建筑物理熱建筑圍護結構的傳熱原理及計算第一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日課程目錄緒論建筑熱工基礎知識建筑圍護結構的傳熱計算與應用建筑保溫與節能建筑圍護結構的傳濕與防潮建筑防熱與節能第二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理及計算2.1穩定傳熱2.2建筑保溫與節能計算2.3周期性不穩定傳熱2.4建筑隔熱設計控制指標計算自然通風房間空調房間自然通風房間采暖房間空調房間？GB50736-2012民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范JGJ134-2010夏熱冬冷地區居住建筑節能設計標準第三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日標準、規范、規程有何區別與聯系

在工程建設領域，標準、規范、規程是出現頻率最多的，也是人們感到最難理解的三個基本術語。◆“規范”一般是在工農業生產和工程建設中，對設計、施工、制造、檢驗等技術事項所做的一系列規定；規程是對作業、安裝、鑒定、安全、管理等技術要求和實施程序所做的統一規定。◆標準、規范、規程都是標準的一種表現形式，習慣上統稱為標準，只有針對具體對象才加以區別。→當針對產品、方法、符號、概念等基礎標準時，一般采用“標準”，如《土工試驗方法標準》、《生活飲用水衛生標準》、《道路工程標準》、《建筑抗震鑒定標準》等；→當針對工程勘察、規劃、設計、施工等通用的技術事項做出規定時，一般采用“規范”，如：《混凝土設計規范》、《建設設計防火規范》、《住宅建筑設計規范》、《砌體工程施工及驗收規范》、《屋面工程技術規范》等；→當針對操作、工藝、管理等專用技術要求時，一般采用“規程”，如：《鋼筋氣壓焊接規程》、《建筑安裝工程工藝及操作規程》、《建筑機械使用安全操作規程》等。→在我國工程建設標準化工作中，由于各主管部門在使用這三個術語時掌握的尺度、習慣不同，使用的隨意性比較大，這是造成人們最難理解這三個術語的根本原因。◆“標準”的定義：“為在一定的范圍內獲得最佳秩序，對活動或其結果規定共同的和重復使用的規則、導則或特性的文件，該文件經協商一致制定并經一個公認機構批準，以科學、技術和實踐經驗的綜合成果為基礎，以促進最佳社會效益為目的”《標準化和有關領域的通用術語第一部分：基本術語》（GB3935.1-1996）第四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日★物理（導熱）問題的完整數學描述：

（微分）數學方程（共性）+單值性條件（個性）確定唯一解的附加補充說明條件,包括四項：幾何、物理、時間、邊界引言第五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日設備圍護結構2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

透明部分不透明部分外圍護結構內圍護結構第六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日設備室內熱環境室外熱環境◆太陽輻射◆空氣的溫濕度◆風◆雨◆雪圍護結構保證室內熱舒適！2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

◆四要素◆評價方法第七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日◆熱舒適性◆掌握基本的傳熱原理與計算◆掌握圍護結構保溫、防熱及節能指標的控制◆了解材料的相關熱物性2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

◆防熱◆保溫要保證◆達到節能標準要求第八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日根據建筑保溫和隔熱設計中所考慮的室內外熱作用的特點，可將室內外傳熱的計算模型歸納為如下兩種：恒定的熱作用周期性熱作用傳熱過程——室內外熱環境通過圍護結構而進行的熱量交換，包含導熱、對流以及輻射換熱方式2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

常用于采暖房間冬季條件下的保溫設計單向雙向常用于空調房間的隔熱設計常用于自然通風房間的夏季隔熱設計合理的假設簡化，是解決問題的常用做法第九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

本章僅討論通過圍護結構主體部分一維的穩定傳熱和周期性不穩定傳熱問題。打好基礎，才能解決更復雜的問題！第十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理及計算2.1穩定傳熱2.1.1一維穩定傳熱特征2.1.2平壁的導熱和熱阻平壁的穩定傳熱過程2.1.4封閉空氣間層的傳熱2.1.5平壁內部溫度的計算當圍護結構受到恒定熱作用時，即處于穩定傳熱狀態。第十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日dq2.1.1一維穩定傳熱特征2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱已知：1）一“大平壁”，寬與高的尺寸遠大于厚度（10倍以上）；2）厚度為d的單層勻質材料;3）熱物性皆為常數；4）無內熱源；若，平壁兩側空氣溫度恒定，則通過平壁的傳熱情況也不會隨時間變化，這種傳熱稱為一維穩定傳熱一維穩定傳熱的特征：1）平壁內各點溫度均不隨時間變化t=f(x)2）通過平壁的熱流強度q處處相等（q=Const

）3)平壁內部溫度呈直線分布？則，可認為通過平壁的熱流只沿厚度方向傳遞第十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日◆穩定傳熱是一種最簡單和最基本的傳熱過程，由于其計算簡便，能滿足一定的工程精度要求，是國內外在建筑熱工計算中經常被采用的一種計算方法。恒定的熱作用2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2.1.1一維穩定傳熱特征◆在建筑熱工學范疇內，“平壁”不僅是指平直的墻體，還包括地板、平屋頂及曲率半徑較大的穹頂、拱頂等結構。除一些特殊結構外，建筑工程中大多數圍護結構都屬于這個范疇。第十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理及計算2.1穩定傳熱2.1.1一維穩定傳熱特征2.1.2平壁的導熱和熱阻平壁的穩定傳熱過程2.1.4封閉空氣間層的傳熱2.1.5平壁內部溫度的計算當圍護結構受到恒定熱作用時，即處于穩定傳熱狀態。第十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日單一圍護結構材料加氣混凝土磚聚氨酯墻體板普通磚苯板2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2.1.2平壁的導熱和熱阻

嚴格地講，建筑材料內部總會有孔隙存在，所以不是單純的導熱現象，還有對流和輻射換熱方式存在，但由于其所占比例微小，在熱工計算中，對圍護結構材料層（不包含空氣層）均按導熱考慮。第十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱1）單層勻質平壁的導熱熱阻R表示平壁抵抗熱流通過的能力。如何調整熱阻？壁面溫度壁面溫度2.1.2平壁的導熱和熱阻單層勻質平壁的穩定導熱方程熱阻?◆單層勻質平壁的穩定導熱方程第十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

