第二章 建筑传热的基本原理.doc

1、第二章 建筑传热的基本原理2.1 传热方式传热是指物体内部或者物体与物体之间热能转移的现象。凡是一个物体的各个部分或都物体与物体之间存在着温度差，就必然有热能的仁慈转移现象发生。建筑物内外热流的传递状况是随发热体(热源)的种类、受热体（房屋）部位、及其媒介（介质）围护结构的不同情况而变化的。热流的传递称为传热。根据传热机理的不同，传热的基本方式分为导热、对流和辐射 3 种。1、导热（1）导热的机理导热是指物体内部的热量由一高温物体直接向另一低温物体转移的现象。这种传热现象是两直接接触的物体质点的热运动所引起的热能传递。一般来说，密实的重质材料，导热性能好，而保温性能差；反之，疏散的轻质材料，导

2、热性能差，而保温性能好。材料的导热性能以热导率表示。热导率是指在稳定传热条件下，1m 厚的材料，两侧表面的温差为 l 开(K)或 1 摄氏度()，在 1h 内；通过 1 面积传递的热量，单位为瓦( 米开)W/ （mK），或瓦(米)W (m) 。热导率与材料的组成结构、密度、含水率、温度等因素有关。通常把热导率较低的材料称为保温材料，把热导率在 0.05W(mK)以下的材料称为高效保温材料。普通混凝土的热导率为 175W(mK) ，粘土砖砌体为 081W(mK)，玻璃棉、岩棉和聚苯乙烯的为 0.040.05W/（mK） 。1）杆的导热若一根密实固体的棒，除两端外周围用理想的绝缘材料包裹，其两端的

3、温度分别为 和 ，如图 2-1 所示。如 大于 ，则有热1T21T2量 Q 通过截面 F 以导热方式由 端向 端传递。12依据实验可知：Q = （2-1）l21式中 Q 棒的导热量(W)；F -棒的截面积 ()；， 分别为棒两端的温度(K)；1T2棒长(m)；l导热系数(W(mK)。由上式可知，棒在单位时间内的传热量 Q 与两端温度差( )、截面面积21TF 及棒体材料的导热系数 成正比，而与传热距离即棒长 成反比。l图 2-2 平壁的导热图 2-1 棒的导热2）壁的导热在建筑工程中，通常将固体材料组成的壁体内部的传热也看成导热。如图 2-2 中的壁体，两表面的温度分别为 和 ，若 大于 ，则

4、热流量为：1T21T2q = （2-2）d2式中 Q单位面积、单位时间的热流量 (W)；A壁体材料的导热系数 (W(mK) ；d壁体的厚度(m)。(2) 材料的导热系数及其影响因素从公式(2-1) 可知，材料的导热系数 值的大小直接关系到导热传热量，是一个非常重要的热物理参数。这一参数通常由专门的实验获得，各种不同的材料或物质在一定的条件下都具有确定的导热系数。空气的导热系数最小，在 27状态下仅为 002624W(mK)；而纯银在 0时，导热系数达 410W(mK)，两者相差约 1.56 万倍，可见材料或物质的导热系数值变动范围之大。常用建筑材料的导热系数值已列入本书附录 I 中，未列入的材

5、料或新材料可在其它参考文献中查到或直接通过实验获得。材料或物质的导热系数的大小受多种因素的影响，归纳起来，大致有以下几个主要方面。1) 材质的影响 由于不同材料的组成成分或者结构的不同，其导热性能也就各不相同，甚至相差悬殊，导热系数值就有不同程度的差异，前面所说的空气与纯银就是明显的例子。就常用非金属建筑材料而盲，其导热系数值的差异仍然是明显的，如矿棉、泡沫塑料等材料的 值比较小，而砖砌体、钢筋混凝土等材料的 值就比较大。至于金属建筑材料如钢材、铝合金等的导热系数就更大子。工程上常把 值小于03W(mK)的材料称为绝热材料，作保温、隔热之用，以充分发挥其材料的特性。2） 材料干密度的影响 材料

6、的干密度反映材料密实的程度，材料愈密实干密度愈大，材料内部的孔隙愈少，其导热性能也就愈强。因此，在同一类材料中，干密度是影响其导热性能的重要因素。在建筑材料中，一般来说，干密度大的材料导热系数也大，尤其是像泡沫混凝土、加气混凝土等一类多孔材料，表现得很明显；但是电有某些材料例外，当干密度降低到某一程度后，如再继续降低，其导热系数不仅不随之变小，反而会增大，如图 2-3 所示玻璃棉的导热系数与干密度的关系即是一例。显然，这类材料存在着一个最佳干密度，即在该千密度时，其导热系数最小。在实用中应充分注意这一特点。图 2-3 玻璃棉导热系数与干密度的关系3) 材料含湿量的影响在自然条件下，一般非金属建

