2014一級建筑師建筑物理與設備:傳熱的基本方式


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傳熱的基本方式:導熱、對流、輻射
㈠導熱(熱傳導)
1.傅立葉定律
均質材料物體內各點的熱流密度與溫度梯度成正比。熱量傳遞的方向(由高溫向低溫)和溫度梯度的方向(由低溫向高溫)相反。
2.材料的導熱系數λ
導熱系數是表征材料導熱能力大小的物理量,單位為W/(m?K)。它的物理意義是,當材料層厚度為lm,材料層兩表面的溫差為1K時,在單位時間內通過lm2截面積的導熱量。
各種材料導熱系數的大致范圍是:
建筑材料和絕熱材料 |
0.025~3 |
液體 |
0.07~0.7 |
氣體 |
0.006~0.6 |
金屬 |
2.2~420 |
㈡對流
由于引起流體流動的動力不同,對流的類型可分為:
1.自由對流:由溫度差形成的對流。
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由對流。
㈢輻射
凡是溫度高于絕對零度(0K)的物體都發射輻射能。
1.物體對外來輻射的反射、吸收和透射(見圖l4―2)。
⑴反射系數rh:被反射的輻射能Ir與入射輻射能I0的比值。
⑵吸收系數ρh:被吸收的輻射能Iα與入射輻射能I0的比值。
⑶透射系數τh:被透射的輻射能Iτ與入射輻射能I0的比值。
rh+ρh+τh=1
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2.白體、黑體和完全透熱體
⑴白體(絕對白體):能將外來輻射全部反射的物體,rh=1。
⑵黑體(絕對黑體):能將外來輻射全部吸收的物體ρh=1。
⑶完全透熱體:能將外來輻射全部透過的物體,τh=1。
3.物體表面的輻射本領
⑴全輻射力E(輻射本領,全輻射本領):在單位時間內、從單位表面積上以波長0~∞的全波段向半球空間輻射的總能量,單位:W/m2。
⑵單色輻射力Eλ(單色輻射本領):在單位時間內、從單位表面積向半球空間輻射出的某一波長的能量,單位:W/m2?μm。
⑶灰體:物體在每一波長下的單色輻射力與同溫度、同波長下黑體的單色輻射力的比值為一常數。
一般建筑材料均可看作為灰體。
⑷非灰體(選擇性輻射體):物體的單色輻射力與黑體、灰體截然不同,有的只能發射某些波長的輻射能量。
⑸黑度ε(輻射率):灰體的輻射本領Eλ與同溫度下黑體的輻射本領Eλ,b的比值。
4.輻射本領的計算(斯蒂芬一波爾茲曼定律)
5.影響材料吸收率、反射率、透射率的因素
材料吸收率、反射率、透射率與外來輻射的波長、材料的顏色、材性、材料的光滑和平整程度有關。
材料表面對外來輻射的反射、吸收和透射能力與外來輻射的波長有密切的關系。根據克希荷夫定律,在給定表面溫度下,表面的輻射率(黑度)與該表面對來自同溫度的投射輻射的吸收系數在數值上相等。
物體對不同波長的外來輻射的反射能力不同,對短波輻射,顏色起主導作用;對長波輻射,材性(導體還是非導體)起主導作用。例如,在陽光下,黑色物體與白色物體的反射能力相差很大,白色反射能力強;而在室內,黑、白物體表面的反射能力相差極小。
常溫下,一般材料對輻射的吸收系數可取其黑度值,而對來自太陽的輻射,材料的吸收系數并不等于物體表面的黑度。
玻璃作為建筑常用的材料屬于選擇性輻射體,其透射率與外來輻射的波長有密切的關系。易于透過短波而不易透過長波的玻璃建筑具有溫室效應。
6.輻射換熱
兩表面間的輻射換熱量主要與表面的溫度、表面發射和吸收輻射的能力、表面的幾何尺寸與相對位置有關。
輻射換熱系數αr取決于表面的溫度、表面發射和吸收輻射的能力、表面的幾何尺寸與相對位置。
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