建筑物理第三版柳孝图中国建筑工业出版社课后习题答案12章.docx

1、建筑物理第三版柳孝图中国建筑工业出版社课后习题答案12章建筑物理 第三版（柳孝图）中国建筑工业出版社 课后习题答案 1.2章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，其传热机理分别是：(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； 液体导热是通过平衡位置间歇着的分子振动引起；气 体导热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)辐射传热以电磁波传递热能。凡是温度髙于绝对零度的物

2、体，由于物体原子中的电子振动或激动，就 会从表而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：（1) 物理意义材料导热系数是在稳定传热条件下， lm 厚的材料，两侧表而的温差为 1C,在 1 秒钟内通过 1 平方米面积 传递的热量。它反映了壁体材料的导热能力。(2)影响因素材料导热系数的取值受到多种因素的制约与影响， 大致包括以下几个方而：材质的影响。 不同材料的组成成分或结构的不同， 导热性能各不相同。矿棉、泡沫塑料等材料的导热系数 值较小，砖砌体、钢筋混凝土等材料的导热系数值较大， 金属建筑材料如钢材、 铝合金等的导

3、热系数值更大。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，材料内部孔隙愈少，导热 性能愈强。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一个最佳干密度，即在该干密度时，其导热系数值最 小。材料含湿量的影响。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：（1) 物理意义对流是指温度不同的各部分流体之间发生相对运动、 互相掺合所引起的传递热能。对流换热只发生在流体之 中或固体表面和与其紧邻的运动流

4、体之间。(2)影响因素对流换热的强弱主要取决于层流边界层内的换热与流体运动发生的原因、流体运动状况、流体与固体壁面温 差、流体的物性、固体壁面的形状、大小及位置等因素。(3)在工程中的取值结合建筑围护结构实际情况并为简化计算起见， 通常只考虑气流状况是自然对流还是受迫对流； 构件是处于 垂直的、水平的或是倾斜的；壁面是有利于气流流动还是不利于流动； 传热方向是由下而上或是由上而下等主要 影响因素。原本温度相同的流体或与流体紧邻的固体表而， 因其中某一部分受热或冷却，温度发生了变化，使流体各 部分之间或者流体与紧邻的固体表面产生了温度差， 形成了对流运动而传递热能。 这种因温差而引起的对流换热

5、称为自然对流换热。其对流换热量仍可按式计算，其对流换热系数为：a.当平壁处于垂直状态时：av =2.0 /(0 -t)b.当平壁处于水平状态时：若热流由下而上ac =2. 5 s/(d - 0若热流由上而下ac = 1. 3 7(0 -t)当流体各部分之间或者流体与紧邻的固体表而之间存在着温度差，但同时流体又受到外部因素如气流、 泵 等的扰动而产生传热的现象，称为受迫对流换热。 绝大多数建筑物是处于大气层内， 建筑物与空气紧邻，风成为 主要的扰动因素。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而的粗糙度。 对于中等粗糙度的固 体表面，受迫对流换热时的对流换热系数可按下列近似公式计算：

6、围护结构外表面 :ac= (2. 5 ? 6.0) +4.2u围护结构内表面： ac=2. 5+4. 2u上两式中， 1) 表示风速（ m/s), 常数项反映了自然对流换热的影响，其值取决于温度差的大小。4.辐射换热系数的意义是什么？平均角系数的物理意义又是什么？它们各自受哪些因素的影响？答：（1) 辐射换热系数的含义辐射换热系数是指互相可见的两物体表面在单位温差， 单位而积互相辐射从而交换热量的能力。(2)平均角系数的物理意义表示单位时间内，物体 1 投射到物体 2 的辐射换热量与物体 1 或物体2向外界辐射的总热量的比值。(3)因素影响物体表面间的辐射换热量主要取决于各个表面的温度与相对位

7、置、发射和吸收辐射热的能力。平均角系数的取值取决于两表面的相对位置、 大小及形状等几何因素。5.何谓稳定传热状态？稳定传热状态有些什么特征？答：“稳定传热状态”即在两个稳定温度场之间发生传热过程的状态，它的特征是温度场即空间中各点的温 度分布不随时间变化而变化。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：（1) 封闭空气间层的传热特性封闭空气间层的传热过程是在有限封闭空间内两个表面之间进行的热转移过程，是导热、对流和辐射三种传 热方式综合作用的结果。(2)在设计中的应用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。

8、如果构造技术可行，在围护结构中用一个“厚”的空气间层不如用几个“薄”的空气间层。为了有效地减少空气间层的辐射传热量， 可以在间层表而涂贴反射材料，一般在一个表面涂贴，并且是在 温度较高一侧的表面，以防止间层内结露。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 100_的封闭空气间 层的热阻值各为多少？答：根据表 2-3 可列出下表（单位： m2*K/W)位置、热流状况 及材料特性 冬季状况 夏季状况5 层 20mm厚 封闭空气间层 的热阻值 1 层 100mm厚 封闭空气间层 的热阻值 5 层 20mm厚 封闭空气间层 的热阻值 1 层 100mm厚

9、封闭空气间层 的热阻值般 热流向下 0.17X5=0. 85 0.20 0.15X5=0. 75 0.15空n 热流向上 0.15X5=0. 75 0.17 0-13X5=0. 65 0.13IHj层 垂直空气间层 0.16X5=0. 80 0.18 0.14X5=0. 70 0.15单面毛吕箔间层 热流向下 0.43X5=2. 150.640.37X5=1. 850.54热流向上 0.35X5=1.75 0.430.28X5=1. 450.28垂直 2 气间层0.39X5=1.95 0.500.31X5=1. 550.37双面专吕箔n间层 热流向下 0.56X5=2.80 1.010.49X