7、筑材料常常并非绝对干燥，而是在不同程度上含有水分，表明在材料中水分占据了一定体积的孔隙。含湿量愈大，水分所占有的体积愈多。水的导热性能约比空气高 20 倍，因此，材料含湿量的增大必然使导热系数值增大。图 2-4 表示砖砌体导热系数 与重量湿度 W 的关系。从图中看出：当砖砌体的重量湿度由 0 增至 4时，导热系数由 05W(mK)增至 104W (mK)。可见，影响之大。因此，在工程设计，材料的生产、运输、堆放、保管及施工过程对湿度的影响都必须予以重视。材料的导热系数除上述因素有较大影响之外，使用温度状况和某些材料的方向性也有一定的影响。不过、在一般工程中往往忽略不计。2、对流传热 对流传热是

8、指具有热能的气体或液体在移动过程中进行热交换的传热现象。在采暖房间中，采暖设备周围的空气被加热升温，密度减小上浮，临近较冷空气，密度较大下沉，形成对流传热；在门窗附近，由缝隙进入的冷空气，温度低、密度大，流向下部，热空气上升，又被冷却下沉形成对流换热。对于采暖建筑，当围护结构质量较差时，室外温度越低，则窗与外墙内表面温度也越低，邻近的热空气迅速变冷下沉散失热量，这种房间，只在采暖设备附近及其上部较暖；外围特别是下部则很冷，当围护结构质量较好时其内表面温度较高，室温分布较为均匀，无急剧的对流换热现象产生，保温节能效果较好。图 2-4 表示一固体面与其紧邻的流体对流传热情况。由于固体表面温度 高于

9、流体温度 t，因此有传热现象发生，热流由固体表面传向流体。若仔细观察对派传热过程，可以看出：因受摩擦力的影响，在紧贴固体壁面处有一平行于固体壁面流动的流体薄层，称为层流边界层，其垂直壁面的方向主要传热方式是导热，它的温度分布皇倾斜直线状；而在远离壁面的流体核心部分，体呈紊流状态，因流体的剧烈运动而使温度分布比较均匀，呈一水平线；在层流边界层与体核心部分之间为过渡区，温度分布可近似看作抛物线。由此可知，对流换换热的强弱主要取决于层流边界层内的换热与流体遣动发生的原因、流体运动状况、流体与固体壁面温差、流体的物性、团体壁面的形状、大小位置等因素。对流换热的传热量常用下式计算：= （- t） （2-

10、3 ）cqa其中封流换热强度(W)；cq对流换热系数(W/K)；a图 2-4 对流换热壁面温度() ；t流体主体部分温度( )。值得注意的是：对流换热系数 不是固定不变的常数，而是一个取决于许多因素的物ca理量。结合建筑围护结构实际情况并为简化计算起见，通常只考虑气流状况是自然对流还是迫对流；构件是处于垂直的、水平的或是倾斜的；壁面是有利于气流流动还是不利于流动；换热方向是由下而上或是由上而下等主要影响因素。为此特推荐以下公式。(1) 自然对流换热本来温度相同的流体或与流体紧邻的固体表面，围其中某一部分加热或冷却，温度发生了变化，使流体各部分之间或者流体与紧邻的固体表面产生了温度差，形成了对流

11、运动而传递热能。这种因温差而引起的对流换热称为自然对流换热。其对流换热量仍可按（2-3）式计算，其对流换热系数为：当平壁处于垂直状态时：= 2 (2-4)ca4t-当平壁处于水平状态时：若热流由下而上 = 2.5 (2-c4t5)若热流由上而下 = 1.3 (2-ca4t-6)(2) 受迫对流换热 当流体各部分之间或者流体与紧邻的固体表面之间存在着温度差，但同时流体又受到外部因素如气流、泵等的扰动而产生传热的现金，称为受迫对流换热。目前，绝大多数建筑物是处于大气层内，建筑物与空气紧邻，风成为主要的扰动因素。值得注意的是，由于流体各部分之间或者流体与紧邻固体表面之间存在着温度差，因温差而引起的自

