导图社区 物理与设备 热工
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物理与设备热工
传热的基本知识
传热的基本概念
温度——物体冷热程度的物理量
单位：K或℃
温度场
某一瞬间,物体内所有各点的温度分布
同一时刻由温度相同的各点相连所形成的面
热流密度
单位时间内,通过等温面上单位面积的热量
单位：W/㎡
传热的基本方式
导热(热传导)
直接接触 热能传递
导热系数λ
当材料层厚度为1m,材料层两表面的温差为1K时,在单位时间内通过1㎡截面积的导热量
表征材料导热能力大小的物理量
单位：W/(m・K)
常见材料λ比大小
影响因素：组成结构、密度、含水率、温度不影响：厚度 颜色 体积 品种
固体＞液体＞气体
钢筋混凝土＞混凝土＞空心黏土砖＞加气混凝土、木材
对流
流体(液体、气体)中温度不同的相互混合
辐射
空间传递能量温度高于绝对零度(0K)的物体都能发射辐射能
围护结构的传热过程
湿空气
空气湿度
绝对湿度（f）
与温度无关
每立方米空气中所含水蒸气的质量
单位：g/m³
水蒸气分压力P
湿空气中含有的水蒸气所呈现的压力
温度越高 饱和蒸汽压值越大
单位：Pa
相对湿度
温度越高 相对湿度越小
一定温度、一定大气压力下,湿空气的绝对湿度/同温、同压下的饱和空气绝对湿度fmax的百分比
露点温度
围护结构内表面的温度低于露点温度时,内表面将产生结露
热环境
室外热环境(室外气候)
风
风向：风吹来的方向
中国建筑热工设计分区
5大区 11小区
室内热环境(室内气候)
人体与室内环境的热交换通过：辐射 蒸发 对流没有：导热
评价要素
室内空气温度、空气湿度、室内风速及平均辐射温度
评价方法
单一指标
有效温度
PMV指标
全面反映室内各气候要素对人体热感觉影响的综合评价方法
因素：室内气温、相对湿度、空气速度、平均辐射温度、人体活动强度与衣着
稳定传热
在稳定温度场中所进行的传热过程
一维稳定传热的特点
通过平壁内各点的热流强度处处相等
同一材质的平壁内部各界面温度分布呈直线关系
通过平壁的稳定导热
单一匀质
热流密度=温差/热阻
热阻=厚度/导热系数
多层匀质
陡的是保温材料 缓的不是
多层材料组成的复合墙体 在稳定传热的状态下 流经每层的材料热流相同
通过平壁的稳定传热
传热阻R0
热阻=厚度/导热系数
单位:(㎡・K)/W
围护结构的最小传热阻 应满足供暖设计负荷要求
传热系数K0
当围护结构两侧温差为1K(1℃)时,在单位时间内、通过单位面积的传热量
单位:W/(㎡・K)
封闭空气间层的热阻
对流换热和辐射换热
建筑围护结构的传热原理及计算
周期性不稳定传热
材料的蓄热系数S
当某一均质半无限大物体一侧受到简谐热作用时,迎波面(受到热作用的一侧表面)上接受的热流振幅与该表面温度波动的振幅比
正反比关系
λ：导热系数c：比热容ρ：材料密度T：周期（24h）
对诸波热作用敏感程度的一个特性指标
材料的蓄热系数越大,表面温度波动越小
材料层的热惰性指标D
材料层抵抗温度波动的能力
对温度波衰减的快慢程度的能力
D=R·S
D≥2.5——重质围护结构D<2.5——轻质围护结构
屋顶D=3 外墙D=2.5
围护结构的保温设计
围护结构的保温设计
绝热材料
导热系数λ<0.25W/(m・K) 且 能用于绝热工程的材料
非透光围护结构保温构造方案
常用的构造方案
单设保温层
使用封闭的空气间层或带铝箔的封闭空气间层
保温层与承重层合二为一
复合构造
外保温方案的优点
提高结构耐久性
对热稳定性有利
防止保温层内部产生水蒸气凝结
减少热桥热损失 防止热桥内表面结露
旧房节能改造
增加墙厚度→提高保温效果——不管用！
内保温优点
适合温度变化大的房间
门窗、幕墙、采光顶的保温设计
提高窗框的保温性能
薄壁实腹型材→空心型材
改善玻璃的保温能力
使用多层玻璃窗
传热异常部位的保温设计
热桥的保温
围护结构热桥部位的内表面温度不低于室内空气的露点温度
外围护结构的蒸汽渗透和冷凝
围护结构的蒸汽渗透
素汽渗透强度
单位时间内通过单位截面积的蒸汽量
单位：g/(㎡・h)
防止和控制冷凝的措施
防止和控制内部冷凝
隔汽层的位置
热的一侧
应布置在蒸汽流入的一侧
对采暖房间 应布置在保温层的内侧
对冷库建筑 应布置在隔热层的外侧
夏季结露与防止措施
防止夏季结露的措施
蓄热系数小的材料
多孔吸湿材料作地板
架空层防止结露
空气层防止泛潮
利用构造控制结露
使用管理防潮
建筑节能
居住建筑节能设计标准
《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》
术语
采暖度日数(HDD18)
室外日平均温度低于18℃时 差值乘以1d 累加 采暖度日数
空调度日数(CDD26)
室外日平均温度高于26℃时 差值乘以1d 累加 空调度日数
建筑体形系数(S)
建筑物外表面积/体积不包括：地面、不采暖楼梯间内墙、户门
