(完整版)建筑物理考试复习资料(自己整理).pdf
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1、一、传热的基本方式 0.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”。1.传热的特点:传热发生在有温度差的地方,并且总是自发地由高温处向低温处传递。3.导热:定义:指温度不同的物体直接接触时,靠物质微观粒子(分子、原子、自由电子等)的热运动引起的热能转移现象。导热可在固体、液体、和气体中发生,但只有在密实的固体中才存在单纯的导热过程。4.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
2、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”。工程上遇到的一般是流体流过一个固体壁面时发生的热量交换过程,称为“对流换热”。单纯的对流换热不存在,总伴随有导热发生。5.辐射:定义:辐射指依靠物体表面向外发射热射线(能产生显著效应的电磁波)来传递能量的现象。自然界中凡温度高于绝对零度(0K)的物体,都能发射辐射热,同时,也不断吸收其它物体投射来的辐射热。特点:辐射换热时有能量转化:热能-辐射能-热能。参与换热的物体无须接触。6.温度场:热量传递的动力是温度差,研究传热时必须知道物体的温度分布。
3、对某一物体或某一空间来说,某一瞬时,物体内各点的温度总计叫温度场。物体内各点温度不随时间变化,称为稳定温度场;反之,则为不稳定温度场。二、围护结构的传热过程 1.平壁导热:定义:指通过围护结构材料传热。2.经过单层平壁导热:单位时间内通过单位面积的热流量,称为热流强度。热阻:导热过程的阻力。为导热体两侧温差与热流密度之比。在同样温差条件下,热阻越大,通过材料层的热量越少;增加热阻的方法:加大平壁厚度或选用导热系数小的材料。4.对流换热:体与温度不同的物体表面接触时,对流和导热联合起作用的传热。对流换热系数:物理意义是:当流体与固体表面之间的温度差为 1K 时,1m*1m 壁面面积在每秒所能传递
4、的热量。5.辐射换热:本质:物体表面向外辐射出的电磁波在空间传播;电磁波的波长可从 10-6M 到数公里;不同波长的电磁波落到物体上可产生各种不同的效应.特点:(1)辐射换热中伴随有能量形式的转化:一物体内能电磁波另一物体内能;(2)电磁波可在真空中传播,故辐射换热不需有任何中间介质,也不需冷热物体直接接触;(3)一切物体,不论温度高低都在不停地对外辐射电磁波,辐射换热是两物体互相辐射的结果。三、湿空气的物理性质 1.水蒸气分压力:湿空气:指干空气与水蒸气的混合物。水蒸气的含量未达到限度的湿空气,叫未饱和湿空气;达到限度时则叫饱和湿空气。饱和蒸汽压(或最大水蒸气分压力):处于饱和状态的湿空气中
5、水蒸气所呈现的压力。标准大气压下,饱和蒸汽压随温度的升高而增大。2.空气湿度:湿度:空气的干湿程度。绝对湿度:每立方米空气中所含水蒸气的重量。绝对湿度一般用 f 表示;饱和空气的绝对湿度用饱和蒸气量 fmax 表示。相对湿度:一定温度和大气压下,湿空气的绝对湿度与同温同压下的饱和蒸气量的百分比。表示为 e/E.100%3.露点温度:(设不人为地增加或减少空气含湿量,而只用干法加热或降温空气)某一状态的空气,在含湿量不变的情况下,冷却到它的相对湿度时所对应的温度,称为该状态下空气的露点温度,用 tc 表示。四、稳定传热 1.平壁的稳定传热:传热过程:室内、外热环境通过围护结构而进行的热量交换过程
