建筑物理建筑围护结构的传热计算与应用

qH.T ti te m i.ki.Fi / A0
i1
A0 --建筑面积。Fi --围护结构的面积。
2、计算单位建筑面积的空气渗透耗热量：
q I N tiF te C p ..N . V /A 0
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3、建筑物耗热量指标计算：
qH qH.T qINFqI.H qH.T --单位建筑面积通过 结围 构护 的传热耗热量 qINF--单位建筑面积的空 透气 耗渗 热量 qI.H --单位建筑面积的建 内筑 部物 得(热 包括炊事、照明 家电和人体散 )，热 住宅建筑3.取 8（0W/m2）
夏季内表面向室内散热。 每一个传热过程都是三种基本传热方式的综合
过程。 表面吸热和表面放热的机理是相同的，称为
“表面换热”
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结构传热
在建筑热工学中，结构传热只对平壁传热作叙 述，平壁不仅包括平直的墙壁、屋顶、地板， 也包括曲率半径较大的墙、穹顶等结构。
本教材的结构传热只讨论一个方向的热流传递， 即一维传热或单向传热。依据室内外温度的特 点，结构传热分为两种方式： 1）稳定传热； 2）不稳定传热。
如图： “1”线：间层空气静止态纯
导热量。 “2”线：间层空气对流换热
量 “3”线：间层空气的总的传
热量。辐射换热量占总换热 量的70%
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减少空气间层传热，提高间层热阻
方法： 1）将空气间层布置在维护结构的冷侧，
降低间层的平均温度，减少辐射换热量。 2）在间层壁面上涂贴辐射系数小的反
建筑物耗热量指标：是指在采暖期室外平均温度条件下， 采暖建筑为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间 内消耗的、需由室内采暖设备供给的热量，单位瓦每平米。
建筑物耗热量指标由通过围护结构的传热耗热量和通过门 窗缝隙的空气渗透、空气调节耗热量三部分组成。
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3.2.1 建筑物耗热量计算
1、计算单位建筑面积通过围护结构的传热耗热量：
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3.1.2 围护结构的传热过程和传热量
传热的3个基本过程及每个过程的主要传热方式 表面感热、构件传热、表面散热
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传热的三个其本过程
表面吸热----冬季内表面从室内吸热，夏季外 表面从室外空间吸热；
结构传热----热量由高温表面传向低温表面 ； 表面放热----冬季外表面向室外空间散发热量，
2）从室外空间到平壁内部，温度波动振幅逐渐减小，即：
室ｆ）外＞温平度壁波内的表振面幅温（度Ａ波e）的＞振平幅壁（外Ａ表iｆ面）温，度这波种的现振象幅叫（做Ａ温e
度波的衰减。 （niu） 传热衰减的程度，即为平壁的总衰减度，用 0
表示 0
Ae A if
3）从室外空间到平壁内部，温度波的相位逐渐向后推延， 即：室外温度波的初相位（ Φe ）＜平壁外表面温度波的初 相位（ Φ eｆ）＜平壁内表面温度波的初相位（ Φiｆ ）。
R 0 .1 , R 0 .2 R o . n 各个传热面部位的传热组
R i 内表面换热阻，取0.11.
