thermal imbalance between absorbing and releasing in northern and southern areas,The ground source heat pump can be used with high efficiency in the areas where there is the bigger difference between heat load and cold load.Key w ords:ground source heat pump;ground heat exchanger;coefficient of performance;energy efficiency ration0引言地源热泵是以大地为热源对建筑进行供热或制冷的技术。
小学五年级科学上册《第五单元热的传导：3热对流和热辐射》听课笔记
听课记录：新2024秋季五年级科学上册《第五单元热的传导：4 制作保温装置》一、教学目标（核心素养）1.科学知识：学生能够理解保温的基本原理，认识到不同材料对热传导的阻碍作用。
2.科学实践：通过动手制作保温装置，学生能够应用所学知识解决实际问题，提升实践能力和创新思维。
3.科学态度：培养学生在科学探究中的耐心、细致和合作精神，以及对环保和节能意识的关注。
二、导入教师行为：•展示一个普通的水杯和一个保温杯，向水杯中倒入热水，让学生观察哪个杯子中的水冷却得更慢。
•提问：“为什么保温杯里的水冷却得更慢呢？它有哪些特别之处？”学生活动：•学生认真观察实验现象，对比两个杯子的差异。
•积极思考并举手回答，提出自己的猜测，如保温杯有双层壁、中间有空气层等。
过程点评：•通过直观的实验对比，有效激发了学生的学习兴趣和探究欲望。
•学生的猜测为后续的学习提供了方向，促进了思维的活跃性。
三、教学过程教师行为：•解释保温的基本原理，即减少热量的对流、传导和辐射损失。
•引导学生分析保温杯的结构特点，理解其保温效果是如何实现的。
•提供材料（如泡沫、布料、铝箔纸等）和工具，指导学生分组设计并制作自己的保温装置。
•巡视指导，鼓励学生发挥创意，同时注意安全使用工具。
学生活动：•认真听讲，理解保温的基本原理和保温杯的构造。
•小组讨论，设计保温装置的制作方案，考虑如何最大化保温效果。
•分工合作，动手制作保温装置，注意材料的选择和组合。
•完成后进行展示，并解释设计思路和保温效果预期。
过程点评：•教师通过理论讲解和实物分析，帮助学生建立了对保温原理的清晰认识。
•学生通过动手制作，不仅加深了对保温原理的理解，还锻炼了实践能力和创新思维。
•小组合作培养了学生的团队协作精神和沟通能力。
四、板书设计板书设计应简洁明了，突出本节课的重点内容：•保温原理：减少热量的对流、传导、辐射损失。
•保温杯特点：双层壁、空气层、反射层等。
•制作步骤：设计→ 准备材料→ 制作→ 展示与解释。
物质的热交换和地面热量平衡
Cm 、Cv 之间的关系： ρ·Cm =Cv
土壤热容量分析：
土壤成分
土壤矿物质 土壤有机质
水 空气
容积热容量（J/（㎝3·℃ ））
1.925 2.708 4.186 0.0013
在土壤的组成物质中，空气的热容量最小，水的热容 量最大，固体成分介于两者之间。
导热率（W/（㎝·℃ ）） 0.0293 0.01997 0.00628 0.0002093
土壤中固体成分的导热率最大，水居中，空气最小。
土壤温度变化的影响因子： 土壤含水量 土壤孔隙度
二、地面温度和热量收支的关系
表征温度变化的几个物理量 较差：指一定周期内，温度最高值与最低值之差。 日较差：一日内最高温度与最低温度之差。 年较差： 一年中最热月平均温度与最冷月平均温度之差。 绝对年较差：年极端最高气温与极端最低气温之差。
现在2～3月。
日、年较差：
均小于陆地：日、年恒温层分别 为15-30m、100-150m
位相： 一年中最高温度和最低温度出现的时间，大
约每深入60ｍ落后一个月。
第四节 空气温度
一、大气中的热量交换方式
交换方式 以平流热交换、对流热交换、乱流热交换、潜热交换为主。 作用
陆地、山地、白天、夏季
二 地面热量收支
地表面昼夜热量收支平衡方程：
R L
E
H
LR E
H
G
G
（白天）
（夜间）
地表面热量收支示意图
白天： R-H-G-LE=0
夜间： -R+H+G+LE=0
地表层昼夜热量收支平衡方程：
R
L
EHQ G′源自LR EH-Q G′
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专题讲座建筑环境设计模拟分析软件DeST第11讲 与地面相邻区域动态传热问题的处理清华大学 谢晓娜☆ 宋芳婷 张晓亮 刘 烨 江 亿摘要 分析了与地面相邻区域传热问题的特点,介绍了国内外目前关于此问题的研究状况和其他模拟软件的处理方法。
