《建筑物理》课程授课教案（建筑热工学）第四讲 平壁的稳定传热和周期性传热

第2周，第2进课程名称：《建筑物理》摘要第二章传热的基本知识第二节平壁的稳定传热授课题目（章、节）第三节平壁的周期性传热【目的要求】了解平壁稳定传热过程，封闭空气间层传热方式，平壁总热阻计算，周期性传热的特点

课程名称：《建筑物理》 第 2 周，第 2 讲 摘 要 授课题目（章、节） 第二章传热的基本知识 第二节平壁的稳定传热 第三节 平壁的周期性传热 【目的要求】了解平壁稳定传热过程，封闭空气间层传热方式，平壁总热阻计算，周期性传热的特点

第二节平壁的稳定传热平壁建筑工程中大多数围护结构包括平直的墙体、地板、平屋顶及曲率半径较大的穹顶、拱顶等结构。稳定传热在传热过程中，各点的温度都不随时间而改变。一、平壁的传热过程及散热量的计算由匀质材料组成的平壁传热过程可分为三个阶段：壁体内表面吸热一一平壁材料层导热一一壁体外表面散热壁体内表面吸热：q; =qic +qir=a ic (t ;-0:)+a ir (t, -@:)=(α ic +αir)(t r-)=a (t,-@)平壁材料层导热入qa=(oi-oe)d壁体外表面散热qe=ae(oe-t.)0==R平壁内表面吸热阻（m2·K/W）,R=19e=9R——平壁的传热阻（m2.K/W),R=÷1I+++I(t-t)q=αi入aeR——平壁外表面散热阻（m2K/W），RqR,+R+R(i-1)R。平壁的总热阻（m2·K/W）,R。=R+R+R。R(ti-te)K。—平壁的总传热系数（W/㎡K),K。Rq=K(ti-t)

第二节平壁的稳定传热 平壁 建筑工程中大多数围护结构,包括平直的墙体、地板、平屋顶及曲率半径较 大的穹顶、拱顶等结构。 稳定传热 在传热过程中，各点的温度都不随时间而改变。 一、平壁的传热过程及散热量的计算 由匀质材料组成的平壁传热过程可分为三个阶段： 壁体内表面吸热——平壁材料层导热——壁体外表面散热 壁体内表面吸热： qi =qic +qir =αic (t i-θi )+αir ( ti –θi ) =(αic +αir )(t i-θi) =αi (t i-θi) 平壁材料层导热 qλ = (θi –θe) λ d 壁体外表面散热 qe =αe (θe - te )

平壁的总热阻RO与总传热系数KO是互为倒数的关系，传热系数KO的物理意义是表示平壁的总传热能力，在数值是当室内、外空气温度相差1摄氏度时在单位时间内通过平壁单位面积所传出的热量。二、封闭空气间层的传热2(b)(a)(d)图1.2-17不同封闭空气间层的自然对流情况（α）"厚"垂直间层：（6）"薄"垂直间层：（c）热面在上水平间层：（d）热面在下水平间层图1.2-16空气间层传热6.05.0又射材料24.0YUUI反射材料20.0F02468101214空气层厚度d（cm）图1.2-18垂直封闭空气间层内不同传热方式的传热量比较

平壁的总热阻 R0 与总传热系数 K0 是互为倒数的关系，传热系数 K0 的物理 意义是表示平壁的总传热能力，在数值上是当室内、外空气温度相差 1 摄氏度时， 在单位时间内通过平壁单位面积所传出的热量。 二、封闭空气间层的传热

