【文章內(nèi)容簡介】 上式可見，溫度隨距離的變化為一次函數(shù)，所以同一材料層內(nèi)的溫度分布為直線。在由多層材料構(gòu)成的平壁內(nèi)，溫度的分布是由多條直線組成的一條折線。溫度曲線見圖15 在穩(wěn)定傳熱條件下圍護(hù)結(jié)構(gòu)溫度分布有以下幾個(gè)特征： (1)因室內(nèi)外空氣溫度是一定的，故空氣溫度分布是平直線； (2)表面邊界層內(nèi)的溫度分布是曲線，當(dāng)空氣溫度高于表面溫度時(shí)曲線向上凸，反之，則曲線向下凹； (3)內(nèi)部各個(gè)均質(zhì)材料層本身的溫度分布則是一條從高溫界面坡向低溫界面的折線，折點(diǎn)就在材料層的界面上，且各個(gè)折線段的坡度大小與材料的導(dǎo)熱系數(shù)成反比。 材料層的導(dǎo)熱系數(shù)越小，在該層內(nèi)的溫度降落或升高的幅度就越大，該段折線也就越陡；反之，導(dǎo)熱系數(shù)越大，該材料層內(nèi)的溫度降落或升高的幅度就越小，該段折線也就越平緩。(三)封閉空氣間層的熱阻 空氣層是一種特殊的構(gòu)造形式。它廣泛存在于墻體、屋頂、門窗和地面等構(gòu)造之中，發(fā)揮其保溫、隔熱、防潮等作用。圍護(hù)結(jié)構(gòu)中的空氣層厚度一般在5～300mm之間?？諝鈱拥膫鳠徇^程和材料層導(dǎo)熱或表面換熱過程有著本質(zhì)區(qū)別。 對于封閉空氣層來說，兩個(gè)表面之間的傳熱過程同時(shí)包括了導(dǎo)熱、對流與輻射三種傳熱方式。如圖1—6所示為封閉的垂直空氣層傳熱情況。 對于常溫下一般的空氣層傳熱而言，三種傳熱方式中，輻射換熱占的比例最大，通常為總傳熱量的70％以上，對流和導(dǎo)熱共占30％以下。 2．影響空氣間層熱阻的因素空氣層熱阻的大小主要受到空氣層的表面溫度、表面材料的輻射系數(shù)、厚度、放置位置(水平、垂直或傾斜)、密閉性的影響。在空氣層的構(gòu)造尺度范圍內(nèi)，輻射換熱不受空氣層厚度變化影響，只取決于空氣層表面的輻射性質(zhì)。但導(dǎo)熱和對流卻與輻射情況截然不同，對于很薄的如厚度小于20mm的空氣層，熱阻隨厚度呈直線上升；而當(dāng)厚度大于20mm以后，空氣層的熱阻也就不再隨厚度的增大而增大了。水平空氣層熱流向上時(shí)的熱阻小于熱流向下時(shí)的熱阻。 3．提高空氣層熱阻的措施 在空氣層的表面上粘貼輻射系數(shù)小(即黑度小)、反射系數(shù)大的材料，比較典型的就是工程上常用的鋁箔，但一般可作為保溫用途的空氣層多處于低溫或負(fù)溫條件下，為了不使空氣層冷表面溫度過低而發(fā)生結(jié)露現(xiàn)象，鋁箔通常是粘貼到熱表面上。理論和實(shí)踐還證明，空氣層雙面貼鋁箔與單面貼鋁箔相比，對于提高熱阻作用不大。2012年一級注冊建筑師 建筑物理與設(shè)備要點(diǎn)總結(jié)第4講講義周期性不穩(wěn)定傳熱二、周期性不穩(wěn)定傳熱 (一)周期性熱作用的概念圍護(hù)結(jié)構(gòu)受到的室內(nèi)外環(huán)境的熱作用，都是隨時(shí)間變化的。這決定著圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度和傳熱量也要隨著時(shí)間而變化。這種傳熱過程稱為不穩(wěn)定傳熱。若外界熱作用隨時(shí)間呈現(xiàn)周期性變化，則叫做周期性不穩(wěn)定傳熱。當(dāng)溫度隨時(shí)間的正弦(或余弦)函數(shù)作規(guī)則變化時(shí)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)所受到的熱作用為簡諧熱作用，一般用余弦函數(shù)表示。周期性熱作用并不是嚴(yán)格按照余弦函數(shù)的規(guī)律變化的，太陽輻射造成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面溫度的周期性波動(dòng)、室外空氣的溫度波動(dòng)等都是如此。但經(jīng)過數(shù)學(xué)上的級數(shù)展開和諧量分析，這種周期性的溫度波動(dòng)情況常用余弦函數(shù)的形式描述，見圖1—7。