建筑物理 建筑热工学(三)
第三章 热桥保温
城市建设学院 王建华 2010.04
热桥保温处理
热桥：嵌入外围护结构中的某些导热系数远大于主体结构的构件。最典型 的如外围护结构中的钢或钢筋混凝土的梁、柱、板、肋条或骨架等。
加气混凝土 实木
钢筋混凝土
金属、混凝土
典型热桥类型
根据结构工程常见形式，热桥一般可归纳为如下形式： a （1）
热桥材料 围护结构主体材料
内粉刷层
附加保温材料层
说明： 1.Te为室外计算温度，按表（3-1）中的1型结构考虑； 2. R0/ 为热桥部位的传热组； 3.修正系数根据a/δ比值，查表（3-11）或（3-12）得到。
(
)
修正系数η值
修正系数η值（表3-11）
肋宽与结构厚度比a/δ 热桥形式 0.02 （1） （2） （3） （4） 0.12 0.07 0.25 0.04 0.06 0.24 0.15 0.50 0.10 0.10 0.38 0.26 0.96 0.17 0.20 0.55 0.42 1.26 0.32 0.40 0.74 0.62 1.27 0.50 0.60 0.83 0.73 1.21 0.62 0.80 0.87 0.81 1.16 0.71 1.00 0.90 0.85 1.10 0.77 1.50 0.95 0.94 1.00 0.89
热桥内表面温度计算
a
（2）当肋宽与结构厚度比a/δ大于1.5时，即 a δ
δ
〉1.5
θ i/
ti − t e θ = t − / Ri ⇒ (3 − 12) R0
/ i
热桥的保温处理
如果既是热桥，又使得内表面的温度降低到等于或低于室内露点温 度，这时必须对热桥部位进行保温处理。
建筑物理复习(建筑热工学)
第一篇 建筑热工学第1章 建筑热工学基础知识1.室内热环境构成要素：室内空气温度、空气湿度、气流速度和环境辐射温度构成。
2.人体的热舒适①热舒适的必要条件：人体内产生的热量=向环境散发的热量。
m q ——人体新陈代谢产热量e q ——人体蒸发散热量r q ——人体与环境辐射换热量 c q ——人体与环境对流换热量②充分条件：所谓按正常比例散热，指的是对流换热约占总散热量的25-30% ，辐射散热约为45-50%，呼吸和无感觉蒸发散热约占 25-30%。
处于舒适状况的热平衡，可称之为“正常热平衡”。
（注意与“负热平衡区分”）③影响人体热舒适感觉的因素：1.温度；2.湿度；3.速度；4.平均辐射温度；5.人体新陈代谢产热率；6.人体衣着状况。
3.湿空气的物理性质①湿空气组成：干空气+水蒸气=湿空气②水蒸气分压力：指一定温度下湿空气中水蒸气部分所产生的压力。
⑴未饱和湿空气的总压力：w P ——湿空气的总压力（Pa ） d P ——干空气的分压力（Pa ） P ——水蒸气的分压力（Pa ）⑵饱和状态湿空气中水蒸气分压力：s P ——饱和水蒸气分压力注：标准大气压下，s P 随着温度的升高而变大（见本篇附录2）。
表明在一定的大气压下，湿空气温度越高，其一定容积中所能容纳的水蒸气越少，因而水蒸气呈现出的压力越大。
③空气湿度：表明空气的干湿程度，有绝对湿度和相对湿度两种不同的表示方法。
⑴绝对湿度：单位体积空气所含水蒸气的重量，用f 表示（g/m 3）。
饱和状态下的绝对湿度则用饱和水蒸气量max f （g/m 3）表示。
⑵相对湿度：一定温度，一定大气压力下，湿空气的绝对湿度f ，与同温同压下饱和水蒸气量max f 的百分比：⑶同一温度（T相对湿度又可表示为空气中P ——空气的实际水蒸气分压力 （Pa s P ——同温下的饱和水蒸气分压力 （Pa ）。
（注：研究表明，对室内热湿环境而言，正常湿度范围大概在30%~60%。
3建筑物理(热工学)_建筑气候
气温的影响因素