三、平壁总热阻的计算R0-Ri+R+Re>内表面的换热阻（查表获得）适用于冬季和夏拳的内表面换热系数及内表而换热阻R值表1.2-4表面特征a(W/m-K)R.(m-K/W)请遇，地围，表速平整成有助状突出物的顶棚、8.70.11当h/0.3时有尊状实物的预框，当为小>0.3时7.60.13生：表中参为助高，为助同净距>外表面的换热阻（查表获得）外表面换热系数a及外表面换热阻R，值表1.2-5适用季节表南特0,(W/(m.K))R.(m.K/W)外境、屋顶与室外空气直接接触的表面23.00.04与室外空气相适的不采服绝下室上而的楼板17.00.06阅预、外境上有家的不果服地下室上面的楼板12.00.08外墙上无鼠的不采吸地下室上面的楼板0.176.0外墙和屋顶19.00.05>壁体传热阻（重点）d1）单一材料层的热阻LR=（计算获得）入2）多层均质材料层的热阻R=R1+R2+R3+.+Rn（计算获得）3）组合材料层的热阻（计算获得）F.(R+R)R=F..F.CRoiRo2Ro.nW式中R平均热阻（m2·K/W）：F与热流方向垂直的总传热面积（m2）：FiF2..F.按平行于热流方向划分的各个传热面积（m）RalRa2.-Ran各个传热部位的总传热阻（m2·K/W）：R.内表面换热阻取0.11（m2·K/W）：R外表面换热阻.取0.04（m·K/W）：修正系数，按表1.2-6取值。P4）封闭空气间层的热阻（查表获得）>围护结构总热阻的计算R=R+ER+ER+R

三、平壁总热阻的计算 R0=Ri+R+Re ➢内表面的换热阻（查表获得） ➢外表面的换热阻（查表获得） ➢壁体传热阻（重点） 1） 单一材料层的热阻 2） 多层均质材料层的热阻 （计算获得） R = d λ R =R1+R2+R3+.+Rn 3） 组合材料层的热阻 （计算获得） （计算获得） 4） 封闭空气间层的热阻（查表获得） ➢ 围护结构总热阻 ➢围护结构总热阻的计算

例题：例1：冬季，某建筑物外墙,外侧结构层用20mm厚水泥沙浆(入=0.93)，中间结构层240mm厚粘土砖砌体（入=0.81)，内层20mm石灰砂浆（入=0.81)，求总热阻【解】1.由表124套出R=0.11m2.K/W2.由表1.2-5查出在冬季时R，=0.04m2K/W3.由附录I查出各材料层导热系数值石灰砂浆内粉刷入）=0.81W/(mK)国粘土砖码体X2=0.81W/(m-K)水泥砂浆外粉刷3-0.93W/(m·K）4.计算平壁的传热阻R-d++±-0.0200.240+0.0202-0.810.810.93=0.025+0.296+0.022=0.343m2-K/W5.计算总热阻2024020R.=R+R+R.=0.11+0.343+0.04=0.493m2·K/W例2：某平屋顶，由外到内材料分别为：10mm厚油毡防水层（入=0.17）20mm厚水泥沙浆（入=0.93)，60mm厚钢筋混凝土板（入=1.74)，40mm厚封闭空气层,10mm钙塑板（入=0.049），钙塑板上表面贴铝箔，求总热阻【解】1.由表1.2-4查得R,=0.11m2·K/W直面尚2.由表1.2-5查得R=0.04m2-K/W3.吊顶中有40mm厚单面铝箔封闭空气间层，查表10厚油毡防水层1.2-3得R=0.42m2.K/W山车20厚水泥砂浆4.计算各材料层热阻60厚钢筋混氟土板（1）钙塑板入，=0.049W/（m·K）40厚封闭空气层R18:010-0204m-K/W路10厚钙塑板，上表面贴铝箱（2）钢筋混凝土板 入g=1.74W/（m·K）R3=0.060=0.034m2.K/W1.74（3）水泥砂浆层入4=0.93W（mK）图1.2-21平屋顶构造0.020R40.022m2.K/W0.（4）油毡防水层入s=0.17W/（mK）0.010R5==0.059m2·K/W0.17R.=R+R+R+R=0.11+0.204+0.42+0.034+0.022+0.059+0.04=0.889m2·K/W

