附录一 建筑热工设计计算公式及参数
(一) 热阻的计算
1. 单一材料层的热阻应按下式计算:
式中 R ——材料层的热阻,㎡·K/W;
δ——材料层的厚度,m ;
λc ——材料的计算导热系数,W/(m·K),按附录三附表3.1及表注的规定采用。
2. 多层围护结构的热阻应按下列公式计算:
R =R1+R2+……+Rn(1.2)
式中 R1、R2……Rn——各材料层的热阻,㎡·K/W。
3. 由两种以上材料组成的、两向非均质围护结构(包括各种形式的空心砌块,以及填充保温材料的墙体等,但不包括多孔粘土空心砖), 其平均热阻应按下式计算:
式中
(1.3)
——平均热阻,㎡·K/W;
Fo ——与热流方向垂直的总传热面积,㎡;
Fi ——按平行于热流方向划分的各个传热面积,㎡;(参见图3.1); Roi ——各个传热面上的总热阻,㎡·K/W Ri ——内表面换热阻,通常取0.11㎡·K/W; Re ——外表面换热阻,通常取0.04㎡·K/W;
φ——修正系数,按本附录附表1.1采用。
图3.1 计算图式
修正系数φ值附
注:(1)当围护结构由两种材料组成时,λ2应取较小值,λ1应取较大值,然后求得两者的比值。
(2)当围护结构由三种材料组成,或有两种厚度不同的空气间层时,φ值可按比值/λ1确定。
(3)当围护结构中存在圆孔时,应先将圆孔折算成同面积的方孔,然后再按上述规定计算。
4. 围护结构总热阻应按下式计算:
Ro =Ri +R +Re(1.4)
式中 Ro ——围护结构总热阻,㎡·K/W;
Ri ——内表面换热阻,㎡·K/W;按本附录附表1.2采用;
Re ——外表面换热阻,㎡·K/W,按本附录附表1.3采用;
r ——围护结构热阻,㎡·K/W。
内表面换热系数αi 及内表面换热阻Ri 值
注:表中h 为肋高,s为肋间净距。
5. 空气间层热阻值的确定
(1)不带铝箔,单面铝箔、双面铝箔封闭空气间层的热阻值应按附表1.4采用。
(2)通风良好的空气间层热阻,可不予考虑。这种空气间层的间层温度可取进气温度,表面换热系数可取11.63W/(㎡·K)。
外表面换热系数αe 及外表面换热阻Re 值
(二) 围护结构热惰性指标D 值的计算
1. 单一材料层的D 值应按下式计算:
D =R·S
(1.5)
式中 R ——材料层的热阻,㎡·K/W;
S ——材料的蓄热系数,W/(㎡·K);
空气间层热阻值[㎡·K/W]
地面吸热计算系数K 值
2. 多层围护结构的D 值应按下式计算:
D =D1+D2+……+Dn
=R1S1+R2S2+……+RnSn (1.6)
式中 R1,R2……Rn——分别为各层材料的热阻,㎡·K/W;
S1,S2……Sn——分别为各层材料的蓄热系数,W/(㎡·K),空气间层的蓄热系数取S =O 。
注:如某层有两种以上材料构成,则可按下式求得其平均导热系数:
然后按下式计算其平均热阻:
(1.7)
该层的平均蓄热系数按下式计算:
(1.8)
式中 F1,F2……Fn——按平行于热流方向划分的各个传热面,㎡;
λ1,λ2……λN ——各个传热面积上材料的导热系数,W/(m·k)。
(三) 地面吸热指数B 值的计算地面吸热指数B 值,应根据地面中影响吸热的界面位置,按下列几种情况计算:
1. 影响吸热的界面在最上一层内,即当:
(1.9)
式中 δ1——最上一层材料的厚度,m ; α1——最上一层材料的导温系数,㎡/h; τ——人脚与地面接触的时间,取0.2H 。 这时,B 值可按下式计算
(1.10)
式中 b1——最上一层材料的热渗透系数,W/(㎡·
λ1——最上一层材料的导热系数。W/(m·K);
·K);
c1——最上一层材料的比热,W·h/(kg·K);
1——最上一层材料的容重,kg/。 2. 影响吸热的界面在第二层内,即当:
(1.11)