第一，到达地面的太阳辐射热量起决定性的作用－ 第一，到达地面的太阳辐射热量起决定性的作用－四季 太阳辐射热量起决定性的作用 变化、日变化、随地理纬度的变化。 变化、日变化、随地理纬度的变化。 第二，大气对流作用以最强的方式影响气温－ 第二，大气对流作用以最强的方式影响气温－无论是水 以最强的方式影响气温 平方向或垂直方向的空气流动，都会使高低温空气混合， 平方向或垂直方向的空气流动，都会使高低温空气混合， 减少地域间气温的差异。 减少地域间气温的差异。 第三，下垫面性质的影响也很重要－山川、平原、盆地； 第三，下垫面性质的影响也很重要－山川、平原、盆地； 的影响也很重要 草原、森林、沙漠、河流、海洋；砂土、松干土、粘土。 草原、森林、沙漠、河流、海洋；砂土、松干土、粘土。
第三章 建筑气候
气候： 气候：
大气多年（几十或几百年）的平均状态（气温、 大气多年（几十或几百年）的平均状态（气温、 气压、湿度、 降水） 气压、湿度、风、降水） 形成因素：太阳辐射、大气环流、 形成因素：太阳辐射、大气环流、下垫面性质等
建筑气候： 建筑气候：
建筑～气候（相互作用和影响关系） 建筑～气候（相互作用和影响关系） 大气候背景下应用于建筑领域的局部微气候 营造适应当地气候特征的建筑物
建筑对争取日照的需求
生物体新陈代谢（幼儿活动室、蔬菜大棚） 生物体新陈代谢（幼儿活动室、蔬菜大棚） 紫外线预防治疗疾病（重大卫生意义）（病房） 紫外线预防治疗疾病（重大卫生意义）（病房） ）（病房 红外线和可见光在冬季照射进入室内， 红外线和可见光在冬季照射进入室内，取暖和干燥 降低采暖能耗） （降低采暖能耗） 增强建筑物的立体艺术感 采光照明
1− Pm ISH = 0.5I0 sin hs 1− 1−1.4ln P
建筑物理 建筑热工学(三)
第一节、稳定传热之五
——封闭空气间层的热阻 2、减少辐射换热量的方法： 1、将空气间层布置在围护结构的冷侧，降低间层的平均温度。
（效果不够显著）
2、在间层壁面涂贴辐射系数小的反射材料（铝箔等） 一般建筑材料的辐射系数： 4~4.5 J/(m2hk4) 例如：铝的辐射系数 0.25~0.96 J/(m2hk4) 4——间层内有一表面贴有铝箔 5——间层内两表面都贴有铝箔 增效不显著!故以一个表面贴反 射材料为宜
Ri
1iΒιβλιοθήκη 内表面热转移阻 RiRI (m2•K)/W) 0.11
有肋状突出物的顶棚（h/s>0.3）
7.6
0.13
第一节、稳定传热之二
——平壁的稳定传热
二、平壁材料层导热阶段
i e q d
ti
w/m2 ℃
θi
λ d
θe
te
q
——通过平壁的导热量 ——平壁外表面的温度
e
三、外表面散热阶段
*当热面在上方时，间层内可视为不存在对流。 *当热面在下方时，热气流的上升和冷气流的
下沉相互交替，形成自然对流，此时自然对流 换热最强。
二、不同传热方式的传热量比较：
通过间层的辐射换热量与间层表面 材料的辐射性能和间层的平均温度高低 有关。1—纯导热换热量；2—对流换热 量；3—总换热量
1、结论：普通空气间层的传热量 中辐射换热占很大比例，要提高 空气间层的热阻须减少辐射传热 量。
ti
θi λ d
te
ti
——室内空气及其它表面的温度 ——围护结构内表面的温度
i
第一节、稳定传热之二
——平壁的稳定传热
一、内表面吸热阶段
(ti i ) (ti i ) qi 1 i Ri
建筑物理(热工学)
一、选择题（在每道题的被选答案中，选择一个正确的答案）（共40分）1.下述哪项与建筑物的自然通风设计无关？（）（4分）A.建筑物朝向B.建筑物间距C.房间外窗开口位置和大小D.屋顶颜色2.常温下，以下哪种物质对太阳辐射的吸收率最小？（）（4分）A.铝箔B.沥青路面C.红瓦屋顶D.红砖外墙3.关于广州地区建筑窗口遮阳设计，不正确的一项是（）。
