第一章建筑熱工學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)第一節(jié)建筑中的傳熱現(xiàn)象heattransmittingphenomenainbuilding（1）熱量的傳遞稱為熱傳遞。自然界中，只要存在溫差就有傳熱現(xiàn)象，熱能由溫度較高部位傳至溫度較低部位。（2）冬天：不論供暖房間還是非供暖房間，熱流必然由室內(nèi)流向室外夏天：白天由室外到室內(nèi)。夜間取決于室外溫度。第二節(jié)維護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱基礎(chǔ)知識(shí)basicknowledgeofheattransmissionforenvelopestructure（1）導(dǎo)熱heatconducting物體中有溫差時(shí)由于直接接觸的物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)做熱運(yùn)動(dòng)而引起的熱能傳遞過程。在固體、液體和氣體中都存在。導(dǎo)熱現(xiàn)象：同一物體內(nèi)部或相接觸的兩個(gè)物體之間由于分子熱運(yùn)動(dòng)，熱量由高溫處向低溫處轉(zhuǎn)換的現(xiàn)象。1）溫度場(chǎng)、溫度梯度和熱流密度A溫度場(chǎng)temperaturefield：在某一時(shí)刻物體內(nèi)個(gè)點(diǎn)的溫度分布。T=f(x,y,z,)B穩(wěn)定溫度場(chǎng)steady-statefield：溫度分布不隨時(shí)間變化C不穩(wěn)定溫度場(chǎng)unsteady-stateconduction：溫度分布隨時(shí)間變化（通常環(huán)境認(rèn)定狀態(tài)）D等溫面isothermalsurface：溫度場(chǎng)中同一時(shí)刻由相同溫度各點(diǎn)相連形成的面。E溫度梯度temperaturegradient：溫度差t與法線方向兩等溫面之間距離n的比值的極限。2）傅里葉定律formulaofthermaltransmissionq=-t/n（q熱流密度；比例常數(shù)，材料導(dǎo)熱系數(shù)）3）導(dǎo)熱系數(shù)coefficientofthermaltransmission=q/(t/n)W/(mK)=0+bt（00度時(shí)的導(dǎo)熱系數(shù)；b常數(shù)）當(dāng)溫度梯度為1度/m時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的導(dǎo)熱量。導(dǎo)熱系數(shù)越大材料導(dǎo)熱能力越強(qiáng)。4）影響導(dǎo)熱系數(shù)因素factorsofinfluencingthermalconductionA材料material絕對(duì)熱材料heatinsulationmaterial=0.25不流動(dòng)的空氣=0.0060.6（很好的絕熱材料）B密度density越大，內(nèi)部孔隙越少，導(dǎo)熱性越強(qiáng)C含濕量moisturecontent水導(dǎo)熱性比空氣約高20倍，因此材料含濕量越高，導(dǎo)熱性越高。（2）對(duì)流convection只發(fā)生在流體之中，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)，互相參合而傳遞熱能的。對(duì)流現(xiàn)象：流體與流體之間、流體與固體之間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)所產(chǎn)生的熱量交換現(xiàn)象。1）自然對(duì)流與受迫對(duì)流naturalconvection&forcedconvection自然對(duì)流：本來溫度相同的流體，其中某一部分受熱（或冷卻）而產(chǎn)生溫差，形成對(duì)流運(yùn)動(dòng)。