1.2建筑的传热和传湿.ppt.ppt

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1、第第1.2章章 建筑的传热和传湿建筑的传热和传湿本章主要内容：本章主要内容：传热的基本方式及传热机理传热的基本方式及传热机理 稳态传热的特点及特性指标稳态传热的特点及特性指标 稳态传热的计算及应用稳态传热的计算及应用 周期性非稳态传热的特点及热特性指标周期性非稳态传热的特点及热特性指标 基本概念基本概念:导热系数、热阻、辐射系数、黑度、辐射换热系数、导热系数、热阻、辐射系数、黑度、辐射换热系数、对流换热系数、表面换热系数、总传热系数、对流换热系数、表面换热系数、总传热系数、蓄热系数、热惰性指标、表面蓄热系数蓄热系数、热惰性指标、表面蓄热系数1.2.1 传热方式传热方式n传热：传热：热能的传递热

2、能的传递、转移现象。温差是热传递的动力。转移现象。温差是热传递的动力。n传热方式：传热方式：有有导热、对流和辐射导热、对流和辐射三种三种。n稳定传热过程：稳定传热过程：传热过程中各点温度不随时间变化。传热过程中各点温度不随时间变化。n非稳态传热过程：非稳态传热过程：传热过程中各点温度随时间变化。传热过程中各点温度随时间变化。建筑中的综合建筑中的综合热平衡热平衡 为取得建筑中的热平衡，让室内处于稳定的适宜温为取得建筑中的热平衡，让室内处于稳定的适宜温度中，应使度中，应使得热等于失热得热等于失热。墙和屋顶的太墙和屋顶的太阳辐射得热阳辐射得热窗的太阳窗的太阳辐射得热辐射得热人散热人散热灯散热灯散热采

3、暖器散热采暖器散热围护结构散热围护结构散热空气渗透散热空气渗透散热地面传热地面传热蒸发散热蒸发散热一、导一、导 热热n定义：定义：同一物体内部或直接接触的两物体之间由于有同一物体内部或直接接触的两物体之间由于有 温度差时，质点作热运动而引起的热能传递过程。温度差时，质点作热运动而引起的热能传递过程。n导热可在固体、液体和气体中发生，各自的导热机理不同。导热可在固体、液体和气体中发生，各自的导热机理不同。气体：气体：分子作无规则运动时相互碰撞而导热；分子作无规则运动时相互碰撞而导热；液体：液体：通过平衡位置间歇移动着的分子振动引起导热；通过平衡位置间歇移动着的分子振动引起导热；固体：固体：由平衡

4、位置不变的质点振动引起导热；由平衡位置不变的质点振动引起导热；金属：金属：通过自由电子的转移而导热。通过自由电子的转移而导热。n绝大多数的绝大多数的建筑材料建筑材料（密实固体）中的热传递为（密实固体）中的热传递为导热导热过程过程。1.导热的物理机理导热的物理机理 如果平壁两侧表面的温度不如果平壁两侧表面的温度不随时间变化，并且随时间变化，并且ie，那么，那么单位时间内通过面积为单位时间内通过面积为F 的平壁的平壁的导热量的导热量 Q 为，为，单位时间、单位面积平壁的导热单位时间、单位面积平壁的导热量（热流密度）：量（热流密度）：-设计依据设计依据FdQeiieQ:壁体材料导热系数，壁体材料导热

5、系数，W/(mK)d:壁体材料厚度壁体材料厚度dqei2.导热系数的意义及影响因素导热系数的意义及影响因素n导热系数：导热系数：指温度在其法指温度在其法线方向的变化率（温度梯线方向的变化率（温度梯度）为度）为1/m时，在单位时，在单位时间内通过单位面积的导时间内通过单位面积的导热量。热量。n物理意义：物理意义：在稳定传热状在稳定传热状态下当材料厚度为态下当材料厚度为1m两表两表面的温差为面的温差为1时，在一时，在一小时内通过小时内通过1m2截面积的截面积的导热量。导热量。n各种物质的导热系数，均有试验确定。金属的导各种物质的导热系数，均有试验确定。金属的导热系数热系数最大最大，非金属和液体，非

6、金属和液体次之次之，气体，气体最小最小。空气与纯银相差空气与纯银相差 1.56 万倍，空气与水相差万倍，空气与水相差 20 倍。倍。气体气体 0.006 0.6；液体；液体 0.07 0.7；金属金属 2.2 420；建筑材料和绝热材料建筑材料和绝热材料 0.025 3。n导热系数小于导热系数小于0.3 的材料叫的材料叫隔热材料隔热材料(绝热材料绝热材料)，如石棉制品，泡沫混凝土，不流动的空气等。如石棉制品，泡沫混凝土，不流动的空气等。n 导热系数的影响因素：导热系数的影响因素：材质、干密度、湿度、温度材质、干密度、湿度、温度材质影响材质影响干密度影响干密度影响材料的干密度越小，内部空隙越多，

