建筑围护结构传热基础知识
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围护结构的传热原理及计算
θi‘= ti {（Ro‘+ η（Ro -Ro‘）/ R0 Ro‘}Ri（ ti - te）
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31
作业：请设计北京地区一保温屋顶（R>2）， 并计算屋顶的总热阻和屋顶的温度分布。设 室内温度为18度，室外计算温度为-11度。见 P29。
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32
四、标准规定的基本节能计算 1、建筑物耗热量
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41
描述振幅衰减和相位延迟的物理量： 总衰减度：υ=Ae/Aif
Ae——室外温度振幅， Aif——室外温度作用引起的平壁内表
面温度振幅 ◆ 总延迟时间：ξo=τif。Max —–τe。Max ◆ 总相位延迟：φo=φif -φe
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42
2、周期热（简谐热）作用下材料和围护结 构的热特性指标。
木、塑料 单层窗
30—40 4.7
单框双玻窗 12
30--40 2.7
16
30--40 2.6
20--30 30--40 2.5
双层窗 100--140 30---40 2.3
单层+
单框双玻窗 100--140 30--40 2.0
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27
六、门的传热系数和传热阻
门框材料 门的类型
传热系数
K/[W/（m2。K）
R1= d1 /λ1， R2= d 2 /λ2 ，
R3= d3 /λ3 R= R1+R2 +R3
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20
可编辑版
21
可编辑版
22
重点
（3）用多层空气层。
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23
一一
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24
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25
五 窗户的传热系数和传热阻
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31
作业：请设计北京地区一保温屋顶（R>2）， 并计算屋顶的总热阻和屋顶的温度分布。设 室内温度为18度，室外计算温度为-11度。见 P29。
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四、标准规定的基本节能计算 1、建筑物耗热量
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41
描述振幅衰减和相位延迟的物理量： 总衰减度：υ=Ae/Aif
Ae——室外温度振幅， Aif——室外温度作用引起的平壁内表
面温度振幅 ◆ 总延迟时间：ξo=τif。Max —–τe。Max ◆ 总相位延迟：φo=φif -φe
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2、周期热（简谐热）作用下材料和围护结 构的热特性指标。
木、塑料 单层窗
30—40 4.7
单框双玻窗 12
30--40 2.7
16
30--40 2.6
20--30 30--40 2.5
双层窗 100--140 30---40 2.3
单层+
单框双玻窗 100--140 30--40 2.0
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六、门的传热系数和传热阻
门框材料 门的类型
传热系数
K/[W/（m2。K）
R1= d1 /λ1， R2= d 2 /λ2 ，
R3= d3 /λ3 R= R1+R2 +R3
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20
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重点
（3）用多层空气层。
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一一
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五 窗户的传热系数和传热阻
第二章 建筑围护结构的传热原理及计算
3、屋顶结构总热阻 、
内表面热转移阻 Ri=0.11 (m2K/W) 外表面转移阻 Re=0.05 (m2K/W) 总热阻 R=0.11+0.17+0.421+0.022+0.059+0.05=0.832 (m2K/W)
2-1-3 平壁内部温度的计算及图解法
一、平壁内部温度的计算 二、壁体内部温度的图解法
试计算某屋顶结构的热阻（ 试计算某屋顶结构的热阻（夏）
1、由附录4查各种材料的导热系数 、由附录 查各种材料的导热系数
钢筋混凝土： 钢筋混凝土：λ=1.74 (W/mK) 加气混凝土： 加气混凝土：λ=0.19 (W/mK) 水泥砂浆： 水泥砂浆： λ=0.93 (W/mK)
油毡防水层： 油毡防水层： λ=0.17 (W/mK)
Q=
λ
d
(θi −θe )Fτ
单位时间内通过单位面积的热流量，称为热流强度。 单位时间内通过单位面积的热流量，称为热流强度。 热流强度
θi −θe θi −θe q = (θi −θe ) = = λ d R
d
λ
（7-3）
说明： 说明：
在同样温差条件下，热阻越大， 热阻 R = ：在同样温差条件下，热阻越大，通过材料 λ 层的热量越少；增加热阻的方法： 层的热量越少；增加热阻的方法：加大平壁厚度或选用导 热系数小的材料。 热系数小的材料。 导热系数 λ ：当材料层单位厚度内的温差为 10C 时，在 1小时内通过 1m2 表面积的热量。 表面积的热量。 小时内通过 的最大因素是：容重和湿度。 影响 λ 的最大因素是：容重和湿度。
平壁内的导热过程： 一、平壁内的导热过程：
定义：指通过围护结构材料传热。 定义：指通过围护结构材料传热。 经过单层平壁导热 经过多层平壁导热
建筑围护结构的传热ppt
李明. 基于数值模拟的建筑围护结构 传热特性研究[J]. 西安建筑科技大学 学报, 2019, 38(3): 45-51.
