热学基础.ppt

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1、绪绪 论论一、建筑物理的研究对象一、建筑物理的研究对象建筑物理建筑物理建筑热工学建筑热工学建筑声学建筑声学建筑光学建筑光学建筑物理是建筑环境科学的基本组成部分建筑物理是建筑环境科学的基本组成部分通过建筑上的规划，有效的防护或利用室通过建筑上的规划，有效的防护或利用室内外热作用，经济、合理地解决房屋的保温、内外热作用，经济、合理地解决房屋的保温、防热、防潮、日照等问题；配备适当的设备调防热、防潮、日照等问题；配备适当的设备调节（采暖、空调），创造和完善装配房屋的建节（采暖、空调），创造和完善装配房屋的建筑构件（采用各种物理性质的新隔热材料、饰筑构件（采用各种物理性质的新隔热材料、饰面材料和结构材

2、料等）。面材料和结构材料等）。建筑热工学：建筑热工学：介绍声学基本原理，论述如何通过建筑介绍声学基本原理，论述如何通过建筑规划中的建筑布局、建筑设计中房间体型和规划中的建筑布局、建筑设计中房间体型和容积的设计、室内装饰设计中的吸声材料和容积的设计、室内装饰设计中的吸声材料和吸声结构的合理布置来处理房间的声学问题，吸声结构的合理布置来处理房间的声学问题，并在不同要求和用途的建筑中有效控制室内并在不同要求和用途的建筑中有效控制室内外噪声以获得最佳音质效果。外噪声以获得最佳音质效果。建筑声学：建筑声学：建筑光学：建筑光学：介绍与建筑有关的光学基本知识、各种介绍与建筑有关的光学基本知识、各种采光口的采

3、光特性、采光设计的方法，人工采光口的采光特性、采光设计的方法，人工照明的光学特性、一般室内工作照明和建筑照明的光学特性、一般室内工作照明和建筑艺术照明的形式和处理原则及方法。艺术照明的形式和处理原则及方法。二、建筑物理的作用和意义二、建筑物理的作用和意义从建筑规划、设计到局部的构造设计从建筑规划、设计到局部的构造设计和室内装饰设计甚至施工管理，自始自终和室内装饰设计甚至施工管理，自始自终都涉及到建筑物理的有关知识和技能。都涉及到建筑物理的有关知识和技能。建筑物理知识对提高建筑设计质量、建筑物理知识对提高建筑设计质量、节约能源方面有重要的意义。节约能源方面有重要的意义。三、学习方法：三、学习方法

4、：、从物理概念上理解热、光、声的物理现象在、从物理概念上理解热、光、声的物理现象在建筑中的传播规律。建筑中的传播规律。、知道物理量的单位、测量（查表、识图）以及、知道物理量的单位、测量（查表、识图）以及计算方法。计算方法。、注意掌握热、光、声的设计原则并联系实际综、注意掌握热、光、声的设计原则并联系实际综合运用合运用、重视有关材料的性能特点和应用范畴。、重视有关材料的性能特点和应用范畴。四、参考书目及测评四、参考书目及测评清华大学出版社：清华大学出版社：建筑热环境建筑热环境建筑声环境建筑声环境 建筑光环境建筑光环境中国建筑工业出版社：中国建筑工业出版社：建筑环境物理学建筑环境物理学建筑物理建筑

5、物理测评：测评：、出勤（）、出勤（）、平时作业（）、平时作业（）、最后课堂测试（）、最后课堂测试（）、小论文（）、小论文（）主要任务主要任务：通过建筑上的规划，有效的防护或通过建筑上的规划，有效的防护或利用室内外热作用，经济、合理地解决房屋的利用室内外热作用，经济、合理地解决房屋的保温、防热、防潮、日照保温、防热、防潮、日照等问题；配备适当的等问题；配备适当的设备调节（采暖、空调）；创造和完善装配房设备调节（采暖、空调）；创造和完善装配房屋的建筑构件以创造良好的室内热环境，提高屋的建筑构件以创造良好的室内热环境，提高围护结构的耐久性。围护结构的耐久性。第一章第一章 建筑热工学基本知识建筑热工学

