2018年一級注冊建筑師《場地與設(shè)計》建筑熱工學(xué)基本原理

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　　建筑熱工學(xué)基本原理：

　　熱量的傳遞稱為傳熱。根據(jù)傳熱機(jī)理的不同，傳熱的基本方式分為導(dǎo)熱、對流和輻射。

　　(一)導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo))

　　導(dǎo)熱是指溫度不同的物體各部分或溫度不同的兩物體直接接觸而發(fā)生的傳熱現(xiàn)象

　　1.傅立葉定律

　　導(dǎo)熱基本定律，即傅立葉定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

　　式中q——熱流密度(熱流強(qiáng)度)，單位時間內(nèi)，通過等溫面上單位面積的熱量，單位為W/㎡

　　——溫度梯度，溫度差△t與沿法線方向兩個等溫面之間距離△n的比值的極限，單位為K/m

　　λ——材料的導(dǎo)熱系數(shù)，單位為W/(m·K)

　　均質(zhì)材料物體內(nèi)各點的熱流密度與溫度梯度成正比，但指向溫度降低的方向。式(1-1)中的負(fù)號表示熱量的傳遞方向和溫度梯度的方向相反。

　　2.導(dǎo)熱系數(shù)

　　表征材料導(dǎo)熱能力大小的量是導(dǎo)熱系數(shù)，單位是W/(m·K)。其數(shù)值是物體中單位溫度降度(即1m厚的材料的兩側(cè)溫度相差1oC時)，單位時間內(nèi)通過單位面積所傳導(dǎo)的熱量。

　　各種材料導(dǎo)熱系數(shù)入的大致范圍是：

　　氣體：0.006～0.6W/(m·K)

　　液體：0.07～0.7W/(m·K)

　　金屬：2.2～420W/(m·K)

　　建筑材料和絕熱材料：0.025～3W/(m·K)

　　空氣在常溫、常壓下導(dǎo)熱系數(shù)很小，所以圍護(hù)結(jié)構(gòu)空氣層中靜止的空氣具有良好的保溫能力。

　　材料的導(dǎo)熱系數(shù)不但因物質(zhì)的種類而異，而且還和材料的溫度、濕度、壓力和密度等因素有關(guān)。而影響導(dǎo)熱系數(shù)主要因素是材料的密度和濕度。

　　(1)密度。一般情況下，密度小的材料導(dǎo)熱系數(shù)就小，反之就大。但是對于一些密度較小的保溫材料，特別是某些纖維狀材料和發(fā)泡材料，當(dāng)密度低于某個值以后，導(dǎo)熱系數(shù)反而會增大。在最佳密度下，該材料的導(dǎo)熱系數(shù)最小。

　　(2)濕度。建筑材料含水后，水或冰填充了材料孔隙中空氣的位置，導(dǎo)熱系數(shù)將顯著增大，在建筑保溫、隔熱、防潮設(shè)計時，都必須考慮到這種影響。

　　(3)溫度。大多數(shù)材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大，工程計算中，導(dǎo)熱系數(shù)常取使用溫度范圍內(nèi)的算術(shù)平均值，并把它作為常數(shù)看待。

　　(4)熱流方向。各向異性材料(如木材、玻璃纖維)，平行于熱流方向時，導(dǎo)熱系數(shù)較大，垂直于熱流方向時，導(dǎo)熱系數(shù)較小。

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　　(二)對流

　　對流傳熱只發(fā)生在流體(液體、氣體)中，它是因溫度不同的各部分流體之間發(fā)生相對運動，互相摻合而傳熱能的。

　　由于引起流體流動的動力不同，對流的類型可分為自然對流和受迫對流：

　　(1)自然對流：由于溫度的不同引起的對流換熱。

　　(2)受迫對流：由外力作用形成的對流。受迫對流在傳遞熱量的強(qiáng)度方面要大于自然對流。

　　在建筑熱工中所涉及的主要是空氣沿圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面流動時，與壁面之間所產(chǎn)生的熱交換過程，也包括空氣分子之間和相互接觸的空氣分子與壁面分子之間的導(dǎo)熱過程。這種對流與導(dǎo)熱的綜合過程稱為表面的“對流換熱”。它的基本計算式為牛頓冷卻公式：

　　式中qc——對流換熱強(qiáng)度，W/㎡

　　αc——對流換熱系數(shù)，W/(㎡·K)

　　t——流體主體部分溫度，K

　　θ——固體壁面溫度，K

　　空氣同屋頂和墻壁的表面之間的穩(wěn)定相差越大，對流換熱量越多;表面越光滑，對流越順暢，換熱量越多。

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