受迫對(duì)流：因受外力作用（風(fēng)吹、泵壓），迫使流體產(chǎn)生對(duì)流。2）邊界層內(nèi)流體流動(dòng)情況basicflowbehaviorofconvectionforlayersA層流層laminarlayerB過渡區(qū)transitionlayerC紊流層turbulentlayer3）對(duì)流換熱公式formulaofthermalconvectionqc=c(t-)qc對(duì)流換熱強(qiáng)度，W/m2；c對(duì)流換熱系數(shù)；t流體溫度；固體表面溫度（3）輻射radiation以電磁波傳遞熱能的，凡溫度高于絕對(duì)零度的物體都能發(fā)射熱輻射。輻射現(xiàn)象：熱量以電磁波的形式把熱量由一個(gè)物體傳向另一個(gè)物體。1）物體的輻射特性A按物體輻射光譜特性分類a）黑體：能發(fā)射全波段的熱輻射，在相同溫度下，輻射能力最大。b）灰體：其輻射光譜具有與黑體輻射光譜相似的形狀，切對(duì)應(yīng)每一波長的單色輻射能力與同溫同波長的黑體的壁紙為一常數(shù)。一般建筑材料都可看做灰體c）非灰體：其輻射光譜與黑體光譜完全不同，有的甚至只能發(fā)射某些波長的輻射線。B輻射量radiation（黑體和灰體）E=C(T/100)4E物體的輻射本領(lǐng)，W/m2C物體輻射系數(shù)，W/m2K4T物體表面的絕對(duì)溫度，KCfourinteractionsofradiation透射transmittance、吸收absorptance、反射reflectance、輻射emittance2）物體表面對(duì)外來輻射的吸收與反射absorptive&reflectanceabilityofradiationA材料對(duì)熱輻射吸和反射收性能材料輻射能力越大，對(duì)外來輻射吸收能力越大。短波輻射short-waveradiation：顏色起主導(dǎo)作用長波輻射long-waveradiation：材料起主導(dǎo)作用BA+R+T=1A：absorptanceratioR：reflectanceratioT:transmittanceratioIfA=1R=T=0絕對(duì)黑體IfR=1A=T=0絕對(duì)百體C玻璃glass白天引進(jìn)大量太陽輻射，夜間阻止室內(nèi)長波輻射向外透射。Mostlytransparenttoshot-waveradiationandopaquetolongwaveradiation.3）物體之間的輻射換熱空間任意兩個(gè)相互分離的物體，彼此間都會(huì)產(chǎn)生熱輻射，由較熱物體向外輻射熱量給較冷物體，形成輻射換熱。輻射換熱熱量主要取決于表面溫度，表面發(fā)射和吸收輻射能力，以及相互位置。（4）維護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱過程1）表面換熱吸熱：內(nèi)表面從室內(nèi)吸熱（冬），外面表從室外空間吸熱（夏）放熱：外表面向室外空間散發(fā)熱量（冬），內(nèi)表面向室內(nèi)散熱（夏）q=qc+qr=(c+r)(t-)=(t-)q表面換熱量表面換熱系數(shù)壁面溫度t室內(nèi)或室外氣溫2）結(jié)構(gòu)傳熱熱量由高溫表面?zhèn)飨虻蜏乇砻?。材料層以?dǎo)熱為主，空氣層以輻射傳熱為主?？紫队绊?。qx=-(d/dx)qx單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積的熱流材料的導(dǎo)熱系數(shù)d/dx溫度梯度第三節(jié)濕空氣的物理性質(zhì)physicalcharacteristicsofhumidair（1）水蒸氣分壓力vaporpressurePw=Pd+P（單位Pa）Pw濕空氣的總壓力Pd干空氣的分壓力P水蒸汽的分壓力處于飽和狀態(tài)下的濕空氣中的水蒸汽所呈現(xiàn)的壓力叫做飽和蒸汽壓力PS，溫度越高，PS越大。（2）空氣濕度airhumidity1）絕對(duì)濕度absolutehumidity單位體積空氣中所含水蒸汽的重量f。