王芳. 基于实测数据的建筑围护结构 传热性能评估与优化[J]. 建筑科学, 2020, 36(4): 56-62.
THANKS
感谢观看
将传热区域分解成许多小的离散 单元。
建立离散方程
将传热方程离散化，得到一组线 性或非线性方程。
计算机程序实现
选择合适的编程语言和计 算软件
如Python、MATLAB、ANSYS等。
编写程序代码
根据数值计算方法和传热模型编写程序代码。
进行程序调试和验证
对程序进行多次测试和验证，确保程序的正 确性和精度。
常见材料热传导系数比较
混凝土 > 砖 > 木材 > 玻璃纤维
材料的热对流系数
定义
表示在流体和固体接触的界面上，由于温差引起的热对流传递速率
影响
材料的热对流系数越大，对流传热能力越强，热量传递越快
影响因素
流体的性质、流速、流体与固体接触面的状态等
材料的热辐射系数
定义
表示材料吸收和发射热辐射的能力
影响
未来可以结合微观和宏观的角 度，发展多尺度传热模型，更 准确地预测材料的传热性能。
探索新型材料
随着材料科学的不断发展，未 来可以探索新型材料，改善建 筑围护结构的传热性能。
加强跨学科合作
建筑、材料科学、物理学、工 程热物理等领域的跨学科合作 ，有助于提供更全面的理解和 解决传热问题。
研究建议与改进方向
节能措施
使用高效节能材料
如保温隔热材料、节能玻璃等，提高围护结构的 热工性能。
合理设计保温层
围护结构传热过程解释
围护结构传热过程解释
一、传热方式
围护结构的传热过程主要包括三种方式：导热、对流和辐射。
导热是指热量通过物质内部原子或分子的振动，从高温区域传递到低温区域的过程。
对流是指气体或液体在温度差的作用下，产生流动，使得热量从高温区域传递到低温区域的过程。
辐射是指物体通过电磁波的方式，将热量传递到其他物体的过程。
二、传热途径
围护结构的传热途径主要包括热传导、热对流和热辐射。
热传导是指热量通过材料内部传递的过程，主要受到材料性质和温度梯度的影响。
热对流是指热量通过空气或液体的流动传递的过程，主要受到空气或液体的流动速度和温度的影响。
热辐射是指热量通过电磁波的方式传递的过程，主要受到物体的温度和发射率的影响。
三、传热系数
传热系数是指围护结构在单位时间内，单位面积上传递的热量。
传热系数的大小直接反映了围护结构的保温性能。
一般来说，提高围护结构的传热系数，可以降低能源消耗，提高建筑的保温性能。
四、热稳定性
热稳定性是指围护结构在外部温度变化时，其内部温度的稳定程度。
良好的热稳定性可以提高围护结构的保温性能，减少能源消耗，同时也可以提高居住的舒适度。
五、能耗分析
围护结构的传热过程与能源消耗密切相关。
通过对围护结构的传热过程进行能耗分析，可以评估不同设计方案对能源消耗的影响。
通过对能耗的分析，可以优化设计方案，提高围护结构的保温性能，降低能源消耗。
建筑围护结构热湿传递
• 通过透光外围护结构的瞬态得热量
Q K wind Fwind [ta,out ( ) ta,in ( )] (SHGC )Fwind I
• 遮阳系数SC： SC SHGC SHGC ref
第二节 建筑围护结构的热湿传递
• 通过围护结构的湿传递
• 湿传递的动力——围护结构两侧空气的水蒸气分压力不相等 • 通过围护结构的湿量
w K v (Pout Pin ) • 水蒸气渗透系数Kv
Kv 1
in
1
i 1 1 vi a out
第二节 建筑围护结构的热湿传递
• 第n层材料层外表面的温度tn
tn
ta,in
K (ta,in
1
ta,out )( in
n i 1
i ) i
反射
外遮阳：只 有透过和吸 收中的一部 分成为得热
透过 对流
反射
内遮阳：透 过和吸收的 全部成为得 热
对流 透过
第二节 建筑围护结构的热湿传递
• 外遮阳和内遮阳各有优缺 点
• 把百叶安置在两层玻璃之 间是一种折中的办法
• 通风双层玻璃窗，内置百 叶
第二节 建筑围护结构的热湿传递
第二节 建筑围护结构的热湿传递
吸热玻璃、反射玻璃、low-e玻璃、可由 电信号控制透射率的电致变色玻璃等 • 玻璃表面有各种辐射阻隔性能的镀膜或 贴膜，如反射膜、low-e膜、有色遮光膜 等
第二节 建筑围护结构的热湿传递
• 住宅建筑