12、然对流换热也就必然存在，也就是说，在受迫对流换热之中必然包含着自然对流换热的因素。这样一来，受迫对流换热主要取决于温差的大小、风速的大小与固体表面的粗糙度。对于中等粗糙度的固体表面，受迫对流换热时的对流换热系数可按下列近似公式计算：对于围护结构外表面= (2560) + 42v (2-7)ca对于围护结构内表面= 25 + 42 v (2-8)c上二式中，v 表示风速(ms) ，常数项反映了自然对流换热的影响，其值取决于温度差的大小。 3、辐射传热(1)热辐射的本质与特点凡是温度高于绝对零度(K) 的物体，由于物体原子中的电子振动或激动，就会从表面向外界空间辐射出电磁波。不同波长的电磁波落到物

13、体上可产生各种不同的效应。人们根据这些不同的效应将电磁波分成许多波段。其中波长在 0.800 m 之间的电磁波称为红外线，照射物体能产生热效应。通常把波长在 0.440 m 范围内的电磁波(包括可见光和红外线的短波部分)称为热辐射，因为它照射到物体上的热效应特别显著。热射线的传播过程叫做热辐射。通过热射线传播热能就称为辐射传热。因此，辐射传热与导热和对流传热有着本质的区别。热辐射的本质决定了辐射传热有如下特点：1) 辐射传热过程中伴随着能量形式的转化，即物体的内能首先转化为电磁能向外界发射，当此电磁能落到另一物体上而被吸收时，电磁能又转化为吸收物体的内能；2) 磁波的传播不需要任何中间介质，也

14、不需要冷、热物体的直接接触。太阳辐射热穿越辽阔的真空空间到达地球表面就是很好的例证；3) 是温度高于绝对零度的一切物体，不论它们的温度高低都在不间断地向外辐射不同波长的电磁波。因此，辐射传热是物体之间互相辐射的结果。当两个物体温度不同时，高温物体辐射给低温物体的能量大于低温物体辐射给高温物体的能量，从而使高温物体的能量传递给了低温物体。(2)辐射能的吸收、反射和透射当能量为 I 的热辐射能投射到一物体的表面时，其中一部分oI 被物体表面吸收，一部分 I ，被物体表面反射，还有一部分rI ，t可能透过物体从另一侧传出去，如图 2-5 所示。根据能量守恒定律：I + I + I = Irto若等式

15、两侧同除以 I 则+ + = 1IroIt令 = ， = ， = ，分别称为物体对辐射热的吸收系数、反射系数及透射系hoIhrIhtoI数，于是： + + =1 hhrht（2-9）各种物体对不同波长的辐射热的吸收、反射及透射性能不同，这不仅取决于材质、材料的分子结构、表面光洁度等因素，对于短波辐射热还与物体表面的颜色有关。图 2-6 表示几种表面对不同波长辐射热的反射性能。凡能将辐射热全部反射的物体( =1)称为绝对hr图 2-5 辐射热的吸收、反射与透射白体，能全部吸收的( =1)称为绝对黑体，能全部透过的( =1)则称为绝对透明体或透热hht体。图 2-6 表面对辐射热的反射系数在自然界

16、中并没有绝对黑体、绝对白体及绝对透明体。在应用科学中，常把吸收系数接近于 1 的物体近似地当成绝对黑体。而在建筑工程中，绝大多数材料都是非透明体，即= 0 故而 + = 1。由此可知，辐射能反射越强的材料，其对辐射能的吸收越少；反之hthr亦然。3）辐射换热的计算在建筑工程中，围护结构表面与其周围其他物体表面之间的辐射换热是一个应当重要研究的问题。由于建筑材料大多可看做灰体，因此，物体表面间的辐射换热量主要取决于各个表面的温度、发射和吸收辐射热的能力以及它们之间的相对位置。设有两个一般位置的灰体表面 1 和 2，如图 2-8 所示。它们之间相互“看得见” 的表面积为 F 和 F , 各自的辐射

17、系数为 和 ，它们各自的温度为 和 ，它们两者之间12C1T2的辐射换热量 或 可用下式计算：1Q12= （2- 12424120FT10a）或 = （2-12Q2141420FTC10b）式中 表面 1 传给表面 2 的净辐射换热量，W；21表面 2 传给表面 1 的净辐射换热量，W；12Q， 分别为两表面的绝对温度，K ；TF ，F 分别为两表面相互“看得见” 的面积，；12或 相当辐射系数，W( )。 C1 4K图 2-8 两灰体表面间辐射换热= = (2-11)12Cb21， ， 表面 1 和 2 及绝对黑体的辐射系数；1C2b表面 1 对表面 2 的平均角系数；表面 2 对表面 1