飽和狀態(tài)下的絕對(duì)濕度則用飽和蒸汽量fmax表示。2）相對(duì)濕度relativehumidity一定溫度，一定大氣壓力下，濕空氣的絕對(duì)溫度f與同溫同壓下的飽和蒸汽量fmax的百分比=(f/fmax)*100%?？梢灾苯诱f明濕空氣對(duì)人體舒適感、房間及維護(hù)結(jié)構(gòu)濕狀況的影響。（3）露點(diǎn)溫度dewpointtemp空氣中的水蒸汽開始出現(xiàn)結(jié)露的溫度。第四節(jié)室內(nèi)熱環(huán)境indoorthermalenvironment（1）室內(nèi)熱環(huán)境構(gòu)成要素及其對(duì)人體舒適度的影響1）構(gòu)成要素室內(nèi)空氣溫度（AirTemperature）、空氣濕度(AirHumidity)、氣流速度(VentilatingSpeed)、環(huán)境輻射溫度(MeanRadiation)2）HeatBalanceEquation人體得失的熱量ThermalLoadofBody、人體產(chǎn)熱量RateofBodyMetabolic、對(duì)流Convection、輻射Radiation、蒸發(fā)Evaporation3）NormalProportionofHeatTransmissionforBody對(duì)流換熱：25%30%輻射散熱：45%50%呼吸和無感覺蒸發(fā)散熱：25%30%4）人體熱平衡的因素FactorsofHeatBalanceforBodyA、人體產(chǎn)熱量BodyHeatProduction體的活動(dòng)量：Activity生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度：WorkingIntensityMetabolicRate(代謝率，Met)代謝率是工作代謝量與基礎(chǔ)代謝量的比值。東方人的基礎(chǔ)熱量是64W。B、人體對(duì)流換熱C、人體輻射換熱D、人體蒸發(fā)散熱E、人體衣著情況(clothing)5）影響人體溫?zé)岣校‵eelingofWarm）的因素：室內(nèi)空氣溫度T（AirTemperature）、空氣濕度(AirHumidity)、氣流速度v(VentilatingSpeed)、環(huán)境輻射溫度(MeanRadiation)、MetabolicRate(代謝率，Met)、人體衣著情況(clothing)6）舒適度舒適感受到周壁輻射溫度（MRT）和周遭空氣混合溫度影響建筑物維護(hù)結(jié)構(gòu)若能保暖，且比室內(nèi)氣溫高，即使室內(nèi)氣溫較低，還是能使人感覺舒適。若室內(nèi)氣溫較周壁輻射溫度高，即使空氣溫度較高，也會(huì)使人感覺寒意。（2）室內(nèi)熱環(huán)境的評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)EvaluationsofIndoorThermalEnvironment1）有效溫度ETEffectiveTemperature(ET)氣溫、空氣濕度、氣流速度2）PMV-PPD指標(biāo)PredictedMeanVote四個(gè)人環(huán)境要素，兩個(gè)人體因素（認(rèn)得活動(dòng)量和衣著情況）第五節(jié)室外熱環(huán)境outdoorthermalenvironment（1）氣候因素與室外熱環(huán)境1）室外氣溫OutdoorAirTemperatureA日較差（DayRange）:一日內(nèi)氣溫最高值與最低值的差值B年較差（YearRange）長江中下游地區(qū)氣溫波動(dòng)年較差較大一般為2030攝氏度2）時(shí)滯timelag物質(zhì)于某溫度吸收的熱量，會(huì)產(chǎn)生滯后顯現(xiàn)該溫度的特性。時(shí)滯長短與該物質(zhì)熱容（heatcapacity）有關(guān)。3）太陽輻射SunRadiation太陽常數(shù)（天文太陽常數(shù)、氣象太陽常數(shù)）太陽輻射由兩部分：直接輻射（平行的射線）散射輻射（射線來自各個(gè)方向）。