建筑熱工學(xué)的基本原理是什么

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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(duì)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(shí)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(gè)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(diǎn)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(hào)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(shí))，單位時(shí)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(duì)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(gè)值以后，導(dǎo)熱系數(shù)反而會(huì)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(jì)時(shí)，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(jì)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(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)較大，垂直于熱流方向時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)較小。

(二)對(duì)流

對(duì)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(duì)運(yùn)動(dòng)，互相摻合而傳熱能的。

由于引起流體流動(dòng)的動(dòng)力不同，對(duì)流的類型可分為自然對(duì)流和受迫對(duì)流：

(1)自然對(duì)流：由于溫度的不同引起的對(duì)流換熱。

(2)受迫對(duì)流：由外力作用形成的對(duì)流。受迫對(duì)流在傳遞熱量的強(qiáng)度方面要大于自然對(duì)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(dòng)時(shí)，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(duì)流與導(dǎo)熱的綜合過程稱為表面的對(duì)流換熱”。它的基本計(jì)算式為牛頓冷卻公式：

式中qc——對(duì)流換熱強(qiáng)度，W/㎡

αc——對(duì)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(duì)流換熱量越多;表面越光滑，對(duì)流越順暢，換熱量越多。