18、的平均角系数。21平均角系数面 (或 )表示单位时间内，表面 1(或表面 2)投射到表面 2(或表面121)的辐射换热量 2Q(或 )，与表面 1(或表面 2)向外界辐射的总热量 (或 )的比值，即 (或12 1Q2Q12)。 (或 )越大，说明 (或 )发射出去的总辐射热中投射到 (或 )上的越121F2 F多，反之则越少。角系数是一个纯几何关系量，它与物体的辐射性能无关，它的数值取决于两表面的相对位置、大小及形状等几何因素，一般都将常用的平均角系数绘制成图表以供选用。此外，理论证明两辐射表面的平均角系数间存在着“互易定理”，即：= (2-12)12F21在建筑工程中，常见的一种情况是两平行

19、灰体表面面积比二者之间的距离大得多，从而可近似地作为互相平行的无限大平面来计算。设 及 为两个无限大的平行平面，如图 2-9 所示。此时任一个表面发射的辐射热1F2全部都投到另一个表面上，于是它们之间的平均角系数相等并且都等于 1，即= =112单位面积的净辐射换热量 为21q= W/ （2-21q42410TC13）= W/（ ） （2-14） 12b124K式中 相当辐射系数；12C， ， 分别为表面 1、表面 2 及绝对黑体的辐射系数。在工b程中还有另一种情况，就是一个物体被另一个物体完全包围，如图 2-10所示，并且物体 1 无凹角，物体 2 无凸角。在这种情况下，物体 1 发射的辐射

20、热全部投射到物体 2 上，故 = 1；但物体 2 所发射的辐射热则只有一部分投射到物体 1 上，故 1 。两个物体互相投射，由物2体 1 传给物体 2 的净辐射热量 为： 图 2-8 两Q平行无限大灰体表面间的辐射换热= （2-15 ）21Q142410FTC在相互辐射传热的过程中，物体得热为正，失热为负。当达到热平衡时，物体 1 失去的热量等于物体 2 得到的热量。根据这种关系可知：= - 12Q2在这种情况下，相当辐射系数 不仅与两物体的辐射系数有关，C而且与它们的表面积 和 也有关系，其值为1F2= （2-16）12Cb21由上式可知，当 比 大得多时， 可近似地取 值计算。2F112C

21、1在建筑热工学中，还会遇到需要研究某一围护结构表面 与其他相对应的表面(其他1F结构表面、人体表面等)以及室内外空间之间的辐射换热。这类情况可按以下方式计算：= （ ） （2-rq2117）式中 辐射换热量，W；rq 图 2-9 物体 1 被物体 2 完全包围时的辐射换热辐射换热系数，W(K)；r表面 的温度，；11F 与 辐射换热的表面 的温度， 。2 2F按前式所导，可知= （2-r2144120TC1218）式中 辐射换热系数，W(K)。 ；r相当辐射系数，W( )。 ；12C4K 的绝对温度， = 273 + (K)；T1F1T1 的绝对温度， = 273 + (K)；222 对 的平

22、均角系数。112在实际计算中，当考虑一外围护结构的内表面与整个房间其他结构内表面之间辐射换热时，则取 =1，并粗略地以室内气温代表所有对应表面的平均温度( 辐射采暖房间例12外)。当考虑围护结构外表面与室外空间辐射换热时，可将室外空间假想为一平行于围护结构外表面的无限大平面，此时 =1，并以室外气温近似地代表该假想平面的温度。12当需要计算某围护结构与人体之间的辐射换热时，必须先确定它们的平均角系数值，才能进行辐射换热的计算。根据以上分析可以看出，只要物体各部分之间或者物体与物体之间存在着温度差，它们必然发生传热的现象。传热的方式为导热、对流和辐射，它们传热的机理、条件和计算方法都各不相同。随

23、后还会了解，实际工程中的传热并非单一的传热方式，往往是两种甚至 3 种方式的综合作用。为了满足工程设计的要求，计算方法也会在基本原理的基础上作一些相应的变化，从而使计算得以简化而又保证必要的精确度。建筑物的传热通常是以辐射、对流、导热 3 种方式同时进行，综合作用的效果。以屋顶某处传热为例，太阳照射到屋顶某处的辐射热，其中 2030的热量被反射，其余一部分热量以导热的方式经屋顶的材料传向室内，另一部分则由屋顶表面向大气辐射，并以对流换热的方式将热量传递给周围空气，如图 2-11 所示。图 2-11 屋顶传热示意又如室内传热情况，火炉炉体向周围产生辐射传热，以及与室内空气的导热传热；室内空气被加