式中 δ2——第二层材料的厚度,m ; α2——第二层材料的导温系数,㎡/h。 这时,B 值可按下式计算:
B =b1(1+K1,2) (1.12)
式中 K1,2——第1,2两层地面吸热计算系数,根据b2/b1和附表1.5查得;
b2——第2层材料的热渗透系数,W/㎡·
·K)。
两值按
3. 影响吸热的界面在第二层以下,即按(1.11)式求得的结果小于3.0,则影响吸热的界面位于第三层或更深处。此时可仿照(1.12)式求出
B2,3或B3,4等,然后按顺序依此求出B1,2值,这时式中的K1,2值
应根据和值按附表1.5查得。
太阳辐射吸收系数ρ值
(四
) 室外综合温度的计算
1. 室外综合温度各小时值按下式计算:
(1.13)
式中 tsa ——室外综合温度,℃;
te ——室外空气温度,℃;
I ——水平或垂直面上的太阳辐射强度,W/㎡
ρ——太阳辐射吸收系数,按附表1.6采用;
αe ——外表面换热系数,通常取23.26W/(㎡·K)。
注:tsa 计算式中未考虑外表面的长波辐射散热,它对顶层房间的降温是有一定作用的。
2. 室外综合温度平均值按下式计算:
式中
(1.14)
——室外综合温度平均值,℃;
——室外计算温度平均值,℃,按附录二附表2.2采用;
_
I——水平或垂直面上太阳辐射强度平均值,W/㎡,按附录二附表
2.4采用;
ρ——太阳辐射吸收系数,按附表1.6采用;
αe ——外表面换热系数,W/(㎡·K)。
3. 室外综合温度波幅按下式计算:
At·sa=(Ate+Ats) β (1.15)
式中 At·sa——室外综合温度波幅,℃;
Ate ——室外计算温度波幅,℃,按附录二附表2.2采用;
Ats ——太阳辐射当量温度波幅,℃,按下式计算:
(1.16)
Imax ——水平或垂直面上太阳辐射强度最大值,W/㎡,按附录二附表2.4采用;
_
I——水平或垂直面上太阳辐射强度平均值,W/㎡,按附录二附表2.4采用;
αe ——外表面换热系数,W/(㎡·K);
β——相位差修正系数,根据Ate 与Ats 的比值以及φte 与φl 之间的差值按附表1.7采用;
φte ——室外空气温度最大值出现时间,通常取15:00;
φl ——太阳辐射强度最大值出现时间。通常取:水平及南向12:00,东向8:00,西向16:00;
ρ——太阳辐射吸收系数,按附表1.6采用。
(五) 围护结构总衰减倍数和总延迟时间的计算
1. 多层围护结构的总衰减倍数按下式计算:
(1.17)
式中 νo ——围护结构的总衰减倍数;
ΣD ——围护结构的热惰性指标,按本附录(二) 的规定计算;
ai ,ae ——分别为内、外表面换热系数,W/(㎡·K),
S1,s2……Sn——由内到外各层材料的蓄热系数,W/(㎡·K),这气间层取S =O ;
y1,y2……yn——由内到外各层材料外表面蓄热系数,W/(㎡·K),按本附录(七)1的规定计算。
2. 多层围护结构总延迟时间按下式计算:
(1.18)
式中 ξo ——围护结构的总延迟时间,h ;
ye ——围护结构外表面(亦即最后一层外表面)蓄热系数,W/(㎡·K);
yi ——围护结构内表面蓄热系数,W/(㎡·K),按本附录(七)2的规定计算。
(六) 室内空气到内表面的衰减倍数及延迟时间的计算
1. 室内空气到内表面的衰减倍数按下式计算:
(1.19)
2. 室内空气到内表面的延迟时间按下式计算:
(1.20)
式中 νi ——内表面衰减倍数;
ξi ——内表面延迟时间,h ;
αi ——内表面换热系数,W/(㎡·K);
yi ——内表面蓄热系数,W/(㎡·K)。
(七) 表面蓄热系数的计算
1. 多层围护结构各层的外表面蓄热系数,按下列规定由内到外逐层进行计算:
如果任何一层的D≥1,则y =S ,即为该层材料的蓄热系数。
如果第一层的D1<1,则:
如果第二层的D2<1,则:
余类推,直到最后一层(第n 层) :
