建筑物理作业1.2

建筑物理第1.2章课后练习题

（1）传热有哪几种方式？各自的机理是什么？

答：传热的基本方式分为导热、对流和辐射三种。

传热的机理：

1.导热是由温度不同的质点（分子、原子、自由电子）在热运动中引起的热能传递现象。固体导热是由于相邻分子发生的碰撞和自由电子迁移所引起的热能传递；在液体中的导热是通过平衡位置间歇着的分子振动引起的；在气体中则是通过分子无规则运动时互相碰撞而导热。

2.对流是由于温度不同的各部分流体之间发生相对运动、互相掺合而传递热能。

3.辐射传热与导热和对流在机理上有本质的区别，它是以电磁波传递热能的。凡是温度高于绝对零度的物体，由于物体原子中的电子振动或激动，就会从表面向外界空间辐射出电磁波。

（2）材料导热系数的物理意义是什么？其值受哪些因素的影响与制约？试列举一些建

筑材料的例子说明。

答：导热系数的物理意义是：在稳定条件下，1m厚的物体，，两侧表面温差为1°C时，在1h内通过1㎡面积所传导的热量。

材料或物质的导热系数的大小受多种因素的影响，归纳起来，大致有以下几个主要方面：1.材质的影响

就常用非金属建筑材料而言，其导热系数值的差异仍然是明显的，如矿棉、泡沫塑料等材料的λ值比较小，而砖砌体、钢筋混凝土等材料的λ值就比较大。至于金属建筑材料如钢材、铝合金等的导热系数就更大了。

2.材料干密度的影响

材料干密度反映材料密实的程度，材料愈密实干密度愈大，材料内部的孔隙愈少，其导热性能也就愈强。一般来说，干密度大的材料导热系数也大，尤其是像泡沫混凝土、加气混凝土等一类多孔材料，表现得很明显。但是也有某些材料例外，如玻璃棉这类材料存在着一个最佳干密度，即在该干密度时，其导热系数最小。

3.材料含湿量的影响

在自然条件下，一般非金属建筑材料常常并非绝对干燥，而是含有不同程度的水分。材料的含湿量表面在材料中水分占据了一定体积的孔隙。含湿量愈大，水分所占有的体积愈多。因此，材料含湿量的增大必然使导热系数值增大。

（3）对流换热系数的物理意义是什么？其值与哪些因素有关？通常在工程中如何取

值？

答：对流换热系数的物理意义是：当流体与固体表面之间的温度差为1K时， 1m*1m壁面面积在每秒所能传递的热量。

影响对流换热系数的因素有：

1.气流状况

不同的气流状况，对流换热系数也不一样。大致可分为自然对流和受迫对流两种。

2.平壁的状态、传热方向、温差

如果属于自然对流换热的话，平壁处于垂直或者水平状态时，其对流换热系数也不一样。

当平壁处于水平状态时，又由于传热方向的不同，对流换热系数也将不同。而温差正式引起传热方向的原因。

3.温差的大小、风速的大小与固体表面的粗糙度

如果属于受迫对流换热的话，风成为主要的扰动因素，但是在受迫对流换热之中必然包含着自然对流换热的因素。受迫对流换热主要取决于温差的大小、风速的大小与固体表面的粗糙度。

（5）何谓稳定传热状态？稳定传热状态有些什么特征？

答：如果温度场不随时间变化而变化，则称为“稳定温度场”，在两个稳定温度场之间发生的传热过程，则称为“稳定传热过程”。

稳定传热状态的特征：

1.通过平壁的热流强度处处相等；

2.同一材质的平壁内部各界面温度分布呈直线关系。

（6）试分析封闭空气间层的传热特性，在围护结构设计中如何应用封闭空气间层？

答：封闭空气间层的传热是导热、对流和辐射三种传热方式综合作用的结果。与封闭间层表面材料的辐射性能（黑度、温度）、空气间层厚度、空气间层位置、密闭性、热流方向等因素有关。

封闭空气间层可以增加热阻，省材料，重量轻。一般空气间层设置在温度低的一侧，以减少热辐射损失；常采用单面贴铝箔，且设在温度较高侧，以防止内部发生冷凝；若技术允许，增加层数较单纯增加厚度要好。

1.在建筑围护结构中采用封闭空气间层可以增加热阻，并且材料省，重量轻，是一项有效

而经济的技术措施。

2.如果构造技术可行，在围护结构中用一个“厚”的空气间层不如应个“薄”的空气间层。

3.为了有效地减少空气间层的辐射传热量，可以在间层表面涂贴反射材料，一般在一个表

面涂贴，并且是在温度较高一侧，以防止层内结露。

（7）试求出用同一材料构成的5层厚度为20mm封闭空气间层的热阻值与1层厚度为100mm 的封闭空气间层的热阻值各为多少？

答：根据垂直封闭空气间层内不同传热方式的热量比较，因空气导热性差，纯导热量随着间层厚度的增加而迅速减少。尤其是在4cm处变化明显。所以，用同一材料构成的5层厚20mm 封闭空气间层的热阻值大于1层厚100mm的封闭空气间层的热阻值。

