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文档列表
文档介绍
传热学基础知识和重要参数计算
建筑节能
主讲:干学宏
授课提纲
对流与对流换热
2
辐射与辐射换热
3
3
导热与导热换热
3
1
节能参数计算初步
3
4
5
什么是传热学
自然界与生产过程到处存在温差传热非常普遍
建筑节能本质上就是改变热量的传递结果,必须充分利用传热学的规律
日常生活中的传热的例子:
a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持20度,那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样?为什么?b 夏天人在同样温度(如:25度)的空气和水中的感觉不一样。为什么?c 北方寒冷地区,建筑房屋都是双层玻璃,以利于保温。如何解释其道理?越厚越好?
水,M2
20oC
铁块, M1
300oC
图1 传热学与热力学的区别
建筑传热学主要研究热量传递的具体方式及其影响因素。
⑴传热的三种基本方式及各自的规律;
⑵建筑工程中实际传热过程的规律;
⑶提出控制传热(强化传热和削弱传热)的基本方法。
房屋建筑热传递
什么是热
热流作用
比热容
热是物质分子能的外部表现,是能的一种形式,它的
量度单位与能的单位一致:焦耳(J)
热流由一个物体流向另一个物体时,可能引起温度变动
(显热:太阳辐射,墙体温度上升),也可能不引起温度
变动(潜热:溶解热和汽化热)
使1KG物质升高10C(或1K)所需的热量,单位为J/(kg·k)
,其是构成物质材料的一种特性,是单位物质热容量。
建筑热传递
建筑热在运行过程中,热量传递有如下三种形式:导热(热传导)、对流(热对流)、热辐射
导热(热传导)(Conduction)
(1)定义:指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时,依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象,其在建筑构件中广泛存在。
(2)物质的属性:可以在固体、液体、
气体中发生
(3)导热的特点:
a 必须有温差;b 物体直接接触;c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量;d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中;e 根据热流及部分温度场是否随时间改变,分为稳态传热和非稳态传热。
(4)导热的基本定律:
1822年,法国数学家Fourier:
上式称为Fourier定律,号称导热基本定律,是一个一维稳态导热。其中:
:热流量,单位时间传递的热量[W];q:热流密度,单位时间通过单位面积传递的热量;A:垂直于导热方向的截面积[m2];:导热系数(热导率)[W/( m·K)],表征材料导热能力的大小,是一种物性参数,与材料种类和温度关。
图1-2 一维稳态平板内导热
t
0
x
dx
dt
Q
热流矢量与温度梯度的关系?
成正比,方向相反
(5) 一维稳态导热及其导热热阻
如图所示,稳态 q=const,于是积分Fourier定律有:
Q
图导热热阻的图示
t
0
x
dx
dt
Q
导热热阻
单位导热热阻
例题 1-1
例题 1-1 一块厚度δ=50 mm 的平板, 两侧表面分别维持在
试求下列条件下的热流密度。
材料为铜,λ=375 w/(mK );
材料为钢, λ= w/(mK );
材料为铬砖, λ= w/(mK );
材料为铬藻土砖, λ= w/(mK )。
解:一维稳态导热公式有:
铬砖:
铜:
钢:
讨论:由计算可见, 由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差别, 导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土砖的导热量大三个数量级。因而,铜是热的良导体, 而硅藻土砖则起到一定的隔热作用
硅藻土砖:
冬季采暖建筑外围护结构的保温设计可按一维稳态导热计算。
墙体所采用材料的导热系数愈大,则通过墙体热流密度愈大。墙体所用材料厚度愈大,则通过热流密度愈小。
(6) 一维非稳态导热规律
一维非稳态导热现象产生于物体在一个方向上有温差,但温差方向的温度随时间变化;
建筑上遇到的非稳态导热多属周期性非稳态导热,即热流和物体内部温度呈周期性变化;
按照热流情况分为单向周期性热流和双向周期性热流
空调房间的隔热设计,
墙体内表面温度保持恒定,
外表面周期变化
干热性气候区,白天在太阳辐射作用下,墙体外表面温度高于墙体内表面温度,到太阳下山直至夜间,又低于内表面温度。
在非稳态导热中,由于温度不稳定,围护机构不断吸收或释放热量,即材料在导热的同时还伴随着蓄热量的变化,这是非稳态导热区别与稳态导热的重要特点。非稳态导热计算极其繁琐,一般可采取简化模型进行计算。
现实的建筑传热过程中,没有绝对的一维稳态传热,一维非稳态传热则普遍存在。
建筑节能
主讲:干学宏
授课提纲
对流与对流换热
2
辐射与辐射换热
3
3
导热与导热换热
3
1
节能参数计算初步
3
4
5
什么是传热学
自然界与生产过程到处存在温差传热非常普遍
建筑节能本质上就是改变热量的传递结果,必须充分利用传热学的规律
日常生活中的传热的例子:
a 人体为恒温体。若房间里气体的温度在夏天和冬天都保持20度,那么在冬天与夏天、人在房间里所穿的衣服能否一样?为什么?b 夏天人在同样温度(如:25度)的空气和水中的感觉不一样。为什么?c 北方寒冷地区,建筑房屋都是双层玻璃,以利于保温。如何解释其道理?越厚越好?
