大学建筑物理学课后习题答案样本

建筑物理课后习题参考答案

第一篇建筑热工学

第一章建筑热工学基本知识

习题

1-1、构成室内热环境的四项气候要素是什么? 简述各个要素在冬( 或夏) 季, 在居室内, 是怎样影响人体热舒适感的。

答: ( 1) 室内空气温度: 居住建筑冬季采暖设计温度为18℃, 托幼建筑采暖设计温度为20℃, 办公建筑夏季空调设计温度为24℃等。这些都是根据人体舒适度而定的要求。

( 2) 空气湿度: 根据卫生工作者的研究, 对室内热环境而言, 正常的湿度范围是30-60%。冬季, 相对湿度较高的房间易出现结露现象。

( 3) 气流速度: 当室内温度相同, 气流速度不同时, 人们热感觉也不相同。如气流速度为0和3m/s时, 3m/s的气流速度使人更感觉舒适。

( 4) 环境辐射温度: 人体与环境都有不断发生辐射换热的现象。

1-2、为什么说, 即使人们富裕了, 也不应该把房子搞成完全的”人工空间”?

答: 我们所生活的室外环境是一个不断变化的环境, 它要求人有袍强的适应能力。而一个相对稳定而又级其舒适的室内环境, 会导致人的生理功能的降低, 使人逐渐丧失适应环境的能力, 从而危害人的健康。

1-3、传热与导热( 热传导) 有什么区别? 本书所说的对流换热与单

纯在流体内部的对流传热有什么不同?

答: 导热是指同一物体内部或相接触的两物体之间由于分子热运动, 热量由高温向低温处转换的现象。纯粹的导热现象只发生在密实的固体当中。

围护结构的传热要经过三个过程: 表面吸热、结构本身传热、表面放热。严格地说, 每一传热过程部是三种基本传热方式的综合过程。

本书所说的对流换热即包括由空气流动所引起的对流传热过程, 同时也包括空气分子间和接触的空气、空气分子与壁面分子之间的导热过程。对流换热是对流与导热的综合过程。

而对流传热只发生在流体之中, 它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。

1-4、表面的颜色、光滑程度, 对外围护结构的外表面和对结构内空气间层的表面, 在辐射传热方面, 各有什么影响?

答: 对于短波辐射, 颜色起主导作用; 对于长波辐射, 材性起主导作用。如: 白色表面对可见光的反射能力最强, 对于长波辐射, 其反射能力则与黑色表面相差极小。而抛光的金属表面, 不论对于短波辐射或是长波辐射, 反射能力都很高, 因此围护结构外表面刷白在夏季反射太阳辐射热是非常有效的, 而在结构内空气间层的表面刷白是不起作用的。

1-5、选择性辐射体的特性, 对开发有利于夏季防热的外表面装修材料, 有什么启发?

答: 选择性辐射体又称非灰体, 其辐射光谱与黑体光谱截然不同, 甚至有的只能发射某些波长的辐射线。可是建筑材料多属于灰体, 根据非灰体的性质可开发非灰体的装修材料, 辐射和吸收某种特定的辐射线。

由图可知, 选择性辐射体的特性, 具有间断性, 可将此特性利用起来, 将外表面装饰材料刷白, 或进行浅色处理, 对夏季反射太阳辐射热也非常有效。

1-6、书中给出的自然对流时计算αc的三个公式中, 系数分别为2.0, 2.5, 1.3, 试说明系数不同的原因。

答: 是因为结构和热源位置不同, 高温密度小的空气和低温密度大的空气之间进行对流换热。

水平表面( 热流由下而上) 有利于对流, 因此取2.5

水平表面( 热流由上而下) 不利于对流, 因此取1.3

垂直表面不影响对流, 因此取2.0

1-7、试根据自己的经验, 列举几个外墙内表面或地面产生表面结露现象的实例, 并说明结露的原因。

答: 例1、有些户主由于使用不当, 经常使室内出现许多水蒸气, 室内空气容纳不了的水蒸气就凝结成水珠析出。

由于山墙的建筑构造做法不到位, 使山墙内表面温度低于室内的露点温度, 而导致山墙表面出现结露, 甚至霉变。

例2、有些室内由于温度降低, 而使露点温度降低, 产生结露现象。

若在建筑构造无总是的情况下, 居民生活方式不同, 也会使房间产生结露的现象, 居民在居住空间内频繁进行类似于大蒸汽作业, 就会使室内水蒸气含量过高, 出现结露现象。