• 我国住宅建筑最常见的是铝合金框或塑钢框配单层或双层普通透明玻璃， 双层玻璃间为空气夹层，北方地区很多建筑装有两层单玻窗
• 遮阳系数Cn：设置了遮阳设施后的透光外围护结构太阳辐射得热 量与未设置遮阳设施时的太阳辐射得热量之比
Q K wind Fwind [ta,out ( ) ta,in ( )] (SHGC )Fwind I
• 遮阳系数SC： SC SHGC SHGC ref
第二节 建筑围护结构的热湿传递
• 通过围护结构的湿传递
• 湿传递的动力——围护结构两侧空气的水蒸气分压力不相等 • 通过围护结构的湿量
w K v (Pout Pin ) • 水蒸气渗透系数Kv
Kv 1
in
1
i 1 1 vi a out
第二节 建筑围护结构的热湿传递
• 第n层材料层外表面的温度tn
tn
ta,in
K (ta,in
1
ta,out )( in
n i 1
i ) i
反射
外遮阳：只 有透过和吸 收中的一部 分成为得热
透过 对流
反射
内遮阳：透 过和吸收的 全部成为得 热
对流 透过
第二节 建筑围护结构的热湿传递
• 外遮阳和内遮阳各有优缺 点
• 把百叶安置在两层玻璃之 间是一种折中的办法
• 通风双层玻璃窗，内置百 叶
第二节 建筑围护结构的热湿传递
第二节 建筑围护结构的热湿传递
吸热玻璃、反射玻璃、low-e玻璃、可由 电信号控制透射率的电致变色玻璃等 • 玻璃表面有各种辐射阻隔性能的镀膜或 贴膜，如反射膜、low-e膜、有色遮光膜 等
第二节 建筑围护结构的热湿传递
• 住宅建筑
• 我国住宅建筑最常见的是铝合金框或塑钢框配单层或双层普通透明玻璃， 双层玻璃间为空气夹层，北方地区很多建筑装有两层单玻窗
• 遮阳系数Cn：设置了遮阳设施后的透光外围护结构太阳辐射得热 量与未设置遮阳设施时的太阳辐射得热量之比
围护结构传热的原理
围护结构传热的原理
围护结构传热的基本原理是:
1. 导热:建筑围护结构中的砖、木、混凝土等都是热的导体,可以导热。
2. 对流:空气中的热量可以通过对流移动,从高温区域流向低温区域。
3. 辐射:所有物体都可以向周围环境发出电磁波,使热量以辐射形式传递。
4. 传热的三种方式协同作用,使热量从围护结构的室内侧流向室外侧。
5. 夏天时,室外高温,室内低温,热量由室外向室内传递。
6. 冬天时,室内高温,室外低温,热量由室内向室外散失。
7. 加强围护结构的保温性能,可以减少热量传递,实现节能。
8. 常用的保温措施有添加保温层、增大结构厚度、提高密度、应用低辐射涂料等。
9. 也可以通过遮阳、空气层等方式减少热量传递。
围护结构的合理传热设计直接影响建筑的能耗水平。
要根据不同功能需求采取有效保温措施。
一级辅导：围护结构的传热过程（一）
(⼀)围护结构的传热过程
通过围护结构的传热要经过三个过程：
(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)结构本⾝传热：热量由结构的⾼温表⾯传向低温表⾯。
(3)表⾯放热；外表⾯向室外空间放热(冬季)或内表⾯向室内空间放热(夏季)。
(⼆)表⾯换热
热量在围护结构的内表⾯和室内空间或在外表⾯和室外空间进⾏传递的现象称为表⾯换热。
表⾯换热由对流换热和辐射换热两部分组成。
1．对流换热
对流换热是指流体与固体壁⾯在有温差时产⽣的热传递现象。
它是对流和导热综合作⽤的结果。
如墙体表⾯与空⽓间的热交换。
2．表⾯换热系数和表⾯换热阻
(1)表⾯换热系数
内表⾯的换热阻使⽤Ri表⽰，㎡·K／W；
外表⾯的换热阻使⽤Re表⽰，㎡·K／W。
02 建筑围护结构的传热计算与应用-13
孔空心砖填充墙体。
答案是B。 由密实材料构成的墙体内部以导热传热为主导， 对流、辐射可忽略。凡内部有空心部分的墙体， 空心部分壁面间的传热主要是辐射和对流换热。
6
作业：
1、教材P56: 思考题与习题1 、3。
2、已知室内气温为16℃，室外气温为-8℃，试计算通过 图2-9所示的砖墙和钢筋混凝土预制板屋顶的热流量和内部 温度分布。 0.11(m2 K ) / W ； 0.04(m2 K ) / W 。 Ri Re
D
4
名词κ 露点温度
符 号
单位 ℃
名词解释 在大气压力一定、含湿量不变的情况下，未饱和 的空气因冷却而达到饱和状态时的温度 特指围护结构表面温度低于附近空气露点温度时， 表面出现冷凝水的现象。