房屋外圍護結構一般都是由幾層不同材料組成的多層平壁，如圖示的三層平壁。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2）多層平壁的導熱λ1λ2λ3

d1d2d3qθiθeθ2θ3求q、θ2和θ3

?其它條件為已知。2.1.2平壁的導熱和熱阻共幾個未知數?θi和θe表示平壁的內外表面溫度，θ2和θ3是內部材料層界面上的溫度是否有同學能直接給出結果？第十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日對n層平壁？2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2）多層平壁的導熱λ1λ2λ3

d1d2d3qθiθeθ2θ3電路比擬分析方法！！！2.1.2平壁的導熱和熱阻θiθeθ2θ3R2R3R1q第十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2）多層平壁的導熱λ1λ2λ3

d1d2d3qθiθeθ2θ3θ2和θ3

還未求出！2.1.2平壁的導熱和熱阻θiθeθ2θ3R2R3R1對于n層平壁θn

?從右側算起也可！第十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日實際建筑的圍護結構常由多種材料構成.對于這些構造來說，在垂直于熱流方向上已非勻質材料，稱這種構造為組合材料層。輕質墻體板利用混凝土、工業廢料（爐渣，粉煤灰等）等制成的空心砌塊在建筑上已得到廣泛應用。3）組合壁的導熱2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2.1.2平壁的導熱和熱阻第二十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日livingwall3）組合壁的導熱2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2.1.2平壁的導熱和熱阻第二十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日組合壁熱阻理論計算方法如果復合平壁的各種材料的導熱系數相差較大時，應按二維或三維溫度場計算，或用實驗方法確定。

A1A2A3AE1E2E3EBCD3）組合壁的熱阻2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2.1.2平壁的導熱和熱阻qq有誤差第二十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日平均熱阻：

平行于熱流方向，沿材料層中不同材料的界面將其分成若干部分。3）組合壁的熱阻2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2.1.2平壁的導熱和熱阻組合壁熱阻工程計算方法傳熱阻=內表面換熱阻+導熱阻+外表面換熱阻組合壁本身的傳熱阻！！！《熱工規范》Why?熱流方向第二十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日若圍護結構存在圓孔時，應先將圓孔折算成同等面積的方孔。注意：輕質墻體板2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2.1.2平壁的導熱和熱阻第二十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日例2-1

求屋頂鋼筋混凝土（導熱系數=1.74W/(m·K)）圓孔板冬季的（傳）熱阻。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱還需學習一點知識才能計算！……第二十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理及計算2.1穩定傳熱2.1.1一維穩定傳熱特征2.1.2平壁的導熱和熱阻平壁的穩定傳熱過程2.1.4封閉空氣間層的傳熱2.1.5平壁內部溫度的計算當圍護結構受到恒定熱作用時，即處于穩定傳熱狀態。第二十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日tetiqe溫度場不隨時間變化的傳熱過程——穩定傳熱過程常用于建筑熱工計算和估算。設:ti>

te傳熱過程經歷三個階段？冬季2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱平壁的穩定傳熱過程有多種傳熱方式參與1)內表面吸熱2)平壁材料層的導熱3)外表面散熱（將外圍護結構兩側空氣換熱考慮在內）注意第二十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日1）內表面吸熱ti>θi,內表面以對流和輻射的方式吸熱qi—平壁內表面吸熱量w/m2

qic—

室內空氣以對流形式傳給平壁內表面的熱量qir—室內其它表面以輻射形式傳給平壁內表面的熱量w/m2αi—內表面的換熱系數w/（m2·K）ti—室內空氣及其它表面的溫度θi—圍護結構內表面的溫度2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱λ1λ2λ3

d1d2d3titeqθiθeθ2θ3平壁的穩定傳熱過程第二十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日表2-2(h:肋高，s：肋間凈距)（適用于冬季和夏季）

表面特性iW/(m2?K)Ri(m2?K)/W墻面、地面、表面平整或有肋狀突出物的頂棚（h/s0.3）8.70.115有肋狀突出物的頂棚（h/s>0.3）7.60.132內表面換熱熱阻Ri2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱1）內表面吸熱平壁的穩定傳熱過程第二十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日第三十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2）平壁材料層的導熱——通過平壁的導熱量W/m2——平壁外表面的溫度℃2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱λ1λ2λ3

d1d2d3titeqθiθeθ2θ3平壁的穩定傳熱過程第三十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日3）外表面的散熱θe>te,外表面把熱量以對流和輻射的方式傳給室外的空氣及環境2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱λ1λ2λ3

d1d2d3titeqθiθeθ2θ3查表2-3平壁的穩定傳熱過程第三十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日對于一維穩定傳熱過程,q—通過平壁的傳熱量W/m2R0—平壁的總傳熱阻，表示熱量從平壁一側傳到另一側是所受到的總阻力（m2·K/W）2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱λ1λ2λ3

d1d2d3titeqθiθeθ2θ3qiqλqe4）完整傳熱過程平壁的穩定傳熱過程導熱阻注意與節中的區別注意用詞第三十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日物理含義：當ti-te=1℃時，單位時間內通過平壁單位表面積的傳熱量W/（m2·K)K0—平壁的傳熱系數(最常用)2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱4）完整傳熱過程平壁的穩定傳熱過程K0與R0都是極其重要的熱工性能指標在不同時期的建筑節能設計標準中有明確規定限值！λ1λ2λ3

d1d2d3titeqθiθeθ2θ3第三十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日《公共建筑節能設計標準GB50189-2005》第三十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準JGJ26-2010第三十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理及計算2.1穩定傳熱2.1.1一維穩定傳熱特征2.1.2平壁的導熱和熱阻平壁的穩定傳熱過程2.1.4封閉空氣間層的傳熱2.1.5平壁內部溫度的計算第三十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日靜止的空氣介質導熱性甚小，因此建筑設計中常利用封閉空氣間層作為圍護結構的保溫層。垂直封閉空氣間層的傳熱過程

