当前课程知识点：农业生物环境工程 > 第二章 农业设施中的热质传递与热工设计 > 2.3 围护结构的非稳态传热 > 2.3 围护结构的非稳态传热
大家好
欢迎进入我们
农业生物环境工程慕课的学习
今天呢
我们将继续第二部分
农业设施的热质传递与热工设计
下面
我们将学习第三节
围护结构的非稳态传热
这里我们会侧重于室外热作用的特征
以及围护结构的热稳定性等知识的学习
我们先分析一下室外热作用的特征
在非稳态条件下
室外的热作用的特征
首先表现为周期性的波动
我们知道室外的空气温度和太阳辐射
都是呈逐日
逐年的周期性的变化规律
由此也会引起室内空气温度
以及围护结构表面和内部温度的周期性的波动
由此也就导致了围护结构的热稳定性的问题
室外热作用的第二个特征
是这种热作用包含了
空气温度和太阳辐射两方面的影响
根据前面的学习
我们知道室外空气温度
会通过对流等传热方式
影响围护结构表面及内部的温度
室外空气温度
是呈现周期性的变化的
即一天中最高温出现在正午以后
最低温出现在日出之前
一年中最高温出现在7月份
而最低温则出现在1月份
而太阳辐射
是通过建筑外表面的吸收
来影响其表面以及内部温度的
太阳辐射也是呈现周期性的变化
并且建筑物所吸收太阳辐射的多少
还与建筑的朝向
围护结构表面的粗糙程度以及颜色等有关
所以在工程中
我们要同时考虑空气温度和太阳辐射的影响
于是我们通常采用室外综合温度来进行计算
我们仍然以夏季的墙体为例来进行分析
夏季的墙体结构
一是会受到室外高温空气的影响
二是会受到室外太阳辐射的影响
在这里我们定义室外空气温度为to
室外太阳辐射强度为i
墙体外表面温度为θo
表内表面温度为θi
外表面的热流量为q
那么根据传热学的原理
我们就可以得到外表面热流量q的计算公式
这里包括太阳辐射的影响和室外空气温度的影响
同样
我们还可以利用室外综合温度tsa
来给出另一种围护结构外表面热流量的计算方法
在这个公式里
热流量等于
综合温度与墙体外表面的温差
乘以外表面换热系数
两个公式的热流量相等
我们就可以推导出室外综合温度的计算方法
在这个公式中to为室外空气温度
ρs为围护结构外表面对太阳辐射的吸收系数
I是室外太阳辐射照度
αfo为围护结构外表面的换热系数
后面这三个参数
我们都可以通过相关的设计规范查表得到
工程中实测表明
室外综合温度
实际上是和空气温度一样
都是以24小时为周期的简谐波的形式在波动
下面我们再来介绍一下
围护结构的热稳定性
这里呢
也主要介绍表征热稳定性的一些指标
第一个指标是材料的蓄热系数
它的定义是
当一个足够厚的均质的材料层
一侧受到简谐波的作用时
通过表面的热流振幅
与该表面的温度振幅之比
但是它的计算方法
因为时间有限
我们不做推导
直接给出这样的计算公式
如果我们用大写的s来表示材料的蓄热系数
那我们就可以看出这个蓄热系数
与材料的导热系数
比热容
密度
以及温度的波动的周期相关
根据定义
我们知道
所谓的蓄热系数
是反映材料层迎波面上
温度波动程度的一个指标
即在简谐波热作用下
材料蓄热系数越大
围护结构表面的温度波动越小
抵抗温度波动的能力就越大
即围护结构的热稳定性越好
从这个计算公式我们还可以看出
蓄热系数的大小
与材料的导热系数
比热容及密度有关
这些参数越大
其蓄热性能就越好
此外
蓄热系数还与外界温度波动的（周期）有关
同一种材料所受到的热作用的波长越长
其蓄热系数也就越小
第2个指标是材料层的热惰性指标
它是衡量材料层受谐波热作用后
其内表面温度波动程度的一个指标
计算方法为材料层的热阻与蓄热系数的乘积
由计算公式我们可以看出
材料层的热惰性的高低
取决于表征材料层迎波面
抵抗温度波动能力的蓄热系数
以及表征材料层阻抗波动传递能力的热阻
这两个参数
也就是说蓄热系数越大
热阻越高
材料层的热惰性越好
对于多层材料组成的围护结构
其热惰性指标为各层热惰性指标之和
