热量的传递称为传热。在自然界中,只要存在温差就会出现传热现象。
  一、传热的基本概念
  (一)温度
  温度是表征物体冷热程度的物理量,温度使用的单位为K或℃。
  (二)温度场
  某一瞬间,物体内所有各点的温度分布称为温度场。稳定温度场:温度场内各点温度不随时间变化。
  (2)不稳定温度场:温度场内各点温度随时间发生变化。
  在建筑热工设计中,主要涉及的是一维稳定温度场t=f(x)和一维不稳定温度场t=f(x, )中的传热问题。在一维稳定温度场中,温度仅沿一个方向(如围护结构的厚度方向)发生变化;而在一维不稳定温度场中,温度不仅沿一个方向发生变化,而且各点的温度还随着时间发生改变。
  (三)等温面
  温度场中同一时刻由温度相同的各点相连所形成的面。使用等温面可以形象地表示温度场内的温度分布。

  不同温度的等温面绝对不会相交。
  (四)温度梯度
  温度差与沿法线方向两个等温面之间距离Δt的比值的极限叫做温度梯度。表示为:

  (五)热流密度(热流强度)
  热流密度是在单位时间内,通过等温面上单位面积的热量,单位为W/㎡.若单位时间通过等温面上微元面积dF的热量为dQ,则热流密度定义式为:
  二、传热的基本方式
  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)
  导热指物体中有温差时由于直接接触的物质质点作热运动而引起的热能传递过程。
  1.傅立叶定律
  傅立叶定律指出,均质材料物体内各点的热流密度与温度梯度成正比,即:
  
  式中 ——材料的导热系数。
  由于热量传递的方向(由高温向低温)和温度梯度的方向(由低温向高温)相反,因此,上式中用负号表示。
  注意,傅立叶定律在不同的温度场中可以有其形式不同的表达式。
  2.材料的导热系数
  导热系数是表征材料导热能力大小的物理量,单位为W/(m·K)。它的物理意义是,当材料层厚度为lm,材料层两表面的温差为1K时,在单位时间内通过1㎡面积的导热量。
  材料的导热系数可查阅有关的建筑材料热工指标表获得,应该熟悉经常使用的建筑材料的导热系数。
  (二)对流
  对流指由流体(液体、气体)中温度不同的各部分相互混合的宏观运动而引起的热传递现象。
  由于引起流体流动的动力不同,对流的类型可分为:
  1.自由对流:由温度差形成的对流。
  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由对流。
  (三)辐射
  辐射指物体表面对外发射热射线在空间传递能量的现象。凡是温度高于绝对零度(0K)的物体都能发射辐射能。
  1.物体对外来辐射的反射、吸收和透射
  (1)反射系数rh:被反射的辐射能Ir,与入射辐射能I的比值。2.白体、黑体和完全透热体
  (1)白体(绝对白体):能将外来辐射全部反射的物体,rh=1.
  (2)黑体(绝对黑体):能将外来辐射全部吸收的物体,=1;
  (3)完全透热体:能将外来辐射全部透过的物体,=1.
  3.物体表面的辐射本领
  (1)全辐射力E(辐射本领,全辐射本领):在单位时间内、从单位表面积上以波长0~的全波段向半球空间辐射的总能量,单位:W/㎡,
  (2)单色辐射力乩(单色辐射本领):在单位时间内、从单位表面积向半球空间辐射出的某一波长的能量,单位:W/㎡·μm.
  (3)灰体:如果—个物体在每一波长下的单色辐射力与同温度、同波长下黑体的单色辐射力的比值为—常数,这个物体称为灰体。
  一般建筑材料均可看作为灰体:
  (4)非灰体(选择性辐射体):物体的单色辐射力与黑体、灰体截然不同,有的只能发射某些波长的辐射线
  (5)黑度ε(辐射率):灰体的辐射本领E;与同温度下黑体的辐射本领E的比值。
  4.影响材料吸收率,反射率、透刺率的因素
  材料吸收率、反射率、透射率与外来辐射的波长、材料的颜色、材性、材料的光滑和平整程度有关。
  注意,材料表面对外来辐射的反射、吸收和透射能力与外来辐射的波长有密切的关系。根据克希荷夫定律,在给定表面温度下,表面的辐射率(黑度)与该表面对来自同温度的投射辐射的吸收系数在数值上相等。
  物体对不同波长的外来辐射的反射能力不同,对短波辐射,颜色起主导作用;但对长波辐射,材性(导体还是非导体)起主导作用。例如,在阳光下,黑色物体与白色物体的反射能力相差很大,白色反射能力强;而在室内,黑、白物体表面的反射能力相差极小。
  常温下,一般材料对辐射的吸收系数可取其黑度值,对来自太阳的辐射,材料的吸收系数并不等于物体表面的黑度。
  玻璃作为建筑常用的材料属于选择性辐射体,其透射率与外来辐射的波长有密切的关系。易于透过短波而不易透过长波是玻璃建筑具有温室效应的原因。
  5.辐射换热
  两表面间的辐射换热量主要与表面的温度、表面发射和吸收辐射的能力、表面的几何尺寸与相对位置有关。
  辐射换热系数αr取决于表面的温度、表面发射和吸收辐射的能力、表面的几何尺寸与相对位置。   三、围护结构的传热过程
  (一)围护结构的传热过程
  通过围护结构的传热要经过三个过程:
  (1)表面吸热:内表面从室内吸热(冬季)或外表面从室外空间吸热(夏季)。
  (2)结构本身传热:热量由结构的高温表面传向低温表面。
  (3)表面放热;外表面向室外空间放热(冬季)或内表面向室内空间放热(夏季)。
  (二)表面换热
  热量在围护结构的内表面和室内空间或在外表面和室外空间进行传递的现象称为表面换热。
  表面换热由对流换热和辐射换热两部分组成。
  1.对流换热
  对流换热是指流体与固体壁面在有温差时产生的热传递现象。它是对流和导热综合作用的结果。如墙体表面与空气间的热交换。
  对流换热热流密度qc的计算:
  式中αc——对流换热系数,W/(㎡·K);
  θ——固体壁面温度,K;
  t——流体主体部分温度,K.
  在建筑热工中,对流换热系数主要与气流的状况、结构所处的部位、壁面状况和热流方向有关。
  2.表面换热系数和表面换热阻
  (1)表面换热系数
  内表面的换热系数使用αi表示,W/(㎡·K);
  外表面的热转移系数使用αe表示,W/(㎡·K)。
  (2)表面换热阻
  内表面的换热阻使用Ri表示,㎡·K/W;
  外表面的换热阻使用Re表示,㎡·K/W.