2.1.4封閉空氣間層的傳熱◆傳熱特點:在空氣間層中，導熱、對流和輻射三種傳熱方式都存在，其傳熱過程實際上是在一個有限空氣層的兩個表面之間的換熱過程，包括對流換熱和輻射換熱。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱

◆空氣間層不像實體材料層那樣，當材料導熱系數一定后，材料層的熱阻與厚度成正比關系。在空氣間層中，其熱阻主要取決于空氣間層的對流換熱強度（受空氣邊界層厚度影響）和界面之間的輻射換熱強度。所以，空氣間層的熱阻與厚度之間不存在成比例地增長的關系。第三十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日◆空氣間層內的對流換熱2.1.4封閉空氣間層的傳熱2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱在有限空間內的對流換熱強度，與間層的厚度、間層的位置、形狀及間層的密閉性等因素有關。空氣在不同的封閉空氣間層中的自然對流圖中即為空氣在不同封閉間層中的自然對流情況第三十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

●

(圖a)在d較大的垂直空氣間層中，當間層兩界面存在溫差(θ1＞θ2)時，熱表面附近的空氣上升，冷表面附近的空氣下沉，形成間層內兩股氣流循環的自然對流換熱狀態。空氣在不同的封閉空氣間層中的自然對流

●

（圖b）當d較小，即間層厚度較薄時，上升和下沉的氣流相互干擾，形成局部環流，對流換熱強于（圖a）情況。●對于垂直的空氣間層。當間層厚度增大時，上升氣流與下沉氣流相互干擾的程度越來越小，氣流速度也隨著增大，當厚度達到一定程度時，就與開敞空間中沿垂直壁面所產生的自然對流狀況相似。2.1.4封閉空氣間層的傳熱2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱◆空氣間層內的對流換熱第四十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日●

(圖c)在水平空氣間層中，當熱面在上方時，難以形成對流，間層內可視為不存在對流。●

(圖d)當熱面在下方時，熱氣流的的上升和冷氣流的下沉相互交替形成自然對流，這時自然對流換熱最強。2.1.4封閉空氣間層的傳熱2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱◆空氣間層內的對流換熱第四十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日間層的輻射換熱量，與間層表面材料的輻射性能(黑度或輻射系數)和間層的平均溫度有關。◆空氣間層內的輻射換熱2.1.4封閉空氣間層的傳熱2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱黑體輻射系數材料輻射系數發射率/黑度第四十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日●不同厚度的垂直封閉空氣間層內不同傳熱方式的傳熱量的比較（單位溫差下）◆圖中“l”線是表示不同厚度空氣間層處于靜止狀態的純導熱方式傳遞的熱量；◆“2”線表示的是對流換熱量；◆“3”線表示通過間層的總傳熱量。◆

空氣間層內對流及輻射換熱綜合分析注：間層用一般建材(ε≈0.9)制成◆“3”線與“2”線之間表示的是輻射換熱量；◆當間層厚度超過約4cm時，傳熱量減少趨勢明顯變緩；第四十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日1)將空氣間層布置在圍護結構的冷側，降低間層的平均溫度，可減少輻射換熱量，但效果不顯著。2)最有效的方法是在間層壁面上涂貼輻射系數小的反射材料，目前在建筑中采用的主要是鋁箔。根據鋁箔的成分和加工質量的不同，它的輻射系數介于／(m2·K4)，而一般建筑材料的輻射系數是4.65-5.23W／(m2·K4)。

◆在總的傳熱量中，輻射換熱占的比例最大，約為總傳熱量的70%以上。因此，要提高空氣間層的熱阻，首先要設法減少輻射換熱量。●不同厚度的垂直封閉空氣間層內不同傳熱方式的傳熱量的比較（單位溫差下）第四十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日鋁箔、泡沫塑料復合防寒墊第四十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

◆“5”線表示兩個表面都貼上鋁箔后的總傳熱量。與單面貼鋁箔相比，增效提高的并不顯著，從節約材料考慮，以一個表面貼反射材料為宜。垂直間層內不同傳熱方式的傳熱量的比較◆圖中“4”線表示間層內有一個表面貼上鋁箔后的總傳熱量。3→4，降幅很大，這是由于輻射換熱量大大降低。

◆在實際設計計算中，空氣間層的熱阻Rag一般都采用表2-4所載的數據。第四十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

◆在實際設計計算中，空氣間層的熱阻Rag一般都采用表2-4所載的數據。《民用建筑熱工設計規范》2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2.1.4封閉空氣間層的傳熱第四十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日例2-1

求屋頂鋼筋混凝土（導熱系數=1.74W/(m·K)）圓孔板冬季的（傳）熱阻。鋼筋混凝土圓孔板各部分尺寸熱流熱流解：（1）將圓孔折算成等面積正方孔，設正方形邊長為b，則2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱第四十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日解：（2）分別計算各部分的傳熱阻空氣間層熱阻，查表2-4內表面換熱熱阻，查表2-2外表面換熱熱阻，查表2-3第2部分R0.2(無空氣間層部分)；第1部分R0.1(有空氣間層部分)；熱流導熱熱阻導熱熱阻第四十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日（3）求修正系數空氣間層的當量導熱系數鋼筋混凝土的導熱系數查表2-1第五十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日（4）計算圓孔板的平均熱阻平均熱阻5分鐘！第五十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理及計算2.1穩定傳熱2.1.1一維穩定傳熱特征2.1.2平壁的導熱和熱阻平壁的穩定傳熱過程2.1.4封閉空氣間層的傳熱2.1.5平壁內部溫度的計算第五十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日圍護結構內部和表面溫度的重要性：1）室內各表面的輻射溫度影響室內人員的熱舒適感覺；2）當圍護結構內部或表面溫度低于露點溫度時，內表面將結露。結露將使室內濕度增大，引起建筑生霉及至惡化室內環境（散發異味，影響美觀）。圍護結構墻體內層也可能結露。3）外墻、屋頂內部溫度的計算，是建筑防潮設計的重要環節。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2.1.5平壁內部溫度的計算在及中已學過？！很重要！第五十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日假設該墻體處于穩定傳熱狀態，一維電路模擬圖titeθiθ2θ3θe2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2.1.5平壁內部溫度的計算已知：1）幾何尺寸；2）熱物性皆為常數；3）室內外空氣溫度；4）無內熱源。第五十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日電路模擬圖titeθiθ2θ3θe內表面溫度2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱外表面溫度同理，2.1.5平壁內部溫度的計算第五十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日內部界面溫度電路模擬圖假設該墻體處于穩定傳熱狀態，一維titeθiθ2θ3θe2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2.1.5平壁內部溫度的計算第五十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日對多層平壁任一層的內表面溫度？電路模擬圖假設該墻體處于穩定傳熱狀態，一維titeθiθ2θmθe2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2.1.5平壁內部溫度的計算解決此類問題，一定要記住使用電路圖！第五十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