此時(shí)，溫度隨時(shí)間變化情況表示為： （126）式中tτ——τ時(shí)刻的溫度值，℃；——在一個(gè)周期內(nèi)的平均溫度值，℃；At，——在一個(gè)周期內(nèi)的最高溫度與平均溫度之差，稱為溫度波幅，℃；T——溫度波的周期，h；τ——溫度波經(jīng)歷的時(shí)間，h；φ——溫度波的初始相位角，度。(二)半無限大物體周期性傳熱的特征半無限大物體，是指物體的一側(cè)為一個(gè)平面，而另一側(cè)可以延展到無限遠(yuǎn)的領(lǐng)域。比如大地的傳熱問題就是一個(gè)典型的半無限大物體傳熱，見圖1—8。半無限大物體在周期性熱作用下，其溫度波的變化過程具有以下幾個(gè)基本特征：(1)空氣溫度te、表面溫度θf、物體內(nèi)部溫度θx三者都是以同樣的周期(T)波動(dòng)。(2)從空氣溫度te到表面溫度θf再到物體內(nèi)部溫度θx，溫度波幅是依次減小的，即有 AeAfAx，而在物體的內(nèi)部，溫度波幅Ax又是隨著深度x的增加按照指數(shù)函數(shù)規(guī)律減小。(3)從空氣溫度te到表面溫度θf再到物體內(nèi)部溫度θx，在溫度波的傳播方向上各點(diǎn)的溫度波相位是依次向后推延的。(三)有限厚度平壁周期性傳熱的特征相對于無限大物體來說，有限厚度物體的周期性傳熱規(guī)律會(huì)稍微復(fù)雜些，見圖1—9。一個(gè)子壁在室外周期熱作用下表現(xiàn)出以下幾個(gè)特征：(1)空氣溫度te，外表面溫度亂θef、內(nèi)表面溫度θif三者都是以同樣的周期(T)波動(dòng)。 (2)從空氣溫度te到外表面溫度θef再到內(nèi)表面溫度θif，溫度波幅是依次衰減的，即有AeAefAif (3)從室外空氣溫度te到平壁外表面溫度θef再到平壁內(nèi)表面溫度θif，沿著溫度波的傳播方向，各位置上的溫度波相位是依次向后延遲的，即有φeφefφif。 溫度波傳遞過程中出現(xiàn)的衰減和延遲現(xiàn)象，是由于在平壁升溫和降溫過程中，材料的熱容作用和熱量傳遞中材料層的熱阻作用造成的。 (四)圍護(hù)結(jié)構(gòu)周期性傳熱過程的認(rèn)識 圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般都可以認(rèn)為是有限厚度的平壁，如果按照室內(nèi)外空氣溫度波動(dòng)情況區(qū)分，則當(dāng)室內(nèi)空氣溫度保持恒定時(shí)(如空調(diào)房間)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)只是外側(cè)受到周期波動(dòng)的熱作用，即單向諧波作用；當(dāng)室內(nèi)外的空氣溫度都做周期波動(dòng)時(shí)(如自然通風(fēng)房間)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的兩側(cè)都要受到周期波動(dòng)的熱作用，即雙向諧波作用。不論在哪種情況之下，整個(gè)周期傳熱過程都可分解成三個(gè)單一的傳熱過程，即單純的穩(wěn)定傳熱過程、單純的外側(cè)諧波作用過程和單純的內(nèi)側(cè)諧波作用過程，對其分別計(jì)算，再把各個(gè)單一傳熱過程的計(jì)算結(jié)果疊加起來，就可得到周期熱作用的綜合結(jié)果。建筑熱工設(shè)計(jì)主要關(guān)心的是圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面溫度狀況。 (1)單純的穩(wěn)定傳熱過程：是在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)、外側(cè)空氣平均溫度作用下所完成的穩(wěn)定傳熱過程，其在內(nèi)表面上形成的平均溫度的計(jì)算方法按穩(wěn)定傳熱計(jì)算； (2)單純的外側(cè)諧波作用過程：假定室內(nèi)側(cè)的溫度不變，單純計(jì)算因外側(cè)空氣溫度的波動(dòng)量引起的內(nèi)表面溫度的波動(dòng)量； (3)單純的內(nèi)側(cè)諧波作用過程：假定室外側(cè)的溫度不變，單純計(jì)算因內(nèi)側(cè)空氣溫度的波動(dòng)量引起的內(nèi)表面溫度的波動(dòng)量。