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其热阻为 5 个平壁热阻之战. 即 R = R ++滞

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建 建 物 理 从 编 廖耀发 副从编 杨嘉晖 王大智 廖 彬 潘 红 阎旭东 武汉 大学出 版社 书 名: 建建物理 做 者:廖耀发 出 版 社:武汉大学出书社 出书日期:2003年4月 ISBN:7-307-03869-2/TU·40 定 价: 15.00元 前 言 本书是为建建学、 建建粉饰、 室内设想等专业编写的一本专 业根本教材, 内容包罗三编十二章. 此中, 第一编为建建热工 学, 次要引见建建热工学的根基学问、 天气取热、 建建日 照、 建建防热、 建建保温等学问; 第二编为建建光学, 次要会商 建建光学的根基学问、 天然采光、 建建照面等问题; 第三编为建 建声学, 次要研究建建声学的根基学问、 噪声、 吸声材料取建建 隔声、 室内音质设想等内容. 本书由持久工做正在讲授及设想出产第一线的教员及工程手艺 人员, 按照 “加强根本, 凸起使用, 力图简明, 便于讲授” 的原 则进行编写. 正在编写中, 凡涉及建建物理的根本学问, 我们都力 求有所引见, 并尽量做到让学生既知其然, 又知其所以然, 以利 于立异思维的培育. 对于学问的阐述, 本书力图深切浅出, 浅而精明, 以问 题为从, 不搞繁琐哲学, 以利于学生降服畏难、 畏繁情感. “学致使用” 这是学生较为关怀的问题, 为此, 本书正在引见 根本理论的同时, 恰当地引见了它们正在出产及设想中的使用, 以 利于调动学生进修根本理论的积极性. 此外, 书中还恰当地添加了例题和习题, 书末附有习题谜底 及必然数量的附录, 以利于讲授及日后使用参考. 本书由廖耀发从编, 杨嘉晖、 王大智、 廖彬、 潘红、 阎旭东 任副从编. 加入编写的单元及人员有: 湖北工业大学廖耀发、 潘 红、 闫旭东、 陈义万, 武汉科技大学杨嘉晖、 周怡、 郄恩田, 三 1 峡大学王大智、 汪晓林、 李运江, 浙江广厦建建集团廖彬. 正在本书的编写过程中, 我们参考了国内已出书的部门同类教 材, 获得了武汉大学出书社的鼎力帮帮, 特此一并称谢 ! 因为编者程度无限, 加之时间仓皇, 书中定有不当取错误之 处, 敬请读者 ! 编 者 2002畅9 2 目 录 前 言 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 1 第一编 建建热工学 第一章 建建热工学的根基学问 … … … … … … … … … … … … 2 倡 § 1唱1 温度取热量 … … … … … … … … … … … … … … … … 2 § 1唱2 传热的根基体例… … … … … … … … … … … … … … … 4 § 1唱3 围护布局的传热… … … … … … … … … … … … … … … 18 习题取思虑 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 28 第二章 天气取热 … … … … … … … … … … … … … … … … 30 § 2唱1 湿空气的物理特征… … … … … … … … … … … … … … 30 § 2唱2 景象形象取天气… … … … … … … … … … … … … … … … … 34 § 2唱3 室内天气… … … … … … … … … … … … … … … … … … 39 习题取思虑 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 44 第三章 建建日照 … … … … … … … … … … … … … … … … … … 46 § 3唱1 建建日照的根基学问… … … … … … … … … … … … … 46 § 3唱2 棒影日照图… … … … … … … … … … … … … … … … … 54 习题取思虑 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 63 第四章 建建防热 … … … … … … … … … … … … … … … … … … 65 § 4唱1 室内过热及其防止准绳… … … … … … … … … … … … 