R e 内表面换热阻，取0.04
修正系数，查课本表2-1
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3.2.3 平壁的稳定传热过程
a）内表面吸热 q I：qiitii
b）平壁材料层的导热 c）外表面的散热 q e：
S Aq A
材料的蓄热系数（S）反映了材料对波动热作用反应的敏感 程度，在同样波动热作用下，蓄热系数大的材料，表面温度 波动较小，即热稳定性好。
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材料的蓄热系数（S）的计算公式
右式中：z ---热流波动周 期，
以小时计，当 热流波动周期 为24小时，则 得到24小时为 周期的材料蓄 热系数S24。
单层匀质平壁的稳定导热方程：
qi de热组 ：R d m 2K/W
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b)多层平壁的导热
多层平壁： 由几层不同材料组成
的平壁。如双面抹 灰的砖砌墙体。
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多层平壁的导热
多层平壁导热计算公式：
多层平壁的总热阻等于各层热 组的总和
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c)多种材料组成的组合材料层的平壁导热
在实际应用中围护结 构有时是两种或两种 以上的 材料组合而 成的复合结构，如空 心楼板、带肋的填充 墙等。
射材料，目前建筑中采用的主要是铝箔。
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间层壁面加反射材料可提高空气 间层热阻
几种不同表面的垂直空气层 热阻
1.未加反射材料 2.一个表面加反射材料 3.两个表面加反射材料
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3.2.5 平壁内部温度的计算
平壁内部温度的计算包括 三方面：
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
qc 24ZqH/Hc12
qc采暖耗煤量 kg指 m2） 标标 （准煤
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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。
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3.2 稳定传热
3.2.1 一维稳定传热的 特征
qdi e
a）在单位时间、单位面积 上通过平壁的热量即热流强 度q处处相等。就平壁内任 一截面而言，流进流出的热 量相等。
b）同一材质的平壁内部各 界面温度分布呈直线关系。
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一维稳定传热的计算公式
式中： t2 -低温表面温度 t1 -高温表面温度 q -热流密度，w/m2
空气间层的传热：是有限空气层的两个表面之 间的热转移过程，包括对流换热和辐射换热。
空气间层的热阻主要取决于间层两个表面间的 辐射和对流换热的能力；即取决于表面材料的 辐射系数、间层形状、厚度、设置方向（水平 或垂直）及间层所处的环境温度。
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垂直封闭空气间层辐射与对流传热量的比较
“2”线~”3”线：间层空气的 辐射换热量。
• 当建筑物耗热量指标小于《民用建筑节能设计标准》 JCJ26-95所规定值，判断建筑符合建筑围护结构热工设计 性能要求
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3.2.2 建筑采暖耗煤量
•采暖耗煤量是指在采暖期室外平均温度条件下，为保持 室内计算温度，单位建筑面积在一个采暖期内消耗的标准 煤量，单位：kg/m2 •一般用建筑采暖耗煤量指标来衡量建筑物是否达到节能 标准要求，或用来计算比较节能节 2 F2 F1 F2
S1 , S 2 , 组合材料层内各分部材料的蓄热系数；
F1 , F2 , 各分部材料的表面积。
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结构传热的两种方式
稳定传热（恒定的热作 用）：
结构两侧（室内和室 外）有温差，且室内温 度和室外温度不随时间 而改变。
冬季采暖房屋外围护 结构的保温设计，一般 按稳定传热计算。
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结构传热的两种方式
不稳定传热（周期热作用）： 结构两侧有温差，但温差方向的温度不是
恒定而是随时间在变化。 在建筑上遇到的不稳定传热多属周期性不稳
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3.4.1 谐波热作用
在周期性波动的热作用中，最简单最基本的是谐波热作用：
即温度随时间的正弦或余弦函数作规则变化。一般用余弦
函数表示，如下式：
t
t
A t cos
360 z
t 在τ时刻的温度，
t 在一周期内的平均温度 A t 温度波的振幅，即最高温度与平均温度之差 z 温度波的周期，h。对室外温度波，一般以24h为一周期 以某一指定时刻（如从午夜零点）起算的计算时间，h.
第三讲： 第2章：建筑围护结构的传热计
算及应用
Zhang-Xiuxin
1
本讲主要内容：
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
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平壁内部温度的计算
1）求壁体内表面温 度。
i
ti
Ri Ro
ti te
n1
2）计算多层平壁内
R i R j
任一层的内表面温度。 3）求壁体外表面温
n
ti
j1
Ro
ti te
度 计算公式如右式：
e
ti
Ro Re Ro
ti te
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3.2 建筑保温与节能的计算
在寒冷和严寒地区，采暖建筑物耗热量指标是建筑围护结 构热工性能权衡判断的依据，又是评价采暖建筑节能设计 的重要指标。
即单位面积上的热流 量或热流强度。 d -单一实体材料的厚 度。
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3.2.2平壁内的导热过程
a）单层匀质平壁的导热： 计算公式中d/λ定义为热阻，用 R表示 热阻定义：是热量由平壁内表面（θi）传至外
表面（θe）过程中的阻力，表示平壁抵抗热流 通过的能力。热阻越大，通过材料的热量越小 ，围护结构的保温性能越好。
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谐波热作用的传热特征
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单向周期性热作用的外围护结构的内部温 度变化情况
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3.4.3 谐波热作用下材料和围护 结构的热特性指标
在周期性传热过程中，传热量的多少与材料、材料层的蓄热 系数及材料层的热惰性有关。
1）材料的蓄热系数（S）:一匀质半无限大壁体，在其一侧 受到周期性波动热作用，迎波面（即直接受到外界热作用的 一幅侧Aθ表之面比），上叫接材受料的的热蓄流热振系幅数A。q与材料表面温度波动的振
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