經(jīng)大氣散射后到達(dá)地面的總和為總輻射量。4）空氣濕度AirHumidity氣溫高、水面較大的地區(qū)，空氣濕度高，相反，空氣比較干燥。絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度描述：絕對(duì)濕度變化不大、相對(duì)濕度變化劇烈。5）風(fēng)AirMovementA大氣環(huán)流（GlobeConvectionCurrents）由于太陽輻射在地球表面上照射不均勻，引起赤道和兩極間出現(xiàn)溫差，從而引起大氣從赤道到兩極和從兩極到遲到的經(jīng)常性活動(dòng)。B地方風(fēng)（LocalConvectionCurrents）由于地表水陸分布、地勢(shì)起伏、表面覆蓋等地方性條件的不同而引起的氣流活動(dòng)，且風(fēng)向產(chǎn)生晝夜交替的變化。C風(fēng)配圖（WindRose）為描述風(fēng)向和風(fēng)速等要素的數(shù)據(jù)圖形，又稱風(fēng)玫瑰、風(fēng)花圖（2）城市氣候及對(duì)建筑熱工設(shè)計(jì)的影響1）都市氣候特征A大氣透明度小，能見度低B氣溫較高，形成熱島效應(yīng)C風(fēng)速減小，風(fēng)向隨地而異D地面較為干燥2）都市氣候形成原因A高密度的建（構(gòu)）筑物改變了地表（下墊面）的形態(tài)B高密度的人口分布改變了能源與資源消費(fèi)結(jié)構(gòu)3）熱島效應(yīng)（UHI-UrbanHeatIslandEffect）由于城市化的速度加快，城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊區(qū)的土壤、植被具有更大的熱容量和吸熱率，使得城區(qū)儲(chǔ)存了較多的熱量，并向四周和大氣中幅射，造成了同一時(shí)間城區(qū)氣溫普遍高于周圍的郊區(qū)氣溫，高溫的城區(qū)處于低溫的郊區(qū)包圍之中，如同汪洋大海中的島嶼，人們把這種現(xiàn)象稱之為城市熱島效應(yīng)。4）地方風(fēng)（LocalConvectionCurrents）由于地表水陸分布、地勢(shì)起伏、表面覆蓋等地方性條件的不同而引起的氣流活動(dòng)，且風(fēng)向產(chǎn)生晝夜交替的變化。（3）都市氣候的控制策略1）都市氣候控制策略A風(fēng)的引入可以減少空氣污染B利用綠地公園水池調(diào)節(jié)C采用透水的下墊面D增加建筑物空地比、綠蔽率E建筑物外墻使用的顏色與材料，應(yīng)增高明度與反射率F建筑物采用節(jié)能設(shè)計(jì)2）高樓防風(fēng)對(duì)策A愈上層退縮建筑，逐漸減低高樓風(fēng)B透空使得氣流穿透C突出露臺(tái)和遮陽板以阻擋氣流D植栽以改變氣流方向第二章建筑維護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱原理及計(jì)算第一節(jié)穩(wěn)定傳熱steadyheat（1）一維穩(wěn)定傳熱特征通過平壁的熱流只沿厚度方向，且傳熱情況不隨時(shí)間變化。1）通過平壁的熱流強(qiáng)度q處處相等。2）同一材質(zhì)的平壁內(nèi)部各界面溫度分布呈直線關(guān)系，即溫度隨距離變化規(guī)律為直線。（2）平壁內(nèi)的導(dǎo)熱過程1）單層勻質(zhì)平壁的導(dǎo)熱單層勻質(zhì)平整的穩(wěn)定導(dǎo)熱方程q=（i-e）*/d=（i-e）/（d/）d平壁厚度i平壁內(nèi)表面溫度e平壁外表面溫度材料的導(dǎo)熱系數(shù)/d熱阻m2K/W，平壁抵抗熱流通過的能力在同樣溫差條件下，熱阻越大，通過材料的熱量越少，維護(hù)結(jié)構(gòu)保溫性能越好。