式中 S1,S2…Sn——各层材料的蓄热系数,W/(m·K); R1,R2…Rn——各层材料的热阻,㎡·K/W; y1,y2…yn——各层外表面蓄热系数,W/(㎡·K); α——内表面换热系数,W/(㎡·K)。 2. 多层围护结构内表面蓄热系数按下列规定计算:
如果多层围护结构中的第一层(即紧接内表面的一层)D1≥1,则取围护结构内表面蓄热系数yi =Si 。
如果多层结构中最接近内表面的第m 层,其Dm≥1,则取ym =Sm ,然后从第m -1层开始,由外向内逐层计算,直至第1层的y1即为所求的围
护结构内表面蓄热系数。
如果多层结构中的每一层D 值均小于1,则计算应从最后一层(第n 层) 开始,然后由外向内逐层计算,直至第1层的y1即为所求的围护结构内表面蓄热系数。
(八) 内表面最高温度的计算
1. 非通风围护结构内表面最高温度按下式计算:
内表面平均温度按下式计算:
(1.21)
(1.22)
式中 θimax ——内表面最高温度,℃;
θi ——内表面平均温度,℃;
_ _
ti ——室内计算温度平均值,℃,取t =te +1.5℃
te ——室外计算温度平均值,按附录二附表2.2采用;
Ati ——室内计算温度波幅,℃,取Ati =Ate -1.5℃,(Ate为室外计算温度波幅,按附录二附表2.2采用) ;
tse ——室外综合温度平均值,℃,按本附录(1.14)式计算;
Ats α——室外综合温度波幅,℃,按本附录(1.15)式计算;
νo ——围护结构总衰减倍数,按本附录(1.17)式计算;
ξo ——围护结构总延迟时间,按本附录(1.18)式计算;
νi ——室内空气至内表面的衰减倍数,按本附录(1.19)式计算;
ξi ——室内空气至内表面的延迟时间,按本附录(1.20)式计算;
β——相位差修正系数,根据与的比值及(φtsa +ξo) 与(φti +ξi) 的差值,按本附录附表1.7采用;
φtsa ——室外综合温度最大值出现时间,取值见本附录附表1.7;
φti ——室内空气温度最大值出现时间,通常取16:00。
2. 通风屋顶内表面最高温度的计算
对于薄型面层(如混凝土薄板、大阶砖等),厚型基层(如混凝土实心板、空心板等)、间层高度为20cm 左右的通风屋顶,其内表面最高温度可近似地按下列规定计算:
相位差修正系数β值
注:表中φtsa 为室外综合温度最大值出现时间,h ,通常可取:水平及南向,13:00;东向,9:00;西向,16;00。
(1)面层下表面温度的最大值、平均值及波幅可分别按下列三式计算:
θ1·max=0.8ts α·max (1.23)
_
θ1=0.54ts α·max (1.24)
A θ1=0.26ts α·max (1.25)
式中 θ1·max——面层下表面温度最大值,℃;
_
θ1——面层下表面温度平均值,℃;
A θ1——面层下表面温度波幅,℃;
ts α·max——室外综合温度最大值,℃。
(2)间层综合温度(作为基层上表面的热作用)的平均值及波幅可分别按下列二式计算:
_ _ _
tvc sy =0.5(tvc +θ1) (1.26)
Atvc sy =0.5(Atvc+A θ1) (1.27) _
式中 tvc sy ——间层综合温度平均值,℃;
Atvc sy ——间层综合温度波幅,℃;
_ _ _ _
tvc ——间层空气温度平均值,℃,取tvc =1.06teo ;tt6为室外计算温度平均值。
_ _ _
Atvc ——间层空气温度波幅,℃,取Atvc =1.3At6;At6为室外计算温度波幅。
_
θ——面层下表面温度平均值,℃;
Ao1——面层下表面温度波幅,℃。
(3)在求得间层综合温度后,即可按本附录(八)1同样的方法计算基层内表面(即下表面)最高温度。计算中间层综合温度最大值出现时间取φtvc sy =13:30。