分析了地下传热的物理过程,首先对室外地表温度进行谐波分析,据此给出求解室外地表温度动态变化部分作用在地下区域而引起的室内地板表面热流的方法;然后研究了室内地板表面温度变化引起的该表面热流的变化,并提出了等效平板的概念,用以解决室内外的稳态传热及室内温度动态变化时地下区域的蓄热问题。
上述算法应用于建筑模拟软件DeST3.0中。
最后通过一个实例给出了这种计算方法的过程与结果。
关键词 地下区域动态传热 室外地表温度 室内地板表面温度 等效平板 DeSTBuil di n g e n vir o n m e nt d e s i g n si m ul a ti o n s oft w a re DeST (11):tre a t m e nt of d y n a mi c h e a t tr a nsf e r t hr o u g h u n d e r gr o u n d z o n eBy X ie X iaona ★,Song F angting ,Zhang X iaoliang ,Liu Y e and Jiang Y iAbst r a ct A nalyses t he characteristics of t he heat t ransf er t hrough underground zone betwee n building a nd outside.Reviews current literatures a nd limits a nd p roble ms of curre nt simulation sof tware t hereof.A nalyses t he p hysical p rocesses of t he heat t ransf er.Firstly ,dividing t he te mperature of out door ground surf ace int o some sine waves ,discusses how t o get t he indoor floor surf ace heat flow rate caused by t hese sine waves.Secondly ,p rese nts t he variation of t he heat flow of indoor floor surf ace wit h t he surf ace dynamic temp erature ,a nd p rese nts t he concep t of equivale nt slab in order t o solve t he flowing p roble m :steady heat t ra nsf er betwee n indoor and out door ground surf ace ,and t he st orage ability of underground w hen indoor temp erature varies.The above calculation met hod is used in building environme nt simulation sof tware —DeS T3.0.Finally ,p rese nts a case solution and t he result.Keywor ds dyna mic heat t ra nsf er t hrough underground zone ,out door ground surf ace temp erature ,indoor floor surf ace te mperature ,equivale nt slab ,DeS T ★Tsinghua University ,Beijing ,China0 引言建筑物与地面连接有两种情况,如图1所示,图1 建筑与土壤换热过程图1a 为置于地面之上的建筑,从建筑底层地面经过大地与室外地面换热;图1b 为半掩埋式建筑,此时不仅底层地面,包括底层四周墙壁,都通过大地☆谢晓娜,女,1979年8月生,大学,在读博士研究生100084北京清华大学建筑学院建筑技术科学系(010)62789761E 2mail :xxna01@mails.t 收稿日期:20050429修回日期:20050511与室外地面换热。
这两种情况,传热过程不再是第2讲中所讨论的一维传热过程,而是三维过程。
这一通过地下土壤的三维传热对底层房间的热环境有较大影响,因此在很多情况下就不能将其简单地按照一维传热近似处理,尤其是图1b 那类半掩埋式建筑,底层房间的热环境状态主要由地下土壤的传热过程所决定,不仔细分析考虑通过地下的三维导热过程,就会对这类建筑区域给出完全不同的分析结果。
本讲以上述问题为对象,首先介绍国内外目前的研究状况和其他模拟软件的处理方法,然后分析讨论地下传热物理过程的特点,并在此基础上说明了DeST 的具体处理方法,最后给出一个计算实例。
1 地下传热问题的研究现状1.1 地下传热问题的研究方法目前已有地下传热问题的研究方法大体上可分为解析法和离散的数值方法两类,其中数值方法又可分为有限差分法和有限元法。