室内热环境计算参数
冬季采暖室内计算温度取18℃冬季采暖计算换气次数取0.5次/h
建篼与围护结构热工设计
体形系数
窗墙面积比
门窗的气密性
严寒:≥6级寒冷:1~6F≥4级 ≥7F≥6级
外窗(门)洞口部位的保温处理
高效保温材料填堵 不得普通水泥砂浆补缝
侧墙面应作保温处理 避免结露
封闭式阳台的保温
墙板、顶板、地板的传热系数不得大于规定限值的120%
严寒地区阳台窗的传热系数不得大于2.5W/(㎡・K)
寒冷地区阳台窗的传热系数不得大于3.1W/(㎡・K)
阳台外表面的窗墙面积比不得大于60%
《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》
术语
窗的综合遮阳系数(SCw)
考虑窗本身和窗口的建筑外遮阳装置综合遮阳效果的一个系数其值等于窗本身的遮阳系数(SCc) X 窗口的建筑外遮阳系数(SD)
节能设计标准的要求
全年 采暖、空调 降低50%节能目标
室内热环境设计计算指标
冬季采暖
18℃
1.0次/h
夏季空调
26℃
1.0次/h
建筑与围护结构热工设计
体形系数
外窗(门)部位的设计
窗墙面积比
可开启面积
地面面积的5%。
气密性
1~6F:≥4级≥7F:≥6级
凸窗处理
传热系数降低10%
《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》
术语
外窗综合遮阳系数（Sw）
窗遮阳系数（SC） X 窗口建筑外遮阳系数（SD）
节能设计标准的要求
降低50%
室内热环境设计计算指标
夏季空调
26℃
1.0次/h
冬季采暖
16℃
1.0次/h
建筑与建筑热工设计
体形系数
单元式、通廊式 0.35
塔式 0.40
单一朝向窗墙面积比
南、北 0.40
东、西0.30
窗地面积比
主要房间 1/7
小于1/5时 透射比≥0.4
天窗
≤4%屋顶面积
遮阳系数≤0.4
围护结构
外遮阳措施
东、西 必须 SD≤0.8
南、北 应 SD≤0.9
外窗的开口面积
≥房间地面面积的10%或外窗面积的45%
气密性
1~9F:≥4级≥10F:≥6级
公共建筑节能设计标准
一般规定
分类
甲类公共建筑
单栋建面＞300㎡ 或 单栋≤300㎡ 但建筑群建面＞1000㎡
乙类公共建筑
单栋建面≤300㎡
热工设计分区
严寒ABC寒冷AB夏热冬冷AB夏热冬暖AB温和AB
建筑设计
体形系数
300~800㎡ ≤0.5
＞800㎡ ≤0.4
窗墙面积比
严寒甲≤0.6
其他甲≤0.7
屋顶透光面积
≤屋顶总面积20%
可见光透射比
窗墙比＜0.40时 透射比≥0.6
窗墙比≥0.40时 透射比≥0.4
围护结构热工设计
气密性
门窗
外窗
≥10F:≥7级
1~9F：≥6级
外门
≥4级
幕墙
≥3级
全玻幕墙入口大堂
非中空玻璃面积≤同一立面透光面积15%
建筑防热设计
室内过热的原因和防热的途径
防热的途径
因素题
减弱室外热作用
对外围护结构进行隔热和散热处理
围护结构R越大 S越小 隔热性越好
建筑遮阳
合理组织自然通风
利用自然能
围护结构的隔热设计
室外综合温度
因素题
周期性变化
气象参数(室外气温、太阳辐射)外围护结构的朝向外表面材料
非透光围护结构的隔热措施
侧重点：屋顶＞西墙＞东墙＞南墙＞北墙
外墙隔热主要措施
浅色处理
提高围护结构的热惰性指标D值
通风墙、干挂通风幕墙
空气间层 涂刷热反射涂料单面时 设在气温较高一侧
墙体外侧宜采用轻质材料 内侧宜采用重质材料
垂直绿化 淋水被动蒸发墙面
西墙 高蓄热材料与低热传导材料
屋面隔热主要措施
浅色处理
增加热阻、热惰性
通风隔热屋面
蓄水屋面
种植屋面
淋水被动蒸发
老虎窗的通气阁楼坡屋面
建筑遮阳
遮阳系数
综合遮阳系数SCr
建筑遮阳系数（SCs）X 透光围护结构遮阳系数（SCw）
遮阳系数越小,遮阳效果越好遮阳系数越大,遮阳效果越差
遮阳的基本形式
水平式—上方—南向
垂直式—侧方—东北、西北
组合式—前斜方—东南、西南
挡板式—正射—东、西
自然能源利用与防热降温
大阳能降温
夜间通风一对流降温
地冷空调
被动蒸发降温
长波辐射降温
建筑日照
日照的基本原理
赤纬角
太阳光线与赤道面的夹角,用δ表示,单位为度
春、秋分:δ=0°
冬至日:δ=-23°27
夏至日:δ=2327
时角
太阳所在的时圈与通过当地正南方向的时圈(子午圈)构成的夹角称为时角,用符号Ω表示,单位为度
时角每小时变化15°
太阳位置
太阳高度角hs
与纬度、赤纬角、时角 有关与经度无关
太阳光线和地平面的夹角,单位为度
纬度越低 太阳高度角越高 冬季太阳高度角越低
太阳方位角As
太阳光线在地平面上的投影线与地平面正南方向所夹的角,单位为度
正南方向A=0下午A>0上午A<0
棒影图的原理及应用
夏长冬短纬高影长经度无关
应用
确定建筑物阴影区
确定室内日照区
确定建筑物日照时间
确定建筑间距和朝向
确定遮阳尺寸