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　建筑熱工學基本原理

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

　　(一)導熱(熱傳導)

　　導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

　　導熱基本定律，即傅立葉定律的數(shù)學表達式為：

　　式中q——熱流密度(熱流強度)，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)中的負號表示熱量的傳遞方向和溫度梯度的方向相反。

　　2.導熱系數(shù)

　　表征材料導熱能力大小的量是導熱系數(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的熱量。

　　各種材料導熱系數(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、常壓下導熱系數(shù)很小，所以圍護結(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，當密度低于某個值以后，導熱系數(shù)反而會增大。在最佳密度下，該材料的導熱系數(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)材料的導熱系數(shù)隨溫度的升高而增大，工程計算中，導熱系數(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，導熱系數(shù)較大，垂直于熱流方向時，導熱系數(shù)較小。

　　(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熱過程。這種對流與導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。