第二章建筑围护结构的传热原理及计算

习题

2-1、建筑围护结构的传热过程包括哪几个基本过程, 几种传热方式? 分别简述其要点。

答: 建筑围护结构传热过程主要包括三个过程: 表面吸热、结构本身传热、表面放热。

表面吸热——内表面从室内吸热( 冬季) , 或外表面从事外空间吸热( 夏季)

结构本身传热——热量由高温表面传向低温表面

表面放热——外表面向室外空间散发热量( 冬季) ,或内表面向室内散热( 夏季)

2-2、为什么空气间层的热阻与其厚度不是成正比关系? 怎样提高空气间层的热阻?

答: 在空气间层中, 其热阻主要取决于间层两个界面上的空气边界层厚度和界面之间的辐射换热强度。因此, 空气间层的热阻于厚度之间不存在成比例地增长关系。

要提高空气间层的热阻能够增加间层界面上的空气边界层厚度以增加对流换热热阻; 或是在间层壁面上涂贴辐射系数小的反射材料以增加辐射换热热阻。

2-3、根据图2-17所示条件, 定性地作为稳定传热条件下墙体内部

的温度分布线, 应区别出各层温度线的倾斜度, 并说明理由。已知λ3〉λ1〉λ2。

答: 由dx d q θ

λ-=可知, 由于是稳定传热, 各壁面内的热流都相同, 当

λ值越大时, 各壁层的温度梯度dx d θ

就越小, 即各层温度线的倾斜度就越

小。

2-4、 如图2-18所示的屋顶结构, 在保证内表面不结露的情况下, 室外外气温不得低于多少? 并作为结构内部的温度分布线。已知: ti=22℃, ψi=60%, Ri= 0.115m2?k/W, Re=0.043 m2?k/W 。

解: 由t i =22℃, ψi =60% 可查出Ps=2642.4Pa

则

pa p p i s 44

.15856.04.2642=?=?=?

可查出露点温度 88.13=d t ℃

要保证内表面不结露, 内表面最低温度不得低于露点温度

1) 将圆孔板折算成等面积的方孔板

m a a d 097.0422==π

2) 计算计算多孔板的传热阻

有空气间层的部分( 其中空气间层的热阻是0.17)

W K m R /)(35.004.011.074

.10265.017.074.10265.0201?=++++= 无空气间层的部分

W K m R /)(24.004.011.074

.115.0202?=++= 3) 求修正系数

)/(74.11K m W ?=λ )/(57.017.0097

.02K m W ?==λ

33.074.157

.01

2

==λλ

因此修正系数取0.93

4) 计算平均热阻

W K m R /)(143.093.015.024.0053

.035.0097.0053.0097.02?=?????

?

?

??????

-++=

5) 计算屋顶总的传热系数

W K m R /)(63.015.0143.019.005.093.002.017.001.02

?=++++=

6) 计算室外温度

11.088

.13

2263.022-=--=-e i i

i e i t R t R t t θ

得 te=-24.79℃

由此可得各层温度是

θ1=3.45℃ θ2=-15.92℃

θ3=-17.5℃ θe=-21.84℃

可画出结构内部的温度分布线。

第三章 建筑保温

习 题

3-1、 采暖居住房间的密闭程度( 气密化程度) 对卫生保健、 经济、 能源消费等方面, 各有什么影响?