解析法是直接求解地下区域热平衡方程得到解析解的方法。
解析法在定性研究地下传热问题的影响因素时,具有简单、直观等优点,且容易与房间整体热过程耦合计算,但其要求计算区域几何形状规则(须是长方体),材料物性参数均匀,各种扰量变化规律明显(恒定或按正弦波周期变化),并在处理地上墙体厚度及室内外表面的表面传热系数等影响因素时有局限性,同时实际建筑几何形状一般较复杂,各种扰量(如气温、太阳辐射等)均不是周期性变化,因此采用解析法无法处理实际的地下传热问题,更无法处理多房间建筑中邻室之间通过地下区域的传热问题,有关内容见文献[1～4]。
有限差分法是将空间、时间均离散化,划分成网格,通过数值计算方法来求得各未知数。
这种方法较为直观,理论上可处理任意复杂的地下传热问题。
但有限差分法的收敛性依赖于计算时间步长的取值,时间步长取太大容易发散,但时间步长也不能取太小,否则在对建筑进行全年模拟时计算量会非常大,有文献介绍,模拟一个地下区域在某种动态边界条件下全年的热过程,需要几个月时间[5]。
与房间整体耦合时,由于室内地板内表面温度未知,需要进行迭代计算,计算量更是无法承受。
因此,虽然单独的地下传热问题(室内边界恒定或者按某种假设规律变化)已经得到了比较完善的解决,但将这些研究成果应用到建筑能耗模拟中却比较困难。
1.2 模拟软件中地下传热问题的处理方法1.2.1 DO E 22DO E 22中地下与室外换热量是用稳态传热公式计算得到的,公式如下[6]:Q =U e A (t g -t i )(1)式中 Q 为室内外通过地下区域交换的热量,W ;U e (原文献为U -E F F EC T IV E )为地下围护结构的有效传热系数,W/(m 2・℃);A 为与土层相接触围护的面积,m 2;t g 为地温,℃;t i 为房间室温,℃。
式(1)中U e 并不是地下围护结构的真实传热系数,是为了修正土层的蓄热效果而提出的。
有效传热系数的提出只近似保证了最大传热量没有大的偏差,但在逐时的模拟中无法反映出地下区域对室温影响的延迟作用,从而无法动态模拟全年传热量。
1.2.2 EnergyPlusEnergyPlus 正式发行版本中地下区域传热仍沿用DO E 22中的方法。
Krarti 在文献[7]中提出了地下传热的动态模型,并将其应用于EnergyPlus 的测试版本(Beta version 5.0)。
此模型计算了室外温度中稳态分量和周期为1年的分量经过地下区域传入房间的热量,在处理室内温度作用在地下区域时,通过求解不同频率正弦波作用在地下区域的响应情况,求解地板表面温度作用下的z 传递函数,z 传递函数着重保证其中1天周期分量计算结果的正确性。
计算室内外传热量的基本公式如下:q (τ)=∑nk =0a k tsf(τ-k Δτ)-∑ml =1b lq (τ-lΔτ)-c m t sm -c a t sa sin (ωτ+φ)(2)式中 q (τ)是地板表面热流,W/m 2;a k ,b l 是描述地板表面温度作用的z 传递函数系数;n ,m 分别为系数的个数;t sf 是地板表面温度,℃;t sm 是室外地表温度的平均值,℃;t sa 是室外地表温度1年周期分量的振幅,℃;ω是以1年为周期的角频率,rad/s ;c m 是外温稳态部分对室内地表热流的影响系数(即传热系数),W/(m 2・℃);c a 是单位振幅1年周期部分作用下室内地表热流的振幅,W/(m 2・℃);φ是1年周期部分作用下室内地表热流的相位延迟,rad 。
Krarti提出的这个用于建筑模拟软件的动态地下区域传热模型还存在一些问题:在考虑室外地表温度的影响时,只考虑了稳态部分和1年周期的作用,忽略了其他频率分量的影响,这种简化是否可以保证足够的计算精度尚没有定论。
在考虑室温作用时,片面考虑高频部分影响(主要考虑1天周期),以致没有保证最重要的稳态传热计算的准确性。
从文献[7]图1中可以看出,室内外通过地下区域的稳态传热系数高达3W/ (m2・℃),明显是错误的。
另外,该文献中所用地下区域热过程的模型是二维动态模型,地下区域传热可简化为二维传热问题的前提是处理对象为形状规则的单房间,且一个方向的尺寸必须远大于另一个方向。
对实际建筑物而言,房间大多不符合上述二维简化前提,尤其是房间一般有邻室,这样对其进行二维简化与其实际传热相差比较大。
二维简化计算地下区域热过程能够保证的精度也是需要进一步研究的问题。
在计算速度的考虑上,对建筑物底层每个房间都需要调用ITPE方法进行相关计算,因此计算量比较大,房间加入此地下区域动态传热模型后,程序计算时间是原来的两倍,大大降低了模拟软件本身的计算效率。
2 地下区域动态传热物理过程分析2.1 地下区域动态传热问题的数学模型建筑物地下区域传热问题主要包括三方面:一是室外通过地下对建筑物底层房间热环境的影响;二是底层房间温度变化导致底层房间向地面的热流变化;三是建筑底层房间之间通过地下区域互相之间的影响。
分别如图1中的②①③所示。