6、,包含导热、对流及辐射方式的换热,是一种复杂的换热过程稳定传热过程:温度场不随时间而变的传热过程。ca001002.平壁总传热系数0K:)11(10eiadaK 物理意义:当Cttei01时,在单位时间内通过平壁单位表面积的传热量,单位 3.平壁的总传热阻0R:eiadaKR111100 物理意义:表示热量从平壁一侧空间传到另一侧空间时所受到的总阻力。单位:WKm 2 4.平壁内、外表面及壁体内各层温度的计算:5.组合材料层热阻:IIIIIIIIIIIIIIIIIIRFRFRFFFFR 6.提高空气间层的热阻,首先要设法减少辐射传热量。减少辐射换热量,最有效的是在间层壁面吐贴辐射系数小的反射材
7、料,目前采用的主要是铝箔。五、建筑保温 2.建筑保温综合处理的基本原则:1.充分利用太阳能.2.防止冷风的不利影响.3.选择合理的建筑体型、朝向.4.使房间具有良好的热特性与合理的供热系统.5.窗的设置和保温,增加窗的层数,改善窗框和玻璃的传热性能.6.热桥处理 3.对外围护结构的保温要求:围护结构对室内气候的影响,主要是通过内表面温度体现的。内表面温度过低,不仅影响人体健康,还会出现表面结露,严重影响卫生,加重结构潮湿状况,降低结构耐久性。稳定传热条件下,内表面温度仅决定于室内外温度和围护结构的总热阻 ,越大则内表温度越高。就大量性工业和民用建筑,控制围护结构内表面温度不低于室内露点温度,以
8、保证内表面不致结露是起码的要求。4.低限热阻的确定:低限热阻是一种技术标准,其确定方法应由国家规范来规定。现 按下式确定::冬季室内计算温度。民用建筑或其它以满足人体生理卫生需要为主的房屋,按卫生标准取值;工业厂房或有特殊要求的房间,按相应规范取值。:冬季室外计算温度。为使同类采用不同热稳定性围护结构的房间的室内气候状况接近一致,不同结构应采用不同的室外计算温度。:考虑外表面位置的修正系数。由于计算低限热阻公式中统一取当地的室外气温的计算值,这对外墙、屋顶等直接接触大气的围护结构来说符合实际,但对那些不直接接触室外空气的结构来说则需要修正。如:顶棚的上部是闷顶空间,其温度比室外气温要高一些 :
9、允许温差。见表 9-2。使用质量要求较高的房间,小一些。相同的室内外气候时,按较小的确定的大一些,即使用质量要求越高,围护结构应有更大的保温能力。5.经济热阻:是指围护结构的建造费与采暖费之和达到最小值时的总热阻值。按最小传热阻,节省建造费但增加采暖费;无限增加热阻,节省采暖费但浪费建造费,存在最佳经济热阻。6.导热系数:在稳定传热条件下,当材料层单位厚度内的温差为 1C 时,在 1 小时内通过 1m2 表面积的热量;影响导热系数的因素很多,如密实性,内部孔隙的大小、数量、形状,材料的湿度,材料骨架部分(固体部分)的化学性质,以及工作温度等。常温下,影响最大的因素是容重和湿度。1.容重对导热系
10、数的影响:容重:单位体积材料的重量。导热系数随孔隙率增加而减小,即容重越小,导热系数也越小.但容重小到一定程度后,再加大孔隙率,则导热系数不仅不再降低,KmW20R0RARtttRieiminitetAt),3,2,1()(011nmttRRRteimjjiim 还会变大,存在有最佳容重。原因是:孔隙率太大,不仅意味着孔隙的数量增多,而且孔隙也必然增大。其结果,孔壁温差变大,辐射传热量加大,同时,大孔隙内的对流传热也增多。特别是由于材料骨架所剩无几,使许多孔隙互相贯通,使对流显著增加。2.湿度对导热系数的影响:材料受潮后,导热系数显著增大。原因是由于孔隙中有了水分后,附加了水蒸气扩散的传热量,
11、此外还增加了毛细孔中的液态水分所传导的热量。3.温度对导热系数的影响:温度愈高,导热系数愈大。原因是当温度增高时,分子热运动加剧,此外,孔隙内的辐射换热也增强。4.热流方向对导热系数也有影响:主要表现在各向异性材料,如木材、玻璃纤维等,当热流平行纤维方向,导热系数较大,当热流方向垂直纤维时,导热系数较小。7.孔隙率:材料中孔隙所占的体积与材料整体体积的百分比 8.围护结构构造方案的选择:单设保温层、封闭空气间层保温、保温与承重相结合、混合型构造 9.保温层在承重层外侧的优点:1、使墙或屋顶的主要部分受到保护,大大降低温度应力的起伏,提高结构的耐久性。2、由于承重层材料的热容量一般都远比保温层大