例题： 例 1：冬季，某建筑物外墙,外侧结构层用 20mm 厚水泥沙浆(λ= 0.93), 中间结构 层 240mm 厚粘土砖砌体(λ=0.81), 内层 20mm 石灰砂浆(λ=0.81), 求总热阻. 例 2：某平屋顶,由外到内材料分别为：10mm 厚油毡防水层（ λ= 0.17 ）20mm 厚水泥沙浆(λ= 0.93), 60mm 厚钢筋混凝土板(λ=1.74), 40mm 厚封闭空气 层,10mm 钙塑板(λ=0.049), 钙塑板上表面贴铝箔,求总热阻

四、平壁内部温度的确定目的:（1）检验内表面和内部是否会出现凝结水（2）内表面温度对室内热环境的影响>计算法q=q,=qe111i世(t, -@ )=(e。-t)(t - t) =tR.RiR.NeSeR(t,- t.)g,=t,-RoR.。=t.-(t, - t.)0Ro0e-t.根据q=q=q2R=d/qnqiaeR,+R,2(t-t)e,=t-RoR+R,+R2e,=t-(t - t)Ro多层平壁内任一层的内表面温度为饿一Ri+ZRj=1(ti-te)m=tiRom=1,2,3,on又因q=9得8o-teRoR由此可得出外表面的温度6R0=tR.R.-R-t.=1

四、平壁内部温度的确定 目的： （1）检验内表面和内部是否会出现凝结水 （2）内表面温度对室内热环境的影响 qi qe qn q = qi = qe ti te θi θ2 θ3 θe ti te θi θ2 θ3 θe R0 Ri (t i – te θ ) i = t i – R0 Ri (t i – te θ ) i = t i – 根据 q = q1= q2 R = d/λ R0 Ri+R1 (t i – te θ ) 2 = t i – R0 Ri+R1 (t i – te θ ) 2 = t i – R0 Ri+R1+R2 (t i – te θ ) 3 = t i – R0 Ri+R1+R2 (t i – te θ ) 3 = t i – R0 Re (t i – te θ ) e = te – R0 Re (t i – te θ ) e = te – 1 R0 (t i – te ) = (t i –θi)= 1 Ri (θe– te ) 1 Re 1 R0 (t i – te ) = 1 R0 (t i – te ) = (t i –θi)= 1 Ri (θe– te ) 1 Re ➢计算法 多层平壁内任一层的内表面温度为

例3：已知室内气温为16摄氏度，室外气温为一8摄氏度，求前面例1中所示三层平壁的内部温度分布。R0-4(（4-4)-16-0.[16-(8)0.493l=16-5.4=10.6C;R±R(1-)=16-0-10.40.025(16+8)82=-0.493R。=16-6.5=9.5CR.+Ri+R(t-t)=t2024020R.0.11+ 0.025+0.296(16+8)=16-0.49316-21=-5.0CR+RI+R2+R(t-te)0.=4Ra=160.453(16+8)0.493=16-22--6℃>图解法t.E0.110.0250.2960.0220.042024020

例 3：已知室内气温为 16 摄氏度，室外气温为－8 摄氏度，求前面例 1 中所示三 层平壁的内部温度分布。 ti te θi θ2 θ3θe ti te θi θ2 θ3θe 0.11 0.025 0.296 0.022 0.04 t i te θi θ2 θ3 θe t i te θi θ2 θ3 θe 20 240 20 ➢图解法

第三节平壁的周期性传热周期性传热外界热作用随时间呈周期性变化一、简谐热作用二、半无限厚平壁在简谐热作用下的传热特征1介质温度；2平壁表面温度；3壁体内部离表面×处的温度EA.某瞬间平壁内部温度分布曲线及波幅变化

第三节 平壁的周期性传热 周期性传热 外界热作用随时间呈周期性变化 一、简谐热作用 二、半无限厚平壁在简谐热作用下的传热特征 1 介质温度；2 平壁表面温度；3 壁体内部离表面 x 处的温度 某瞬间平壁内部温度分布曲线及波幅变化

