建筑功能材料 第3章 建筑功能材料设计原理
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F1 F2 ... Fn S S1F1 S 2F2 ... SnFn
F1 F2 ... Fn
Rd
D RS
(3) 材料层表面蓄热系数 Y
Y 与S 的物理意义是相同的，一般两者在数值上也 可视为相等。
对有限厚度的材料层，考虑到与其接触的介质的 热物理性质和散热条件对材料层的影响，引入了材 料层表面的蓄热系数Y。
温度波的衰减倍数：
(3) 从室外到平壁的内部，温度波动的相位逐渐延迟。 总延迟时间： 总延迟相位：
温度波的衰减和延迟是材料的热容量和热阻的共同 作用造成的——壁体的热惰性，取决于材料与构造。
由于热惯性的存在，通过围护结构的传热量和温度的波动 幅度与外扰温度波振幅之间存在衰减和延迟的关系。衰减和 滞后的程度取决于围护结构的蓄热能力。
计算方法：
沿着与热流相反的方向，逐层计算。 外
如某层的厚度较大（D ≥ 1），
Y4,e
则该层：Y = S
（内表面的蓄热计算到此层为止，
以外的其他层不用计算）
内
Y1,e
4. 有限厚度平壁在谐波作用下的传热
对维护结构两侧同时受到周期性的热作用的情况， 可以将综合的过程分解为三个单一的过程：
(1) 室内外平均温度作用下的稳定传热过程； (2) 在室外相对温度作用下的周期性传热过程； (3) 在室内相对温度作用下的周期性传热过程。
物理意义：半无限厚物体在谐波热作用下，表面对热作用 的敏感程度。材料蓄热系数越大，其表面温度波动越小， 密度大的重型材料或结构蓄热性能好、热稳定性好。
(2) 材料层的热惰性指标 D
表征材料层受到波动热作用后，背波面上温度波动剧烈程 度的一个指标，也是说明材料层抵抗温度波动能力的一个特 性指标。
其大小取决于材料层迎波面的抗波能力和波动作用传至背 波面时所受到阻力。
S 2 Y 2, e
Sn Yn, e
e
0
1 15
(40.5
Dwk.baidu.com
arctan
Ye
Ye
e
arctan i
2
i Yif
) 2
室内温度谐波传至平壁内表面时的衰减 和延迟计算
if 0.95 i Yif i
if 1 arctan i
15
Yif i 2
内
外
第2节 建筑保温 概述：
• 我国《民用建筑热工设计规范GB50176-93》按下列条件，将全 国划分成五个建筑热工设计分区：
Q：总传热量（w·h）
q：单位时间单位面积的传热 量（w/㎡）
τ：传热时数（h）
F：围护结构的总面积（ ㎡ ）
建筑物体形系数：建筑物与室外大气接触的外表面 积与其所包围的体积的比值。（外表面积不包括地 面和不采暖楼梯间隔墙和户门的面积）
建筑物体型系数：即单位体积分摊到的面积
根据《民用建筑节能设计标准》中规定，建筑物体型 系数宜控制在0.3及以下。若大于0.3，则外围护结构 应加强保温。
建筑保温隔热材料
第1节 建筑的传热和传湿
三、 平壁的周期性传热
围护结构内部的温度和热流量会随着时间的变化而 变化，是不稳定传热的一种特例。
冬季
相关性不强
24 墙
外
里
与日照强烈相关
1. 谐波热作用 周期性热作用中最简单最基本的是谐波热作用。
它可以表示为：
t
t
360
At cos(
)
Z
初相位Φ ：温度出现最大值时的相位； 周期 Z ： 一般为24小时； 温度波振幅 At ：最高温度与平均温度之差；
• 温和地区：最冷月平均温度0～13 ℃ ，最热月平均温度18℃～ 25℃。日平均气温 ≤5 ℃的天数在0—90天
一、 建筑保温的途径
（1）建筑体型的设计，应减少外围护结构的总面积
Q q F
当温差一定时，总传热量与 面积成正比。因此，减少建 筑物的总面积也就能减少能 耗，既能节省开支又能节约 能源。
如建筑物的高度相同，则其平 面形式为圆形时体型系数最小， 依次为正方形、长方形，以及 其他组合形式。随着体型系数 的增加，单位面积的传热量也 相应加大。
一般来说，体积小，体形复杂的建筑，S大。如平房和低 矮建筑。
体积大，体形简单的建筑。S值小。如多层、高层。