12、,所以这种布置方式对房间热稳定性有利。3、保温层放在外侧时,将减少保温层内部产生水蒸气凝结的可能性。4、旧房改造,特别是为了节能而加强旧房的保温型性时,外保温处理效果最好。10.倒铺屋面:即防水层不设在保温层上边,而是倒过来设在保温层底下。国外称“Upside Down”构造法,简称 USD 构造,从下到上:结构层、防水层、保温层、覆盖层 12.窗户保温:窗户保温性能低的原因:主要是缝隙透气;玻璃、窗框 和窗樘等的热阻太小。改善窗的保温性能:1。提高气密性,减少冷风渗透。2.提高窗框保温性能。3。改善玻璃部分的保温能力.例如:双层窗、双玻璃窗、空心玻璃砖等。13.热桥保温:围护结构中,一般都有
13、保温性能远低于主体部分的嵌入构件,如外墙体中的刚或钢筋混凝土骨架、圈梁;楼板、墙板中的肋条等,称为热桥。热桥就是热量容易通过的地方。热桥保温处理,理论上就是用某种导热系数很小的保温材料,附加到热桥的适当部位。六、外围护结构的湿状况 1.外围护结构的湿状况与其热状况和结构的耐久性密切相关,同时也直接影响房间的卫生状况。2.围护结构的湿状况主要决定于下列因素:1、用于结构中的材料的原始湿度 2、施工过程中进入结构材料的水分 3、由于毛细管作用,从土壤渗透到围护结构中的水分 4、由于受雨、雪的作用渗透到围护结构中的水分 5、使用管理中的水分 6、由于材料的吸湿作用,从空气中吸收的水分 7、空气中的水
14、分在围护结构表面和内部发生冷凝。3.外围护结构由于冷凝而受潮可分两种情况:表面凝结:就是在外围护结构表面上出现凝结水,其原因湿由于水蒸气含量较多而温度高的空气遇到冷的表面所致内部凝结:是当水蒸气通过外围护结构时,遇到结构内部某个冷区温度达到或低于露点时,水蒸气即形成凝结水。5.外围护结构中的水分迁移:当材料内部存在压力差(分压力或总压力)、湿度(材料含湿量)差和温度差时,均能引起材料内部所含水分的迁移,从高势位面向低势位面转移。在材料内部可以迁移的只是两种相态:一种是气态的扩散方式迁移(又称水蒸气渗透);一种是以液态水分的毛细渗透方式迁移。7.内部冷凝:冷凝的危害:当水蒸气接触结构表面时,若表
15、面温度低于露点温度,水汽会在表面冷凝成水。表面冷凝水将有碍室内卫生,某些情况下还将直接影响生产和房间的使用。水蒸气通过围护结构时,在结构内部材料的孔隙中冷凝成水珠或冻结成冰,这种内部冷凝现象危害更大,是一种看不见的隐患。内部出现冷凝水,会使保温材料受潮,材料受潮后,导热系数增大,保温能力降低;此外,由于内部冷凝水的冻融交替作用,抗冻性差的保温材料便遭到破坏,从而降低结构的使用质量和耐久性。判断冷凝现象,可按下进行:根据室内外空气的温度和湿度确定水蒸气分压力 0eei,然后计算围护结构各层的水蒸气分压力,并作出e的分布线。对于采暖房屋,设计中取当地采暖期的室外空气的平均温度和平均相对湿度作为室外
16、计算参数。根据室内外空气温度0tti,确定围护结构各层的温度,并作出相应的最大水蒸气分压力E的分布线。根据e和E线相交与否判定围护结构内部是否出现冷凝。若两者相交则出现冷凝,反之没有。8.防止和控制表面冷凝的措施:产生表面冷凝的原因:室内空气湿度过高或壁面温度过低,导致壁面温度低于露点温度而产生表面冷凝.。1、正常温度的房间:设计围护结构时要考虑低限热阻的要求,保证内壁面温度高于露点温度,不会出现表面冷凝现象。2、高湿房间:浴室、游泳馆、冷库等.高湿房间:一般指冬季室内相对湿度高于0075,相应室温在CC002018以上的房间。对于高湿房间,容易产生表面冷凝和滴水现象,要预防结构材料的锈蚀和腐
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