24、热部分与未加热部分产生对流传热。室内空气温度升高和炉体热辐射作用，使外围结构的温度升高，这种温度较高的室内热量又向温度较低的室外流散，如图 2-11 所示。图 2-11 室内外传热示意2.2 建筑得热与失热的途径冬季采暖房屋的正常温度是依靠采暖设备的供暖和围护结构的保温之间相互配合，以及建筑的得热量与失热量的平衡得以实现。可用下式表示：采暖设备散热+建筑物内部得热+太阳辐射得热= 建筑物总得热非采暖区的房屋建筑，有两类：一类是采暖房屋有采暖设备，总得热同上；第二类，没有采暖设备，总得热为建筑物内部得热加太阳辐射得热两项，一般仍能保持比室外日平均温度高 3-5。对于有室内采暖设备散热的建筑，室内

25、外日平均温差，北京地区可达 20-27，哈尔滨地区可达 28-44C。由于室内外存在温差，且围护结构不能完全绝热和密闭，导致热量从室内向室外散失。建筑的得热和失热的途径及其影响因素是研究建筑采暖和节能的基础。其基本情况如图 2-12 所示。图 2-12 建筑得热与失热因素示意1建筑得热因素 在一般房屋中，热量来源有：1) 统供给的热量。主要有暖气、火炉、火坑等采暖设备提供。2) 阳辐射热供给的热量，阳光斜射，透过玻璃进入室内所提供的热量。普通玻璃透过率高达 8090，北方地区太阳入射角度低达 1330 ，南窗房间得热量甚大。3) 用电器发出的热量。家用电器如电冰箱、电视机、洗衣机、吸尘器及电灯

26、等发出的热量。4) 炊事及烧热水散发的热量。5) 人体散发的热量。一个成人散热量约为 80-120W。2、建筑失热原因素 一般房间建筑中，散失热量的途径有：1) 通过外墙、屋顶和地面产生的热传导损失，以及通过窗户造成的传导和辐射传热损失。2) 由于通风换气和空气渗透产生的热损失。其途径可有门窗开启、门窗缝隙、烟囱、通气孔以及穿墙管缝孔隙等。3) 由于热水排八下水道带走的热量。4) 由于水分蒸发形成水蒸气外排散失的热量。2.3 建筑保温与隔热1.建筑保温(1)建筑保温的含义：建筑保温通常指围护结构在冬季阻止室内向室外传热，从而保持室内适当温度的能力。保温是指冬季的传热过程，通常按稳定传热考虑，同

27、时考虑不稳定传热的一些影响。(2)围护结构的含义：围护结构是指建筑物及其房间各面的围护物，分为透明和不透明两种类型。不透明围护结构有墙、屋面、地板、顶棚等；透明围护结构有窗户、天窗、阳台门、玻璃隔断等。按是否与室外空气直接接触,又可分为外围护结构和内围护结构。与外界直接接触者称为外围护结构，包括外墙、屋面、窗户、阳台门、外门，以及不采暖楼梯间的隔墙和户门等。不需特别指明情况下，围护结构即为外围护结构。(3)保温性能的评价：保温性能通常用传热系数值或传热绝缘系数值来评价。传热系数原称总传热系数，现统称传热系数。传热系数 K 值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温度差为 1 开 (K) 或

28、1 摄氏度( )，1h 内通过 1面积传递的热量，单位是W/(K)，或 W()。热绝缘系数原称总传热阻，现统称为热绝缘系数。热绝缘系数 M 值是传热系数 K 的倒数，即 M= 1K，单位是( K W 或 W)。围护结构的传热系数 K 值越小，或热绝缘系数 M 值越大，则保温性能越好。 单层平壁围护结构的传热系数 K 为K = (2-i119)式中 外表面传热系数W( K) ；o内表面传热系数W( K) ；i围护结构厚度(m)；围护结构材料热导翠W(mK) 。单位时间内通过围护结构传递的热量值为q =KA( ) (2-20)1t2式中 q围护结构传递的热量值(W) ；K围护结构的传热系数 WK

29、，见式(2-19) A围护结构的面积 ()；围护结构内侧的温度( )；it围护结构外侧的温度( )。由式(2-19) 、式 (2-20)可见：1)围护结构材料热导率 越小，外内表面的表面传热系数 、 越小，围护结构厚度oi越大，则围护结构传热系数 K 也越小，单位时间内通过围护结构的热量 q 值就越小，建筑保温效果越好。2)建筑围护结构的传热量 q 与其围护结构的面积 A 成正比，因此，在其他条件相同时，建筑物采暖耗热量随其体形系数 S 的增大而成正比例升高。建筑物的体形系数 S 是指建筑物接触室外大气的表面积 A，与其所包围的体积 Vo 的比值，即 S=A/Vo。其含义为单位建筑体积所分摊到

