地下建築傳熱

地下建築傳熱是地下建築在室內熱源、冷源、地面溫度和通風作用下發生的傳熱過程。

基本介紹

• 中文名：地下建築傳熱
• 內容：包括基岩和基土壤 
• 作用：地下建築在室內熱源
• 類別：建築

影響因素

地下建築圍護結構(還包括基岩和基土壤)可視為半無限大的傳熱介質。由於圍護結構對室內溫度的巨大調節能力，地下建築具有熱穩定性好、室內溫度變化幅度小和夏季潮濕等特點。地下建築因受下列因素影響，其傳熱過程比較複雜。這些因素是：①通風情況，如進風溫度,通風量，通風制度，通風方式,氣流組織等（見通風設備）；②使用情況，如室內熱源工作狀況；③幾何條件，如埋深、洞室尺寸和洞室幾何形狀等；④圍護結構的熱物理性能，即傳熱介質──襯套材料和基岩、基土壤的導熱係數與導溫係數（見建築材料熱物理性能），以及裂隙水運動情況等。

傳熱過程

地下建築在密閉情況下，室內熱源使室內空氣溫度和圍護結構內表面溫度升高引起圍護結構內部傳熱，在圍護結構中形成一系列包圍地下建築空間的等溫面。在靠近地下建築的區域內，由於受室內空間體型影響，等溫面的形狀與室內空間體型近似；在遠離地下建築的區域，等溫面形狀近似於球形(短洞地下建築)或圓柱形（長洞地下建築）。通過等溫面的熱流密度隨著同室內的空間距離增大而逐漸減小。
室外氣溫有周期性的變化，因此，通風換氣引起室內外空氣之間熱交換並將使圍護結構內部傳熱也發生周期性變化。
地面溫度變化引起地表層發生的熱波，由於地下建築覆蓋層及周圍岩土的衰減作用，對室內熱環境的影響不大。當覆蓋層厚度超過15～20米，這種影響可忽略不計，這對創造室內恆溫十分有利。
研究地下建築傳熱過程的重要依據是地下建築圍護結構熱傳導微分方程式、熱平衡方程式和傳熱問題定解條件。

傳熱方式

① 恆熱傳熱。通過圍護結構內表面熱流密度為定常值，在這種條件下，室內溫度、圍護結構內表面及其內部溫度逐漸上升。隨著熱流作用時間的增長，溫度上升的範圍便逐步向外擴展；室內溫度上升的速度在初始階段較快，以後逐步減慢，直至室內達到恆溫。地下建築竣工後投入使用前須進行烘烤預熱，並配合適當的通風，使室內溫度和濕度條件滿足使用要求。由於烘烤功率較大，通風換氣較微小，因而與恆熱傳熱較接近。
② 恆溫傳熱。指恆溫地下建築的傳熱。在整個恆溫傳熱過程中，地下建築的圍護結構熱負荷或冷負荷不受地面氣溫變化和太陽輻射作用的影響，而直接取決於室內溫度和初始地溫之差值。在一般情況下，恆溫地下建築使用2～3年之後，圍護結構的熱負荷基本上趨於穩定。在冬季，該負荷可能只有恆溫地面建築的熱負荷幾分之一。
③ 周期性傳熱。一般通風換氣的地下建築的室內溫度受進風溫度周期性變化的影響,發生周期性變化,因而引起圍護結構傳熱過程具有周期性規律。當室內溫度上升時，圍護結構從室內吸收並貯蓄熱量，使室內溫度不致上升過高；當室內溫度下降時，圍護結構從室內吸熱能力減小，或向室內放熱，使室內溫度不致下降過低；因而地下室內有冬暖夏涼和晝夜溫度變化小等特點。