因此，建筑师处理体型与平面设计时，首先应考虑功能 要求，必须正确处理体型，尽量减少表面积以减少热量 的散失。
厚度为 x D Rx S
多层围护结构 D Di Ri Si
D 越大，其离表面 x 处温度波动越小 ---- 热迟钝
D
Ax Aef e 2
x
x
Aef e Aef e z
较长
空气的热性质： 导热差、蓄热差
封闭空气层：S = 0 D = 0
组合材料层： 1F1 2F2 ... nFn
分别求出单一过程的计算结果后再进行叠加，从 而求出完整过程的最终结果。——内表面的温度
围护结构内表面的温度： i i Aif cos( if )
内表面的最高温度： i, max i Aif
室外温度谐波传至平壁内表面时的衰减和延迟计算
0
D
0.9e 2
S1 i
S1 Y 1, e
S 2 Y 1, e Sn Yn 1, e Yn, e e
相对温度Θτ：某时刻实际温度tτ与平均温度之差。
Qτ t t At cos( )
2. 半无限厚平壁在谐波热作用下的传热特征 为简单，先假设仅有室外的热作用， 谐波热作用下平壁传热的特征有：
(1) 室外温度、外壁面温度和内壁面温度都是周期 相同的谐波函数；
(2) 从室外到平壁的内部，温度波动的振幅逐渐衰减。
• 严寒区：最冷月平均温度≤－10℃，日平均气温 ≤5 ℃的天数，在 145天以上的地区；
• 寒冷区：最冷月平均温度 0～－10 ℃ ，日平均气温 ≤5 ℃的天数 在90—145天的地区；
• 夏热冬冷区：最冷月平均温度0～10 ℃ ，最热月平均温度25℃～ 30℃；
• 夏热冬暖区：最冷月平均温度大于10 ℃ ，最热月平均温度25℃～ 29℃；日平均气温 ≥25 ℃的天数在100—200天，夏季防热、冬 季可不保温；
春、秋季
蓄热能力小
冬季
蓄热能力大
3. 谐波作用下，材料和围护结构的热特性指标
(1) 材料蓄热系数 S
定义：把某一匀质半无限大壁体一侧受到谐波热作用时，迎 波面上接受的热流振幅 Aq 与该表面的温度振幅 Af 之比称为 材料的蓄热系数。
S 2 c 0
Z
（空气近于零）
Z 24h, S24 0.51 c 0
F1 F2 ... Fn
Rd
D RS
(3) 材料层表面蓄热系数 Y
Y 与S 的物理意义是相同的，一般两者在数值上也 可视为相等。
对有限厚度的材料层，考虑到与其接触的介质的 热物理性质和散热条件对材料层的影响，引入了材 料层表面的蓄热系数Y。
温度波的衰减倍数：
(3) 从室外到平壁的内部，温度波动的相位逐渐延迟。 总延迟时间： 总延迟相位：
温度波的衰减和延迟是材料的热容量和热阻的共同 作用造成的——壁体的热惰性，取决于材料与构造。
由于热惯性的存在，通过围护结构的传热量和温度的波动 幅度与外扰温度波振幅之间存在衰减和延迟的关系。衰减和 滞后的程度取决于围护结构的蓄热能力。
计算方法：
沿着与热流相反的方向，逐层计算。 外
如某层的厚度较大（D ≥ 1），
Y4,e
则该层：Y = S
（内表面的蓄热计算到此层为止，
以外的其他层不用计算）
内
Y1,e
4. 有限厚度平壁在谐波作用下的传热
对维护结构两侧同时受到周期性的热作用的情况， 可以将综合的过程分解为三个单一的过程：
(1) 室内外平均温度作用下的稳定传热过程； (2) 在室外相对温度作用下的周期性传热过程； (3) 在室内相对温度作用下的周期性传热过程。
物理意义：半无限厚物体在谐波热作用下，表面对热作用 的敏感程度。材料蓄热系数越大，其表面温度波动越小， 密度大的重型材料或结构蓄热性能好、热稳定性好。
(2) 材料层的热惰性指标 D
表征材料层受到波动热作用后，背波面上温度波动剧烈程 度的一个指标，也是说明材料层抵抗温度波动能力的一个特 性指标。
其大小取决于材料层迎波面的抗波能力和波动作用传至背 波面时所受到阻力。
S 2 Y 2, e
Sn Yn, e
e
0
1 15
(40.5
Dwk.baidu.com
arctan
Ye
Ye
e
arctan i
2
i Yif
) 2
室内温度谐波传至平壁内表面时的衰减 和延迟计算