30、的外表面积。可见，体积小，体形复杂的建筑，以及平房和低层建筑体形系数较大，对节能不利；体积大、体形简单的建筑，以及多层和高层建筑，体形系数较小，对节能较为有利。3)提高建筑的保温性能必须控制围护结构的传热系数 K 或热绝缘系数 Mo。为此，应选择传热系数较小、热绝缘系数较大的围护结构材料。具体做法是，对于外墙和屋面，可采用多孔、轻质，且具有一定强度的加气混凝土单一材料，或由保温材料和结构材料组成的复合材料。对于窗户和阳台门，可采用不同等级的保温性能和气密性的材料。2建筑隔热(1)建筑隔热的含义：建筑隔热通常是指围护结构在夏天隔离太阳辐射热和室外高温的影响，从而使其内表面保持适当温度的能力。隔热

31、针对夏季传热过程，通常以 24h 为周期的周期性传热来考虑。(2)建筑隔热性能的评价：隔热性能通常用夏季室外计算温度条件下，围护结构内表面最高温度值来评价。如果在同一条件下，其内表面最高温度低于或等于 240mm 厚砖墙的内表面最高温度，则认为符合隔热要求。(3)建筑隔热对室内热环境的影响：盛夏，如果屋顶和外墙隔热不良，高温的屋顶和外墙的内表面，将产生大量辐射热，使室内温度升高。若风速小，人体散热困难，人的体温一般则保持在 36.5，这是由于人体脑下丘的体温调节中枢进行复杂而巧妙调节，使体内保持热稳定平衡的结果。外界温度太高，体内热量散发困难，体温增高，人体感到酷热难熬，白血球数量减少，从而导

32、致病患。即使设有空调制冷设备，对于隔热不良的房屋，进入室内的热量过多，将很快抵消空调制出的冷量，室温仍难达到舒适程度。(4)建筑隔热措施：为达到改善室内热环境、降低夏季空调降温能耗的目的，建筑隔热可采取以下措施。1)建筑物屋面和外墙外裘面做成白色或浅白色饰面，以降低表面对太阳辐射热的吸收系数。2)采用架空通风层屋面，以减弱太阳辐射对屋面的影响。3)屋面采用挤压型聚苯板倒置屋面，能长期保持良好的绝热性能，且能保护防水层免于受损。4)外墙采用重质材料与轻型高效保温材料的复合墙体，提高热绝缘系数，以便节约空调降温能耗。5)提高窗户的遮阳性能。如采用活动式遮阳篷、可调式浅色百叶窗帘、可反射阳光的镀膜玻

33、璃等。遮阳性能可由遮阳系数来衡量。遮阳系数是指实际透过窗玻璃的太阳辐射得热与透过3mm 透明玻璃的太阳辐射得热之比。遮阳系数小，说明遮阳性能好。2.4 空气间层的传热在房屋的某些部位上常设置空气间层。空气间层内，导热、对流、辐射 3 种传热方式并存，但主要是空气间层内部的对流换热及间层两侧界面间的辐射换热，如图 2-14 所示。影响空气间层传热的因素主要有如下几个。图 2-14 空气间层的传热1)空气间层的厚度。2)热流的方向。3)空气间层的密闭层区。4)两侧的表面温度。 5)两侧的表面状态。 空气间层的厚度加大，则空气的对流增强，当厚度达到某种程度之后，对流增强与热绝缘系数增大的效果互相抵消

34、。因此，当空气间层厚度达 1 cm 以上时，即便再增加厚度，其热绝缘系数或导热几乎不变。空气间层厚度为 220cm，热绝缘系数变化很小。一般0.5cm 以下的空气间层内，几乎不产生对流，如图 2-15 所示。图 2-15 空气间层厚度 d 与热绝缘系数 的关系agM热流方向对对流影响很大。热流朝上时，它将产生所谓环形细胞状态的空气对流，其传热也最大。在同一条件下，水平空气间层热流朝下时，传热最小；垂直的空气间层则介于两者之间。在施工现场制作的空气间层，密闭程度各不相同，有些空气间层存在缝隙，室内外空气直接侵入，传热量必然会增大。 两侧表面温度对间层传热影响很大，当商表面温差较大时。幸坩强对流且