2）經(jīng)過多層平壁的導(dǎo)熱q=(i-n+1)/R3）通過組合壁的導(dǎo)熱R平均=F0/(F1/R0.1+F2/R0.2+Fn/R0.n)-(Ri+Re)R平均平均熱阻F0與熱流方向垂直的總傳熱面積F1、F2Fn按平行于熱流方向劃分的各個(gè)傳熱面積R0.1、R0.1R0.1各個(gè)傳熱面部位的傳熱阻Ri內(nèi)表面換熱阻Re外表面換熱阻修正系數(shù)（3）平壁的穩(wěn)定傳熱過程SteadyHeatTransmissionInWall1）內(nèi)表面吸熱FormulaforHeatAbsorptionofWallqi=qie+qir=(ic+ir)(ti-i)=i(ti-i)qi平壁內(nèi)表面單位時(shí)間、單位面積的吸熱量，W/m2qie室內(nèi)空氣以對(duì)流換熱形式傳給平壁內(nèi)表面的熱量，W/m2qir室內(nèi)其他表面以輻射換熱形式傳給平壁內(nèi)表面的熱量，W/m2i平壁內(nèi)表面的換熱系數(shù)，i為內(nèi)表面的對(duì)流換熱系數(shù)ic及輻射換熱系數(shù)ir之和，W/(m2K)ti室內(nèi)空氣溫度i維護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度2）平壁材料層導(dǎo)熱FormulaforHeatConductionofWallqi=/d（i-e）qi單位時(shí)間內(nèi)通過單位面積平壁的導(dǎo)熱量e平壁外表面溫度3）外表面散熱FormulaforHeatEmissionofWallqe=e(e-te)qe單位時(shí)間單位面積外表面散發(fā)的熱量e外表面的換熱系數(shù)，e=ec+e4）HeatConductionPhenomenonforSandwichWalq=(ti-te)/（1/i+d/+1/e）=(ti-te)/(Ri+R+Re)=(ti-te)/R0=(ti-te)K0Ri平壁內(nèi)表面吸熱阻，Ri=1/iR平壁的傳熱阻，R=d/Re平壁外表面散熱阻，Re=1/eR0平壁總熱阻，R0=1/i+d/+1/eK0平壁總傳熱系數(shù)，K0=1/R05）R0和K0A平壁總熱阻（R0）HeatResistanceofWall表示熱量從一側(cè)傳到另一側(cè)所受阻力大小。K0=1/R0平壁總傳熱系數(shù)（K0）ConductionCoefficientofWallB平壁總傳熱系數(shù)（K0）ConductionCoefficientofWallK0表示平壁的總傳熱能力，為當(dāng)室內(nèi)外空氣溫差1度時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過平壁單位面積所傳出的熱量。C平均熱阻值計(jì)算R0為內(nèi)表面換熱阻Ri，壁體傳熱阻R，空氣間層熱阻Rag，與外表面換熱阻Re之和。R0=Ri+R+Rag+Re（4）平壁內(nèi)溫度的確定1）評(píng)價(jià)建筑熱工性能重要指標(biāo)：維護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度與內(nèi)表面溫度2）維護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行溫度核算：檢驗(yàn)內(nèi)表面和內(nèi)部是否產(chǎn)生凝結(jié)水以及內(nèi)表面溫度對(duì)環(huán)境的影響3）內(nèi)表面溫度計(jì)算i=ti-Ri(ti-te)/R04）任意一層內(nèi)表面溫度計(jì)算5）外表面溫度計(jì)算i=te-Re(ti-te)/R0=ti-(R0-Re)(ti-te)/R0（5）封閉空氣間的熱阻第二節(jié)周期性不穩(wěn)定傳熱（1）諧波熱作用維護(hù)結(jié)構(gòu)受到周期熱作用，可近似按諧波熱作用考慮。溫度隨時(shí)間的正弦或余弦函數(shù)作規(guī)則變化。（2）諧波熱作用下的傳熱特征1）室外溫度和平壁表面溫度、內(nèi)部任一界面處的溫度都是同一周期的諧波動(dòng)2）從室外空間到平壁內(nèi)部，溫度波動(dòng)振幅逐漸減小，即溫度波動(dòng)的衰減3）從室外空間到平壁內(nèi)部，溫度波動(dòng)的相位逐漸