7、材料的干密度越小，内部空隙越多，导热性能越差；但对于一些小密度导热性能越差；但对于一些小密度材料材料(纤维状和发泡材料纤维状和发泡材料)，密度过，密度过低，空隙过大，传热性能强。低，空隙过大，传热性能强。含湿量越大，导热性能越强。含湿量越大，导热性能越强。建材在生产、运输、保管和建材在生产、运输、保管和施工中应防潮。施工中应防潮。含湿量影响含湿量影响温度影响温度影响 热阻热阻 R=d/，是热流通过壁体时遇到的阻力，是热流通过壁体时遇到的阻力，反映了壁体抵抗热流通过的能力。反映了壁体抵抗热流通过的能力。3.热阻热阻Rdqeiei由式，单一材料层壁体热阻单一材料层壁体热阻：多层复合壁体总热阻多层复

8、合壁体总热阻：dR njjnRRRRR121复合壁体内流经各层的热流强度：复合壁体内流经各层的热流强度：njjeieinRRqqq121组合壁体组合壁体的传热较复杂，采用平均热阻的概念。的传热较复杂，采用平均热阻的概念。二、对流二、对流 对流指流体各部分间发生相对运动、相互掺合而对流指流体各部分间发生相对运动、相互掺合而传递热量。传递热量。平平壁壁空空气气边界层边界层层流区层流区过渡区过渡区紊流区紊流区导热导热对流对流湍流区湍流区n 对流换热：对流换热：流体和壁面接触时同时发流体和壁面接触时同时发 生对流和导热的热量传递过程。生对流和导热的热量传递过程。n 表面对流换热的机理：表面对流换热的机

9、理：固体表面温度固体表面温度 高于流体温度高于流体温度 t 发生发生传热传热，对流换热量取决于，对流换热量取决于“边界层边界层”。边界层：边界层：指由壁面到气温恒定区之间的指由壁面到气温恒定区之间的区域，包括区域，包括层流区、过渡区、湍流区。层流区、过渡区、湍流区。层流区以空气层流区以空气导热导热传热，呈斜线分布；传热，呈斜线分布；过渡区和湍流区以空气过渡区和湍流区以空气对流对流传热，呈抛传热，呈抛物线分布。物线分布。n表面对流换热量取决因素：表面对流换热量取决因素：温度差、壁面位置及热流方向温度差、壁面位置及热流方向（垂直向上或向下、（垂直向上或向下、水平）、水平）、气流速度、物体表面状况气

10、流速度、物体表面状况（形状粗糙度）（形状粗糙度）ccqtn对流换热强度的表示式：对流换热强度的表示式：对流换热系数对流换热系数c，表征边界层对流换热的能力。，表征边界层对流换热的能力。c 越大，对流换热能力越强。一般通过实验方法确定。越大，对流换热能力越强。一般通过实验方法确定。自然对流自然对流c 与温差有关，强迫对流与温差有关，强迫对流c与风速有关。与风速有关。(a)自然对流和受迫对流自然对流和受迫对流 n 自然对流：自然对流：由于流体冷热部分的密度不同而引起的流动。由于流体冷热部分的密度不同而引起的流动。空气的自然对流是空气存在空气的自然对流是空气存在温差温差时，低温密度大的空气与高时，低

11、温密度大的空气与高温密度小的空气之间形成压力差（热压），产生自然对流。温密度小的空气之间形成压力差（热压），产生自然对流。立墙立墙 当平壁处于当平壁处于垂直垂直状态时：状态时：当平壁处于当平壁处于水平水平状态时：状态时：若热流由下而上若热流由下而上 若热流由上而下若热流由上而下 .ct42 5暖气，地暖暖气，地暖屋顶屋顶n受迫对流：受迫对流：由于由于外力外力作用（如风吹，泵压）而迫作用（如风吹，泵压）而迫使流体产生对流。外力愈大，对流速度愈大。使流体产生对流。外力愈大，对流速度愈大。对于围护结构对于围护结构外外表面表面 c=(2.56.0)+4.2v 对于围护结构对于围护结构内内表面表面 c=