半无限厚平壁在谐波热作用下传热的几个传热特征：（1）平壁表面及内部任一点x处的温度，都会出现和介质温度周期Z相同的简谐波动。（2）从介质到壁体表面及内部，温度波动的振幅逐渐减少，这种现象叫作温度的衰减。（3）从介质到壁体表面及内部，温度波动的相位逐渐向后推延，这种现象叫温度波动的相位延迟，亦即从外到内各个面出现最高温度的时间向后推迟。三、简谐热作用下材料和围护结构的热特性指标1材料蓄热系数S（表征蓄存热量或放出热量的能力的物理量）把半无限厚物体表面热流波动的振幅AqO与温度波动振幅Af的比值称为物体在谐波热作用下的材料蓄热系数”。Aqo2元入cP。S=AfzD2材料的热情性指标热情性指标表示围护结构在谐波热作用下反抗温度波动的能力。D=Rx·S3材料层表面的蓄热系数a）材料层外表面蓄热系数的计算b）材料层内表面蓄热系数的计算四、有限厚平壁在简谐热作用下的传热五、温度谐波在有限厚度平壁内的振幅衰减，相位延迟计算a）室外温度谐波传至平壁内表面时的总衰减度和总相位延迟b）室内温度谐波传至平壁内表面的衰减和延迟计算

半无限厚平壁在谐波热作用下传热的几个传热特征： （1）平壁表面及内部任一点 x 处的温度，都会出现和介质温度周期 Z 相同的简 谐波动。 （2）从介质到壁体表面及内部，温度波动的振幅逐渐减少，这种现象叫作温度的 衰减。 （3）从介质到壁体表面及内部，温度波动的相位逐渐向后推延，这种现象叫温度 波动的相位延迟，亦即从外到内各个面出现最高温度的时间向后推迟。 三、简谐热作用下材料和围护结构的热特性指标 1 材料蓄热系数 S（表征蓄存热量或放出热量的能力的物理量） 把半无限厚物体表面热流波动的振幅 Aq0 与温度波动振幅 Af 的比值称为物体 在谐波热作用下的“材料蓄热系数”。 S = Aq0 Af = Z 2πλcρ0 Z 2πλcρ0 2 材料的热惰性指标 D 热惰性指标表示围护结构在谐波热作用下反抗温度波动的能力。 D = Rx ·S 3 材料层表面的蓄热系数 a) 材料层外表面蓄热系数的计算 b) 材料层内表面蓄热系数的计算 四、有限厚平壁在简谐热作用下的传热 五、温度谐波在有限厚度平壁内的振幅衰减，相位延迟计算 a) 室外温度谐波传至平壁内表面时的总衰减度和总相位延迟 b) 室内温度谐波传至平壁内表面的衰减和延迟计算

总结：1传热的几种方式及各自的机理：入导热：q=(T1-T2)d对流: qc= αc(0 - t)辐射: q,= α(,- 2)2.什么是稳定传热，平壁稳定传热的过程总热阻的计算：R, =R;+ZR+Z Rag+Re各层界面温度的计算：二ZRR+2j=1(ti-te)Om=tiR。m=1,2,3,n作业：1.何谓稳定传热状态？稳定传热状态有些什么特征？2.一围护结构主体为由200mm厚的钢筋混凝土墙，外贴80mm厚聚苯乙烯泡沫塑料板，外抹20mm的水泥砂浆，内抹20mm厚石灰砂浆，室内气温18℃，室外气温-10℃，求该围护结构的总热阻，并计算各材料层内表面温度

总结： 1 传热的几种方式及各自的机理： 导热: q= λ d 对流: qc = αc (θ- t) 辐射: qr = αr(θ1 - θ2 ) （T1-T2） 2.什么是稳定传热, 平壁稳定传热的过程 总热阻的计算: R0 = Ri +ΣR +Σ Rag + Re 各层界面温度的计算: 作业： 1. 何谓稳定传热状态？稳定传热状态有些什么特征？ 2. 一围护结构主体为由 200mm 厚的钢筋混凝土墙，外贴 80mm 厚聚苯乙烯泡 沫塑料板，外抹 20mm 的水泥砂浆，内抹 20mm 厚石灰砂浆，室内气温 18℃， 室外气温-10 ℃，求该围护结构的总热阻，并计算各材料层内表面温度