建筑物理第三讲_建筑围护结构的传热计算与应用
围护结构的传热原理及计算

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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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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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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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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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22
重点
(3)用多层空气层。
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一一
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五 窗户的传热系数和传热阻
(完整版)建筑物理(热)-1建筑热工基础知识

HOT (lots of vibration)
COLD (not much vibration)
Heat travels along the rod
▲物质的固有属性 :可以在固体、液体、气体中发生; ▲导热的特点 :a 必须有温差;b 物体直接接触;c 依靠分子、原子及自由 电子等微观粒子热运动而传递热量;d 在引力场下单纯的导热只发生在密实 固体中。但建筑材料总是有孔隙的,会产生其它方式的传热,但比例甚微,
1. 建筑热工学基础知识 1.1 建筑中的传热现象
Expample:
65.6℃
38.3℃ 26.7℃
28.9℃
如何用科学的手段去解释、分 析并解决建筑中的传热问题?
28.3℃ 65.6℃
26.7℃
建筑 热工 学
1. 建筑热工学基础知识 1.1 建筑中的传热现象
热量传递的
基本方式?
1. 建筑热工学基础知识 1.1 建筑中的传热现象
▇ 定义 :称过点P的最大温度变化率为温度 梯度,gradt。
gradt t n n
where,n—等温面法线方向的单位矢量
t —温度在法线方向上的导数,亦 n 即法向的温度变化率
注:温度梯度是矢量;正向朝着温度增加的方向
热量的方向?
等温面上没 有温差,不会有 热量传递;不同的 等温面之间,有 温差,有热量传 递。
故在热工计算中,认为在固体建筑材料中发生的是导热过程(有空气间层的 例外)。
1. 建筑热工学基础知识
1.2 围护结构传热基础知识 = J / S
1.2.1 导热
▲ 大平壁导热量计算(稳态)
Φ tA W
哪些因素会影 响Φ的大小?
q Φ t W/m2
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
建筑围护结构的传热ppt

李明. 基于数值模拟的建筑围护结构 传热特性研究[J]. 西安建筑科技大学 学报, 2019, 38(3): 45-51.
王芳. 基于实测数据的建筑围护结构 传热性能评估与优化[J]. 建筑科学, 2020, 36(4): 56-62.
THANKS
感谢观看
将传热区域分解成许多小的离散 单元。
建立离散方程
将传热方程离散化,得到一组线 性或非线性方程。
计算机程序实现
选择合适的编程语言和计 算软件
如Python、MATLAB、ANSYS等。
编写程序代码
根据数值计算方法和传热模型编写程序代码。
进行程序调试和验证
对程序进行多次测试和验证,确保程序的正 确性和精度。
常见材料热传导系数比较
混凝土 > 砖 > 木材 > 玻璃纤维
材料的热对流系数
定义
表示在流体和固体接触的界面上,由于温差引起的热对流传递速率
影响
材料的热对流系数越大,对流传热能力越强,热量传递越快
影响因素
流体的性质、流速、流体与固体接触面的状态等
材料的热辐射系数
定义
表示材料吸收和发射热辐射的能力
影响
未来可以结合微观和宏观的角 度,发展多尺度传热模型,更 准确地预测材料的传热性能。
探索新型材料
随着材料科学的不断发展,未 来可以探索新型材料,改善建 筑围护结构的传热性能。
加强跨学科合作
建筑、材料科学、物理学、工 程热物理等领域的跨学科合作 ,有助于提供更全面的理解和 解决传热问题。
研究建议与改进方向
节能措施
使用高效节能材料
如保温隔热材料、节能玻璃等,提高围护结构的 热工性能。
合理设计保温层
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。
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。
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。
围护结构传热原理与计算

1 单层匀质平壁的导热程方程
由傅立叶导热方程得:
qx
d
dx
e i
d
i
e
d
i
e
d
由稳定传热知:
q i e d
d 定义为热量有平壁内表面传至外表面的过程中所遇到的阻力。
单位为: (m2 K /W )
表示平壁抵抗热流通过的能力。
第一节 稳定传热
平壁内的导热过程 (2)经过多层壁的导热
m1
R j R1 R2 Rm1
j 1
从1层到m-1层的热阻之和
第一节 稳定传热
平壁内部温度的计算e Nhomakorabeate
Re R0
ti
te
e
ti
R0 Re R0
ti
te
第二节 周期性不稳定传热
定义
当外界热作用随时间而变时,围护结构内 部的温度和通过围护结构的热流量亦发生
变化,这种传热过程称为不稳定传热。
谢 谢!
室外气温
评价一个地区气候冷暖程度的直接而简单的指标。
室外气温的变化特征
te t cos( k ) 周期性
1
平壁内的导热过程 (3)通过组合壁的导热(组合壁图)
第一节 稳定传热
平壁的稳定传热过程
1、内表面吸热
qi i ti i
2、平壁材料层导热
q
d1
i e
d2
d3
3、外表面散热
1 2 3
qe e e te
第一节 稳定传热
平壁的稳定传热过程
q
1
ti te d
1
K0 ti te
i
e
当 ti te 1℃ 时,在单位时间内通过
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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
R 0 平壁的传热阻 K0 平壁的传热系数,
19
3.2.4) 封闭空气间层的热阻
静止的空气介质导热性很小,在建筑设计中常 用封闭间层作为围护结构的保温层。
4
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
5
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,
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。
如图
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多种材料组合成的平壁导热
求组合壁的导热量q ,关键是求组合壁的平均热阻R,其 R的计算公式如下:
R
F0
F1 R0.1
F2 R0.2
Fn Ro.n
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
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。
定传热,即热作用和结构内部温度呈周期性变 化。 按热作用的情况,不稳定传热分为:1)单项 周期热作用(如空调房间的隔热设计);2) 双向周期热作用(如自然通风房间夏季隔热设 计)。
9
不稳定传热
周期性不稳定传热作用:即热作用和物体内部温度呈周期性变 化。
(a)单项周期热作用; (b)双向周期热作用
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。
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:qi i ti i
b)平壁材料层的导热
qλ
:q
i
e
/
d1
1
d2
2
d3
3
c)外表面的散热 q e: qe e e te
一维稳定传热过程 q i= qλ =q e
单层匀质平壁的稳定导热方程:
q
i
e
d
热 组 :
R
d
m2
K
/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
15
c)多种材料组成的组合材料层的平壁导热
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。
通过平壁的传热量 q为:
q
1
ti te d
1
K0 ti te
i
e
平壁的传热系数,其物理 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。
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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
K0 ti te
7
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。
8
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
3.3周期性不 稳定传热
2
3.1 建筑围护结构的传热过程
房屋围护结构时刻受到室内外的热作用, 不断有热量通过围护结构传进传出。在 冬季室内温度高于室外,热量有室内传 向室外;在夏季则正好相反,热量由室 外传向室内。
3
3.1.1建筑围护结构热转移方式
热转移方式有三种: 传导(Conduction),是固体内热转移的主要 方式; 对流(Convection),是流体即液体与气体内 热转移的主要方式 辐射(Radiation),是自由空间热转移的主要 方式。
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3.2 稳定传热 3.2Biblioteka 1 一维稳定传热的 特征q
d
i
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
Ri Re
R 平均热阻
F0 -----与热流方向垂直的总传热面积 F1, F2 Fn 按平行于热流方向划分的各个传热面积 R0.1, R0.2 Ro.n 各个传热面部位的传热组
Ri 内表面换热阻,取0.11.
Re 内表面换热阻,取0.04