第一篇-建筑热工学.pptx
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1、第一篇建筑热工学主要内容;主要内容;一般工业与民用建筑的热工设计:一般工业与民用建筑的热工设计:建筑建筑保温保温保温保温设计、设计、防潮防潮防潮防潮设计、设计、防热防热防热防热设计、建筑设计、建筑节能节能节能节能设计。设计。基本内容:基本内容:围护结构传热、传湿的基本原理和计算方法。围护结构传热、传湿的基本原理和计算方法。国标和规范:国标和规范:民用建筑设计规范(民用建筑设计规范(GB5017693GB5017693)建筑气候区划标准(建筑气候区划标准(GB5017893GB5017893),),民民用用建建筑筑节节能能设设计计标标准准(采采暖暖居居住住建建筑筑部部 分分)(GBJ2495GB
2、J2495)等。等。第一章建筑热工学基础知识1.1建筑中的热传现象1、围护结构的作用:防热御寒、使室内形成舒适的热环境。2、热量的传递方式:辐射 对流 导热辐射、对流太阳辐射导热辐射对流导热辐射对流辐射对流对流导流辐射室内供暖设备在室内的热交换辐射传热指热量以电磁波的形式把热量由一个物体传向另一个物体把的 现象。对流传热指流体与流体之间、流体 与固体之间发生相对位移时所产生 的热量交换现象。导热指同一物体内部或两物体之间 由于分子热运动,热量由高温处向低温处转换的现象。温室效应n n温室效应是指当热辐射由不同温度物体产生的时候,它的属性产生差异的一种结果。如图所示,高温的太阳发出短波辐射,可以
3、通过大气层和玻璃。在温室或其他建筑物的内部这些热量被物体吸收,然后这些物体回发出再辐射热。因为温室内部的物体处于比太阳低的温度,因此长波辐射热无法穿透玻璃。于是这些再辐射热就会被困在室内并且使得温室内部的温度升高。太阳的短波辐射通过玻璃传送长波辐射被困在玻璃内部300K6000K室内物体吸收并再辐射热能1.2围护结构传热基础知识一、导热在不同的物质中导热的机理的区别:在气体中是通过分子做无规则运动时互相碰撞碰撞而导热;在液体中是通过平衡位置间隙移动着的分子振动分子振动引起的;在固体中除金属外,由平衡位置不变的质质点点振振动动引起的,金属中主要是通过自自由电子的转移而导热。由电子的转移而导热。1
4、、温度场、温度梯度和热流密度温度场、温度梯度和热流密度(1)、温度场一般情况下,温度是空间坐标x、y、z和时间的函数,即:t=f(x、y、z、)某时刻物体内各点的温度分布状况温度场。(2)温度梯度等温面:温度场中同一时刻由温度相同的各点连 成的面叫做等温面。温度梯度:温度差t与沿法线方向两等温面之间的距离n的比值的极限,叫温度梯度。即:ngt等温面示意图n n热流密度热流密度q:单位时间内,通过等温面上单位面积的热量称为热流密度。(W/m2)Q=qF2、傅立叶定律匀质材料物体内各点的热流密度与温度梯度的大小成正比,即:其中 是比例常数材料的导热系数。负号表示热量传递只能沿着温度降低的方向而进行
5、。3 3、导热系数:、导热系数:指当温度梯度为10C/m时,在单位时间内通过单位面积的导热量。即:W/mk导热系数大,表明材料的导热能力强。影响导热系数数值大小的因素:材料的 种类、结构成分、密度、湿度、压力、温度等。种类、结构成分、密度、湿度、压力、温度等。导热系数的大小:金属最大金属最大 =2.2 =2.2420420非金属和液体次之非金属和液体次之 =0.07 =0.070.70.7气体为最小气体为最小 =0.006 =0.0060.60.6隔热材料隔热材料 0.25 0.25。建筑材料和绝热材料建筑材料和绝热材料 =0.025 =0.0253 3导热系数与温度的关系导热系数与温度的关系
6、:其中:其中:0 0为为0 00 0C C时的导热系数;时的导热系数;b b为实验测定的常数。为实验测定的常数。二、二、对对 流流 对流的原因:n n(1)流体有温度差自然对流;n n(2)流体因受外力作用受迫对流。牛顿公式(确定表面对流换热量)牛顿公式(确定表面对流换热量)q qC C=C C(t-t-)q qC C对流换热强度,对流换热强度,W/W/;t t流体的温度,流体的温度,C C0 0;C C对流换热系数,对流换热系数,W/W/K;K;固体表面温度,固体表面温度,C C0 0。1、自然对流表面类型垂直表面水平表面(热流由下而上)水平表面(热流由上而下)2、受迫对流:内表面外表面三、
7、辐射:三、辐射:辐射传热的本质辐射传热的本质:辐辐射射传传热热的的本本质质是是以以电电磁磁波波传传递递热热能能的的。温温度度高高于绝对零度的物体都能发射辐射热。于绝对零度的物体都能发射辐射热。1 1、物体的辐射特性:、物体的辐射特性:1 1)分类)分类 按物体的辐射光谱特性按物体的辐射光谱特性黑体黑体:能发射全波段的热辐射,在相同的温度条件下,能发射全波段的热辐射,在相同的温度条件下,辐射能力最大。辐射能力最大。灰体:灰体:其其辐辐射射光光谱谱具具有有与与黑黑体体辐辐射射光光谱谱相相似似的的形形状状,且且对对应应每每一一波波长长的的单单色色辐辐射射力力,与与同同温温度度同同波波长长的的黑黑体的