65 1 § 4唱2 房间的天然通风… … … … … … … … … … … … … … … 67 § 4唱3 外围护布局的隔热… … … … … … … … … … … … … … 74 § 4唱4 窗口遮阳… … … … … … … … … … … … … … … … … … 83 习题取思虑 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 88 第五章 建建保温 … … … … … … … … … … … … … … … … … … 90 § 5唱1 保温设想的一般准绳… … … … … … … … … … … … … 90 § 5唱2 外围护布局的从体保温… … … … … … … … … … … … 96 倡 § 5唱3 外围护布局取房间的热不变性 … … … … … … … … 104 § 5唱4 外围护布局的蒸汽渗入取冷凝 … … … … … … … … 107 习题取思虑… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 114 第二编 建建光学 第六章 建建光学的根基学问… … … … … … … … … … … … … 117 § 6唱1 光的视觉性质 … … … … … … … … … … … … … … … 117 § 6唱2 光度学中的根基概念 … … … … … … … … … … … … 119 § 6唱3 视度及其影响要素 … … … … … … … … … … … … … 131 § 6唱4 材料的光学性质 … … … … … … … … … … … … … … 133 习题取思虑… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 139 第七章 天然采光… … … … … … … … … … … … … … … … … … 141 § 7唱1 光天气取采光尺度 … … … … … … … … … … … … … 141 § 7唱2 采光口 … … … … … … … … … … … … … … … … … … 146 § 7唱3 采光设想 … … … … … … … … … … … … … … … … … 154 习题取思虑… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 167 第八章 建建照明… … … … … … … … … … … … … … … … … … 168 § 8唱1 电光源 … … … … … … … … … … … … … … … … … … 168 § 8唱2 灯 具 … … … … … … … … … … … … … … … … … … 173 2 § 8唱3 室内工做照明设想 … … … … … … … … … … … … … 179 § 8唱4 室表里照明设想 … … … … … … … … … … … … 193 习题取思虑… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 203 第三编 建建声学 第九章 建建声学的根基学问… … … … … … … … … … … … … 205 § 9唱1 声音的发生取描述 … … … … … … … … … … … … … 205 § 9唱2 声波的特征 … … … … … … … … … … … … … … … … 208 § 9唱3 声音大小的量度 … … … … … … … … … … … … … … 215 习题取思虑… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 222 第十章 噪声… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 224 § 10唱1 噪声及其风险… … … … … … … … … … … … … … … 224 § 10唱2 噪声的评价… … … … … … … … … … … … … … … … 227 § 10唱3 噪声的节制… … … … … … … … … … … … … … 234 习题取思虑… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 238 第十一章 吸声材料取建建隔声… … … … … … … … … … … … 