水,M2
20oC
铁块, M1
300oC
图1 传热学与热力学的区别
建筑传热学主要研究热量传递的具体方式及其影响因素。
⑴传热的三种基本方式及各自的规律;
⑵建筑工程中实际传热过程的规律;
⑶提出控制传热(强化传热和削弱传热)的基本方法。
房屋建筑热传递
什么是热
热流作用
比热容
热是物质分子能的外部表现,是能的一种形式,它的
量度单位与能的单位一致:焦耳(J)
热流由一个物体流向另一个物体时,可能引起温度变动
(显热:太阳辐射,墙体温度上升),也可能不引起温度
变动(潜热:溶解热和汽化热)
使1KG物质升高10C(或1K)所需的热量,单位为J/(kg·k)
,其是构成物质材料的一种特性,是单位物质热容量。
建筑热传递
建筑热在运行过程中,热量传递有如下三种形式:导热(热传导)、对流(热对流)、热辐射
导热(热传导)(Conduction)
(1)定义:指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体间直接接触时,依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而进行的热量传递现象,其在建筑构件中广泛存在。
(2)物质的属性:可以在固体、液体、
气体中发生
(3)导热的特点:
a 必须有温差;b 物体直接接触;c 依靠分子、原子及自由电子等微观粒子热运动而传递热量;d 在引力场下单纯的导热只发生在密实固体中;e 根据热流及部分温度场是否随时间改变,分为稳态传热和非稳态传热。
(4)导热的基本定律:
1822年,法国数学家Fourier:
上式称为Fourier定律,号称导热基本定律,是一个一维稳态导热。其中:
:热流量,单位时间传递的热量[W];q:热流密度,单位时间通过单位面积传递的热量;A:垂直于导热方向的截面积[m2];:导热系数(热导率)[W/( m·K)],表征材料导热能力的大小,是一种物性参数,与材料种类和温度关。
图1-2 一维稳态平板内导热
t
0
x
dx
dt
Q
热流矢量与温度梯度的关系?
成正比,方向相反
(5) 一维稳态导热及其导热热阻
如图所示,稳态 q=const,于是积分Fourier定律有:
Q
图导热热阻的图示
t
0
x
dx
dt
Q
导热热阻
单位导热热阻
例题 1-1
例题 1-1 一块厚度δ=50 mm 的平板, 两侧表面分别维持在
试求下列条件下的热流密度。
材料为铜,λ=375 w/(mK );
材料为钢, λ= w/(mK );
材料为铬砖, λ= w/(mK );
材料为铬藻土砖, λ= w/(mK )。
解:一维稳态导热公式有:
铬砖:
铜:
钢:
讨论:由计算可见, 由于铜与硅藻土砖导热系数的巨大差别, 导致在相同的条件下通过铜板的导热量比通过硅藻土砖的导热量大三个数量级。因而,铜是热的良导体, 而硅藻土砖则起到一定的隔热作用
硅藻土砖:
冬季采暖建筑外围护结构的保温设计可按一维稳态导热计算。
墙体所采用材料的导热系数愈大,则通过墙体热流密度愈大。墙体所用材料厚度愈大,则通过热流密度愈小。
(6) 一维非稳态导热规律
一维非稳态导热现象产生于物体在一个方向上有温差,但温差方向的温度随时间变化;
建筑上遇到的非稳态导热多属周期性非稳态导热,即热流和物体内部温度呈周期性变化;
按照热流情况分为单向周期性热流和双向周期性热流
空调房间的隔热设计,
墙体内表面温度保持恒定,
外表面周期变化
干热性气候区,白天在太阳辐射作用下,墙体外表面温度高于墙体内表面温度,到太阳下山直至夜间,又低于内表面温度。
在非稳态导热中,由于温度不稳定,围护机构不断吸收或释放热量,即材料在导热的同时还伴随着蓄热量的变化,这是非稳态导热区别与稳态导热的重要特点。非稳态导热计算极其繁琐,一般可采取简化模型进行计算。
现实的建筑传热过程中,没有绝对的一维稳态传热,一维非稳态传热则普遍存在。
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