第一篇、建筑热工学
建筑围护结构的传热原理
第一节、稳定传热之一
——一种最简单和最基本的传热方式
恒定的热作用
ti
te
——通常用于采暖房
间冬季条件下的保温
设计
周期热作用
ti
te
——用于空调房间的 隔热设计
ti
——用于自然通风房
间的夏季隔热设计
te
第一节、稳定传热之二
——平壁的稳定传热
温度场不随时间变化的传热过程——稳定传热过程
3、若围护结构存在圆孔时，应先将圆孔折算成同等面积 的方孔。
第一节、稳定传热之五
——封闭空气间层的热阻
建筑设计中常用封闭空气层作为围护结构的保温层。
空气层中的传热方式有：
导热、对流和辐射。
其中：主要是对流换热（30%） 和辐射换热（70%））
第一节、稳定传热之五
——封闭空气间层的热阻
一、空气层中的传热方式分析：
传热过程中，室内外热环境通过围护结构而进行的热量交换，包含导 热、对流以及辐射换热三种方式。
当围护结构受到恒定热作用时，围护结构内部的温度分布和通过围护结 构的传热量会处于一种不随时间而变化的稳定传热状态。
稳定传热特征:
１、通过平壁的热流强度q处处相等。即对平壁内 任一截面，其流进和流出的热量相等；
The End Thanks！
例如：铝的辐射系数 0.25~0.96 J/(m2hk4)
4——间层内有一表面贴有铝箔 5——间层内两表面都贴有铝箔
增效不显著!故以一个表面贴反 射材料为宜
• 封闭空气间层的热阻大小和间层厚度，壁 面温度，间层所处位置等多个因素有关， 表1.1所列数据可作参考。
• 提高窗户保温性能的措施之一是设置空气 间层，如中空玻璃，双层窗，充惰性气体 窗（热阻可提高15%，隔音），抽真空窗 等。
多层壁的总热阻等于各层热阻之 和
12
34
n
第一节、稳定传热之四
——材料层热阻的计算分析
2、经过组合壁的导热
如图，平行于热流方向沿材料层中不同材料的界面将其分隔为Ⅰ、Ⅱ、
Ⅲ等部分。分别计算各部分的热阻RⅠ、RⅡ 、RⅢ
设组合壁的平均热阻为 ： R

R


F
R
F
F F R
FN FN
设: ti > te
２、同一材质的平壁内部各界面温度分布呈直线
t 关系。即温度随距离的变化规律为直线。
注：
i
te
建筑热工中的“平壁”不仅是指平直的墙体，还包括
地板、平屋顶及曲率半径较大的穹顶、拱顶等结构。 稳定传热是指我们所研究的物体或者体系，无论整体
还是局部都保持与时间无关的恒定温度状态。通常指采 暖房屋冬季条件下的保温设计。
第一节、稳定传热之四
——材料层热阻的计算分析
1、经过多层平壁的导热
凡是由几层不同材料组成的平壁称为“多层壁”，例如双面粉刷的砖砌体。
设 i e，且θ不随时间变化 2、3 表示层间接触面的温度。
整个平壁看作三个单层壁组成，分 别计算通过每一层的热流强度。
tiθi
θe te
λ1 λ2 λ3
第一节、稳定传热之二
三、外表面散热阶段
——平壁的稳定传热
季节
表面特征
e Re
冬季 外墙、屋顶、与室外空气直接接触的表面 23.0 0.04
与室外空气相通的不采暖地下室上面楼板 17.0 0.06
闷顶、外墙上有窗不采暖地下室上面楼板 12.0 0.08
外墙上无窗的不采暖地下室上面的楼板 6.0 0.17
........ RN
.......