tc
冷凝或 结露 水蒸气分 压力 饱和水蒸 汽分压力 相对湿度 Pa Ps φ Pa Pa %
在一定温度下湿空气中水蒸气部分所产生的压力。 空气中水蒸气呈饱和状态时，水蒸气部分所产生 的压力 空气中实际的水蒸气分压力与同一温度下饱和水 蒸气分压力的百分比。 Φ=Pa/Ps×100%
材料畜 热系数 热隋性 指标
S
W/(㎡· 当某一足够厚度单一材料层一侧受到谐波热作用时， K) 表面温度将按同一周期波动，通过表面的热流波幅 的比值。比值越大，材料的热稳定性越好。 表征围护结构对温度波衰减快慢程度的无量纲指标。 单一材料D=RS；多层材料D=∑RS；D值越大，温度 波在其中的衰减越快，围护结构的热稳定性越好。
导热 系数
K
λ
W/㎡K 在稳态条件下，围护结构两侧温差为1℃，1h内通过 1㎡面积传递的热量。为传热阻的倒数。K=1/Ro
W/m· 在稳态条件下，1m厚的物体两侧温差为1℃，1h内 K 通过1㎡面积传递的热量。
答案是B。 由密实材料构成的墙体内部以导热传热为主导， 对流、辐射可忽略。凡内部有空心部分的墙体， 空心部分壁面间的传热主要是辐射和对流换热。
6
作业：
1、教材P56: 思考题与习题1 、3。
2、已知室内气温为16℃，室外气温为-8℃，试计算通过 图2-9所示的砖墙和钢筋混凝土预制板屋顶的热流量和内部 温度分布。 0.11(m2 K ) / W ； 0.04(m2 K ) / W 。 Ri Re
D
4
名词κ 露点温度
符 号
单位 ℃
名词解释 在大气压力一定、含湿量不变的情况下，未饱和 的空气因冷却而达到饱和状态时的温度 特指围护结构表面温度低于附近空气露点温度时， 表面出现冷凝水的现象。
tc
冷凝或 结露 水蒸气分 压力 饱和水蒸 汽分压力 相对湿度 Pa Ps φ Pa Pa %
在一定温度下湿空气中水蒸气部分所产生的压力。 空气中水蒸气呈饱和状态时，水蒸气部分所产生 的压力 空气中实际的水蒸气分压力与同一温度下饱和水 蒸气分压力的百分比。 Φ=Pa/Ps×100%
材料畜 热系数 热隋性 指标
S
W/(㎡· 当某一足够厚度单一材料层一侧受到谐波热作用时， K) 表面温度将按同一周期波动，通过表面的热流波幅 的比值。比值越大，材料的热稳定性越好。 表征围护结构对温度波衰减快慢程度的无量纲指标。 单一材料D=RS；多层材料D=∑RS；D值越大，温度 波在其中的衰减越快，围护结构的热稳定性越好。
导热 系数
K
λ
W/㎡K 在稳态条件下，围护结构两侧温差为1℃，1h内通过 1㎡面积传递的热量。为传热阻的倒数。K=1/Ro
W/m· 在稳态条件下，1m厚的物体两侧温差为1℃，1h内 K 通过1㎡面积传递的热量。
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➢ 如果这种辐射的波长范围为0.4~40μm，就会有明 显的热效应。这种辐射与吸收的过程就造成了以 辐射形式进行的物体间的能量转移——辐射传热。
➢ 辐射传热与导热和对流有本质区别：以电磁波传 递热能。
建筑围护结构传热基础知识
✓辐射传热有如下特征： ⑴凡是温度高于绝对零度的一切物体都在不间 断地向外辐射不同波长的电磁波。 ⑵在辐射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 此电磁能被另一物体吸收时，电磁能又转化为 吸收物体的内能。 ⑶电磁波的传播不需要任何中间介质，也不需 要冷、热物体的直接接触。
lim t t
n0 n n
(1-11)
④由上，导热不能沿等温面进行，必须穿过 等温面，即沿着等温面的法线方向 。
建筑围护结构传热基础知识
⑤ 热流密度
单位时间内，通过等温面上单位面积的热 量称为热流密度。
qdQ （W/m2） dF
(1-12)
由式（1-12）得
dQqdF或 QqdF W(1-13) F 建筑围护结构传热基础知识
4）导热系数
由（1-15）式
q [W /( m K )]
t
n
(1-16)
➢导热系数大，表明材料的导热能力强。
➢各种物质的导热系数，均由实验确定。以金 属的导热系数最大，非金属和液体次之，气 体最小。
建筑围护结构传热基础知识