  四、湿空气
  (一)湿空气、未饱和湿空气与饱和湿空气
  湿空气是干空气和水蒸气的混合物。
  在温度和压力一定的条件下,一定容积的干空气所能容纳的水蒸气量是有限度的,湿空气中水蒸气含量未达到这一限度时叫未饱和湿空气,达到限度时叫饱和湿空气。
  (二)空气湿度
  空气湿度是表示空气干湿程度的物理量。在表示空气的湿度时,可使用以下方式。
  1.绝对湿度
  绝对湿度是每立方米空气中所含水蒸气的质量,单位为g/m3.
  未饱和湿空气的绝对湿度用符号f表示,饱和湿空气的绝对湿度用fmax表示。
  2.水蒸气分压力P
  湿空气中含有的水蒸气所呈现的压力称为水蒸气分压力,单位为Pa.
  未饱和湿空气的水蒸气分压力用符号P表示,饱和蒸汽压用Ps表示。
  标准大气压下,不同温度对应的饱和蒸汽压值可查表取得。温度越高,饱和蒸汽压值越大。
  3.相对湿度
  一定温度、一定大气压力下,湿空气的绝对湿度f与同温、同压下的饱和空气绝对湿度fmax的百分比称为湿空气的相对湿度。
  (三)露点温度
  在不改变水蒸气含量的前提下,未饱和湿空气冷却至饱和状态时所对应的温度叫露点温度。露点温度用td表示。
  露点温度可用来判断围护结构内表面是否结露。当围护结构内表面的温度低于露点温度时,内表面将产生结露。
  (四)湿球温度
  湿球温度是指在干湿球温度计中由水银球用潮湿纱布包裹的湿球温度计所测量的温度。它与干球温度配合可以测量空气的相对湿度。