材料的蓄熱系數(shù)(五)諧波作用下材料和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱特性指標(biāo) 對勻質(zhì)半無限大物體，一側(cè)的空氣溫度作周期性的波動(dòng)，那么，材料層表面的溫度和熱流也都要隨之作同樣周期的波動(dòng)，此時(shí)用表面上的熱流波幅Aq與表面溫度波幅Aθ之比來表示材料蓄熱能力的大小，稱為材料的蓄熱系數(shù)。蓄熱系數(shù)是材料在周期性熱作用下得出的一個(gè)熱物理量，用S表示，單位是W／(m2K)。其定義式為： （127） 式中 S——材料蓄熱系數(shù)，W／(m2K)； λ——材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W／(mK)； c——材料的比熱容，kJ／(kgK)； ρ——材料的密度，kg／m3； T——熱作用的周期，s。 通常建筑材料以24h為周期的蓄熱系數(shù)用S24表示。 ‘ 蓄熱系數(shù)越大，材料的熱穩(wěn)定性越好，材料表面的溫度波幅就小；反之亦然。材料蓄熱系數(shù)的大小取決于導(dǎo)熱系數(shù)λ、比熱容c、密度ρ以及熱流波動(dòng)的周期T。 密度大的材料，其蓄熱性能好；密度小的材料，蓄熱性能差。因此，重型圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性好，而輕型圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定性差?？諝忾g層的蓄熱系數(shù)S＝0。 材料受潮或含水后蓄熱系數(shù)就會(huì)增大，材料蓄熱系數(shù)隨濕度變化的規(guī)律與導(dǎo)熱系數(shù)相似。 2．熱惰性指標(biāo)D 材料層的熱惰性指標(biāo)是用來說明材料層抵抗溫度波動(dòng)能力的一個(gè)參量，用D表示，是一個(gè)無量綱的量。對于單一的材料層，其定義式為：D＝SR (1—28)式中 D——材料層的熱惰性指標(biāo)； S——材料層的蓄熱系數(shù)，W／(m2K)； R——材料層的熱阻，m2K／W。 如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)是由多層材料組成的，則其熱惰性指標(biāo)是由各材料層的熱惰性指標(biāo)相加而得出。如果圍護(hù)結(jié)構(gòu)的某層由幾種材料組合時(shí)，則需先求出該材料層的平均熱阻和平均蓄熱系數(shù)，再計(jì)算熱惰性指標(biāo)。 熱惰性指標(biāo)的大小也能夠很好地表明圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度波幅衰減的快慢程度。D值越大，溫度波幅衰減越快。重型圍護(hù)結(jié)構(gòu)抵抗外界空氣溫度波動(dòng)的能力要比輕型結(jié)構(gòu)強(qiáng)。空氣層的D＝0。 3．圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料層表面的蓄熱系數(shù)計(jì)算 圍護(hù)結(jié)構(gòu)在周期性熱作用下表面溫度的波動(dòng)，不僅與材料本身的蓄熱系數(shù)S有關(guān)，而且與邊界條件有關(guān)，即在溫度波前進(jìn)的方向上，該材料層所接觸的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(dòng)也有影響。因此，對于有限厚度的材料層，用材料層的表面蓄熱系數(shù)Y來表征材料表面對溫度波動(dòng)的反應(yīng)。所謂材料層表面蓄熱系數(shù)，系指在周期性熱作用下，材料層表面溫度升高或降低loC時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)，單位面積表面儲(chǔ)存或釋放的熱量。表面蓄熱系數(shù)Y和蓄熱系數(shù)S的定義式是相同的，都等于材料層表面的熱流振幅與表面溫度振幅之比。 根據(jù)溫度波的前進(jìn)方向，材料層表面的蓄熱系數(shù)分為材料層內(nèi)表面的蓄熱系數(shù)Ym，i以及外表面的蓄熱系數(shù)Ym… 當(dāng)某一材料層的熱惰性指標(biāo)Dm≥1時(shí)，材料層表面的蓄熱系數(shù)可近似按該材料層的蓄熱系數(shù)取值，即Yme。 