（4分）A.东西向遮阳较北向遮阳更为重要B.水平遮阳适用于南向窗口的遮阳C.遮阳设计应考虑其对室内自然通风的影响D.遮阳设计应优先选择具有较好遮阳性能的玻璃产品，其次选择外遮阳设施4.会议室等间歇使用的房间要求墙体内侧的表面温度能够在很短的时间内达到设定值，一般选择（）的材料放于室内侧。
（4分）A.蓄热系数大B.蓄热系数小C.热惰性指标大D.热惰性指标小5.广州地区风玫瑰图为（）。
（4分）A B C D6.从建筑热工设计分区的设计要求来说，广州地区（）。
（4分）A.必须充分满足冬季保温要求，一般可不考虑夏季防热B.必须充分满足夏季防热要求，一般可不考虑冬季保温C.应满足冬季保温要求，部分地区兼顾夏季防热D.必须满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温7.广州地区夏季空调室内设计计算温度为（）。
（4分）A.16℃B.18℃C.26℃D.30℃8.夏季通过窗口传入室内的热量主要集中在（）。
（4分）A.窗口导热得热B.窗口对流得热C.太阳辐射得热D.空气渗透得热9.以下关于广州气候的说法，不正确的一项为（）。
（4分）A.气温年较差和日较差较小B.大气透明度和日照百分率不高C.降雨较为丰富D.风向随季节发生规律性变化，夏季的主导风向为东风10.下面哪个城市的大气透明度最差？（）（4分）A.拉萨B.兰州C.成都D.长春二、简述题（共60分）1.请在下面标尺上给出你此刻的热感觉，并简要说明影响你的热感觉的主要因素。
（15分）很热热暖微暖中性微凉凉冷很冷very hot hot warm slightly warm neutral slightly cool cool cold very cold（注：在标尺上划斜线给出你的投票，刻度上以及刻度之间都可投票）2.试举一例，说明水在建筑自然通风设计中的应用，并简要阐述其原理？（15分）3.简述城市气候的主要特征。
建筑物理热工学习题答案
建筑物理热工学习题答案建筑物理热工学习题答案建筑物理热工学是研究建筑物热传递、热舒适性和能源利用的学科，它涉及到建筑材料的热性能、建筑物的热工性能以及建筑热工系统的设计与优化等方面。
在学习过程中，我们常常会遇到一些习题，下面就来解答一些典型的建筑物理热工学习题。
1. 什么是热传导？如何计算热传导的传热速率？热传导是指热量通过物质内部的传递方式。
它的传热速率可以通过傅里叶热传导定律来计算，即传热速率等于热传导系数乘以温度梯度。
热传导系数是物质本身的性质，它与物质的导热能力有关。
温度梯度是指物体两侧温度的差值除以两侧的距离。
2. 什么是热辐射？如何计算热辐射的传热速率？热辐射是指物体由于其温度而发射出的电磁波。
根据斯特藩-玻尔兹曼定律，热辐射的传热速率正比于物体表面的辐射功率，且与物体的表面温度的四次方成正比。
传热速率可以通过斯特藩-玻尔兹曼定律的公式来计算。
3. 什么是对流传热？如何计算对流传热的传热速率？对流传热是指热量通过流体的传递方式。
对流传热的传热速率可以通过牛顿冷却定律来计算，即传热速率等于对流传热系数乘以温度差。
对流传热系数是与流体的性质以及流动状态有关的参数，温度差是指物体表面与流体之间的温度差值。
4. 什么是热容？如何计算物体的热容？热容是指物体单位质量或单位体积的热量变化与温度变化之间的比例关系。
热容可以通过物体的质量或体积乘以物质的比热容来计算。
比热容是物质本身的性质，它与物质的组成和结构有关。
5. 什么是热阻？如何计算物体的热阻？热阻是指物体对热量传递的阻碍程度。