6、基本知识 第一节第一节 传热的基本方式传热的基本方式传热条件：传热条件：有温差，有温差，热量总是自发地由高温物体热量总是自发地由高温物体 向低温物体传递。向低温物体传递。导热、导热、对流、对流、辐射辐射传热的基本方式：传热的基本方式：一、导热一、导热 指温度不同的物体直接接触时指温度不同的物体直接接触时,靠物质微观粒靠物质微观粒 子子(分子、原子、自由电子等）的热运动而引起的分子、原子、自由电子等）的热运动而引起的热能转移现象。热能转移现象。导热传播途径：导热传播途径：固体、液体和气体中发生。固体、液体和气体中发生。只有在密实的固体中才存只有在密实的固体中才存在单纯的导热过程，若是有孔在单纯的

7、导热过程，若是有孔隙的固体还会有对流和辐射换隙的固体还会有对流和辐射换热现象。热现象。Qd二二、对流、对流 依靠物体的宏观相对位移，把热量由一处传递依靠物体的宏观相对位移，把热量由一处传递到到 一处的现象。一处的现象。特点：单纯的对流换热过程单纯的对流换热过程是不存在的，对流的同时总是不存在的，对流的同时总伴随着导热。伴随着导热。Qt三、三、辐射辐射 指依靠物体表面向外发射热射线（能产生显著指依靠物体表面向外发射热射线（能产生显著热效应的电磁波）来传递能量的现象。热效应的电磁波）来传递能量的现象。特点：特点：只要物体温度高于绝对零度，其表面只要物体温度高于绝对零度，其表面都在不停地向四周发射辐

8、射热，同时不断吸都在不停地向四周发射辐射热，同时不断吸收其它物体投射来的辐射热收其它物体投射来的辐射热。且参与换热的且参与换热的两物体不需直接接触。两物体不需直接接触。热能热能 辐射能辐射能 热能热能F1F2Q1-21.实际的传热过程，往往同时存在两种或三种上实际的传热过程，往往同时存在两种或三种上述基本的传热形式。述基本的传热形式。如如：辐射换热辐射换热外外内内导热导热对流换热对流换热辐射换热辐射换热对对流流换换热热2.传热的必要条件：温度场传热的必要条件：温度场XZY0=（t）不稳定温度场不稳定温度场=恒量恒量稳定温度场稳定温度场=(x,y,z,t)第二节第二节 围护结构传热基础知识围护结

9、构传热基础知识一、一、平壁导热平壁导热且假定且假定不随时间变化不随时间变化d（一）经过单层平壁导热（一）经过单层平壁导热实践证明：实践证明：1、传热量、传热量Q总导热量，单位千焦耳（总导热量，单位千焦耳（KJ），），定义从高温定义从高温 到低温为正，反之为负到低温为正，反之为负导热系数瓦米导热系数瓦米.开尔文（开尔文（W/mK）平壁内表面的温度平壁内表面的温度平壁外表面外的温度平壁外表面外的温度 平壁的厚度平壁的厚度 m垂直于热流方向的平壁的表面积垂直于热流方向的平壁的表面积 m2导热进行的时间小时导热进行的时间小时 hd2.热流强度热流强度 3.热阻热阻R热流通过平壁时遇到的阻力。热流通过平

10、壁时遇到的阻力。单位时间内通过单位面积的热流量单位时间内通过单位面积的热流量单位：单位：W/m2或：或：在相同的温差条件下，热阻越大，通过材在相同的温差条件下，热阻越大，通过材料层的热量越少料层的热量越少 要增加热阻，可增加厚度或选用要增加热阻，可增加厚度或选用导热系数小的材料导热系数小的材料4、导热系数、导热系数 材料导热系数是说明稳定导热条件下材料材料导热系数是说明稳定导热条件下材料导热特性的指标。导热特性的指标。物理含义：物理含义：当材料层当材料层单位厚度单位厚度内的温差为内的温差为1时，在时，在1小时内小时内通过通过1m2表面积的表面积的热量热量 气体的导热系数最小，因而静止不动的空气