239 § 11唱1 吸声道理取吸声参量… … … … … … … … … … … … 239 § 11唱2 吸声材料取吸声布局… … … … … … … … … … … … 242 § 11唱3 建建物中的吸声减噪… … … … … … … … … … … … 252 § 11唱4 建建隔声… … … … … … … … … … … … … … … … … 254 § 11唱5 墙板的空气声… … … … … … … … … … … … … 263 § 11唱6 门、窗取楼板的隔声 … … … … … … … … … … … … 267 习题取思虑… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 272 第十二章 室内音质设想… … … … … … … … … … … … … … … 273 § 12唱1 室内音质设想概论… … … … … … … … … … … … … 273 § 12唱2 体型设想… … … … … … … … … … … … … … … … … 276 3 § 12唱3 混响设想… … … … … … … … … … … … … … … … … 282 § 12唱4 扩声设想… … … … … … … … … … … … … … … … … 287 § 12唱5 言语厅堂的音质设想… … … … … … … … … … … … 293 § 12唱6 音乐厅堂的音质设想… … … … … … … … … … … … 298 § 12唱7 多功能厅堂的音质设想… … … … … … … … … … … 303 习题取思虑… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 305 附 录… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 307 附录Ⅰ 建建材料的热工目标… … … … … … … … … … … … 307 附录Ⅱ 尺度大气压时分歧温度下的饱和水蒸气… … … … 314 附录Ⅲ 棒影日照图… … … … … … … … … … … … … … … … 318 附录Ⅳ 灯具光度数据示例… … … … … … … … … … … … … 321 附录Ⅴ α 取- ln (1 - α)换算表 … … … … … … … … … … … 325 附录Ⅵ 常用建建材料等的吸声系数和吸声单元… … … … 326 附录Ⅶ 常用建建材料的隔声目标… … … … … … … … … … 329 习题谜底(部门)… … … … … … … … … … … … … … … … … … … 333 4 第一编 建建热工学 将热工理论用于建建的学科称为建建热工学, 其使命是研究 若何科学地处理建建物的防热、 保温、 防潮及日照等问题, 一则 为栖身者供给一个优良的热, 二则可减轻室表里热对建 建物的晦气影响, 加强建建物的耐久性. 跟着社会的前进及人们糊口程度的不竭提高, 人们早已不再 满脚于 “居者有其屋” , 而对本身的糊口质量及栖身提出了 越来越高的要求: 既要冬暖夏凉, 节约能源; 又要回弃世然, 有 益健康. 据报道, 湖北武汉就曾明白从 2002 年下半年起, 凡新建、 扩建、 改建之栖身建建, 均 “必需满脚 枟夏热冬冷地域 栖身建建节能设想尺度枠 , 不然不得进行完工验收” . 据领会, 标 准对建建的外窗、 阳台、 门及围护布局的隔热保温机能均有明白 , 要求安拆空调、 采暖设备的房间节能 50 % 以上, 并实现 冬天室温不低于 16 ℃ , 炎天室温不高于 28 ℃ . 同年, 四川成都 曾呈现过因采光不抱负而导致房地产公司向住户赔款400 万元, 并从头建筑新屋弥补的报道. 这申明, 正在现代建建中, 建建热工 学的地位已越来越主要. 本编次要引见建建热工学的根基学问及其使用. 内容涉及热 取天气、 建建日照、 防热、 保温等问题, 它们虽成章, 但却无机联系, 互成一体, 不成偏废. 1 第一章 建建热工学的根基学问 倡 § 1唱1 温度取热量 温度取热量是建建热工学中的两个根基概念, 正在具体进修建 建热工学系统学问前有需要对它们做一简单引见. 一、 温度 温度是个比力复杂的概念① . 粗略地说, 它是物体冷热程度 的表征: 物体越热, 其温度就越高; 反之, 就越低. 