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热工
热工是工程热力学与传热学的简称。其中工程热力学主要是研究热力学机械的效率和热力学工质参与的能量转换在工程上的应用,如将热力学能转化成机械能推动动力机械做功以及其效率的学科,再如,空调将机械能转化成热力学能等;而传热学是研究热量传递的一门学科,如反应堆的导热,对流换热,辐射能的传递等。
热工主要应用于热能与动力工程,核能科学与工程,热加工工程等方面,还应用于非工程方面。我们主要考虑热工在幕墙节能方面的应用,主要用到其中的传热学。
热工应用
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传热学基本原理
1)导热
导热特点:从宏观的现象看,是因为物体直接接触,能量从高温部分传递到低温部分,中间没有明显物质迁移。
导热基本定律是由法国物理学家傅里叶于1822年通过实验经验的提炼、运用数学方法演绎得出,也称傅里叶定律:Φ=-λA
式中: Φ导热流量(W),单位时间内通过某一给定面积的热量;A为与热流方向垂直的面积(m2);
表示该截面沿热流方向的温度增量,简称温度梯度(K/m); λ是比例系数,称为导热系数或导热率[W/(m*k)],它是物体的热物性参数。其值的大小反映了物体导热能力的强弱;公式右边的“-”号表征热流方向与温度梯度方向相反。
1、三种热传递方式的特点和基本定律
热对流是由于流体的宏观运动使不同的流体相对位移而产生的热量传递现象。特点:只能发生在流体中;必然伴随微观粒子热运动产生导热。对流换热是指流体与固体表面之间的热量传递。热对流换热的基本定律是英国科学家牛顿(Newton)于1701年提出的牛顿冷却定律:
流体被加热时, Φ=h*A
流体被冷却时, Φ=h*A
式中:Φ为对流换热热量(W);Tw和Tf 分别表示壁面温度和流体温度( °C 或K);
2)热对流
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A为固体壁面对流换热表面积(m2);h为对流换热系数,也称表面传热系数[W/(m2*K)]。
H不是物性参数,其值反映了对流换热能力的大小,与换热过程中的许多因数有关。
热辐射:由于物体内部微观粒子的热运动(或者说由于物体自身的温度)而使物体向外发射辐射能
的现象。在热量传递方式上热辐射与热传导和热对流相比有许多固有的特点:热辐射无需物体直接
接触,可以在无中间介质的真空传递,并且真空度越高,热辐射传递效果越好。在传递过程中伴随
能量形式的转换,即发射时将热能转换为辐射能,而被吸收时又将辐射能转换为热能。
任何热力学温度大于零的物体都不停向空间发射热辐射。
热辐射基本定律:
计算黑体表面单位时间内所发射的热辐射能量,可以按照斯特藩-波尔兹曼定律:
Φ= σAT4
式中:Φ为辐射热流量(W);T为热力学温度(K);A为辐射表面积(m2); σ为斯特藩-波尔兹曼常数,
也称黑体辐射常数,-8W/(m2K4)。
一切实际物体辐射能力都小于同温度下的黑体。实际物体辐射热流量的计算可采用
斯特藩-波尔兹曼定律的修正形式:
Φ=εσAT4
式中:ε称为该物体的辐射率,也称黑度。其值恒小于1,与物体种类及表面状态有关。
3)热辐射
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幕墙热工专业术语
(1)传热系数K
两侧环境温度差为1K(℃)时,在单位时间内通过单位面积门窗或玻璃幕墙的热量。
(2)遮阳系数SC
在给定条件下,玻璃、门窗或玻璃幕墙的太阳光总投射比,与相同条件下相同面积的标准玻璃(3mm厚透明玻璃)的太阳光总投射比的比值。
(3)可见光投射比
标准光源透过玻璃、门窗或玻璃幕墙成为室内的可见光通量与投射到玻璃、门窗或玻璃幕墙上的可见光通量的比值。
(4)太阳光总投射比
通过玻璃、门窗或玻璃幕墙成为室内得热量的太阳辐射部分与透射到玻璃、门窗或玻璃幕墙构件上的太阳辐射照度的比值。成为室内得热量的太阳辐射部分包括太阳辐射通过辐射透射的得热量和太阳辐射被构建吸收再传人室内的得热量两部分。
单幅幕墙计算时SC=g/
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(5)面板传热系数
指面板中部的传热系数,不考虑边缘的影响。
如玻璃传热系数,是指玻璃面板中部的传热系数
(6)线传热系数
表示门窗或幕墙玻璃边缘与框的组合传热效应所产生附加传热量的参数,
简称“线传热系数”
(7)露点温度
在一定压力和水蒸气含量的条件下,空气达到饱和水蒸气状态时
(相对湿度等于100%)的温度
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幕墙热工几何描述
(1)应根据框截面、镶嵌面板类型的不同将幕墙框节点进行分类,不同种类的框截面节点均应计算其传热系数及对应框和镶嵌面板接缝的线传热系数。
(2)在进行幕墙热工计算时应按下列规定进行面积划分
1框投影面积Af:指从室内、外两侧分别投影,得到的可视框投影面积中的较大值,简称“框面积”
2玻璃投影面积Ag(或其它镶嵌板的投影面积Ap):指室内、外侧可见玻璃(或其他镶嵌板)边缘围合面积较小