◆在穩定傳熱條件下，當各層材料的導熱系數為定值時，每一材料層內的溫度分布是一直線，在多層平壁中成一條連續的折線。

◆材料導熱系數越小，層內溫度分布線的斜度越大(陡)，反之，導熱系數越大，層內溫度分布線的斜度越小(平緩)。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2.1.5平壁內部溫度的計算Why?

◆材料層內的溫度下降程度與各層的熱阻成正比，材料層的熱阻越大，在該層內的溫度降落也越大。titeθiθ2θmθe第五十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.1穩定傳熱2.1.5平壁內部溫度的計算【例2-2】已知室內氣溫為15℃

，室外氣溫為-10℃

，試計算下圖中通過磚墻和鋼筋混凝土預制板屋頂的熱流量和內部溫度分布。Ri=0.11m2·K/W；Re=0.04m2·K/W。

磚墻鋼筋混凝土預制板屋頂5分鐘！第五十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理及計算2.2建筑保溫與節能計算2.2.1建筑物耗熱量2.2.2建筑采暖耗煤量《民用建筑節能設計標準JGJ26-95》《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準JGJ26-2010》50%65%本節內容請以此為準已廢止民用建筑節能的階段目標?

30%、50%、65%《JGJ26-2010》沒有這個指標！第六十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日在嚴寒和寒冷地區，采暖建筑物耗熱量指標是建筑圍護結構熱工性能權衡判斷的依據，也是評價采暖建筑節能設計的一個重要指標。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.2建筑保溫與節能計算2.2.1建筑物耗熱量計算建筑物耗熱量指標（Indexofheatlossofbuilding）：

在計算采暖期室外平均溫度條件下，為保持室內設計計算溫度，單位建筑面積在單位時間內消耗的需由室內采暖設備供給的熱量，單位W/m2。（JGJ26-2010

）2.0.4建筑物耗熱量指標（qＨ）indexofheatlossof

building在采暖期室外平均溫度條件下，為保持室內計算溫度，單位建筑面積在單位時間內消耗的、需由室內采暖設備供給的熱量，單位：Ｗ/m2

。（JGJ26-95

）已廢止！第六十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.2.1建筑物耗熱量計算《

JGJ26-95》節能50%《

JGJ26-2010》節能65%對比相同城市的耗熱量指標！第六十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.2建筑保溫與節能計算2.2.1建筑物耗熱量計算建筑物耗熱量指標，W/m2折合到單位建筑面積上的通過圍護結構的傳熱量，W/m2折合到單位建筑面積上的建筑物內部得熱量，W/m2折合到單位建筑面積上的空氣滲透耗熱量，W/m2建筑物耗熱量指標組成：1）通過圍護結構的傳熱耗熱量；2）建筑物空氣換氣耗熱量;3）不包括建筑物內部得熱（炊事、照明、家電和人體散熱）標準中說法不一致！第六十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日1）折合到單位建筑面積上的通過圍護結構的傳熱耗熱量2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.2建筑保溫與節能計算2.2.1建筑物耗熱量計算各參數的意義？ti:16→18℃te:?《

JGJ26-95》《

JGJ26-2010》《GB50736-2012民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》：嚴寒和寒冷地區供暖室內設計計算溫度為18-24℃第六十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2）單位建筑面積的空氣滲透耗熱量2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.2建筑保溫與節能計算2.2.1建筑物耗熱量計算各參數的意義？第六十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日3）單位建筑面積的建筑物內部得熱2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.2建筑保溫與節能計算2.2.1建筑物耗熱量計算W/m2包括炊事、照明、家電和人體散熱（住宅建筑）第六十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.2建筑保溫與節能計算2.2.1建筑物耗熱量計算◆為尊重建筑師的創造性工作，同時又使所設計的建筑能耗符合節能設計標準的要求，引入“權衡判斷法”來檢驗建筑圍護結構總體熱工性能是否達到要求。◆進行建筑圍護結構熱工設計時，必須滿足《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準JGJ26-2010》的規定（主要指各圍護結構的傳熱系數或熱阻）及其它相關標準規范。◆4.3.1建筑圍護結構熱工性能的權衡判斷應以建筑耗熱量指標為判據。（《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準JGJ26-2010》）第六十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.2建筑保溫與節能計算2.2.1建筑物耗熱量計算◆公共建筑節能設計標準中也有“權衡判斷法”，但內涵及實施方法與居住建筑節能設計標準不同，具體在第三章中進行對比講解！《公共建筑節能設計標準GB50189-2005》對此感興趣的同學，可閱讀JGJ26-2010與GB50189-2005這兩個標準！第六十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.2.2建筑采暖耗煤量2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.2建筑保溫與節能計算◆建筑采暖耗煤量：在采暖期室外平均溫度條件下，為保持室內計算溫度，單位建筑面積在一個采暖期內消耗的標準煤量，單位kg/m2。我國規定每千克標準煤的熱值為7000千卡（29307.6千焦）。一般一噸標煤估計排放二氧化碳為噸