可是, 这种 以人的客不雅感受来定义的温度不科学, 有时以至会导致错误的结 论. 例如, 寒冷的冬天将一木块取一铁块同置一室, 别离用手去 摸它们, 便会感应铁块要比木块冷, 按理, 铁块应温度低, 木块 应温度高. 但现实上, 它们的温度是一样. 这申明, 我们有需要 给温度下一个更科学的定义. 下面仅以气体为例来申明. 从动理论能够获得② 1 2 2 1 2 2 kT = mv = m v = 珋ε . (1畅1) 3 3 2 3 k 式中: k= 1畅38 × 10 - 23 焦/开 (J/K) 称为玻耳兹曼常量, T 为 气体的热力学温度, m 为气体的质量, 珔v2 为气体速度 平方的平均值, 珋ε 为气体的平均平动能. 气体的平均 k 平动能越大, 则其活动就越猛烈. 因而, 从微不雅上看, 气体温度 ① 拜见廖耀发. 温度取熵. : 高档教育出书社,1989 ② 拜见廖耀发等. 大学物理. 武汉: 武汉大学出书社,2001 2 是其热活动猛烈程度的量度, 气体温度越高, 其热活动 就越猛烈, 其平均动能就越大, 反之亦然. 正在建建热工学中利用较多的是另一温度——— 摄氏温度, 用 t 或θ 来暗示, 其单元为摄氏度 ( ℃ ) . 按照 1960 年国际计量大会 的决定, 摄氏温度由热力学温度上移零点来定义, 即 t = T - 273畅15畅 (1畅2) 这就是说, 两种温度没有素质的区别, 仅有零点的差别, 它们单 位的大小是一样的. 因而, 用两种温度去怀抱肆意两个物体或状 态的温度差所得的数值是分歧的, 即Δ t= Δ T . 一般地说, 物体 (或空间) 各点的温度是分歧的, 且随时间 而变化, 即温度是时间取空间的函数. 但对于某一时辰 (立即间 固定) , 则物体温度仅随空间而变化 (分布) . 温度随空间的分布 称为温度场. 若温度场不随时间而变化, 则称其为不变温度场; 反之, 就称它为非不变温度场. 明显, 不变温度场是一种抱负模 型, 它是我们会商热工问题的根本, 现实的温度都不变的. 二、 热量 热量是个比力笼统的概念, 很难用一两句话来简单地界定. 尝试指出, 当两个温度分歧的物体彼此接触一段时间后, 高 温物体的温度会降低, 低温物体的温度会升高, 这时我们就说它 们之间发生了热传送, 或者说有热量从高温物体传到了低温物 体. 这就是说, 热量是热传送过程中所传送的能量, 用 Q 暗示, 其单元为焦 (J) . 一般地说, 物体获得热量后温度会升高, 放出热量后温度会 降低. 物体获得的热量 Q = mcΔ T = mcΔ t . (1畅3) 式中: m 为物体的质量, 单元为千克 (kg ) , c 为物体的比热 容, 代表每千克物质温度升高 1 度所接收的热量, 单元为 焦/ (千克·度) (J/ (kg·K)) , Δ T= T - T 为物体吸热前后的 2 1 3 温度差 (增量) , 单元为开 (K) . 热力学中将构成物体的所有 (原子) 的动能及势能之和 称为物体的内能, 用 E 暗示. 尝试表白, 对物体 (用 A 表 示) 或向物体供给热量都能使物体的内能添加. 且三者之间满脚 如下关系 Q = Δ E + A . 这一关系称为热力学第必然律, 它表白, 物体接收的热量一部门 用来添加内能, 一部门用来对外. 换句话说, 包罗热现象正在 内, 能量守恒定律也是成立的. 大量察看表白, 热量只能从动地从高温物体传到低温物体, 反之就不成能. 这一纪律称为热力学第二定律的克劳修斯表述, 它是克劳修斯最先总结出来的. 使用热力学第二定律时该当留意前提, 即过程的 “ 从动” 性, 若是去掉 “ 从动” 的前提, 则热量由低温物体传到高温 物体即是可能的. 如电冰箱中冷冻食物的过程就是不竭将热量从 低温物体 (食物) 传到高温物体 (空气) 的过程, 不外它不是自 动进行的, 而是靠压缩机来实现的. §1唱2 传热的根基体例 传热的根基体例有三种: 导热、 对流及辐射. 下面别离予以 引见. 一、 导热 前已指出, 若是两个温度分歧的物体彼此接触, 颠末一段时 间后便会有热量从高温物体从动流向低温物体; 或者, 若一个物 体各部门的温度分歧, 则过一段时间后便会有热量从高温部门自 动流向低温部门. 如许的现象称为导热. 导热现象的发生可用动理论来注释. 按照动理论, 4 物体温度越高, 其 (或原子) 的平均平动能就越大. 