➢各种材料的λ值大致范围是：气体为0.006 ~ 0.6；液体为0.07 ~ 0.7；建筑材料和绝 热材料为0.025 ~ 3；金属为2.2 ~ 420。导 热系数小于0.25的材料叫保温材料（绝热材 料），如石棉制品，泡沫混凝土，不流动的 空气等。 ➢空气的导热系数很小，不流动的空气就是 一种很好的绝热材料。
§1.3建筑围护结构传热基础知识
• 只要有温差，就会有热量的传递。 • 热量总是从高温物体传至低温物体，或从
物体的高温部分传至低温部分，温差是传 热的动力。
如：冬天,T室内＞T室外，所以，室内 热能 室外
夏季，白天，室外
热能
高温和太阳辐射作用
夜间，室内
热流 室外气温下降
建筑围护结构传热基础知识
室内 室外
建筑围护结构传热基础知识
1.3.1 导热
➢ 导热是指物体中有温差时，由于直接接触 的物质质点作热运动而引起的热能传递过 程。
➢ 在固体、液体、气体中都存在导热现象。 其各自的导热机理不同。
➢ 纯粹的导热现象仅发生在理想的密实固体 中。在热工计算中，可以认为在固体建筑 材料中的热传递仅仅是导热过程。
建筑围护结构传热基础知识
• 自然对流的程度主要决定于各部分之间的 温度差。温差愈大则对流愈强。
• 受迫对流取决于外力的大小，外力愈大， 则对流愈强。
➢建筑热工中所涉及主要是空气沿围护结构 表面流动时，与壁面之间所产生的热交换 过程。→表面“对流换热” （空气流动引 起的对流、空气分子间和空气分子与壁面 分子之间的导热）。
建筑围护结构传热基础知识
➢当流体沿壁面流动时，一 般情况下在壁面附近也就 是边界层内，纯在着层流 区、过渡区和紊流区三种 流动情况，如图所示。
建筑围护结构传热基础知识
为确定表面对流换热量，可利用牛顿公式：
qC C(t)
（1-18）
式中 qc——对流换热强度，W/m2； t——流体的温度，℃；
αc——对流换热系数，W/(m2·K)； θ——固体表面温度，℃。
如果热流密度在面积F上均匀分布，则热流量
为：
Q = q ·F
(1-14)
建筑围护结构传热基础知识
3）傅立叶定律
➢傅立叶定律内容：匀质材料内各点的热流 密度与温度梯度的大小成正比，即
qt W/m2
n
(1-15)
➢λ—表示材料导热能力的系数，称导热系数， 恒为正。
➢负号——热流有方向性。
建筑围护结构传热基础知识
发生变化，t = f (x)。 d) 二维稳定温度场：t = f (x，y)。
建筑围护结构传热基础知识
②等温面：温度场中同一 时刻有相同温度各点连成 的面。 等温面性质：ⅰ.等温面 上各点温度相同；ⅱ.温 度不同的等温面不相交。
建筑围护结构传热基础知识
③温度差△t与沿法线方向 两等温面之间距离△n的比 值的极限。叫做温度梯度。 表示为：
建筑围护结构传热基础知识
1.3.2 对流
➢定义：对流只发生在流体中，是因温度不 同的各部分流体之间发生相对运动，互相 掺合而传递热能的。
➢促使流体产生对流的原因： 1.本来温度相同的流体，因其中某一部分 受热（或冷却）而产生温度差，形成对流 运动，称为“自然对流”。 2.因受外力作用（如风吹、泵压等）迫使 流体产生对流，称为“受迫对流”。
建筑围护结构传热基础知识
1）温度场、温度梯度和热流密度 ①一般情况下，温度t是空间坐标x、y、z和
时间τ的函数,即 t = f（x,y,z,τ) (1-10)
温度场：在某一时刻物体内各点的温度分布。 （1-10）式为温度场的数学表达式。
建筑围护结构传热基础知识
a) t随τ变，不稳定温度场。 b) t不随τ变，稳定温度场，t = f（x,y,z,） c) 一维稳定温度场：温度只沿x一个坐标轴
➢热量的传递称传热，其方式有辐射、对流和 导热三种。
• 建筑物的传热并非某一种传热方式单独进行， 而大多是辐射、对流、导热三种方式综合作 用的结果。
• 自然界中的传热过程无论对么复杂和多种多 样，都是这三种方式的不同组合。首先分别 研究这三种方式各自传热机理和规律，再考 虑它们的一些典型组合过程。
建筑围护结构传热基础知识
➢ 如果材料含有气隙或气孔，λ值降低；含水性大， λ值增大。
• 导热系数还与温度有关，实验证明，大多数材料 的λ值与温度的关系近似直线关系，即
λ=λ0+bt
（1-17）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
