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建筑热工学基本原理

热量的传递称为传热。根据传热机理的不同，传热的基本方式分为导热、对流和辐射。

(一)导热(热传导)

导热是指温度不同的物体各部分或温度不同的两物体直接接触而发生的传热现象

1.傅立叶定律

导热基本定律，即傅立叶定律的数学表达式为：

式中q——热流密度(热流强度)，单位时间内，通过等温面上单位面积的热量，单位为W/㎡

——温度梯度，温度差△t与沿法线方向两个等温面之间距离△n的比值的极限，单位为K/m

λ——材料的导热系数，单位为W/(m·K)

均质材料物体内各点的热流密度与温度梯度成正比，但指向温度降低的方向。式(1-1)中的负号表示热量的传递方向和温度梯度的方向相反。

2.导热系数

表征材料导热能力大小的量是导热系数，单位是W/(m·K)。其数值是物体中单位温度降度(即1m厚的材料的两侧温度相差1oC时)，单位时间内通过单位面积所传导的热量。

各种材料导热系数入的大致范围是：

气体：0.006～0.6W/(m·K)

液体：0.07～0.7W/(m·K)

金属：2.2～420W/(m·K)

建筑材料和绝热材料：0.025～3W/(m·K)

空气在常温、常压下导热系数很小，所以围护结构空气层中静止的空气具有良好的保温能力。

材料的导热系数不但因物质的种类而异，而且还和材料的温度、湿度、压力和密度等因素有关。而影响导热系数主要因素是材料的密度和湿度。

(1)密度。一般情况下，密度小的材料导热系数就小，反之就大。但是对于一些密度较小的保温材料，特别是某些纤维状材料和发泡材料，当密度低于某个值以后，导热系数反而会增大。在最佳密度下，该材料的导热系数最小。

(2)湿度。建筑材料含水后，水或冰填充了材料孔隙中空气的位置，导热系数将显著增大，在建筑保温、隔热、防潮设计时，都必须考虑到这种影响。

(3)温度。大多数材料的导热系数随温度的升高而增大，工程计算中，导热系数常取使用温度范围内的算术平均值，并把它作为常数看待。

(4)热流方向。各向异性材料(如木材、玻璃纤维)，平行于热流方向时，导热系数较大，垂直于热流方向时，导热系数较小。

(二)对流

对流传热只发生在流体(液体、气体)中，它是因温度不同的各部分流体之间发生相对运动，互相掺合而传热能的。

由于引起流体流动的动力不同，对流的类型可分为自然对流和受迫对流：

(1)自然对流：由于温度的不同引起的对流换热。

(2)受迫对流：由外力作用形成的对流。受迫对流在传递热量的强度方面要大于自然对流。

在建筑热工中所涉及的主要是空气沿围护结构表面流动时，与壁面之间所产生的热交换过程，也包括空气分子之间和相互接触的空气分子与壁面分子之间的导热过程。这种对流与导热的综合过程称为表面的“对流换热”。它的基本计算式为牛顿冷却公式：

式中qc——对流换热强度，W/㎡

αc——对流换热系数，W/(㎡·K)

t——流体主体部分温度，K

θ——固体壁面温度，K

空气同屋顶和墙壁的表面之间的稳定相差越大，对流换热量越多;表面越光滑，对流越顺畅，换热量越多。

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（责任编辑：中大编辑）

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