4．圍護(hù)結(jié)構(gòu)衰減倍數(shù)和延遲時(shí)間的計(jì)算 (1)室外溫度波傳到圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面時(shí)的衰減倍數(shù)γ0和延遲時(shí)間ξ0的計(jì)算 室外空氣溫度波傳到圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面，要經(jīng)歷外表面空氣邊界層和各層材料層(包括空氣間層)的振幅衰減和時(shí)間延遲過程。 衰減倍數(shù)：室外空氣溫度諧波的波幅Ae，與由其引起的平壁內(nèi)表面的溫度波幅Aif之比，稱為溫度波的穿透衰減倍數(shù)，簡稱為平壁的衰減倍數(shù)，用v0表示，即： (129) 相位延遲：在室外空氣溫度諧波的作用下，平壁內(nèi)表面出現(xiàn)最高溫度值時(shí)的相位φif,e與室外溫度諧波出現(xiàn)最高溫度值時(shí)的相位φe之差，用φeif表示，即： (130) 延遲時(shí)間：在室外空氣溫度諧波的作用下，平壁內(nèi)表面出現(xiàn)最高溫度值的時(shí)間與室外溫度諧波出現(xiàn)最高溫度值的時(shí)間差，用ξ0表示。在建筑熱工學(xué)中，習(xí)慣于用延遲時(shí)間評價(jià)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性。（131） (2)室內(nèi)溫度波傳到圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面時(shí)的衰減倍數(shù)v0和延遲時(shí)間ξif的計(jì)算 室內(nèi)空氣溫度波傳到圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面，只經(jīng)歷一個(gè)內(nèi)表面邊界層的振幅衰減和時(shí)間延遲過程。衰減倍數(shù) ：室內(nèi)空氣溫度諧波的波幅Ai與由其引起的平壁內(nèi)表面的溫度波幅Aif,i之比： (132)相位延遲φiif：在室內(nèi)空氣溫度諧波的作用下，平壁內(nèi)表面出現(xiàn)最高溫度值時(shí)的相位與室內(nèi)溫度諧波出現(xiàn)最高溫度值時(shí)的相位差，即： （133） 延遲時(shí)間ξif：在室內(nèi)空氣溫度諧波的作用下，平壁內(nèi)表面出現(xiàn)最高溫度值的時(shí)間與室內(nèi)溫度諧波出現(xiàn)最高溫度值的時(shí)間差，且有：（134）建筑節(jié)能 建筑節(jié)能是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，通過實(shí)施各項(xiàng)節(jié)能措施可以緩解能源資源的緊張局面，減輕大氣污染，保護(hù)生態(tài)環(huán)境和提高建筑熱環(huán)境的質(zhì)量。建筑節(jié)能涉及建筑設(shè)計(jì)與施工，建筑的設(shè)計(jì)與建造應(yīng)與地區(qū)氣候相適應(yīng)，充分利用自然通風(fēng)和太陽能等可再生能源。我國政府高度重視建筑節(jié)能工作，在國務(wù)院批準(zhǔn)的《節(jié)能中長期專項(xiàng)規(guī)劃》中，將建筑節(jié)能作為節(jié)能的重點(diǎn)領(lǐng)域，要求建筑節(jié)能在“十一五”期間實(shí)現(xiàn)節(jié)約1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的規(guī)劃目標(biāo)。這一目標(biāo)既體現(xiàn)了建筑節(jié)能在國家能源節(jié)約戰(zhàn)略中的重要地位，也向建筑節(jié)能工作提出了艱巨任務(wù)。1億噸的節(jié)能目標(biāo)經(jīng)初步分解，重點(diǎn)在以下幾個(gè)方面加以落實(shí)： (1)新建建筑節(jié)能。