建筑物理-精选

一、导热：（传热）
定义：指温度不同的物体直接接触时，靠物质微观 粒子（分子、原子、自由电子等）的热运动引起的 热能转移现象。
导热可在固体、液体、和气体中发生，但只有在密 实的固体中才存在单纯的导热过程。
在建筑热工学中，大量课题涉及非金属固体材料的 导热，有时也涉及空气、水分或金属导热问题。
二、对流：
有肋状突出的顶棚h/s>0.3
7.6
Ri(m2.K/W) 0.11
0.13
外表面换热阻
适用季节 表面特征
要求在课堂内完成.
经过多层平壁导热：
设三层材料组成多层壁 （如图7-3），各材料层之 间紧密配合，各层厚为d1 、 d2 、d3 ，导热系数分别 为1 、 2 、 3 ，平壁内、 外温度为i 、 e （设i > e , 且均不随时间变 化），可用 2 、 3 表示 层间接触面的温度。
将多层壁视为三个单层 壁，分别算出通过每层 壁的热流强度为：
建筑物理-精选
教学安排
建筑物理共64学时。 教材：《建筑物理》，东南大学 柳孝图。 教学内容以教材为主，适当删减或补充，讲课次序不一
定全按教材。 考试内容以讲课和作业为准，请同学适当做好笔记。 考试：闭卷考试。
物理环境概论
建筑热环境 建筑光环境 建筑声环境
建筑声环境
人的听觉特性（频率特性、定位、哈斯效应 等）？
2-3 平壁的稳定传热计算
传热过程：室内、外热环境通过围护结构而进行的热 量交换过程，包含导热、对流及辐射方式的换热，是 一种复杂的换热过程。
稳定传热过程：温度场不随时间而变的传热过程。
如图，设由三层平壁组成的围护 结构，平壁厚度分别为d1 、d2 、 d3 ，导热系数分别为1、2、 3 ，围护结构两侧空气及其它 物体表面温度分别为 ti、te（设 ti >te ），室内通过围护结构向 室外传热的整个过程要经过三个 阶段：
热环境的综合评价
略
第1.2章 建筑热工学基本知识
2-1 传热的基本方式 2-2 围护结构的传热过程 2-3 湿空气的物理性质
温度
T=t+273.16 F=32+9/5t 温度：分子平均平动动能。 绝对温标k，绝对零度，水的三相点，温度计，
超导。
国际单位制SI基本单位
名称 长度 质量 时间 电流 热力学温度 物质的量 发光强度 平面角 立体角
21
地
度的因素：太阳高
地面反射 6
面
吸
度角、大气透明度、 总反射：32
收 50
地理纬度、云量和
被气体分子 与尘埃吸收15
云吸收 3 总吸收：68
海拔高度等。
2. 风 风：就是大气的流动。大气环流是各地气候差异
的原因。 风的种类： 季候风：由大气环流形成的风，在一年内随季节不 同而有规律变换方向。例如：我国气候特点之一就是
如图，辐射热的反射、 吸收与透射。 例：普通窗玻璃 温能力、吸热玻璃
的保
实际传热过程：
例：冬季，室内通过外墙向室外传热是包含 三种基本传热方式的复杂过程。如图所示：
对流 辐射
导热 对流 辐射
温度场：
热量传递的动力是温度差，研究传热时必须知道物 体的温度分布。
对某一物体或某一空间来说，某一瞬时，物体内各 点的温度总计叫温度场。
季风性强。 地方风：由于地面上水陆分布，地势起伏，表面覆 盖等地方性条件不同而引起小范围内的大气环流。 如：水陆风，山谷风，庭院风，巷道风，这些都是由 于局部受热不均而引起的，其特点是日夜交替变向。
风的描述： 风通常是以水平运动为主的空气运动。风的描述 包括风向和风速。 风玫瑰图能直观反映一个地方的风速和风向。如下图。 (a)为某地夏季七月的风向频率分布；(b)为各方位的风速。
单纯的对流换热不存在，总伴随有导热发生。
三、辐射：
定义：辐射指依靠物体表面向外发射热射线（能产生显著 效应的电磁波）来传递能量的现象。
自然界中凡温度高于绝对零度（0K）的物体，都能发射 辐射热，同时，也不断吸收其它物体投射来的辐射热。
特点：辐射换热时有能量转化：热能 --辐射能- 热能 参与换热的物体无须接触。
物体内各点温度不随时间变化，称为稳定温度场； 反之，则为不稳定温度场。
在稳定温度场内发生的热量传递过程为稳定传热过程； 在不稳定温度场内发生的热量传递过程为不稳定传热 过程。