热阻可以通过物体的厚度除以热传导系数来计算。
热传导系数越大，热阻越小，热量传递越快。
6. 什么是热工性能？如何评价建筑物的热工性能？热工性能是指建筑物在给定条件下的热传递特性和能源利用效率。
评价建筑物的热工性能可以通过计算建筑物的热阻、热容和传热系数等参数来进行。
同时，还可以通过模拟计算和实际测量来评价建筑物的热舒适性和能源利用情况。
建筑物理(热工学)_建筑防热PPT演示课件
层内气流组织方式
26
通风隔热屋顶设计原则
a.屋面外表面应刷白或浅色； b.通风空气间层的高度在 200－240mm 之间为宜； c.应在通风屋面的进出口间造成一个压差，以增加间层内的空气 流动速度； d.太长的通风间层要避免； e.通风间层内空气流动方向应与该建筑物所在地的夏季主导风向 一致，以获得较大的通风量； f.当通风屋面带有保温材料时，应该将保温材料布置在下层屋面； g.通风屋面这重结构不适用于冬季时间长，夏季时间短的地区。
ae
(
I
ae
s
te
e )
ae (tsa e )
将室外空气温度和太阳辐射的作用综合起来， 等效于室外综合温度的作用：
tsa
I s
ae
te
太阳辐射当量温度
13
室外综合温度
广州市某建筑平屋顶的表面状况实测值；
太阳辐射当量温度所占比例相当大；
室外综合温度以24小时为周期波动。
3
室内热环境的影响因素
通过屋顶、墙、地 面和窗的导热
室内各表面间 辐射换热
通过敞开的门和 窗的对流换热
室内的内热源 （电器、人体）
太阳辐射透过玻璃被 室内墙面和地面吸收
4
建筑保温的途径
建筑体形； 建筑物朝向和间距； 防风； 防潮； 围护结构保温；
5
建筑体形
6
建筑体形
体形系数：建筑物与室外大 气接触的外表面积与其所包围 的体积的比值。 体形系数越大，散热量越大。 一般控制在0.3以下。 体形系数与建筑物横截面形 状和层数有关。
9
建筑防热的途径
围护结构隔热； 窗口遮阳； 自然通风；
10
建筑物理复习(建筑热工学)
盛年不重来，一日难再晨。
及时宜自勉，岁月不待人。
第一篇 建筑热工学第1章 建筑热工学基础知识1.室内热环境构成要素：室内空气温度、空气湿度、气流速度和环境辐射温度构成。
2.人体的热舒适①热舒适的必要条件：人体内产生的热量=向环境散发的热量。
m e r cq q q q q ∆=-±±m q ——人体新陈代谢产热量e q ——人体蒸发散热量r q ——人体与环境辐射换热量 c q ——人体与环境对流换热量②充分条件：所谓按正常比例散热，指的是对流换热约占总散热量的25-30% ，辐射散热约为45-50%，呼吸和无感觉蒸发散热约占 25-30%。
处于舒适状况的热平衡，可称之为“正常热平衡”。
（注意与“负热平衡区分”）③影响人体热舒适感觉的因素：1.温度；2.湿度；3.速度；4.平均辐射温度；5.人体新陈代谢产热率；6.人体衣着状况。
3.湿空气的物理性质①湿空气组成：干空气+水蒸气=湿空气②水蒸气分压力：指一定温度下湿空气中水蒸气部分所产生的压力。
⑴未饱和湿空气的总压力：w d P P P=+w P ——湿空气的总压力（Pa ） d P ——干空气的分压力（Pa ） P ——水蒸气的分压力（Pa ）⑵饱和状态湿空气中水蒸气分压力：s P ——饱和水蒸气分压力注：标准大气压下，s P 随着温度的升高而变大（见本篇附录2）。
表明在一定的大气压下，湿空气温度越高，其一定容积中所能容纳的水蒸气越少，因而水蒸气呈现出的压力越大。
③空气湿度：表明空气的干湿程度，有绝对湿度和相对湿度两种不同的表示方法。
⑴绝对湿度：单位体积空气所含水蒸气的重量，用f 表示（g/m 3）。
饱和状态下的绝对湿度则用饱和水蒸气量max f （g/m 3）表示。