12、2.5+4.2v 风速风速v，常数项为，常数项为自然对流换热影响自然对流换热影响(b b）对流传热和对流换热）对流传热和对流换热对流传热：对流传热：只发生在流体之间，流体之间发生相对运动只发生在流体之间，流体之间发生相对运动 传递热能。传递热能。对流换热：对流换热：包括流体之间的对流传热，也包括流体与固包括流体之间的对流传热，也包括流体与固 体之间的导热过程。体之间的导热过程。太阳能集热器太阳能集热器三、辐三、辐 射射q 辐射辐射及及热辐射热辐射：辐射辐射指物体通过电磁波来指物体通过电磁波来传递能量的方式。传递能量的方式。热辐射热辐射是是因温度原因发生辐射能的现因温度原因发生辐射能的现象。象。

13、不同波长的电磁波可产生不同的效应。不同波长的电磁波可产生不同的效应。0.8600 m的的红外线红外线具有具有热效应热效应；0.440 m的的热射线热射线，热效应很热效应很显著显著。热射线的传播过程叫做热射线的传播过程叫做热辐射热辐射；热射线传播热能称为；热射线传播热能称为辐射传热辐射传热 热射线短波热射线短波=0.38-4um；长波；长波=4-40um。1.辐射换热的特点辐射换热的特点 伴随着能量形式的转化，伴随着能量形式的转化，内能内能电磁波辐射能电磁波辐射能内能内能；不需要任何中间介质，也无须物体间直接接触；不需要任何中间介质，也无须物体间直接接触；T0K的物体都有热辐射，的物体都有热辐射

14、，温度越高，热辐射愈温度越高，热辐射愈 强烈。强烈。2.物体对入射辐射的反射、吸收和物体对入射辐射的反射、吸收和透射透射 吸收系数吸收系数h、反射系数、反射系数rh和透射系数和透射系数h 满足：满足：不透明的物体不透明的物体h0，则有：则有：hhr 10IrIII绝对黑体：绝对黑体：全部吸收辐全部吸收辐射热射热(h=1)；绝对白体：绝对白体：全部反射辐全部反射辐射热射热(rh=1)；绝对透热体绝对透热体：全部透射：全部透射辐射热辐射热(h=1)；灰体：灰体：介于黑体与白体介于黑体与白体之间的非透明体之间的非透明体。黑体黑体白体白体灰体灰体 不同物体对辐射热的吸收、不同物体对辐射热的吸收、反射和

15、透射能力不同，反射和透射能力不同，影响影响因素有因素有：热辐射波长，表面热辐射波长，表面材料的材质、分子结构、光材料的材质、分子结构、光洁度和颜色洁度和颜色。运动时身体各部分温度的分布运动时身体各部分温度的分布温度与感官视觉温度与感官视觉红外热辐射测温仪红外热辐射测温仪斯蒂芬斯蒂芬波尔兹曼定律波尔兹曼定律 黑体的全辐射本领黑体的全辐射本领 黑体不但能将一切波长的外来辐射完全吸收，也能向外黑体不但能将一切波长的外来辐射完全吸收，也能向外发射一切波长的辐射。在单位表面积、单位时间以发射一切波长的辐射。在单位表面积、单位时间以全波段全波段向半球空间辐射的全部能量，称为黑体的向半球空间辐射的全部能量，

16、称为黑体的全辐射本领全辐射本领 Eb；某一波长的辐射能称为某一波长的辐射能称为单色辐射本领单色辐射本领 E b。则黑体的全辐射本领则黑体的全辐射本领E b(单位单位 W/m2)为，为，4100bbbTCE绝对黑体的辐射系数绝对黑体的辐射系数Cb=5.68W(m2K4)；黑体的绝对温度黑体的绝对温度Tb黑体向外辐射一切波长的辐射能，但不同波长的单色辐射黑体向外辐射一切波长的辐射能，但不同波长的单色辐射能力分布不同，同温度下黑体较其它物体的辐射能力最强。能力分布不同，同温度下黑体较其它物体的辐射能力最强。3.辐射本领、辐射系数和黑度辐射本领、辐射系数和黑度黑体辐射的光谱曲线黑体辐射的光谱曲线特点特点温度越高，温度越高，最大辐射波长最大辐射波长愈短；愈短；太阳相当于太阳相当于6000K的的黑体，最大辐射力波黑体，最大辐射力波长为长为0.5m，而，而1616的常温物体最大辐射的常温物体最大辐射波长约在波长约在10m10m。灰体灰体 灰体的辐射特性与黑体近似，但在同温度下其全辐灰体的辐射特性与黑体近似，但在同温度下其全辐射本领低于黑体。多数建筑材料视为灰体。射本领低于黑体。多数建筑材料视为灰体。