一級建筑師建筑物理與建筑設(shè)備考點復(fù)習(xí)(七)

　　(五)諧波作用下材料和圍護結(jié)構(gòu)的熱特性指標(biāo)

　　1.材料的蓄熱系數(shù)

　　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，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，此時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熱物理量，用S表示，單位是W/(m2?K)。其定義式為：

　　(1-27)

　　式中 S――材料蓄熱系數(shù)，W/(m2?K);

　　λ――材料的導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m?K);

　　c――材料的比熱容，kJ/(kg?K);

　　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，重型圍護結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性好，而輕型圍護結(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能力的一個參量，用D表示，是一個無量綱的量。對于單一的材料層，其定義式為：

　　D=S?R (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/(m2?K);

　　R――材料層的熱阻，m2?K/W。

　　如果圍護結(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。如果圍護結(jié)構(gòu)的某層由幾種材料組合時，則需先求出該材料層的平均熱阻和平均蓄熱系數(shù)，再計算熱惰性指標(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。重型圍護結(jié)構(gòu)抵抗外界空氣溫度波動的能力要比輕型結(jié)構(gòu)強。空氣層的D=0。

　　3.圍護結(jié)構(gòu)材料層表面的蓄熱系數(shù)計算

　　圍護結(jié)構(gòu)在周期性熱作用下表面溫度的波動，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，在單位時間內(nèi)，單位面積表面儲存或釋放的熱量。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，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Ym?e。

　　4.圍護結(jié)構(gòu)衰減倍數(shù)和延遲時間的計算

　　(1)室外溫度波傳到圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面時的衰減倍數(shù)γ0和延遲時間ξ0的計算

　　室外空氣溫度波傳到圍護結(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：

　　(1-29)

　　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)最高溫度值時的相位φif,e與室外溫度諧波出現(xiàn)最高溫度值時的相位φe之差，用φe-if表示，即：

　　(1-30) 延遲時間：在室外空氣溫度諧波的作用下，平壁內(nèi)表面出現(xiàn)最高溫度值的時間與室外溫度諧波出現(xiàn)最高溫度值的時間差，用ξ0表示。在建筑熱工學(xué)中，習(xí)慣于用延遲時間評價圍護結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性。

　　(1-31)

　　(2)室內(nèi)溫度波傳到圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面時的衰減倍數(shù)v0和延遲時間ξif的計算

　　室內(nèi)空氣溫度波傳到圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面，只經(jīng)歷一個內(nèi)表面邊界層的振幅衰減和時間延遲過程。

　　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：

　　相位延遲φi-if：在室內(nèi)空氣溫度諧波的作用下，平壁內(nèi)表面出現(xiàn)最高溫度值時的相位與室內(nèi)溫度諧波出現(xiàn)最高溫度值時的相位差，即：

　　延遲時間ξif：在室內(nèi)空氣溫度諧波的作用下，平壁內(nèi)表面出現(xiàn)最高溫度值的時間與室內(nèi)溫度諧波出現(xiàn)最高溫度值的時間差，且有：

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