当它们 取低温物体碰撞时便会发生能量互换, 使得高温物体的 平均动能削减, 低温物体的平均动能添加, 正在宏不雅上便表示 出有热量从高温物体传到低温物体, 即发生了导热. 建建热工学中经常碰着的围护布局多为长和宽弘远于厚度的 壁层, 称为平, 简称为平壁. 它有单层、 多层及组合层之 分, 下面顺次引见它们的导热纪律. 1 . 平的不变导热 由单一均质材料形成的平称为单层平, 简称单层平 壁. 良多建建层面或建建构件均可视为单层平壁. 如图 1唱1 所示, 设一单层平壁的面积为 S , 厚为 d , 内、 外 概况的温度别离为 t 及 t , 且 t > t . 傅里叶定律指出, 正在 τ 时 i e e i 间内, 垂曲流过 S 的热量Q 取温度差 ( t - t ) 、 壁面积 S 及导 e i 热时间τ 成反比, 取厚度 d 成反比, 即 λ Q = (t - t ) Sτ (1畅4) e i d 图1唱1 单层平壁的导热 式中: 比例系数 λ 称为导热系数, 它是材料导热特征的反映, 其数值等于单元厚度层内温度差为 1 度 ( ℃ ) 时, 每单元时间垂 5 曲通过单元面积的热量, 其大小取构成平的建建材料的物理 特征亲近相关: 材料分歧, λ 值天然分歧. 若是材料成分不异, 但其容沉分歧, 则其 λ 值也不不异: 容沉 γ 小的, λ 值也小, 但当容沉小到必然程度后, λ 值反而随容沉削减而添加. 湿度对 λ 值也有影响: 湿度越大, λ 之值也越大. 此外, 温度对 λ 值也 有影响: 金属类良导热体的 λ 值随温度添加而削减, 非金属类 不良导热体的 λ 值则随温度的降低而添加. 部门建材的导热系数随材料的容沉、 温度及湿度的变化环境 如图1唱2 、 图1唱3 所示, 常温常压下部门建材的 λ 值拜见附录Ⅰ . 图1唱2 玻璃棉导热系数取容沉的关系 正在建建热工设想中经常需要晓得单元时间通过单元面积的热 量, 即热流强度 (简称热流) 的环境. 由式 (1畅4) 可得单层平 壁的热流 q = Q = λ (t - t ) = (t - t )/ R (1畅5) e i e i Sτ d d 式中: R = 称为导热热阻, 它是建建材料热畅通过平壁能 λ 力大小的量度: R 越大 (即 d 越大, 或 λ 越小) , 则热流就越不 容易通过平, 其保温机能就越好. R 的单元为m2 ·K/W . 2畅 多层平壁的不变导热 6 倡 图1唱3 砖砌体导热系数取分量湿度 的关系 由多个 (分歧材料形成的) 单层平壁慎密粘合正在一路的组合构 件称为多层壁. 单面或双面粉刷的砖砌墙即是一种典型的多层壁. 如图1唱4 所示, 设一多层壁由 n ( n≥ 2) 种分歧材料构成 的单层壁粘合而成, 各层材料的厚度别离为 d , d , … , d , 1 2 n 导热系数 (假设可视为常量) 顺次为 λ , λ , … , λ , 各材料 1 2 n 层的概况温度别离为 t , t , … , t , 且 t > t . 将式 1 2 n+ 1 1 n+ 1 (1畅5) 用于各平壁层, 得 λ1 q = ( t - t ) 1 1 2 d1 λ2 q = ( t - t ) 2 d2 2 3 … … … … λn q = (t - t ) . n dn n n+ 1 倡 材猜中所含水分分量取绝对干燥形态下材料分量之百分比称为沉 量湿度, 用 Wω 暗示。 7 图1唱4 多层平壁的导热 因为为不变导热, 所以有 q = q = … = q = q . 1 2 n 于是上述式子可改写成 d1 t - t = q , 1 2 λ1 d2 t - t = q , 2 3 λ2 (1) … … … … dn tn - tn+1 = q . λn 对式 (1) 两边别离乞降, 得 d1 d2 dn t - t = q + + … + = qR . (1畅6) 1 n+1 λ1 λ2 λn 由此式可得流过多层壁的热流为 t1 - tn+1 q = 畅 (1畅7) R di 式中 :R = = R 为多层壁的总热阻. 式 (1畅7) 申明, ∑ ∑ i λi 8 流过多层壁的热流取多层壁的内、 外概况温度差成反比, 取多层 壁的热阻成反比. 式 (1畅7) 取欧姆定律的表达式完全类似. 由式 (1畅6) 能够获得, 多层壁中任一层的 “外” 概况温度 为 d1 d2 dj t = t - q + + … + 畅 (1畅8) j +1 1 λ1 λ2 λj 式 (1畅8) 申明, 多层壁内的每一层的温度分布均为斜线段, 而 整个多层壁的温度分布则呈折线畅 组合壁的导热 由两种以上材料构成的材料层称为组合壁. 