◆將供熱系統效率考慮在內，用來綜合衡量建筑物是否達到（采暖）節能標準的要求。《JGJ26-2010》沒有這個指標！第六十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.2.2建筑采暖耗煤量2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.2建筑保溫與節能計算我國規定每千克標準煤的熱值為7000千卡（29306千焦）。《JGJ26-2010》沒有這個指標！1卡=4.18焦耳第七十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.2.2建筑采暖耗煤量2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.2建筑保溫與節能計算【例2-3】試求呼和浩特市一棟3單元6層樓、層高2.7米\南北向、雙層塑鋼窗、樓梯間采暖的磚混結構住宅的耗熱量和采暖耗煤量指標。已知：采暖期為10月21日至4月4日；Z=166d；

te=-6.2℃；采暖期度日數為4017（℃·d）;建筑面積3139.1m2；建筑體積8789.4m3；外表面積2785.9m2；體型系數0.317；換氣體積V=0.65·V0=5713.1m3（樓梯間采暖）；各方向窗墻面積比是：南0.47；東0.11；西0.00；北0.22；其它各部分圍護結構的傳熱系數與面積見Page38表。5分鐘！第七十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.3.1諧波熱作用

2.3.2諧波熱作用下的傳熱特征2.3.3諧波熱作用下材料和圍護結構的熱特性指標2.3.4諧波熱作用下平壁的傳熱計算2.3.5溫度波在平壁內的衰減與延遲計算2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱第七十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日◆前面所討論的穩定傳熱是假設圍護結構的內外熱作用不隨時間而變。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱◆但實際上，圍護結構所受到的環境熱作用(不論室內或室外)，都在隨著時間發生變化。尤其是室外熱作用，因不能進行人工調節，所以逐日逐時都在變化著。◆當外界熱作用隨時間而變時，圍護結構內部的溫度和通過圍護結構的熱流量亦將隨時間發生變化，這種傳熱過程，稱為不穩定傳熱。◆若外界熱作用隨著時間呈現周期性的變化，則叫做周期性（不穩定）傳熱。周期性傳熱是不穩定傳熱的一種特例。第七十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日考慮不穩定傳熱的意義:1在夏季條件下，室外氣溫和太陽輻射的綜合作用在晝夜之間變化劇烈，這時若將圍護結構的傳熱過程簡化為穩定傳熱，則不能反映客觀的傳熱基本特性，所以必須按不穩定傳熱考慮。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2此外，隨著建筑工業化程度的提高，輕型裝配式圍護結構日益推廣，這類結構因熱穩定性差，當室內外溫度波動時，表面和內部溫度很容易引起顯著的變化，所以即使在冬季熱工計算中，也要考慮到不穩定傳熱的特性。第七十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日室外氣溫日變化周期:室外最高氣溫:室外最低氣溫:太陽輻射日變化周期:室外氣溫24h14:00~15:004:00~5:0012h2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.1諧波熱作用◆在建筑熱工中研究的熱作用，都帶有一定的周期波動性，如室外氣溫和太陽輻射的晝夜小時變化，在一段時間內可近似地看作每天出現重復性的周期變化；第七十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日◆圍護結構朝向不同,其表面出現太陽輻射的最大值時間不同。東外墻：8:00水平屋頂：12:00西外墻：16:002.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.1諧波熱作用◆所以，在建筑熱工中著重討論周期性不穩定傳熱，這是不穩定傳熱中的一個特例。其他形式的不穩定傳熱過程是傳熱學教程討論的范疇。◆建筑物圍護結構處于室外空氣溫度周期變化及太陽輻射周期變化的影響下。◆冬天當采用間歇采暖方式時，室內氣溫也會呈周期性的波動。第七十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日某工廠屋頂結構溫度變化實例圖2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.1諧波熱作用1-綜合溫度2-屋頂外表面溫度3-屋頂內表面溫度綜合溫度te

:工程上把室外空氣、太陽輻射及表面長波輻射散熱三者對圍護結構的共同作用，用一個假想的溫度te來衡量。第七十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日3.圍護結構的穩定傳熱與不穩定傳熱

3.2圍護結構的周期性不穩定傳熱均呈周期波動振幅A=tmax-tmAte=37.1℃

Atw1=28.6℃

Atw2=4.9℃

溫度最大值出現時間不同（時間延遲）振幅逐層減小（溫度波衰減）第七十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日諧波熱作用

在周期性波動的熱作用中，最簡單最基本的是諧波（簡諧）熱作用，即溫度隨時間呈正弦或余弦函數作規則變化。一般都用余弦函數表示：2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.1諧波熱作用實測資料說明，綜合溫度的周期性波動規律可視為一簡單的簡諧波(simpleharmonicwave)曲線。第七十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日也可表達成：式中Θt是以平均溫度為基準的相對溫度，它是一個諧量。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.1諧波熱作用式中ω—角速度，ω=360/Zdeg／h，Z為溫度波的周期，若Z＝24小時，則ω=15deg／h。式中:

tτ—在τ時刻的介質溫度，℃；

—在一個周期內的平均溫度，℃；τ—以某一指定時刻(例如晝夜時間內的零點)起算的計算時間，h；Φ—溫度波的初相位，deg；若坐標原點取在溫度出現最大值處，Φ＝0。第八十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日◆事實上，圍護結構所受到的周期熱作用，并不是隨時間按余弦(或正弦)函數規則地變化的。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.1諧波熱作用實測的綜合溫度波曲線和簡諧波曲線的比較◆在分析計算精度要求不高的情況下，可近似按諧波熱作用考慮。◆若計算精度要求較高時，可用傅立葉級數展開，通過諧量分析，把周期性的熱作用變換成若干階諧量的組合。

◆由于各種周期性變化熱作用，均可變換成諧波熱作用的組合，所以通過研究諧波熱作用下的傳熱過程，即能反映圍護結構和房屋在周期熱作用下的傳熱特性。任何連續的周期性波動曲線都可以用傅里葉級數表示。第八十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.3.1諧波熱作用2.3.2半無限厚壁諧波熱作用下的傳熱特征2.3.3諧波熱作用下材料和圍護結構的熱特性指標2.3.4諧波熱作用下平壁的傳熱計算2.3.5溫度波在平壁內的衰減與延遲計算2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱第八十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日半無限大物體周期性變化邊界條件下的溫度波導熱微分方程