表征围护结构热稳定性的第三个指标
是温度波在围护结构内的衰减倍数
衰减倍数是指室外综合温度或空气温度的波幅
与该温度作用下
围护结构内表面的温度的波幅之比
衰减倍数表明了温度在围护结构中的衰减特性
最后一个指标就是延迟时间
我们用延迟时间来表示
温度波在围护结构中的延迟特性
即室外综合温度或空气温度达到最高值的时间
与该温度作用下
围护结构内表面
达到温度最高值的时间之差
那么由前面的分析
我们就可以知道
衰减倍数与延迟时间
也是体现围护结构热稳定性的基本指标
主要影响围护结构内表面温度波动的大小
以及峰值出现的时间
衰减与延迟的特性
与围护结构材料的热物性和构造形式有关
特别是当材料的蓄热系数越高
热惰性越好
那么温度波在构造中的衰减就越快
峰值的出现时间也会延迟的越久
也就是说
构造中
温度的波动就越小
热稳定性就越好
这是我们进行隔热设计的重要依据
下面我们总结一下这次课程的内容
这次课程我们首先介绍了在非稳态传热条件下
室外热作用的特征
以及室外综合温度的概念及计算方法
其次
我们介绍了在非稳态传热条件下
表征围护结构热稳定性的相关指标
即材料的蓄热系数
结构的热惰性指标
以及衰减倍数和延迟时间
这是我们进行围护结构热工设计的重要基础
希望大家能够理解掌握
好
这次课就讲到这里
谢谢大家
-绪论
-随堂练习
-2.0 本章导学
--本章导学
-2.1 湿空气参数及焓湿图
--2.1 随堂练习
-2.2 围护结构的稳态传热
--2.2 随堂练习
-2.3 围护结构的非稳态传热
--2.3 随堂练习
-2.4 围护结构的热工设计
--2.4.1 随堂练习
--2.4.2 随堂练习
-2.5 综合练习
--简答题
-3.0 本章导学
--本章导学
-3.1 采暖概述
--3.1 采暖概述
--3.1 随堂练习
-3.2 农业设施的采暖热负荷
--3.2.1 随堂练习
--3.2.2 随堂练习
-3.3 热水采暖系统
--3.3.1 随堂练习
--3.3.2 随堂练习
-3.4 综合练习
--简答题
-4.0 本章导学
--本章导学
-4.1 农业设施通风的目的
--4.1 随堂练习
-4.2 基本概念及通风调控要求
--4.2 随堂练习
-4.3 农业设施的自然通风
--4.3.1 随堂练习
--4.3.2 随堂练习
-4.4 农业设施的机械通风
--4.4.1 随堂练习
--4.4.2 随堂练习
-4.5 农业设施的降温
--4.5.1 随堂练习
--4.5.2 作业
-4.6 综合练习
--简答题
-5.0 本章导学
--本章导学
-5.1 设施类型及环境特点
--5.1 随堂练习
-5.2 植物工厂概述
--5.2 随堂练习
-5.3 园艺设施光环境调控
--5.3.1 随堂练习
--5.3.2 随堂练习
--5.3.3 随堂练习
-5.4 温室CO2调控
--5.4 随堂练习
-5.5 温室温湿环境调控
--5.5.1 随堂练习
--5.5.2 随堂练习
--5.5.3 随堂练习
-5.6 日光温室环境及构造
--5.6.1 随堂练习
--5.6.2 随堂练习
--5.6.3 随堂练习
--5.6.4 随堂练习
-5.7 温室节能调节技术
--5.7 随堂练习
-5.8 综合练习
--简答题
-6.0 本章导学
--本章导学
-6.1 畜禽舍养殖设施类型与环境调控要求
--6.1 随堂练习
-6.2 畜禽舍保温隔热与气密性
--6.2 随堂练习
-6.3 畜禽舍通风降温
--6.3.1 随堂练习
--6.3.2 作业
--6.3.3 随堂练习
-6.4 畜禽舍光照环境
--6.4.1 随堂练习
--6.4.2 随堂练习
-6.5 畜禽舍空气污染物减排
--6.5.1 随堂练习
--6.5.2 随堂练习
--6.5.3 随堂练习
-6.6 畜禽舍节能调控技术
--6.6 随堂练习
-6.7 综合练习
--简答题
-期末考试