(
Ri


Re)

其中：F是各部分在垂直热流方向的表面积m2
注： ——修正系数，
1、当围护结构有两种材料组成，1 为较大值，2为较小 值，按2 / 1取值
2、当围护结构有三种材料组成， 1 为较大值， 按比值 （2 +3）/ 21 取值
第一节、稳定传热之二
——平壁的稳定传热
传热过程经历以下三个阶段： 一、内表面吸热阶段
ti>θi ,内表面以对流和辐射的方式吸热
qi qic qir (ic ir )(ti i )
qi i (ti i )
qi ——平壁内表面吸热量w/m2
qic
——室内空气以对流形式传给平壁内表面 的热量
Ri

1
i
经验数据:
表面特性
墙面、地面、表面平整或有肋状 突出物的顶棚（h/s0.3） 有肋状突出物的顶棚（h/s>0.3）
内表面热转移阻 Ri
I W/(m2•K) 8.7
RI (m2•K)/W) 0.11
7.6
0.13
第一节、稳定传热之二
——平壁的稳定传热
二、平壁材料层导热阶段
q

i e d
1、结论：普通空气间层的传热量 中辐射换热占很大比例，要提高 空气间层的热阻须减少辐射传热 量。
第一节、稳定传热之五
——封闭空气间层的热阻
2、减少辐射换热量的方法： 1、将空气间层布置在围护结构的冷侧，降低间层的平均温度。
（效果不够显著）
2、在间层壁面涂贴辐射系数小的反射材料（铝箔等）
一般建筑材料的辐射系数： 4~4.5 J/(m2hk4)
d1
d2
d3
θi θ2 θ3 θe λ1 λ2 λ3 d1 d2 d3
第一节、稳定传热之四
——材料层热阻的计算分析q1ຫໍສະໝຸດ 1d1( i
2 )
q2

2
d2
( 2
3)
q3

3
d3
( 3
e )
稳定导热条件下： q q1 q2 q3 否则θ会随时间变化！
q
i e
i e
d1 1 d2 2 d3 3 R1 R2 R3
其中：R1 、R2 、 R3分别为第一、二、三层的热阻 q
对于n层多壁层的导热计算公式可依次类推为：

1
n1
n
Rj
式中每一项 Rj 代表第J层的热阻， n1 为
j 1
第N层外表面的温度。
结论：
第一节、稳定传热之五
——封闭空气间层的热阻
2、水平间层中
*当热面在上方时，间层内可视为不存在对流。
*当热面在下方时，热气流的上升和冷气流的
下沉相互交替，形成自然对流，此时自然对流 换热最强。
二、不同传热方式的传热量比较：
通过间层的辐射换热量与间层表面
材料的辐射性能和间层的平均温度高低 有关。1—纯导热换热量；2—对流换热 量；3—总换热量
qir
——室内其它表面以辐射形式传给平壁内 表面的热量 w/m2
ti θi
te
i ——平壁内表面的热转移系数 w/（m2K）
ti ——室内空气及其它表面的温度
λd
i ——围护结构内表面的温度
第一节、稳定传热之二
一、内表面吸热阶段
qi

(ti i ) 1 i

(ti
i )
Ri
——平壁的稳定传热
1、垂直空气间层中，θ1>θ2
*当间层厚度较薄时
热气流和冷气流相互干扰，形成局部 环流，使边界层减薄。
*当间层厚度很薄时(d<0.5cm)
气流的流动困难，气流近似为静止， 对流换热很弱，
*当间层厚度增加(d>10cm)
上升气流和下降气流干扰程度逐渐 减小
*当厚度达到一定程度时，就与自然对流情况类似。
tiθi
θe te
q ——通过平壁的导热量 w/m2 e ——平壁外表面的温度 ℃
λd
三、外表面散热阶段
θe >te ，外表面把热量以对流和辐射的方式传给室外的空气
qe e (e te )
e ec er
qe ——外表面的散热量， w/m2 e ——外表面的热转移系数， w/（m2K)
夏季 外墙和屋顶
19.0 0.05
第一节、稳定传热之四
——材料层热阻的计算分析
材料层的热阻
常见的围护结构有：单一材料层、组合材料层和封闭空气间层等
（一）单一材料层的热阻
（二）组合材料层的热阻 R0 Ri R Re
组合壁：在建筑工程中，维护结构内部个别材料层常出现两
种以上材料组成的组合材料层。