附录一 建筑热工设计计算公式及参数
(一) 热阻的计算
1. 单一材料层的热阻应按下式计算:
式中 R ——材料层的热阻,㎡·K/W;
δ——材料层的厚度,m ;
λc ——材料的计算导热系数,W/(m·K),按附录三附表3.1及表注的规定采用。
2. 多层围护结构的热阻应按下列公式计算:
R =R1+R2+……+Rn(1.2)
式中 R1、R2……Rn——各材料层的热阻,㎡·K/W。
3. 由两种以上材料组成的、两向非均质围护结构(包括各种形式的空心砌块,以及填充保温材料的墙体等,但不包括多孔粘土空心砖), 其平均热阻应按下式计算:
式中
(1.3)
——平均热阻,㎡·K/W;
Fo ——与热流方向垂直的总传热面积,㎡;
Fi ——按平行于热流方向划分的各个传热面积,㎡;(参见图3.1); Roi ——各个传热面上的总热阻,㎡·K/W Ri ——内表面换热阻,通常取0.11㎡·K/W; Re ——外表面换热阻,通常取0.04㎡·K/W;
φ——修正系数,按本附录附表1.1采用。
图3.1 计算图式
修正系数φ值附
注:(1)当围护结构由两种材料组成时,λ2应取较小值,λ1应取较大值,然后求得两者的比值。
(2)当围护结构由三种材料组成,或有两种厚度不同的空气间层时,φ值可按比值/λ1确定。
(3)当围护结构中存在圆孔时,应先将圆孔折算成同面积的方孔,然后再按上述规定计算。
4. 围护结构总热阻应按下式计算:
Ro =Ri +R +Re(1.4)
式中 Ro ——围护结构总热阻,㎡·K/W;
Ri ——内表面换热阻,㎡·K/W;按本附录附表1.2采用;
Re ——外表面换热阻,㎡·K/W,按本附录附表1.3采用;
r ——围护结构热阻,㎡·K/W。
内表面换热系数αi 及内表面换热阻Ri 值
注:表中h 为肋高,s为肋间净距。
5. 空气间层热阻值的确定
(1)不带铝箔,单面铝箔、双面铝箔封闭空气间层的热阻值应按附表1.4采用。
(2)通风良好的空气间层热阻,可不予考虑。这种空气间层的间层温度可取进气温度,表面换热系数可取11.63W/(㎡·K)。
外表面换热系数αe 及外表面换热阻Re 值
(二) 围护结构热惰性指标D 值的计算
1. 单一材料层的D 值应按下式计算:
D =R·S
(1.5)
式中 R ——材料层的热阻,㎡·K/W;
S ——材料的蓄热系数,W/(㎡·K);
空气间层热阻值[㎡·K/W]
地面吸热计算系数K 值
2. 多层围护结构的D 值应按下式计算:
D =D1+D2+……+Dn
=R1S1+R2S2+……+RnSn (1.6)
式中 R1,R2……Rn——分别为各层材料的热阻,㎡·K/W;
S1,S2……Sn——分别为各层材料的蓄热系数,W/(㎡·K),空气间层的蓄热系数取S =O 。
注:如某层有两种以上材料构成,则可按下式求得其平均导热系数:
然后按下式计算其平均热阻:
(1.7)
该层的平均蓄热系数按下式计算:
(1.8)
式中 F1,F2……Fn——按平行于热流方向划分的各个传热面,㎡;
λ1,λ2……λN ——各个传热面积上材料的导热系数,W/(m·k)。
(三) 地面吸热指数B 值的计算地面吸热指数B 值,应根据地面中影响吸热的界面位置,按下列几种情况计算:
1. 影响吸热的界面在最上一层内,即当:
(1.9)
式中 δ1——最上一层材料的厚度,m ; α1——最上一层材料的导温系数,㎡/h; τ——人脚与地面接触的时间,取0.2H 。 这时,B 值可按下式计算
(1.10)
式中 b1——最上一层材料的热渗透系数,W/(㎡·
λ1——最上一层材料的导热系数。W/(m·K);
·K);
c1——最上一层材料的比热,W·h/(kg·K);
1——最上一层材料的容重,kg/。 2. 影响吸热的界面在第二层内,即当:
(1.11)