表面溫度呈周期性變化：（邊界條件）引入過余溫度θ=t-tmΦ=0數學模型2.3.2半無限厚壁諧波熱作用下的傳熱特征◆半無限大物體的概念

thedefinitionofsemi-infinitesolid

是指以無限大的y-z平面為界面，在正x方向上伸延至無窮遠的物體，如大地可看作半無限大物體。

第八十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日應用分離變量法求解上式表達了周期性變化邊界條件下的半無限大物體內的溫度場

2.3.2半無限厚壁諧波熱作用下的傳熱特征θ=t-tm第八十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日(1)室外溫度和平壁表面溫度、內部任一截面處的溫度都是同一周期的諧波動，亦即均可用諧量示：式中

Θe—室外相對溫度，℃；

Ae—室外溫度波的振幅，℃；

Φe—室外溫度波的初相位，deg；

τe,max—室外溫度出現最高值的時刻，h。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.2半無限厚壁諧波熱作用下的傳熱特征諧波熱作用通過平壁時的衰減和延遲現象室外相對溫度第八十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

平壁外表面溫度2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱半無限厚壁諧波熱作用下的傳熱特征Θef=Aef·cos(ωτ－Φef)

Φef=ω·τef

,max式中

Θef

—

平壁外表面的相對溫度，℃；

Aef

—

外表面溫度波的振幅，℃；

Φef

—

外表面溫度波的初相位，deg；

τef

,max

—

外表面溫度出現最高值的時刻，h。第八十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日平壁內表面溫度

式中

Θif—平壁內表面的相對溫度，℃；

Aif—內表面溫度波的振幅，℃；

Φif

—內表面溫度波的初相位，deg；

τif,max

—內表面溫度出現最高值的時刻，h。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.2諧波熱作用下的傳熱特征Θif=Aif·cos(ωτ－Φif)

Φif=ω·τif,max周期均相同！第八十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.2諧波熱作用下的傳熱特征

(2)從室外空間到平壁內部，溫度波動振幅逐漸減小，即Ae＞Aef＞Aif，這種現象叫做溫度波動的衰減。

在建筑熱工中，把室外溫度振幅Ae與由外側溫度諧波熱作用引起的平壁內表面溫度振幅Aif之比稱為溫度波的穿透衰減度，今后簡稱為平壁的總衰減度，用ν0表示，即ν0=Ae/Aif第八十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日地層溫度波動-實例1深度↑,振幅↓等溫層當深度足夠大時，溫度波動振幅就衰減到可以忽略不計的程度，這種深度下的地溫就可認為終年保持不變，稱為等溫層。

第八十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日地層溫度波動-實例2深度x(m）00.51.01.52.03.05.01015振幅Ax(℃)1713.911.49.37.65.182.300.300.04最高溫度tmax(℃)30.527.424.922.821.118.715.813.813.54最低溫度tmin(℃)-3.5-0.42.14.25.98.3511.213.213.46地面年最高溫度為30.5℃地面年最低溫度為-3.5℃

地面年平均溫度tm＝13.5℃地面年溫度振幅Aw=±17℃

某地:a=0.617*10-6m2／sT=365*24=8760h第九十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日(3)從室外空間到平壁內部，溫度波動的相位逐漸向后推延。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.2諧波熱作用下的傳熱特征即Φe＜Φef＜Φif，這種現象叫做溫度波動的相位延遲，亦即出現最高溫度的時刻向后推遲。τe,max與為τif

,max，二者之差稱為溫度波穿過平壁時的總延遲時間，用ξo表示，ξo=τif,max－τe

,max總相位延遲為：Φo=Φif–Φe第九十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.2諧波熱作用下的傳熱特征ω=360/Zξo=τif,max－τe

,max總延遲時間：總相位延遲為：Φo=Φif–Φe◆ξo與Φo之間的關系:

ξo=ZΦo/360式中,Z—溫度波動的周期

Φo—總的相位延遲角

第九十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日某地層溫度延遲若已知地表溫度在夏季七月份到達最高溫度，那么地下深3.2m處要延遲近75天(1800h)后才達到該層的最高溫度

第九十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.2諧波熱作用下的傳熱特征溫度波在傳遞過程中為什么會產生衰減和延遲現象？材料的熱容作用和熱阻作用造成的。第九十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日◆設想把一勻質實體平壁結構劃分成四個厚度相同的薄層。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.2諧波熱作用下的傳熱特征通過下圖即可看清熱流是怎樣從溫度已升高的外表面通過整個壁體傳遞的過程。◆進入每一層的熱流使該層的溫度有所提高，為此所用的熱量均貯存于該層內，多余的熱量便依次轉移至相鄰較冷的層內。第九十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日◆由于在壁體內部貯熱的結果，到達最內層的熱量要比通過最外層的熱量少，其溫度提高值也小。溫度波衰減的形成

◆由此可見，壁體的任一截面均經歷著加熱及冷卻的周期變化過程。1）內表面溫度的波動振幅要低于外表面的波動振幅；2）內表面出現最高溫度的時間比外表面出現最高溫度的時間要晚；3）內表面與外表面的溫度振幅比，取決于壁體的熱物理性能及厚度，◆當壁體的厚度及熱容量增大而材料的導熱系數降低時，內表面的波動振幅就減小，出現最高值的延遲時間就越長。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.2諧波熱作用下的傳熱特征◆開始冷卻時（即室外溫度達到最高值），上述的過程便相反，即出現各層依次冷卻的過程。有相應的物理指標

!(下一節)第九十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.3.1諧波熱作用2.3.2諧波熱作用下的傳熱特征2.3.3諧波熱作用下材料和圍護結構的熱特性指標2.3.4諧波熱作用下平壁的傳熱計算2.3.5溫度波在平壁內的衰減與延遲計算2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱第九十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日◆在穩定傳熱中，傳熱量的多少與作用溫差、材料的導熱系數和結構的傳熱阻密切相關。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.3諧波熱作用下材料和圍護結構的熱特性指標◆在諧波熱作用下的周期性傳熱過程中，則與材料和材料層的蓄熱系數及材料層的熱惰性有關。第九十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.3諧波熱作用下材料和維護結構的熱特性指標周期傳熱中涉及的幾個主要熱特性指標1．材料的蓄熱系數2．材料層的熱情性指標3．材料層表面的蓄熱系數Quiteimportant!第九十九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日在建筑熱工中，把某一勻質半無限大壁體壁面受到諧波熱作用時，迎波面(即直接受到外界熱作用的一側表面)上接受的熱流振幅Aq與該表面的溫度波幅A0之比，稱為材料的蓄熱系數，用“S”表示，單位是w／(m2·K)。按傳熱學理論，其計算式為蓄熱系數的物理意義