10、5=2. 450.86热流向上 0.45X5=2.25 0.570.34X5=1. 700.35垂直堃气间层0.49X5=2.45 0.710.39X5=1.95 0.508.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：在稳定传热状态下，为减少围护结构的热损失，可采取的措施及其机理是：(1)采用热阻大的建筑材料，例如隔热或夹胶或反射或双层玻璃，在相同的室内、外温差条件下，平壁总 热阻愈大，通过平壁所传出的热量就愈少。(2)减少金属门窗的使用； 金厲建筑材料如钢材、 铝合金等的导热系数比较大，导热能力也因此大。(3)使用保温墙体；利用保温强体可以使墙体两侧

11、的温度差减小，以此减少热损失。(4)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。(5)减少采光而积。(6)屋面增加保温隔热层。9.在简谐热作用下，半无限厚物体的传热有哪些特征？答：在简谐热作用下，半无限厚物体的传热主要有三个方面的特征：(1)平壁表而及内部任一点 x 处的温度，都会出现和介质温度周期ZZ相同的简谐波动。(2)从介质到壁体表面及内部， 温度波动的振幅逐渐减少， 称为温度波的衰减。(3)从介质到壁体表面及内部， 温度波动的相位逐渐向后推延， 称为温度波动的相位延迟。10. 围护结构材料层表而蓄热系数 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)

12、异同点围护结构材料层表而蓄热系数 y 与材料蓄热系数 s 的物理意义是相同，其定义式都是材料层表面的热流波动 振幅与表面温度波动振幅的比值，差异仅在于计算式的不同。当边界条件的影响可以忽略不计时，两者在数值上 也可视为相等。(2)适用情况在建筑热工学中， 材料蓄热系数适用于物体在谐波热作用下， 半无限厚物体表面热流波动的振幅 Aqo 与温 度波动振幅 Af 的比值计算。材料层表而蓄热系数适用于工程实践中， 有限厚度的材料层， 其表面的热流波动振 幅 Aq 与表面温度波动振幅 Af 的比值计算。11.试选择当地一种常用节能墙体材料， 计算其总热阻和总热惰性指标。答：略12.试计算【例 1.2-3

13、 】中图 1.2-21 所示的屋顶构造在室外单向温度谐波作用下的总衰减度和延迟时间。答：略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：（1) 绝对湿度单位容积空气所含水蒸气的重量称为空气的绝对湿度， 它说明空气在某一温度状态下实际所含水蒸气的重干燥，容纳水蒸气的能力较强； 相对湿度 q值大，则空气比较潮湿，能容纳水蒸气的能力较弱。当相对湿度 cp 为零时，表示空气中全是干空气，即绝对干燥；当 cp 为 100%时，则表示空气己经达到饱和。依(p 值的大小就可 直接判断空气的干、湿程度。14.露点温度的物理意义是什么？试举例说明生活中的

14、结露现象，并解释。答：（1) 露点温度的物理意义某一状态的空气， 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。(2)结露现象及其原因冬天在寒冷地区的建筑物中，常常看到窗玻璃内表而上有很多露水，有的甚至结了厚厚的霜。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。 当室内较热的空气接触到玻璃表面时， 就在表而上结成露 水或冰霜。15.己知： tF20 C； qi=50% 。问：若采用如【例1.2-2 】中图1.2-20所示墙体，在保证内表而不结露的情况下，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/ (m2-

15、K),此时的室外气温又不得低于多少？ 注：【例 1.2-2 】试计算图 1.2-20 所示墙体的总热阻和总传热系数。如果要求墙体的总传热系数不超过 1.0W / (m2- K), 则还应增加厚度为多少的保温层（假定拟采用的保温材料的导热系数为 0.035W/(m-K) ?解：（1)te求露点温度：当 ti=20 C, (Pi=50%时，査表可得 P=Ps*(Pi=1175Pa对照表可知露点温度为 9.5 C, 此温 度相当于 Oi 值。如图所示ti(2)(3)由表査出内表面的换热阻 Ri=0.11 mKAV外表面的换热阻 Re=0.04mKAV由表查出各材料层导热系数值 石灰砂浆内粉刷：入 l

16、=n. m钢筋混凝土： A 2=1. 74 W/OK)水泥砂浆外粉刷：入 3=0.93 W/(th2K)计算壁体的传热阻R=R1+R2+R3=dl/Al+d2/A 2+d3/A 3 =0. 02/0. 81+0. 2/1. 74+0. 02/0. 93 =0. 025+0. 115+0. 022 =0. 162 ni2K/W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 m2.K/W求外表面温度值0 i=t i-Ri/RO (t i-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 Co(2)若增加保温层使其传热

17、系数不超过 1.0W/(m2，K)，即总热阻不低于 1.0m2，K/W，同理有 平壁的总热阻 R0=Ri+R+Re=0. 11+1+0. 04=1. 15 ni2 ，K/W求外表面温度值0 i=t i-Ri/RO (tite)解之 te=-89. 7 。C16.为什么在施工现场装配保温材料之前， 应使保温材料先放置在现场一段时间？答：在施工现场装配保温材料之前， 应使保温材料先放置在现场一段时间的原因是为了使其达到热湿平衡。 把一块干的材料放置在湿空气中，材料试件会从空气中吸收水分，出现吸湿现象。经过放置一段时间后，材 料试件可与所处的空气 （一定的气温和相对湿度条件下）之间形成热湿平衡，即材料的温度与周围空气温度一致 ( 热平衡 ) ，试件的重量将不再发生变化（湿平衡 ) 。