（8）在稳定传热状态下，为减少围护结构的热损失，可采取哪些建筑措施？各自的机理是什么？

答：1.减少金属门窗的使用；金属建筑材料如钢材、铝合金等的导热系数比较大，导热能力也因此大。

2.使用保温墙体；利用保温强体可以使墙体两侧的温度差减小，以此减少热损失。

3.增加墙体保温隔热层；通过增大热阻来起到减少热损失的作用。

4.采用隔热或夹胶或反射或双层玻璃；

5.减少采光面积；

6.屋面增加保温隔热层

等等措施。

（10）围护结构材料层表面蓄热系数Y与材料蓄热系数S之间有何异同之处？各适用什么情况？

答：1.在建筑热工学中，把半无限厚物体表面热流波动的振幅Aqo与温度波动振幅Af的比值成为物体在谐波热作用下的“材料蓄热系数”，常用S表示，其单位为W（㎡?K）；

2.但在工程实践中，绝大多数是有限厚度的单层或多层围护结构，在这种情况下，材料层受到简谐温度波作用时，其表面温度的波动，不仅与各构造层材料的热物理性能有关，而且与边界条件有关，即在顺着温度波前进的方向，与该材料层相接触的材料或空气的热物理性能和换热条件对其表面温度的波动有影响。所以，对于有限厚度的材料层，材料层表面的热流波动振幅Aq与表面温度波动振幅Af的比值，称为材料层表面蓄热系数Y。

（13）相对湿度和绝对湿度的相互关系是什么？为什么说相对湿度能够反映空气的干湿程度，而绝对湿度就不能？

答：在一定温度及大气压力下，空气的绝对湿度与同温同压下饱和蒸汽量的比值，叫相对湿度。单位容积空气所含水蒸气的重量成为空气的绝对湿度，常用f表示，单位：g/m3；饱和状态下的绝对湿度用饱和蒸汽量fmax表示。绝对湿度说明空气在某一温度状态下实际所含水蒸气的重量，但不能直接说明空气的干、湿程度。但是相对湿度反映了空气在某一温度时所含水蒸气分量接近饱和的程度。

（14）露点温度的物理意义是什么？试举例说明生活中的结露现象，并解释。

答：某一状态的空气，在含湿量不变的情况下，冷却到它的相对湿度达到100％时所对应的温度，成为该状态下空气的露点温度。

例如:冬天在寒冷地区的建筑物中,常常可以看到窗玻璃内表面上有很多露水，有得甚至结了厚厚的霜。

现象解释：由于玻璃的保温性能低，其内表面温度远低于室内空气的露点温度，空气就容纳不了原有的水蒸气，迫使其中的一部分凝结成水珠析出，由于温度降到露点温度以下，空气中水蒸气液化析出，形成露。

（15）已知：ti=20°C；φi=50％。问：若采用如【例1.2-2】中图1.2-20所示墙体，在保证内表面不结露的情况下，室外气温不得低于多少？若增加保温层使其传热系数不超过1.0W/(㎡?K)，此时的室外气温又不得低于多少？

解：一：

（1）求露点温度：当ti=20°C，φi=50％时，查表可得P=Ps*φi=1175Pa

对照表可知露点温度为9.5°C，此温度相当于θi值

如图所示

（2）由表查出内表面的换热阻Ri=0.11㎡?K/W

外表面的换热阻Re=0.04㎡?K/W

（3）由表查出各材料层导热系数值

石灰砂浆内粉刷：λ1=0.81 W/(㎡?K)

钢筋混凝土：λ2=1.74 W/(㎡?K)

水泥砂浆外粉刷：λ3=0.93 W/(㎡?K)

（4）计算壁体的传热阻

R=R1+R2+R3=d1/λ1+d2/λ2+d3/λ3

=0.02/0.81+0.2/1.74+0.02/0.93

=0.025+0.115+0.022

=0.162㎡?K/W

（5）计算平壁总热阻

平壁的总热阻R0=Ri+R+Re=0.11+0.162+0.04=0.312㎡?K/W

（6）求外表面温度值

θi=ti-Ri/R0(ti-te)

解之te=-9.8°C

即在保证内表面不结露的情况下，室外气温不得低于9.8°C。

二：

若增加保温层使其传热系数不超过1.0W/(㎡?K)，即总热阻不低于1.0㎡?K/W

同理有

平壁的总热阻R0=Ri+R+Re=0.11+1+0.04=1.15㎡?K/W

求外表面温度值

θi=ti-Ri/R0(ti-te)

解之te=-89.7°C