⑵相对湿度：一定温度，一定大气压力下，湿空气的绝对湿度f ，与同温同压下饱和水蒸气量max f 的百分比：max100%ff ϕ=⨯⑶同一温度（T 相对湿度又可表示为空气中100%sPP ϕ=⨯P ——空气的实际水蒸气分压力 （Pa s P ——同温下的饱和水蒸气分压力 （Pa ）。
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建筑围护结构的传热原理
第一节、稳定传热之一
——一种最简单和最基本的传热方式
恒定的热作用
ti
te
——通常用于采暖房
间冬季条件下的保温
设计
周期热作用
ti
te
——用于空调房间的 隔热设计
ti
——用于自然通风房
间的夏季隔热设计
te
第一节、稳定传热之二
——平壁的稳定传热
温度场不随时间变化的传热过程——稳定传热过程
3、若围护结构存在圆孔时，应先将圆孔折算成同等面积 的方孔。
第一节、稳定传热之五
——封闭空气间层的热阻
建筑设计中常用封闭空气层作为围护结构的保温层。
空气层中的传热方式有：
导热、对流和辐射。
其中：主要是对流换热（30%） 和辐射换热（70%））
第一节、稳定传热之五
——封闭空气间层的热阻
一、空气层中的传热方式分析：
传热过程中，室内外热环境通过围护结构而进行的热量交换，包含导 热、对流以及辐射换热三种方式。
当围护结构受到恒定热作用时，围护结构内部的温度分布和通过围护结 构的传热量会处于一种不随时间而变化的稳定传热状态。
稳定传热特征:
１、通过平壁的热流强度q处处相等。即对平壁内 任一截面，其流进和流出的热量相等；
The End Thanks！
例如：铝的辐射系数 0.25~0.96 J/(m2hk4)
4——间层内有一表面贴有铝箔 5——间层内两表面都贴有铝箔
增效不显著!故以一个表面贴反 射材料为宜
• 封闭空气间层的热阻大小和间层厚度，壁 面温度，间层所处位置等多个因素有关， 表1.1所列数据可作参考。
• 提高窗户保温性能的措施之一是设置空气 间层，如中空玻璃，双层窗，充惰性气体 窗（热阻可提高15%，隔音），抽真空窗 等。
多层壁的总热阻等于各层热阻之 和
12
34
n
第一节、稳定传热之四
——材料层热阻的计算分析
2、经过组合壁的导热
如图，平行于热流方向沿材料层中不同材料的界面将其分隔为Ⅰ、Ⅱ、
Ⅲ等部分。分别计算各部分的热阻RⅠ、RⅡ 、RⅢ
设组合壁的平均热阻为 ： R
R
F
R
F
F F R
FN FN
设: ti > te
２、同一材质的平壁内部各界面温度分布呈直线
t 关系。即温度随距离的变化规律为直线。
注：
i
te
建筑热工中的“平壁”不仅是指平直的墙体，还包括
地板、平屋顶及曲率半径较大的穹顶、拱顶等结构。 稳定传热是指我们所研究的物体或者体系，无论整体
还是局部都保持与时间无关的恒定温度状态。通常指采 暖房屋冬季条件下的保温设计。
第一节、稳定传热之四
——材料层热阻的计算分析
1、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“多层壁”，例如双面粉刷的砖砌体。
设 i e，且θ不随时间变化 2、3 表示层间接触面的温度。
整个平壁看作三个单层壁组成，分 别计算通过每一层的热流强度。
tiθi
θe te
λ1 λ2 λ3
第一节、稳定传热之二
三、外表面散热阶段
——平壁的稳定传热
季节
表面特征
e Re
冬季 外墙、屋顶、与室外空气直接接触的表面 23.0 0.04
与室外空气相通的不采暖地下室上面楼板 17.0 0.06
闷顶、外墙上有窗不采暖地下室上面楼板 12.0 0.08
外墙上无窗的不采暖地下室上面的楼板 6.0 0.17
........ RN
.......