11、有气体的导热系数最小，因而静止不动的空气有良好的保温性能，液体的导热系数次之，金属的导良好的保温性能，液体的导热系数次之，金属的导热系数最大。热系数最大。工程上常把值工程上常把值小于小于0.3W/(m.k)的材料作为保温隔的材料作为保温隔热材料，如矿棉、泡沫塑料、珍珠岩、蛭石等。热材料，如矿棉、泡沫塑料、珍珠岩、蛭石等。绝大多数建筑材料的导热系数介于绝大多数建筑材料的导热系数介于0.33.5W/(mK)影响导热系数的因素主要是容重和湿度影响导热系数的因素主要是容重和湿度二、经过多层平壁的导热二、经过多层平壁的导热 凡是由几层不同材料组成的平壁称为凡是由几层不同材料组成的平壁称为“多层多层壁壁”

12、，例如双面粉刷的砖砌体。，例如双面粉刷的砖砌体。d1d2d3123ie设设 ，且，且不随时间变化不随时间变化表示层间接触面的温度。表示层间接触面的温度。23整个平壁看作三个单层整个平壁看作三个单层壁组成，分别计算通过壁组成，分别计算通过每一层的热流强度。每一层的热流强度。d1d2d3123ei23Q稳定导热稳定导热条件下：条件下：否则否则会随时间变化！会随时间变化！R1、R2、R3分别为第一、二、三层的热阻分别为第一、二、三层的热阻 式中每一项式中每一项 Rj 代表代表第第J层的热阻，层的热阻，为为第第N层外表面的温度。层外表面的温度。结论：结论：多层壁的总热阻等于各层热阻之和多层壁的总热阻等

13、于各层热阻之和对于对于n层多壁层的导热计算公式可依次类推为：层多壁层的导热计算公式可依次类推为：1 2 3 4n例：如图所示外墙，当其面积为例：如图所示外墙，当其面积为5平方米，平方米，内外墙温度各为内外墙温度各为18 C和和-12 C 时，在单位时，在单位时间内的传热量时间内的传热量23抹面墙（石灰水泥复合砂浆）抹面墙（石灰水泥复合砂浆）加气混凝土（密度为加气混凝土（密度为500kg/m3）钢筋混凝土钢筋混凝土20150 180201抹面墙（石灰水泥复合砂浆）抹面墙（石灰水泥复合砂浆）加气混凝土（密度为加气混凝土（密度为500kg/m3）钢筋混凝土钢筋混凝土由附表一由附表一各层热阻各层热阻抹

14、面墙抹面墙加气混凝土加气混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土墙体传热阻墙体传热阻墙体传热阻墙体传热阻单位时间传热量单位时间传热量工程上有时需知各层接触面的温度工程上有时需知各层接触面的温度根据式（根据式（1）及（）及（2）可得：）可得：由上式由上式知：每一层平壁内的温度分布是直线，但知：每一层平壁内的温度分布是直线，但整个多层的导热系数不同，温度呈折线状整个多层的导热系数不同，温度呈折线状1 234n结论：对流换热的强弱主要取决于层流边界层的结论：对流换热的强弱主要取决于层流边界层的 热量交换情况。热量交换情况。还与流体运动的原因及运动还与流体运动的原因及运动 情况、流体与固体间情况、流体与固体间温差、流体的物理性质、固体壁面的形状、大小及位置温差、流体的物理性质、固体壁面的形状、大小及位置等因素有关。等因素有关。对流换热的公式计算对流换热的公式计算对流换热强度对流换热强度 W/m2固体壁面温度固体壁面温度流体主体部分温度流体主体部分温度