通過加強(qiáng)監(jiān)管，嚴(yán)格執(zhí)行節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)四個(gè)直轄市及有條件地區(qū)執(zhí)行更高目標(biāo)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)更低能耗、綠色建筑的示范項(xiàng)目。嚴(yán)寒寒冷地區(qū)新建居住建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能2100萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，夏熱冬冷地區(qū)新建居住建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能2400萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，夏熱冬暖地區(qū)新建居住建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能220萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，全國新建公共建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能2280萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，預(yù)期在“十一五”期間，新建建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能7000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的目標(biāo)。 (2)既有建筑節(jié)能改造。這部分節(jié)能潛力最大，但實(shí)施難度相對較大。在北方采暖地區(qū)，結(jié)合供熱體制改革，進(jìn)行既有居住建筑節(jié)能改造和熱計(jì)量改造試點(diǎn)示范，摸索經(jīng)驗(yàn)，逐步推廣。在特大城市和大城市，進(jìn)行政府辦公建筑和大型公共建筑的節(jié)能運(yùn)行與改造的試點(diǎn)。預(yù)期在“十一五”期間，這兩部分可實(shí)現(xiàn)節(jié)能3000萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的目標(biāo)。(3)可再生能源在建筑中規(guī)?；瘧?yīng)用。我國太陽能、淺層地能等可再生能源在建筑領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。通過太陽能與建筑一體化的光熱、光電利用，淺層地能向建筑物供暖制冷，預(yù)期在“十一五”期間，太陽能應(yīng)用面積1．6億m2，淺層地?zé)釕?yīng)用面積2．4m2，可實(shí)現(xiàn)替代常規(guī)能源960萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤。 目前我國已頒布了公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和針對四個(gè)不同建筑熱工分區(qū)的三個(gè)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。建筑設(shè)計(jì)應(yīng)通過合理選擇建筑體形、朝向和窗墻面積比，增強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的保溫、隔熱性能，使用能效比高的采暖和空氣調(diào)節(jié)設(shè)備和系統(tǒng)，采取室溫調(diào)節(jié)和熱量計(jì)量措施來降低采暖、空氣調(diào)節(jié)能耗。在保證相同的室內(nèi)熱環(huán)境指標(biāo)的前提下，與未采取節(jié)能措施前相比，采暖、空調(diào)能耗節(jié)約50％。 《民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑分)》(JGJ 26—95)適用于嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