:當物體表面溫度波振幅為1K時，導入物體的熱流密度。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.3諧波熱作用下材料和維護結構的熱特性指標周期傳熱中涉及的幾個主要熱特性指標概述如下。1．材料的蓄熱系數式中λ——材料的導熱系數，W/(m·K)；

c——材料的比熱容，kJ/(kg·K)；

ρ——材料的干密度，kg/m3。

Z——溫度波動周期，h。◆周期性變化邊界條件下，半無限大物體表面的熱流密度也必然是周期性地從表面導入或導出。兩個振幅之比，非兩個瞬時值之比第一百頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

當波動周期為24小時，則S24松木=3.6S24混凝土=11.22.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.3諧波熱作用下材料和維護結構的熱特性指標◆材料的蓄熱系數是說明直接受到熱作用的一側表面，對諧波熱作用反應的敏感程度的一個特性指標。◆也就是說，如果在同樣的諧波熱作用下，蓄熱系數S越大，表面溫度波動越小。◆在選擇圍護結構材料時，可通過材料蓄熱系數的大小來調節溫度波動的幅度，使圍護結構具有良好的熱工性能并適應房間使用功能特點。◆

s不僅與材料熱物理性能(λ，c和ρ)有關，還取決于外界熱作用的波動周期Z。對同一種材料來說，熱作用的波動周期越長，材料的蓄熱系數越小，因此引起壁體表面溫度的波動也越大。第一百零一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2．材料層的熱情性指標◆溫度波振幅在材料層內是逐漸衰減的。這與材料本身有關。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.3諧波熱作用下材料和維護結構的熱特性指標有限厚度，半無限大壁體?D＝R·S式中R—

材料層的熱阻，m2．K／w；

S

—

材料的蓄熱系數w／(m2．K)。◆材料層的熱惰性指標“D”表征材料層受到波動熱作用后，背波面(若波動熱作用在外側，則指其內表面)上的溫度波動劇烈程度的一個指標（也就是說明材料層抵抗溫度波動能力的一個特性指標）。它取決于材料層迎波面的抗波能力和波動作用傳至背波面時所受到的阻力有關。第一百零二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日D=D1+D2+···+

Dn

=

R1S1+R2S2+···+RnSn◆對多層材料的圍護結構，熱惰性指標為各材料層熱惰性指標之和：如圍護結構中有空氣間層，由于空氣的蓄熱系數S為0，該層熱情性指標D值也為0。◆材料層的熱惰性指標愈大，說明溫度波在其間的衰減愈大,圍護結構的熱穩定性越好。溫度波的衰減與材料層的熱惰性指標是呈指數函數關系。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.3諧波熱作用下材料和維護結構的熱特性指標◆組合材料圍護結構的熱惰性指標12…n12…n第一百零三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日3．材料層表面的蓄熱系數◆在前面提出了材料蓄熱系數S的概念（半無限大物體），但在工程實踐中遇到的大多是有限厚度的單層平壁或多層平壁，2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.3諧波熱作用下材料和維護結構的熱特性指標◆在這種情況下，材料層受到周期波動的溫度作用時，其表面溫度的波動，不僅與材料本身的熱物理性能有關，而且與邊界條件有關，即在沿著溫度波前進的方向，與該材料層相接觸的介質(另一種材料或空氣)的熱物理性能和散熱條件，對其表面溫度的波動也有影響。◆所以，對于有限厚度的材料層，在此引進了材料表面蓄熱系數的概念，用“Y”表示，以便與材料蓄熱系數區別開來。第一百零四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日◆舉例，圖中為由四層薄結構（D＜1.0）組成的墻體，在室內一側有波動熱作用，則其內表面蓄熱。材料層表面蓄熱系數的計算

2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.3諧波熱作用下材料和維護結構的熱特性指標式中R，S，Y分別為各層的熱阻、材料蓄熱系數、內表面蓄熱系數。αe為外表面換熱系數。◆表面蓄熱系數Y的計算方法為：依照圍護結構的材料分層，逐層計算。系數Yi的計算式應由近及遠依次為：

Yi=Y4=(R4S42+Y3)／(1+R4Y3)Y3=(R3S32+Y2)／(1+R3Y2)Y2=(R2S22+Y1)／(1+R2Y1)Y1=(R1S12+αe)／(1+R1αe)Why？室內室外編號是從波動熱作用方向的反向編起4321熱室內室外迎波面的表面蓄熱系數第一百零五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日◆各層表面蓄熱系數計算式可以寫成以下通用形式：

Yn=(RnSn2+Yn-1)／(1+RnYn-1)

