熱量的傳遞稱為傳熱。在自然界中,只要存在溫差就會出現(xiàn)傳熱現(xiàn)象。
  一、傳熱的基本概念
 。ㄒ唬囟
  溫度是表征物體冷熱程度的物理量,溫度使用的單位為K或℃。
 。ǘ囟葓
  某一瞬間,物體內(nèi)所有各點(diǎn)的溫度分布稱為溫度場。穩(wěn)定溫度場:溫度場內(nèi)各點(diǎn)溫度不隨時(shí)間變化。
 。2)不穩(wěn)定溫度場:溫度場內(nèi)各點(diǎn)溫度隨時(shí)間發(fā)生變化。
  在建筑熱工設(shè)計(jì)中,主要涉及的是一維穩(wěn)定溫度場t=f(x)和一維不穩(wěn)定溫度場t=f(x, )中的傳熱問題。在一維穩(wěn)定溫度場中,溫度僅沿一個(gè)方向(如圍護(hù)結(jié)構(gòu)的厚度方向)發(fā)生變化;而在一維不穩(wěn)定溫度場中,溫度不僅沿一個(gè)方向發(fā)生變化,而且各點(diǎn)的溫度還隨著時(shí)間發(fā)生改變。
  (三)等溫面
  溫度場中同一時(shí)刻由溫度相同的各點(diǎn)相連所形成的面。使用等溫面可以形象地表示溫度場內(nèi)的溫度分布。

  不同溫度的等溫面絕對不會相交。
  (四)溫度梯度
  溫度差與沿法線方向兩個(gè)等溫面之間距離Δt的比值的極限叫做溫度梯度。表示為:

 。ㄎ澹崃髅芏龋崃鲝(qiáng)度)
  熱流密度是在單位時(shí)間內(nèi),通過等溫面上單位面積的熱量,單位為W/㎡.若單位時(shí)間通過等溫面上微元面積dF的熱量為dQ,則熱流密度定義式為:
  二、傳熱的基本方式
  根據(jù)傳熱機(jī)理的不同,傳熱的基本方式分為導(dǎo)熱、對流和輻射。
  (一)導(dǎo)熱(熱傳導(dǎo))
  導(dǎo)熱指物體中有溫差時(shí)由于直接接觸的物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)作熱運(yùn)動而引起的熱能傳遞過程。
  1.傅立葉定律
  傅立葉定律指出,均質(zhì)材料物體內(nèi)各點(diǎn)的熱流密度與溫度梯度成正比,即:
  