2-2 围护结构的传热过程
一、平壁导热 二、对流换热 三、辐射换热
一、平壁导热：
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
经过单层平壁导热：
设一单层匀质平壁（如图7-2），厚 d 平 壁内、外温度为 θi 、 θe （设 θi > θe , 且均不随时间变化）。
这是一稳定导热问题，实践证明，通过
壁体的热流量Q 满足下面关系式：
Qd(i e)F
单位时间内通过单位面积的热流量，称为热流强度。
qd(i e)i de
各地区建筑物的形式、风格受气候条件的影响。
室外热环境：
构成室外热环境的主要气候因素： 太阳辐射、温度、湿度和风等。
1. 太阳辐射: 太阳辐射是房屋外部的主要热源：
如图：太阳辐射图解 到达地面的太阳辐
射又可分为：直接辐射 和散射辐射。
进入大气上界的 太阳辐射100
因散射而反射 云反射 5
影响太阳辐射强
绝对白体（简称白体wenku.baidu.com：能将外来辐射全部反射的物体； 绝对黑体（简称黑体）：能将外来辐射全部吸收的物体； 绝对透明体（透热体）：能将外来辐射全部透过的物体。
一般，固体和液体都是不透明的，即 h =0
因此 h + h = 1 所以， 凡是善于反射的物体一定不善于吸收（磨光的铝、 镍鉻板、研磨的黄铜 h ＝0.02～0.04〕 ，反之亦然。
建筑内音质的控制？ 噪声控制？ 隔声？
第1.1章 室内热环境 第1.2章 建筑热工学基本知识 第1.3章 建筑保温 第1.4章 建筑防热 第1.5章 建筑日照与遮阳
第1.1章 室内热环境
室内气候对人体的影响主要表现在冷热感。冷热感 取决于人体新陈代谢产生的热量和人体向周围环境散热 量之间的平衡关系，如图。
3. 气温: 气温：指空气的温度。一般气象学上所指气温是距地面 1高.5处m 的空气温度。 影响气温的主要因素：入射到地面上的太阳辐射热量，
地形与地表面的覆盖以及大气环流的热交换作用等。其中， 太阳辐射起决定作用。
气温变化：四季变化 （年变化）、日变化和随 地理纬度的变化。
4. 空气湿度: 空气湿度：表示大气湿润程度。一般用相对湿度表示。 相对湿度的日变化通常与气温的日变化相反：如图11-1 我国各地的相对湿度：
材料 气体
导热系数 W/(m•K) 0.006~0.6
特点 最小
液体
0.07~0.7
次之
金属
2.2~420
最大
非金属
0.3~3.5
常用建材
保温隔热材料
<0.25
矿棉、泡沫塑料、 珍珠岩、蛭石等
作业 :
某钢筋混凝土墙(λ=1.74W/mk)厚20cm,内表面 温度25℃,外表面温度40 ℃,求通过墙体的热流 强度,并图示温度分布.
单位 米 千克 秒 安培 开尔文 摩尔 坎德拉 弧度 球面度
代号 m Kg s A K mol Cd rad r
单位定义
7-1 传热的基本方式
传热的特点：传热发生在有温度差的地方，并且总是 自发地由高温处向低温处传递。
传热有三种基本方式（如图7-1）： 1. 导热 2. 对流 3. 辐射
实际传热过程 温度场
i e
R
（7-3）
说明：
热阻 R d ：在同样温差条件下，热阻越大，通过材料 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。
导热系数 ：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。
影响 的最大因素是：容重和湿度。
不同状态的物质导热系数相差很大
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”。
工程上遇到的一般是流体流过一个固体壁面时发生的热量 交换过程，称为“对流换热”。
j11q(d 1 1d 2 2d jj)
作业
某砖墙(λ=1.1W/mk)厚24cm,外侧保温材料 (λ=0.2W/mk)厚5cm,内侧抹灰(λ=0.8W/mk)厚 度0.5cm。内表面温度25℃,外表面温度-10 ℃, 求通过墙体的热流强度,并图示温度分布.