充填炉渣的砖砌 墙就是一种组合壁. 组合壁的导热计较环节正在于求出导热热阻. 因为组合壁含有 两种以上的材料, 因此其热阻的计较较为复杂, 常用加权求平均 来处理. 如图 1唱5 所示, 设一组合壁由砖及炉渣 (见图中第二层) 组 成. 为了计较其平均热阻, 我们顺着热流的标的目的, 沿着组合壁不 同材料的界面将其划分为若干部门 (如图中的 Ⅰ 、 Ⅱ 、 Ⅲ 部门 等) , 由加权平均公式 S + S + S + … Ⅰ Ⅱ Ⅲ R = , S / R + S / R + S / R + … Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅱ Ⅲ Ⅲ (1畅9) 可求得组合壁的平均热阻, 加上其它取之相关 联层面的热阻, 即得整个材料层 (近似多层 壁) 的总热阻 R = R + R + R + … 图1唱5 组合壁 1 2 3 式 (1畅9) 中的 S , S , S … 别离为垂曲热 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 2 2 d1 d3 流标的目的上的概况积, 单元为米 (m ) , R = , R = … 别离 1 3 λ1 λ3 为各层的导热阻. 9 若组合壁中存正在有圆孔, 则应将圆孔折算成不异面积的方孔 后再代入公式. 例1唱1 如图1唱6所示, 设一组合壁由红砖和炉渣构成, 其 内、 外概况各有15mm 的石灰砂浆及水泥砂浆粉刷层. 试计较一 个布局单位 (高6 皮砖, 宽为 1m) 的平均热阻. 图1唱6 例1唱1 用图 解 查附录Ⅰ , 可得各材料的导热系数: λ = 0畅81 , λ = 砖 炉 0畅26 , λ = 0畅81 , λ = 0畅93畅 石 水泥 这是一个 5 层平壁问题, 其热阻为 5 个平壁热阻之和. 即 R = R + R + R + R + R 畅 (1) 1 2 3 4 5 d1 0畅015 式中: R = = = 0畅016 ; (2) 1 λ1 0畅93 d2 0畅12 R2 = = = 0畅148 ; (3) λ2 0畅81 S + S + S Ⅰ Ⅱ Ⅲ R = R = 3 3 S Ⅰ S Ⅱ SⅢ + + R ′ R ′ R ′ 1 2 3 0畅07 + 0畅28 + 0畅07 = 0畅07 0畅28 0畅07 + + 0畅24/0畅81 0畅26/0畅26 0畅24/0畅81 10 = 0畅558 ; (4) d4 R = = R = 0畅148 ; (5) 4 2 λ4 d5 R = = R = 0畅016畅 (6) 5 1 λ5 将式 (2) ~ (6) 代入式 (1) , 得 2 R = 0畅886 ( m ·K/W) 畅 二、 对流换热 依托流体 (如空气、 水等物质) 的宏不雅挪动将热量从高温处 传到低温处的现象称为对流换热. 例如, 加热烧开水就是一种对 流换热的过程. 对流换热的环境一般较为复杂. 正在建建热工学中所涉及的对 流换热多为流体 (空气) 取固体壁的对流换热, 其环境要相对简 单一些. 如图 1唱7 所示, 设一股流体 A 向固体壁面B 流去, 流体分 子正在壁面 B 处碰撞互换能量后反向弹回, 取远方流体互换 能量. 正在宏不雅上这就等于将一部门热量从 B 输运到了远离 B 的 处所, 发生了对流换热的现象. 为了定量地得出对流换热纪律, 我们一部门流体 (分 子) 的活动来会商。 这一部门流体的正在近 B 处取壁彼此做 用, 温度很快便会升高 (取 B 的温度近似相等) , 后被反向弹 回, 顺次取离壁面近旁及远方的流体发生碰撞, 互换能量, 使得路子流体温度顺次发生变化: 近壁处流体温度升高猛烈, 尔 后顺次升温平缓, 跨越必然距离, 则升温感化根基竣事, 其流体 温度变化如图1唱7 所示. 图中 t 代表固体壁面的温度, t 代表 S L 流体从体部门的温度. 尝试指出, 正在 τ 时间内, 流体从体部门取固体壁的对流换 热取流体壁的面积 S、 固体壁取流体从体部门的温度差 ( tS - 11 图1唱7 对流换热 t ) 及换热时间 τ 成反比, 即 C t - t S L Q = α (t - t

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