式中 δ2——第二层材料的厚度,m ; α2——第二层材料的导温系数,㎡/h。 这时,B 值可按下式计算:
B =b1(1+K1,2) (1.12)
式中 K1,2——第1,2两层地面吸热计算系数,根据b2/b1和附表1.5查得;
b2——第2层材料的热渗透系数,W/㎡·
·K)。
两值按
3. 影响吸热的界面在第二层以下,即按(1.11)式求得的结果小于3.0,则影响吸热的界面位于第三层或更深处。此时可仿照(1.12)式求出
B2,3或B3,4等,然后按顺序依此求出B1,2值,这时式中的K1,2值
应根据和值按附表1.5查得。
太阳辐射吸收系数ρ值
(四
) 室外综合温度的计算
1. 室外综合温度各小时值按下式计算:
(1.13)
式中 tsa ——室外综合温度,℃;
te ——室外空气温度,℃;
I ——水平或垂直面上的太阳辐射强度,W/㎡
ρ——太阳辐射吸收系数,按附表1.6采用;
αe ——外表面换热系数,通常取23.26W/(㎡·K)。
注:tsa 计算式中未考虑外表面的长波辐射散热,它对顶层房间的降温是有一定作用的。
2. 室外综合温度平均值按下式计算:
式中
(1.14)
——室外综合温度平均值,℃;
——室外计算温度平均值,℃,按附录二附表2.2采用;
_
I——水平或垂直面上太阳辐射强度平均值,W/㎡,按附录二附表
2.4采用;
ρ——太阳辐射吸收系数,按附表1.6采用;
αe ——外表面换热系数,W/(㎡·K)。
3. 室外综合温度波幅按下式计算:
At·sa=(Ate+Ats) β (1.15)
式中 At·sa——室外综合温度波幅,℃;
Ate ——室外计算温度波幅,℃,按附录二附表2.2采用;
Ats ——太阳辐射当量温度波幅,℃,按下式计算:
(1.16)
Imax ——水平或垂直面上太阳辐射强度最大值,W/㎡,按附录二附表2.4采用;
_
I——水平或垂直面上太阳辐射强度平均值,W/㎡,按附录二附表2.4采用;
αe ——外表面换热系数,W/(㎡·K);
β——相位差修正系数,根据Ate 与Ats 的比值以及φte 与φl 之间的差值按附表1.7采用;
φte ——室外空气温度最大值出现时间,通常取15:00;
φl ——太阳辐射强度最大值出现时间。通常取:水平及南向12:00,东向8:00,西向16:00;
ρ——太阳辐射吸收系数,按附表1.6采用。
(五) 围护结构总衰减倍数和总延迟时间的计算
1. 多层围护结构的总衰减倍数按下式计算:
(1.17)
式中 νo ——围护结构的总衰减倍数;
ΣD ——围护结构的热惰性指标,按本附录(二) 的规定计算;
ai ,ae ——分别为内、外表面换热系数,W/(㎡·K),
S1,s2……Sn——由内到外各层材料的蓄热系数,W/(㎡·K),这气间层取S =O ;
y1,y2……yn——由内到外各层材料外表面蓄热系数,W/(㎡·K),按本附录(七)1的规定计算。
2. 多层围护结构总延迟时间按下式计算:
(1.18)
式中 ξo ——围护结构的总延迟时间,h ;
ye ——围护结构外表面(亦即最后一层外表面)蓄热系数,W/(㎡·K);
yi ——围护结构内表面蓄热系数,W/(㎡·K),按本附录(七)2的规定计算。
(六) 室内空气到内表面的衰减倍数及延迟时间的计算
1. 室内空气到内表面的衰减倍数按下式计算:
(1.19)
2. 室内空气到内表面的延迟时间按下式计算:
(1.20)
式中 νi ——内表面衰减倍数;
ξi ——内表面延迟时间,h ;
αi ——内表面换热系数,W/(㎡·K);
yi ——内表面蓄热系数,W/(㎡·K)。
(七) 表面蓄热系数的计算
1. 多层围护结构各层的外表面蓄热系数,按下列规定由内到外逐层进行计算:
如果任何一层的D≥1,则y =S ,即为该层材料的蓄热系数。
如果第一层的D1<1,则:
如果第二层的D2<1,则:
余类推,直到最后一层(第n 层) :