35、使辐射换热量增大。表面粗糙度对对流换热稍有影响，但在实际应用中可略而不计。然而，材质的表面状态对辐射率的影响却颇大。当使用辐射率小而又光滑的铝箔等材料时，有效辐射常数将变小，辐射换热量也就减少。辐射换热量在空气间层的传热中所占比例较大，采用在内部使用铝箔等反射辐射效果好的材料或者在空气间层的低温侧设绝热材料，均可使空气间层的辐射换热量大幅度地减少。寒冷地区在空气间层的上下端，以软质泡沫塑料或纤维类绝热材料为填塞物作为气密封条，以确保空气间层的绝热效果。温暖地区，空气间层内适当通气，可将室内水蒸气排向室外，从而可以防止因内部结露所造成的基础或柱子等的腐蚀。对空气间层传热影响最大的首先是空气间层的

36、密闭程度；其次便是热流方向；两刚温差；有无绝热材料及其布置位置；以及形成空气间层的材料的性质、辐射率和空气间层的厚度等等。人们常常以为混凝土梁或柱本身的厚度已完全满足绝热要求，或者以施工麻烦为理由并不专门制造绝热的梁或柱，这样一来，热桥部分的热损失就会相当大，为此应该考虑相应的绝热措施，否则，不仅热损失大，而且往往形成内部结露，如图 2-15 所示。图 2-15 混凝土热桥当空气间层内设钢制肋时，由于钢与空气间层、钢与内外装修材料(外装修材料也有用钢板的) 之间的热导率差别很大，则钢肋将成为热桥，而热流势必在热桥处比较集中，使钢制肋局部产生了较大的温差。该温差不仅在钢制肋的宽度上，而且在相距钢

37、制肋约 5cm 的两侧均受到了影响，由此通过测量可确定热桥的热量损失。田 2-16 所示为槽钢热桥。图 2-16 槽钢热桥在混凝土墙体里埋入的锚固螺栓也将成为圆形热桥，其温度分布是以圆形热桥为中心，向外呈同心圆状逐渐升高。对于混凝土结构的房屋，因热桥的存在会产生局部结露，设计时应予以充分注意。 2.5 墙体开口部分的传热前节阐述了对有热桥的壁体，考虑其传热系数的问题。对于房屋来说，还有一个与热桥作用相同的开口部分。关于玻璃窗的传热将在后面章节中详细论述。一般来讲，单层窗的传热系数约为 6w k) ，双层玻璃窗的传热数约为3w（k ） ，只要一般墙壁部分多少进行一些绝热，那么，由窗口传出的热量就

38、会相对增多；从而使墙体的总传热量也增大。例如，有一如图 2-17：所示之墙体，其开口部分的传热系数以 6w/（k）及 3w（k ）考虑。墙壁部分的结构如图2-18 中右侧型所示，现求其平均传热系数。计算的基本公式如下= = （2-21 ）mK*321AK)/(2kmW式中 开口部分以外的墙壁之传热系数；1开口部分以外的墙壁之面积；A开口部分的传热系数；2开口部分的面积；门等开口部分的传热系数；3K门等的面积。因为 =0.36W(mk)(按 型条件取值)1=6W(mk)(厚 3mm 的单层玻璃窗)2=2W(mk) (正厅的大门)3图 2-17 墙壁和开口部分尺寸及其传热系数(7.22.42+5.

39、42)一( +A3)1A2A (1.82.7+1.80.9+0.90.6+1.80.9+0.90.6+1.80.9+0.90.6+0.90.9+1.80.6+0.60.6+0.60.6)2=11.791.80.9=1.623所以，全部墙体的平均传热系数为；mK62.1790.437（一般墙体 （窗的 （门的的传 传热 传热热量） 量） 量） 1.5W/（k）)(48.602.3795.1全 面 积 该值约为一般墙壁部分传热系数之四倍。它表明由窗口部位传出了大量的热，并导致全部传热量都有所增加。如果按照热桥来考虑传热系数的活，该数值就更要增大，即1.55W( k) 。mK将各种计算结果列于表 2

40、-1 中，从表中数值的比较可以看出，开口部位处理得如何，对于不进行绝热的增螅，影响尚小，而对于进行绝热的墙壁却至关重要。表 2-1 各种计算结果外墙的平均传热系数 K一般墙壁 1开口部分（单层 ）62开口部分（双层 ）3K22.85 3.44 2.860.62 1.71 1.120.36 1.50 0.92值得注意的是在型墙壁上装上双层玻璃窗比在 型墙壁上装上单层玻璃宙的总传热量少，平均传热系数也小。也就是说，把一般墙壁部分的绝热标准搞得颇高。但并未同时考虑开口部位的处理，就说明其并没摘清楚为什么要进行绝热。另外；把单层窗装到型或型墙体上，外墙的平均传热系数差别不大。因此，这时即便对墙壁进行商