  式中 ——材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
  由于熱量傳遞的方向(由高溫向低溫)和溫度梯度的方向(由低溫向高溫)相反,因此,上式中用負(fù)號表示。
  注意,傅立葉定律在不同的溫度場中可以有其形式不同的表達(dá)式。
  2.材料的導(dǎo)熱系數(shù)
  導(dǎo)熱系數(shù)是表征材料導(dǎo)熱能力大小的物理量,單位為W/(m·K)。它的物理意義是,當(dāng)材料層厚度為lm,材料層兩表面的溫差為1K時(shí),在單位時(shí)間內(nèi)通過1㎡面積的導(dǎo)熱量。
  材料的導(dǎo)熱系數(shù)可查閱有關(guān)的建筑材料熱工指標(biāo)表獲得,應(yīng)該熟悉經(jīng)常使用的建筑材料的導(dǎo)熱系數(shù)。
 。ǘ⿲α
  對流指由流體(液體、氣體)中溫度不同的各部分相互混合的宏觀運(yùn)動而引起的熱傳遞現(xiàn)象。
  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(qiáng)度方面要大于自由對流。
  (三)輻射
  輻射指物體表面對外發(fā)射熱射線在空間傳遞能量的現(xiàn)象。凡是溫度高于絕對零度(0K)的物體都能發(fā)射輻射能。
  1.物體對外來輻射的反射、吸收和透射
 。1)反射系數(shù)rh:被反射的輻射能Ir,與入射輻射能I的比值。2.白體、黑體和完全透熱體
 。1)白體(絕對白體):能將外來輻射全部反射的物體,rh=1.
  (2)黑體(絕對黑體):能將外來輻射全部吸收的物體,=1;
  (3)完全透熱體:能將外來輻射全部透過的物體,=1.
  3.物體表面的輻射本領(lǐng)
  (1)全輻射力E(輻射本領(lǐng),全輻射本領(lǐng)):在單位時(shí)間內(nèi)、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/㎡,
 。2)單色輻射力乩(單色輻射本領(lǐng)):在單位時(shí)間內(nèi)、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/㎡·μm.
 。3)灰體:如果—個(gè)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—常數(shù),這個(gè)物體稱為灰體。
  一般建筑材料均可看作為灰體:
 。4)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(fā)射某些波長的輻射線
 。5)黑度ε(輻射率):灰體的輻射本領(lǐng)E;與同溫度下黑體的輻射本領(lǐng)E的比值。
  4.影響材料吸收率,反射率、透刺率的因素
  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(guān)。
  注意,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(guān)系。根據(jù)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(shù)在數(shù)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(dǎo)作用;但對長波輻射,材性(導(dǎo)體還是非導(dǎo)體)起主導(dǎo)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(qiáng);而在室內(nèi),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(shù)可取其黑度值,對來自太陽的輻射,材料的吸收系數(shù)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(guān)系。易于透過短波而不易透過長波是玻璃建筑具有溫室效應(yīng)的原因。
  5.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(fā)射和吸收輻射的能力、表面的幾何尺寸與相對位置有關(guān)。
  輻射換熱系數(shù)αr取決于表面的溫度、表面發(fā)射和吸收輻射的能力、表面的幾何尺寸與相對位置。   三、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程
  (一)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱過程
  通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)的傳熱要經(jīng)過三個(gè)過程:
 。1)表面吸熱:內(nèi)表面從室內(nèi)吸熱(冬季)或外表面從室外空間吸熱(夏季)。
 。2)結(jié)構(gòu)本身傳熱:熱量由結(jié)構(gòu)的高溫表面?zhèn)飨虻蜏乇砻妗?br />  。3)表面放熱;外表面向室外空間放熱(冬季)或內(nèi)表面向室內(nèi)空間放熱(夏季)。
 。ǘ┍砻鎿Q熱
  熱量在圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面和室內(nèi)空間或在外表面和室外空間進(jìn)行傳遞的現(xiàn)象稱為表面換熱。
  表面換熱由對流換熱和輻射換熱兩部分組成。
  1.對流換熱
  對流換熱是指流體與固體壁面在有溫差時(shí)產(chǎn)生的熱傳遞現(xiàn)象。它是對流和導(dǎo)熱綜合作用的結(jié)果。如墻體表面與空氣間的熱交換。
  對流換熱熱流密度qc的計(jì)算:
  式中αc——對流換熱系數(shù),W/(㎡·K);
  θ——固體壁面溫度,K;
  t——流體主體部分溫度,K.
  在建筑熱工中,對流換熱系數(shù)主要與氣流的狀況、結(jié)構(gòu)所處的部位、壁面狀況和熱流方向有關(guān)。
  2.表面換熱系數(shù)和表面換熱阻
 。1)表面換熱系數(shù)
  內(nèi)表面的換熱系數(shù)使用αi表示,W/(㎡·K);
  外表面的熱轉(zhuǎn)移系數(shù)使用αe表示,W/(㎡·K)。
  (2)表面換熱阻
  內(nèi)表面的換熱阻使用Ri表示,㎡·K/W;
  外表面的換熱阻使用Re表示,㎡·K/W.

  四、濕空氣
 。ㄒ唬窨諝、未飽和濕空氣與飽和濕空氣
  濕空氣是干空氣和水蒸氣的混合物。
  在溫度和壓力一定的條件下,一定容積的干空氣所能容納的水蒸氣量是有限度的,濕空氣中水蒸氣含量未達(dá)到這一限度時(shí)叫未飽和濕空氣,達(dá)到限度時(shí)叫飽和濕空氣。
  (二)空氣濕度
  空氣濕度是表示空氣干濕程度的物理量。在表示空氣的濕度時(shí),可使用以下方式。
  1.絕對濕度
  絕對濕度是每立方米空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量,單位為g/m3.
  未飽和濕空氣的絕對濕度用符號f表示,飽和濕空氣的絕對濕度用fmax表示。
  2.水蒸氣分壓力P
  濕空氣中含有的水蒸氣所呈現(xiàn)的壓力稱為水蒸氣分壓力,單位為Pa.
  未飽和濕空氣的水蒸氣分壓力用符號P表示,飽和蒸汽壓用Ps表示。
  標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,不同溫度對應(yīng)的飽和蒸汽壓值可查表取得。溫度越高,飽和蒸汽壓值越大。
  3.相對濕度
  一定溫度、一定大氣壓力下,濕空氣的絕對濕度f與同溫、同壓下的飽和空氣絕對濕度fmax的百分比稱為濕空氣的相對濕度。
 。ㄈ┞饵c(diǎn)溫度
  在不改變水蒸氣含量的前提下,未飽和濕空氣冷卻至飽和狀態(tài)時(shí)所對應(yīng)的溫度叫露點(diǎn)溫度。露點(diǎn)溫度用td表示。
  露點(diǎn)溫度可用來判斷圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面是否結(jié)露。當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面的溫度低于露點(diǎn)溫度時(shí),內(nèi)表面將產(chǎn)生結(jié)露。
  (四)濕球溫度
  濕球溫度是指在干濕球溫度計(jì)中由水銀球用潮濕紗布包裹的濕球溫度計(jì)所測量的溫度。它與干球溫度配合可以測量空氣的相對濕度。