式中 S1,S2…Sn——各层材料的蓄热系数,W/(m·K); R1,R2…Rn——各层材料的热阻,㎡·K/W; y1,y2…yn——各层外表面蓄热系数,W/(㎡·K); α——内表面换热系数,W/(㎡·K)。 2. 多层围护结构内表面蓄热系数按下列规定计算:
如果多层围护结构中的第一层(即紧接内表面的一层)D1≥1,则取围护结构内表面蓄热系数yi =Si 。
如果多层结构中最接近内表面的第m 层,其Dm≥1,则取ym =Sm ,然后从第m -1层开始,由外向内逐层计算,直至第1层的y1即为所求的围
护结构内表面蓄热系数。
如果多层结构中的每一层D 值均小于1,则计算应从最后一层(第n 层) 开始,然后由外向内逐层计算,直至第1层的y1即为所求的围护结构内表面蓄热系数。
(八) 内表面最高温度的计算
1. 非通风围护结构内表面最高温度按下式计算:
内表面平均温度按下式计算:
(1.21)
(1.22)
式中 θimax ——内表面最高温度,℃;
θi ——内表面平均温度,℃;
_ _
ti ——室内计算温度平均值,℃,取t =te +1.5℃
te ——室外计算温度平均值,按附录二附表2.2采用;
Ati ——室内计算温度波幅,℃,取Ati =Ate -1.5℃,(Ate为室外计算温度波幅,按附录二附表2.2采用) ;
tse ——室外综合温度平均值,℃,按本附录(1.14)式计算;
Ats α——室外综合温度波幅,℃,按本附录(1.15)式计算;
νo ——围护结构总衰减倍数,按本附录(1.17)式计算;
ξo ——围护结构总延迟时间,按本附录(1.18)式计算;
νi ——室内空气至内表面的衰减倍数,按本附录(1.19)式计算;
ξi ——室内空气至内表面的延迟时间,按本附录(1.20)式计算;
β——相位差修正系数,根据与的比值及(φtsa +ξo) 与(φti +ξi) 的差值,按本附录附表1.7采用;
φtsa ——室外综合温度最大值出现时间,取值见本附录附表1.7;
φti ——室内空气温度最大值出现时间,通常取16:00。
2. 通风屋顶内表面最高温度的计算
对于薄型面层(如混凝土薄板、大阶砖等),厚型基层(如混凝土实心板、空心板等)、间层高度为20cm 左右的通风屋顶,其内表面最高温度可近似地按下列规定计算:
相位差修正系数β值
注:表中φtsa 为室外综合温度最大值出现时间,h ,通常可取:水平及南向,13:00;东向,9:00;西向,16;00。
(1)面层下表面温度的最大值、平均值及波幅可分别按下列三式计算:
θ1·max=0.8ts α·max (1.23)
_
θ1=0.54ts α·max (1.24)
A θ1=0.26ts α·max (1.25)
式中 θ1·max——面层下表面温度最大值,℃;
_
θ1——面层下表面温度平均值,℃;
A θ1——面层下表面温度波幅,℃;
ts α·max——室外综合温度最大值,℃。
(2)间层综合温度(作为基层上表面的热作用)的平均值及波幅可分别按下列二式计算:
_ _ _
tvc sy =0.5(tvc +θ1) (1.26)
Atvc sy =0.5(Atvc+A θ1) (1.27) _
式中 tvc sy ——间层综合温度平均值,℃;
Atvc sy ——间层综合温度波幅,℃;
_ _ _ _
tvc ——间层空气温度平均值,℃,取tvc =1.06teo ;tt6为室外计算温度平均值。
_ _ _
Atvc ——间层空气温度波幅,℃,取Atvc =1.3At6;At6为室外计算温度波幅。
_
θ——面层下表面温度平均值,℃;
Ao1——面层下表面温度波幅,℃。
(3)在求得间层综合温度后,即可按本附录(八)1同样的方法计算基层内表面(即下表面)最高温度。计算中间层综合温度最大值出现时间取φtvc sy =13:30。