(
Ri
Re)
其中：F是各部分在垂直热流方向的表面积m2
注： ——修正系数，
1、当围护结构有两种材料组成，1 为较大值，2为较小 值，按2 / 1取值
2、当围护结构有三种材料组成， 1 为较大值， 按比值 （2 +3）/ 21 取值
第一节、稳定传热之二
——平壁的稳定传热
传热过程经历以下三个阶段： 一、内表面吸热阶段
ti>θi ,内表面以对流和辐射的方式吸热
qi qic qir (ic ir )(ti i )
qi i (ti i )
qi ——平壁内表面吸热量w/m2
qic
——室内空气以对流形式传给平壁内表面 的热量
Ri
1
i
经验数据:
表面特性
墙面、地面、表面平整或有肋状 突出物的顶棚（h/s0.3） 有肋状突出物的顶棚（h/s>0.3）
内表面热转移阻 Ri
I W/(m2•K) 8.7
RI (m2•K)/W) 0.11
7.6
0.13
第一节、稳定传热之二
——平壁的稳定传热
二、平壁材料层导热阶段
q
i e d
1、结论：普通空气间层的传热量 中辐射换热占很大比例，要提高 空气间层的热阻须减少辐射传热 量。
第一节、稳定传热之五
——封闭空气间层的热阻
2、减少辐射换热量的方法： 1、将空气间层布置在围护结构的冷侧，降低间层的平均温度。
（效果不够显著）
2、在间层壁面涂贴辐射系数小的反射材料（铝箔等）
一般建筑材料的辐射系数： 4~4.5 J/(m2hk4)
d1
d2
d3
θi θ2 θ3 θe λ1 λ2 λ3 d1 d2 d3
第一节、稳定传热之四
——材料层热阻的计算分析q1ຫໍສະໝຸດ 1d1( i
2 )
q2
2
d2
( 2
3)
q3
3
d3
( 3
e )
稳定导热条件下： q q1 q2 q3 否则θ会随时间变化！
q
i e
i e
d1 1 d2 2 d3 3 R1 R2 R3
其中：R1 、R2 、 R3分别为第一、二、三层的热阻 q
对于n层多壁层的导热计算公式可依次类推为：
1
n1
n
Rj
式中每一项 Rj 代表第J层的热阻， n1 为
j 1
第N层外表面的温度。
结论：
第一节、稳定传热之五
——封闭空气间层的热阻
2、水平间层中
*当热面在上方时，间层内可视为不存在对流。
*当热面在下方时，热气流的上升和冷气流的
下沉相互交替，形成自然对流，此时自然对流 换热最强。
二、不同传热方式的传热量比较：
通过间层的辐射换热量与间层表面
材料的辐射性能和间层的平均温度高低 有关。1—纯导热换热量；2—对流换热 量；3—总换热量
qir
——室内其它表面以辐射形式传给平壁内 表面的热量 w/m2
ti θi
te
i ——平壁内表面的热转移系数 w/（m2K）
ti ——室内空气及其它表面的温度
λd
i ——围护结构内表面的温度
第一节、稳定传热之二
一、内表面吸热阶段
qi
(ti i ) 1 i
(ti
i )
Ri
——平壁的稳定传热
1、垂直空气间层中，θ1>θ2
*当间层厚度较薄时
热气流和冷气流相互干扰，形成局部 环流，使边界层减薄。
*当间层厚度很薄时(d<0.5cm)
气流的流动困难，气流近似为静止， 对流换热很弱，
*当间层厚度增加(d>10cm)
上升气流和下降气流干扰程度逐渐 减小
*当厚度达到一定程度时，就与自然对流情况类似。
tiθi
θe te
q ——通过平壁的导热量 w/m2 e ——平壁外表面的温度 ℃
λd
三、外表面散热阶段
θe >te ，外表面把热量以对流和辐射的方式传给室外的空气
qe e (e te )
e ec er
qe ——外表面的散热量， w/m2 e ——外表面的热转移系数， w/（m2K)
夏季 外墙和屋顶
19.0 0.05
第一节、稳定传热之四
——材料层热阻的计算分析
材料层的热阻
常见的围护结构有：单一材料层、组合材料层和封闭空气间层等
（一）单一材料层的热阻
（二）组合材料层的热阻 R0 Ri R Re
组合壁：在建筑工程中，维护结构内部个别材料层常出现两
种以上材料组成的组合材料层。