要求在课堂内完成.
二、对流换热：
层流边界层：由于摩擦力作用，在紧贴固体壁面处有一 平行于固体壁面流动的流体薄层，叫“层流边界层”。
具体情况选用表7-1公式：
三、辐射换热：
1、辐射换热的本质和特点：
本质：物体表面向外辐射出的电磁波在空间传播；电磁 波的波长可从 106m到数公里；不同波长的电磁波落到
物体上可产生各种不同的效应（如图7-5）；
红外线：波长范围 0.8600m； 热射线：波长范围 0.440m ；
热辐射：热射线的传播过程。
特点： （1）辐射换热中伴随有能量形式的转化： 一物体内能电磁波另一物体内能； （2）电磁波可在真空中传播，故辐射换热不需 有任何中间介质，也不需冷热物体直接接触； （3）一切物体，不论温度高低都在不停地对外 辐射电磁波，辐射换热是两物体互相辐射的结果。
高温
低温
2、辐射能的吸收、反射和透射：
对流换热过程：（如图7-4）
倾斜直线
区—层流边界层；
抛物线区—流体核心
部分 ；
水平线区—过度区 。
对流换热计算公式：
qc
ac(t)1t
t
Rc
ac
对流换热系数
对流换热热阻
确定对流换热系数 a c：
对流换热系
数包含了影响对流换热强度的一切因素。建筑热工学中常
遇到的对流换热问题都是指固体壁面与空气间的换热，据
1）内表面吸热：
2）平壁材料层的导热：
3）外表面的散热：
1）内表面吸热：
内表
面吸热是对流换热与辐射换热
的综合过程。
qi qicqir(aicair)(ti i) ai(ti i)
2）平壁材料层的导热：
q
d1
i e
d2 d3
(2)
1 2 3
3）外表面的散热：
外表面的散热是平壁把热量以对流及辐射的方式传给室外
q1
1
d1
(i
2)
q2
2
d2
(2
3)
q3
3
d3
(3
e)
稳定导热条件下有： qq1q2q3
由以上四式解得：
qd1id2e d3
（7-i4）e
R1R2R3
1 2 3
n层多层壁的导热计算公式：
q
1 n1
n
Rj
j1
各层接触面的温度：
2
1
q
d1
1
3
2
q d2
2
1
q(d1
1
d2 )
2
多层壁内第 j层与第 j 层1之间接触面温度：
受海洋气候影响，南方大部分地区相对湿度一年内夏季最大，
秋季最小；华南和东南沿海 一带因春季海洋气团入侵， 且此时温度还不高，形成较 大相对湿度，大约以3-5月 为最大，秋季最小，南方地 区在夏季之交气候潮湿，室 内地面常出现泛潮现象。
5. 降水:
指从地球表面蒸发出去的大量水汽进入 大气层，经凝结后又降到地面上的液态或 固态水分。如：雨、雪、冰、雹等。
qq m q q r q c
q 0 体温恒定； q 0 体温上升； q 0 体温下降。
qm: 人体新陈代谢产热率 qw: 人体蒸发散热率 qr: 人体与环境辐射换热率 qc:人体与环境对流换热率
室内热环境
所谓按正常比例散热，指的是对流换 热约占总散热量的25-30 ，辐射散热约 为45-50 ，呼吸和无感觉蒸发散热约占 25-30 ，处于舒适状况的热平衡，可称 之为“正常热平衡”。
物体对外来射线的反应遵循与可见光相同的规律。
设有能量为I0 的热射线投射到物体表面，则其中 Ir
被反射，Ia 被吸收，It 可能透过物体。（如图7-6）
由能量守恒： IrIaIt Io
或
Ir Ia It 1 Io Io Io
h h h 1
透射系数 吸收系数
反射系数
严格说，物体对不同波长的外来辐射的吸收、反射及透射 的性能不同。
空气及环境。
q e a e (e te )
(3 )
讨论的问题属于一维稳定传热过程，则有
q q i q q e
( 4 )
联立上面四式得
q
ti 1
te d1
K0(ti
te)
ai
ae
若写成热阻形式得
q
ti te R0
内表面换热阻
表面特征
ai
墙面、地面、表面平整或有肋状 8.7 突出的顶棚h/s<0.3