式中 λ0——0℃时的导热系数；b——实验测定的 常数。
➢ 工程计算中，导热系数常取使用温度范围内的算 术平均值，并把它作为常数看待。
建筑围护结构传热基础知识
•αC值取决于很多因数，是一个复杂的物理量。为简化起
见，在建筑热工学中，根据空气流动情况（自然对流或 受迫对流），结构所在位置（垂直、水平或倾斜），壁 面状况（有利或不利空气流动）采用一定的实用经验计 算公式。
建筑围护结构传热基础知识
1.3.3 辐射
➢ 凡是温度高于绝对零度（0K即-273.15℃）的物体， 表面就会不停地向四周发射电磁波，同时又不断 地吸收其他物体投射来的电磁波。
➢ 辐射传热与导热和对流有本质区别：以电磁波传 递热能。
建筑围护结构传热基础知识
✓辐射传热有如下特征： ⑴凡是温度高于绝对零度的一切物体都在不间 断地向外辐射不同波长的电磁波。 ⑵在辐射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 此电磁能被另一物体吸收时，电磁能又转化为 吸收物体的内能。 ⑶电磁波的传播不需要任何中间介质，也不需 要冷、热物体的直接接触。
lim t t
n0 n n
(1-11)
④由上，导热不能沿等温面进行，必须穿过 等温面，即沿着等温面的法线方向 。
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⑤ 热流密度
单位时间内，通过等温面上单位面积的热 量称为热流密度。
qdQ （W/m2） dF
(1-12)
由式（1-12）得
dQqdF或 QqdF W(1-13) F 建筑围护结构传热基础知识
4）导热系数
由（1-15）式
q [W /( m K )]
t
n
(1-16)
➢导热系数大，表明材料的导热能力强。
➢各种物质的导热系数，均由实验确定。以金 属的导热系数最大，非金属和液体次之，气 体最小。
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➢各种材料的λ值大致范围是：气体为0.006 ~ 0.6；液体为0.07 ~ 0.7；建筑材料和绝 热材料为0.025 ~ 3；金属为2.2 ~ 420。导 热系数小于0.25的材料叫保温材料（绝热材 料），如石棉制品，泡沫混凝土，不流动的 空气等。 ➢空气的导热系数很小，不流动的空气就是 一种很好的绝热材料。
§1.3建筑围护结构传热基础知识
• 只要有温差，就会有热量的传递。 • 热量总是从高温物体传至低温物体，或从
物体的高温部分传至低温部分，温差是传 热的动力。
如：冬天,T室内＞T室外，所以，室内 热能 室外
夏季，白天，室外
热能
高温和太阳辐射作用
夜间，室内
热流 室外气温下降
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室内 室外
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1.3.1 导热
➢ 导热是指物体中有温差时，由于直接接触 的物质质点作热运动而引起的热能传递过 程。
➢ 在固体、液体、气体中都存在导热现象。 其各自的导热机理不同。
➢ 纯粹的导热现象仅发生在理想的密实固体 中。在热工计算中，可以认为在固体建筑 材料中的热传递仅仅是导热过程。
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• 自然对流的程度主要决定于各部分之间的 温度差。温差愈大则对流愈强。
• 受迫对流取决于外力的大小，外力愈大， 则对流愈强。
➢建筑热工中所涉及主要是空气沿围护结构 表面流动时，与壁面之间所产生的热交换 过程。→表面“对流换热” （空气流动引 起的对流、空气分子间和空气分子与壁面 分子之间的导热）。
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➢当流体沿壁面流动时，一 般情况下在壁面附近也就 是边界层内，纯在着层流 区、过渡区和紊流区三种 流动情况，如图所示。
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为确定表面对流换热量，可利用牛顿公式：