8、的比值体的的比值为一常数。为一常数。即:称为发射率或黑度非灰体:只能发射某些波长的辐射线。E123黑体、灰体、非灰体单色辐射的对比1黑体;2灰体;3非灰体其中(2 2)斯蒂芬)斯蒂芬)斯蒂芬)斯蒂芬波尔兹曼定律:波尔兹曼定律:波尔兹曼定律:波尔兹曼定律:黑体和灰体的全辐射能力与其表黑体和灰体的全辐射能力与其表面的绝对温度的四次幂成正比面的绝对温度的四次幂成正比 即:即:其中:其中:CC物体的辐射系数,物体的辐射系数,W/m W/m2 2k k4 4 TT物体表面的绝对温度,物体表面的绝对温度,K K黑体的辐射系数黑体的辐射系数C Cb b=5.68=5.68,灰体的辐射系数,灰体的辐射系数CC
9、比值比值称为发射率或黑度称为发射率或黑度温度不同时,其光谱中的波长特性也不同,温度增加,短波成温度不同时,其光谱中的波长特性也不同,温度增加,短波成分增强。分增强。T T为物体表面的绝对温度,为物体表面的绝对温度,K K。2、物体表面对外来辐射的吸收与反射特性任任何何物物体体不不仅仅具具有有本本身身向向外外辐辐射射的的能能力力,而而且且对对外外来来的的辐辐射射具具有有吸吸收收性性和和反反射射性性,某某些些材材料料还还有有透透射射性。(绝大多数建筑材料对热辐射不透明)。性。(绝大多数建筑材料对热辐射不透明)。(1 1)、)、对不透明表面的反射和吸收:对不透明表面的反射和吸收:投投射射至至不不透透
10、明明材材料料表表面面的的辐辐射射能能,一一部部分分被被吸吸收收,一部分则被反射。一部分则被反射。r+r+=1=1吸收系数吸收系数被吸收辐射能被吸收辐射能I I与入射能与入射能I I之比;之比;反射系数反射系数rr被反射辐射能被反射辐射能I Ir r与入射能与入射能I I之比。之比。(2)、材料对热辐射的吸收和反射性能,只要取决于表面的颜色、材性和光滑平整程度;对于短波辐射颜色起主导作用;对于长波辐射材性起主导作用。(材性是指导电体还是非导体)IIr不透明表面的反射和吸收3、物体之间的辐射换热:(1 1)空空间间任任意意两两个个相相互互分分离离的的物物体体,彼彼此此 间间就就会会产生辐射换热产生
11、辐射换热(2 2)两两表表面面间间的的辐辐射射换换热热量量主主要要取取决决于于表表面面的的温温度度、表面发射和吸收辐射的能力、相互之间的位置。表面发射和吸收辐射的能力、相互之间的位置。Q Q Q Q1 1 1 1,2 2 2 2=r r r r(1 1 1 12 2 2 2)FFFF 或或或或 q q q q1,21,21,21,2=r r r r(1 1 1 12 2 2 2)其中其中r r辐射换热系数,辐射换热系数,W/W/(K K)1与2表面之间的辐射换热1表面2表面1表面吸收外来辐射2表面吸收外来辐射1表面向外辐射2表面向外辐射“1”表面辐射散热”,“2”表面辐射得热表面的辐射换热四、
12、围护结构的传热过程:通过围护结构的传热经过的三个过程:1、表面吸热内表面从室内吸热(冬季),或外表面从室外空间吸热(夏季);2、表面放热外表面向室外空间散发热量(冬季),或内表面向室内散热(夏季)以上两项可以统称为表面换热;3、结构本身传热热量由高温表面传向低温表面。放热te吸热传热tii00Ce围护结构传热过程表面总换热量是对流换热量与辐射换热量之和,即:表面总换热量是对流换热量与辐射换热量之和,即:q=qq=qC C+q+qr r=c c(-t-t)+r r(-t-t)=(c c-r r)()()()(-t-t)=(-t-t)其中:其中:qq表面换热量,表面换热量,W/W/;表面换热系数,
13、表面换热系数,=C C+r r,W/W/KK;壁面温度,壁面温度,0 0C C;tt室内或室外气温,室内或室外气温,0 0C C。1、表面换热(表面吸热和放热的总称)2、结构传热:(1 1)、热流强度:)、热流强度:W/W/式中:式中:材料的导热系数,材料的导热系数,材料的导热系数,材料的导热系数,W/W/(mkmk););););dd/dx/dx温度梯度,温度梯度,温度梯度,温度梯度,k/mk/m。(2 2)分类:)分类:稳定传热:稳定传热:当平壁两侧的温度当平壁两侧的温度i i和和e e不随时间变化时,不随时间变化时,此种传热称为此种传热称为“稳定传热稳定传热”。dx0 xdqxq平壁一维
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- 一篇 建筑 工学
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