41、标准的绝热也是没有意义的。2.6 换气损失房屋的内外之间除以辐射、对流、导热三种方式进行的传热及以这三种方式综合进行的传热之外，还存在着由于室内外空气交换而产生的传热，即换气引起的热转移。如图 2-18：图 2-18 换气一般，换气量以换气次数来表示。如设室内空气量(气体容积) 为 B（ ）：换气量为3mV。 （ /h） ，则换气次数 n 可表示如下：3mn （次 / h）BVa但换气次数是不十分严密、准确的，因此，为了方便，通常利用容积比热来进行计算。q=0.3nB( )W 01T（2-22）式中 n换气次数次/h ；( )室内外的温度差21TB室内空气的体积 3m又，如果换气量 /h预先已

42、知，便可选用下式求得耗热量：aVq=0.3 ( )W aV01T（2-23）例如，对图 2-19 所示之房间，求通过其缝隙的换气量。图 2-19 房间示意图如果采用铝窗框，周围缝隙的单位长度换气量按 2.5 /hm 计，缝隙长度以其中大窗3m来考虑，则得 L2.7+2.7+1.8+1.8+1.8+1.812.6m，故通过缝隙的换气量为 2.512.6=31.5/h。3m应当指出，这里不能不考虑到房间内人们所必要的新鲜空气量。按一般情况，每个人约需新鲜空气量为 20 h，假设室内有三个人，那么，必要空气量应为3203=60 /h。显然，缝隙换气量满足不了人们必要的新鲜空气量。3当前采用气密型铝窗

43、框，更易引起新鲜空气的不足。而在钢筋混凝土结构的房屋中，若室内升有火炉，再把必要的换气口堵上，那就有缺氧的危险。当采用钢窗的时候，窗户周围缝隙的单位长度换气量约为 4.5 hm，如果这时窗户3m的尺寸仍与前述的尺寸相同。那么，通过窗户缝隙的换气量应为 4.512.6=56.7 /h。由于缝隙3换气量较大，这时，即便是堵死换气口，也不致于引起缺氧。可是，若从换气所引起的热损失来说，换气量减少，热损失也就相应减少。当室温20，室外温度为 0时，铝窗的热损失为：= 0.3 31.5 (200)=189Walq而钢窗的热损失为：= 0.3 56.7 (200) =340.2Wfe冬季，当住宅内有散热设

44、备时，散热设备将以辐射和对流的方式向室内散热，使房间变得暖和。这时，通过房屋各部位向外的传热情况，如图 2-20 所示。房屋的总热损失应包括四周围护结构的传热热损失和换气热损失。此外，夜间还有由建筑物表面向四周的辐射散热量，不过，这部分热量一般可以忽略不计。当需要考虑夜间的辐射散热损失时，可按建筑热工学中所述之室外综合温度对室外空气温度加以修正。关于房屋传热和换气的总热量可由下式求得，式中只按一面墙考虑传热量，即q= 0.3 V （ ）十KA（ ） W （2-eiteit24）式中未考虑夜间辐射。例如，对图 2-30 之 型墙壁，可求出总传热量。这里对一般墒壁的传热系数取=3W( k)；而对玻

45、璃窗的传热系数 =6W（ K） ；并设室内空气温度为 20；1K2K室外气温为 0，则由 2-24 式便得：q=0.331.5(20-0) +(2.71.8) 6+(42.4-4.86) 3(20-0)=1.056.6W应该指出，在这种情况下，0的冷空气通过壁面进入室内后被加热至 20，与此同时，室内 20的空气必将通过壁面的铝窗框的缝隙等流向室外。不过，后者并不属于本计算的对象。因此，在计算该房间、型外墙的综合传热量时，可把换气热损失部分看成不变。即在计算因换气而产生的失热或得热量时，只要考虑进入室内空气的温度和体积就可以了。此外，一般换气口常设在北墙上，这样，由换气口吹进寒风，会使室内人们感到不适和厌烦，人们也因此常把换气口堵死。对于现代气密性程度高的住宅，为保证室内能有必图 2-20 传热与换气的总热损失要的新鲜空气，进气口有着特别重要的作用。如果能设法不让人们感受到直吹的冷风，这类换气口必将得到广泛的应用。习题与复习思考题1 什么传热？建筑的传热方式有哪些？2 什么叫导热？什么叫热导率？导热系数的影响因素有哪些？3 什么叫辐射传热？什么叫对流传热？各有什么特点？4 建筑的得热和失热途径有哪些？5 什么叫建筑的保温？什么叫建筑的隔热？试举例说明。