qC C(t)
（1-18）
式中 qc——对流换热强度，W/m2； t——流体的温度，℃；
αc——对流换热系数，W/(m2·K)； θ——固体表面温度，℃。
如果热流密度在面积F上均匀分布，则热流量
为：
Q = q ·F
(1-14)
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3）傅立叶定律
➢傅立叶定律内容：匀质材料内各点的热流 密度与温度梯度的大小成正比，即
qt W/m2
n
(1-15)
➢λ—表示材料导热能力的系数，称导热系数， 恒为正。
➢负号——热流有方向性。
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发生变化，t = f (x)。 d) 二维稳定温度场：t = f (x，y)。
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②等温面：温度场中同一 时刻有相同温度各点连成 的面。 等温面性质：ⅰ.等温面 上各点温度相同；ⅱ.温 度不同的等温面不相交。
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③温度差△t与沿法线方向 两等温面之间距离△n的比 值的极限。叫做温度梯度。 表示为：
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1.3.2 对流
➢定义：对流只发生在流体中，是因温度不 同的各部分流体之间发生相对运动，互相 掺合而传递热能的。
➢促使流体产生对流的原因： 1.本来温度相同的流体，因其中某一部分 受热（或冷却）而产生温度差，形成对流 运动，称为“自然对流”。 2.因受外力作用（如风吹、泵压等）迫使 流体产生对流，称为“受迫对流”。
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1）温度场、温度梯度和热流密度 ①一般情况下，温度t是空间坐标x、y、z和
时间τ的函数,即 t = f（x,y,z,τ) (1-10)
温度场：在某一时刻物体内各点的温度分布。 （1-10）式为温度场的数学表达式。
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a) t随τ变，不稳定温度场。 b) t不随τ变，稳定温度场，t = f（x,y,z,） c) 一维稳定温度场：温度只沿x一个坐标轴
➢热量的传递称传热，其方式有辐射、对流和 导热三种。
• 建筑物的传热并非某一种传热方式单独进行， 而大多是辐射、对流、导热三种方式综合作 用的结果。
• 自然界中的传热过程无论对么复杂和多种多 样，都是这三种方式的不同组合。首先分别 研究这三种方式各自传热机理和规律，再考 虑它们的一些典型组合过程。
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➢ 如果材料含有气隙或气孔，λ值降低；含水性大， λ值增大。
• 导热系数还与温度有关，实验证明，大多数材料 的λ值与温度的关系近似直线关系，即
λ=λ0+bt
（1-17）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
式中 λ0——0℃时的导热系数；b——实验测定的 常数。
➢ 工程计算中，导热系数常取使用温度范围内的算 术平均值，并把它作为常数看待。
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•αC值取决于很多因数，是一个复杂的物理量。为简化起
见，在建筑热工学中，根据空气流动情况（自然对流或 受迫对流），结构所在位置（垂直、水平或倾斜），壁 面状况（有利或不利空气流动）采用一定的实用经验计 算公式。
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1.3.3 辐射
➢ 凡是温度高于绝对零度（0K即-273.15℃）的物体， 表面就会不停地向四周发射电磁波，同时又不断 地吸收其他物体投射来的电磁波。