式中n為各結構層的編號。距周期性熱作用最遠的值Yn-1用表面換熱系數α代替。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱◆以上計算式中各層的編號是從波動熱作用方向的反向編起的。◆另外，如構造層中某一層為”厚層”時，即D≥1.0時，則該層的Y=S，即該物體可視為半無限大物體，內表面蓄熱系數可從該層算起，后面各層就可不再計算。n…21熱室內室外◆如何求外表面的表面蓄熱系數？n…21熱室內室外1…2n熱室內室外12…n熱室內室外第一百零六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.3.1諧波熱作用2.3.2諧波熱作用下的傳熱特征2.3.3諧波熱作用下材料和圍護結構的熱特性指標2.3.4諧波熱作用下平壁的傳熱計算2.3.5溫度波在平壁內的衰減與延遲計算2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱《熱工規范》中關于圍護結構的熱工設計（隔熱設計）方面，主要是控制圍護結構的內表面溫度。前幾節所學的基礎知識在計算周期性熱作用下的圍護結構內表面溫度時，都將會用到。▼Whatthehellareallthesethingsfor?第一百零七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.4諧波熱作用下平壁的傳熱計算周期性熱作用圍護結構可能一側或兩側同時受到周期波動的熱作用。解決這類問題，可將綜合過程分解成幾個單一過程，分別進行計算后利用疊加原理，把各個單一過程的計算結果疊加起來，即得最終結果。外側：內側：考慮最一般的情況：設平壁兩側受到的諧波作用在圍護結構的熱工設計問題中，最關心的主要是圍護結構的內表面溫度。第一百零八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日(2)在室外諧波熱作用(即相對溫度Θe)下的周期性傳熱過程，此時室內一側氣溫不變動，由此引起平壁內表面的溫度波動，其振幅為Aif,e；雙向諧波熱作用傳熱過程的分解2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.4諧波熱作用下平壁的傳熱計算將雙向諧波熱作用分解成三個分過程。(1)在室內平均溫度和室外平均溫度作用下的穩定傳熱過程；(3)在室內諧波熱作用(即相對溫度Θi)下的周期性傳熱過程，此時室外一側氣溫不變動，由此引起平壁內表面的溫度波動，其振幅為Aif,i。任務：求解圍護結構的內表面溫度！+=+第一百零九頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日◆按上述的分解過程，在雙向諧波熱作用下，圍護結構的內表面溫度可按下述步驟進行計算。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.4諧波熱作用下平壁的傳熱計算◆穩定傳熱的計算方法已在本章第一節中闡明。(2)、(3)兩個過程同屬一類，只是熱作用方向和振幅大小、波動相位不同而已。(1)已知室外平均溫度和室內平均溫度，確定圍護結構內表面的平均溫度。我們關心的主要是圍護結構的內表面溫度。運用熱阻網絡圖！第一百一十頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日(2)

已知室外溫度波的振幅Ae和初相位Φe，確定在外側諧波熱作用下所引起的內表面溫度波的振幅Aif,e和初相位Φif,e。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.4諧波熱作用下平壁的傳熱計算√按衰減倍數的定義可知：√按相位延遲的定義可知：Φif,e=Φe+Φe-if√在外側諧波熱作用下所引起的內表面溫度諧波為：室外溫度波的貢獻！注意：此式中的衰減度和相位延遲還是未知數！第一百一十一頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日(3)已知室內溫度波的振幅Ai和初相位Φi，確定在內側諧波熱作用下引起的內表面溫度波的振幅Aif,i和初相位Φif,i。

2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.4諧波熱作用下平壁的傳熱計算室內溫度波的貢獻！√按衰減倍數的定義可知：√按相位延遲的定義可知：Φif,i=Φi+Φi-if√在外側諧波熱作用下所引起的內表面溫度諧波為：注意：此式中的衰減度和相位延遲也是未知數！第一百一十二頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日參考知識：

兩個同方向同頻率簡諧運動的合成兩個同方向同頻率簡諧運動合成后仍為簡諧運動—矢量和第一百一十三頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日(4)確定內表面溫度合成波的振幅Aif和初相位Φif。

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2.3周期性不穩定傳熱2.3.4諧波熱作用下平壁的傳熱計算室內外溫度波的聯合貢獻！◆在內外諧波同時的熱作用下實際的內表面溫度諧波，乃是上述兩個分諧波的合成。◆確定合成波的振幅和初相位角。◆由于在通常情況下，相位角Φif,e與Φif,i是不等的，亦即兩個溫度波出現最高值的時間不一致，所以合成波的振幅Aif不能直接將Aif,e與Aif,i相加而得。為書寫簡便起見，令A1=Aif,e,

A2=Aif,i

Φ1=Φif,e,Φ2=Φif,iN=A1sinΦ1+A2sinΦ2M=A1cosΦ1+A2cosΦ2第一百一十四頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日其中α角應視Φif所在象限而定，當M為(十)，N為(十)，屬第一象限，α=0℃；M為(一)，N為(十)，屬第二象限，α=90℃；M為(一)，N為(一)，屬第三象限,α=180℃；M為(十)，N為(一)，屑第四象限，α=270℃；2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.4諧波熱作用下平壁的傳熱計算合成波的初相位為則合成波的振幅為（5）最后計算圍護結構的內表面溫度。◆任一時刻的內表面溫度：

◆則，內表面的最高溫度為：注意：此式中的衰減度和相位延遲依然是未知數！第一百一十五頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日

綜上所述，欲得出在諧波熱作用下平壁內表面的溫度，問題在于如何計算衰減度νo和νif以及相位延遲Φe-if和Φi-if

。倘若熱作用是非諧性的周期熱作用，則根據計算精度的要求，可將非諧性的室內外周期熱作用，分成若干階諧量，針對各階諧量分別進行計算，最后疊加起來即得綜合結果。2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱2.3.4諧波熱作用下平壁的傳熱計算注意：此式中的衰減度和相位延遲依然是未知數！第一百一十六頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日2.3.1諧波熱作用2.3.2諧波熱作用下的傳熱特征2.3.3諧波熱作用下材料和圍護結構的熱特性指標2.3.4諧波熱作用下平壁的傳熱計算2.3.5溫度波在平壁內的衰減與延遲計算2.建筑圍護結構的傳熱原理與計算

2.3周期性不穩定傳熱第一百一十七頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日衰減和延遲的精確計算是很復雜的，本教程不作具體介紹，只引用什克洛維爾(A·M·Шкдовер)提出的近似計算法。包含兩部分內容：（1）室外溫度諧波傳至平壁內表面時的衰減倍數和延遲時間的計算（2）室內溫度諧波傳至平壁內表面時衰減和延遲計算

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2.3周期性不穩定傳熱2.3.5溫度波在平壁內的衰減和延遲計算第一百一十八頁，共一百三十四頁，2022年，8月28日（1）室外溫度諧波傳至平壁內表面時的衰減倍數和延遲時間的計算

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2.3周期性不穩定傳熱2.3.5溫度波在平壁內的衰減和延遲計算式中:ΣD——平壁總的熱惰性指標，等于各材料層的熱惰性指標之和；

S1、S2…——各層材料的蓄熱系數，w／(m2