if 0.95 i Yif i
if 1 arctan i
15
Yif i 2
内
外
第2节 建筑保温 概述：
• 我国《民用建筑热工设计规范GB50176-93》按下列条件，将全 国划分成五个建筑热工设计分区：
Q：总传热量（w·h）
q：单位时间单位面积的传热 量（w/㎡）
τ：传热时数（h）
F：围护结构的总面积（ ㎡ ）
建筑物体形系数：建筑物与室外大气接触的外表面 积与其所包围的体积的比值。（外表面积不包括地 面和不采暖楼梯间隔墙和户门的面积）
建筑物体型系数：即单位体积分摊到的面积
根据《民用建筑节能设计标准》中规定，建筑物体型 系数宜控制在0.3及以下。若大于0.3，则外围护结构 应加强保温。
建筑保温隔热材料
第1节 建筑的传热和传湿
三、 平壁的周期性传热
围护结构内部的温度和热流量会随着时间的变化而 变化，是不稳定传热的一种特例。
冬季
相关性不强
24 墙
外
里
与日照强烈相关
1. 谐波热作用 周期性热作用中最简单最基本的是谐波热作用。
它可以表示为：
t
t
360
At cos(
)
Z
初相位Φ ：温度出现最大值时的相位； 周期 Z ： 一般为24小时； 温度波振幅 At ：最高温度与平均温度之差；
• 温和地区：最冷月平均温度0～13 ℃ ，最热月平均温度18℃～ 25℃。日平均气温 ≤5 ℃的天数在0—90天
一、 建筑保温的途径
（1）建筑体型的设计，应减少外围护结构的总面积
Q q F
当温差一定时，总传热量与 面积成正比。因此，减少建 筑物的总面积也就能减少能 耗，既能节省开支又能节约 能源。
如建筑物的高度相同，则其平 面形式为圆形时体型系数最小， 依次为正方形、长方形，以及 其他组合形式。随着体型系数 的增加，单位面积的传热量也 相应加大。
一般来说，体积小，体形复杂的建筑，S大。如平房和低 矮建筑。
体积大，体形简单的建筑。S值小。如多层、高层。
因此，建筑师处理体型与平面设计时，首先应考虑功能 要求，必须正确处理体型，尽量减少表面积以减少热量 的散失。
厚度为 x D Rx S
多层围护结构 D Di Ri Si
D 越大，其离表面 x 处温度波动越小 ---- 热迟钝
D
Ax Aef e 2
x
x
Aef e Aef e z
较长
空气的热性质： 导热差、蓄热差
封闭空气层：S = 0 D = 0
组合材料层： 1F1 2F2 ... nFn
分别求出单一过程的计算结果后再进行叠加，从 而求出完整过程的最终结果。——内表面的温度
围护结构内表面的温度： i i Aif cos( if )
内表面的最高温度： i, max i Aif
室外温度谐波传至平壁内表面时的衰减和延迟计算
0
D
0.9e 2
S1 i
S1 Y 1, e
S 2 Y 1, e Sn Yn 1, e Yn, e e
相对温度Θτ：某时刻实际温度tτ与平均温度之差。
Qτ t t At cos( )
2. 半无限厚平壁在谐波热作用下的传热特征 为简单，先假设仅有室外的热作用， 谐波热作用下平壁传热的特征有：
(1) 室外温度、外壁面温度和内壁面温度都是周期 相同的谐波函数；
(2) 从室外到平壁的内部，温度波动的振幅逐渐衰减。
• 严寒区：最冷月平均温度≤－10℃，日平均气温 ≤5 ℃的天数，在 145天以上的地区；
• 寒冷区：最冷月平均温度 0～－10 ℃ ，日平均气温 ≤5 ℃的天数 在90—145天的地区；
• 夏热冬冷区：最冷月平均温度0～10 ℃ ，最热月平均温度25℃～ 30℃；
• 夏热冬暖区：最冷月平均温度大于10 ℃ ，最热月平均温度25℃～ 29℃；日平均气温 ≥25 ℃的天数在100—200天，夏季防热、冬 季可不保温；
春、秋季
蓄热能力小
冬季
蓄热能力大
3. 谐波作用下，材料和围护结构的热特性指标
(1) 材料蓄热系数 S
定义：把某一匀质半无限大壁体一侧受到谐波热作用时，迎 波面上接受的热流振幅 Aq 与该表面的温度振幅 Af 之比称为 材料的蓄热系数。
S 2 c 0
Z
（空气近于零）
Z 24h, S24 0.51 c 0