13建筑围护结构传热基础知识

13建筑围护结构传热基础知识
大学建筑物理
§1.3建筑围护结构传热基础知识只要有温差，就会有热量的传递。

热量总是从高温物体传至低温物体，或从物体的高温部分传至低温部分，温差是传热的动力。

如：冬天,T室内>T室外，所以，室内夏季，白天，室外夜间，室内热能高温和太阳辐射作用热流室外气温下降热能室外
室内室外
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热量的传递称传热，其方式有辐射、对流和导热三种。

建筑物的传热并非某一种传热方式单独进行，而大多是辐射、对流、导热三种方式综合作用的结果。

自然界中的传热过程无论对么复杂和多种多样，都是这三种方式的不同组合。

首先分别研究这三种方式各自传热机理和规律，再考虑它们的一些典型组合过程。

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1.3.1导热导热是指物体中有温差时，由于直接接触的物质质点作热运动而引起的热能传递过程。

在固体、液体、气体中都存在导热现象。

其各自的导热机理不同。

纯粹的导热现象仅发生在理想的密实固体中。

在热工计算中，可以认为在固体建筑材料中的热传递仅仅是导热过程。

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1)温度场、温度梯度和热流密度
①一般情况下，温度t是空间坐标某、y、z和时间τ的函数,即
t=f(某,y,z,τ)(1-10)
温度场：在某一时刻物体内各点的温度分布。

(1-10)式为温度场的数
学表达式。

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a)t随τ变，不稳定温度场。

b)t不随τ变，稳定温度场，
t=f(某,y,z,)c)一维稳定温度场：温度只沿某一个坐标轴发生变化，
t=f(某)。

d)二维稳定温度场：t=f(某,y)。

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②等温面：温度场中同一时刻有相同温度各点连成的面。

等温面性质：ⅰ.等温面上各点温度相同；ⅱ.温度不同的等温面不相交。

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③温度差△t与沿法线方向两等温面之间距离△n的比值的极限。

叫
做温度梯度。

表示为：ttlimnn0n
(1-11)
④由上，导热不能沿等温面进行，必须穿过等温面，即沿着等温面的
法线方向
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⑤热流密度
单位时间内，通过等温面上单位面积的热量称为热流密度。

dQq(W/m2)dF
(1-12)
由式(1-12)得dQqdF或QqdFF
W
(1-13)
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如果热流密度在面积F上均匀分布，则热流量为：Q=q·F(1-14)
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3)傅立叶定律
傅立叶定律内容：匀质材料内各点的热流密度与温度梯度的大小成正比，即tqnW/m2
(1-15)
λ—表示材料导热能力的系数，称导热系数，恒为正。

负号——热流有方向性。

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4)导热系数由(1-15)式q[W/(mK)]tn
(1-16)
导热系数大，表明材料的导热能力强。

各种物质的导热系数，均由实验确定。

以金属的导热系数最大，非金属和液体次之，气体最小。

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各种材料的λ值大致范围是：气体为0.006~0.6;液体为0.07~0.7;
建筑材料和绝热材料为0.025~3;金属为2.2~420。

导热系数小于0.25的
材料叫保温材料(绝热材料),如石棉制品，泡沫混凝土，不流动的空气等。

空气的导热系数很小，不流动的空气就是一种很好的绝热材料。

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如果材料含有气隙或气孔，λ值降低；含水性大，λ值增大。

导热
系数还与温度有关，实验证明，大多数材料的λ值与温度的关系近似直
线关系，即λ=λ0+bt(1-17)
式中λ0——0℃时的导热系数；b——实验测定的常数。

工程计算中，导热系数常取使用温度范围内的算术平均值，并把它作为常数看待。

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1.3.2对流
定义：对流只发生在流体中，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。

促使流体产生对流的原因：1.本来温度
相同的流体，因其中某一部分受热(或冷却)而产生温度差，形成对流运动，称为“自然对流”。

2.因受外力作用(如风吹、泵压等)迫使流体产生对流，称为“受迫对流”。

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自然对流的程度主要决定于各部分之间的温度差。

温差愈大则对流愈强。

受迫对流取决于外力的大小，外力愈大，则对流愈强。

建筑热工中所
涉及主要是空气沿围护结构表面流动时，与壁面之间所产生的热交换过程。

→表面“对流换热”(空气流动引起的对流、空气分子间和空气分子与壁
面分子之间的导热)。

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当流体沿壁面流动时，一般情况下在壁面附近也就是边界层内，纯在
着层流区、过渡区和紊流区三种流动情况，如图所示。

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为确定表面对流换热量，可利用牛顿公式：
qCC(t)
(1-18)
式中qc——对流换热强度，W/m2;t——流体的温度，℃;αc——对
流换热系数，W/(m2·K);θ——固体表面温度，℃。

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αC值取决于很多因数，是一个复杂的物理量。

为简化起见，在建筑
热工学中，根据空气流动情况(自然对流或受迫对流),结构所在位置(垂直、水平或倾斜),壁面状况(有利或不利空气流动)采用一定的实用经验计算公式。

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1.3.3辐射凡是温度高于绝对零度(0K即-273.15℃)的物体，表面就
会不停地向四周发射电磁波，同时又不断地吸收其他物体投射来的电磁波。

如果这种辐射的波长范围为0.4~40μm,就会有明显的热效应。

这种辐射
与吸收的过程就造成了以辐射形式进行的物体间的能量转移——辐射传热。

辐射传热与导热和对流有本质区别：以电磁波传递热能。