節(jié)能檢測(cè)基礎(chǔ)理論第1頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四內(nèi)容簡(jiǎn)介1.熱量傳遞的基本方式

2.多層平壁的導(dǎo)熱

3.復(fù)合平壁的導(dǎo)熱

4.工程實(shí)體中熱流量（熱損失）的計(jì)算

第2頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四

凡是有溫差的地方，就有熱量傳遞。熱量總是自發(fā)地由高溫物體傳到低溫物體，正如水自發(fā)地由高處流向低處。下面我們就熱量傳遞的基本方式及其熱量（熱損失）的計(jì)算方法進(jìn)行討論。

第3頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四一、熱量傳遞的基本方式

熱量傳遞的基本方式有三種：導(dǎo)熱、對(duì)流和輻射。1導(dǎo)熱a）導(dǎo)熱的定義：導(dǎo)熱是指物體各部分無相對(duì)位移或不同物體直接接觸時(shí)依靠物質(zhì)分子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行的熱量傳遞。b）傳遞介質(zhì)：固體、液體和氣體。c）平壁導(dǎo)熱過程熱流量計(jì)算：Q=（λ/δ）·⊿t·F（W）或q=Q/F=（λ/δ）·⊿t（W）式中：Q—熱流量（熱損失），（W）；q—熱流通量，（W/m2）；F—傳熱面積，（m2）；δ—壁厚，（m）；⊿t—壁二側(cè)表面溫差（K）；λ—比例系數(shù)，也稱為導(dǎo)熱系數(shù)或熱導(dǎo)率，（W/m·K）。導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義：當(dāng)壁厚為1米、兩側(cè)表面溫差為1K時(shí)單位面積上每秒鐘傳遞的熱量。在傳熱問題分析中，常常會(huì)套用電學(xué)中歐姆定律的形式：I=V/R即：電流＝電位差/電阻。通常：熱流量＝溫差/熱阻，即：Q＝⊿t/【δ/（λF）】,把Rt＝δ/（λF）看作熱阻，對(duì)單位面積而言，熱阻R=δ/λ，也稱為導(dǎo)熱熱阻。第4頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四2.

對(duì)流a）對(duì)流的定義：依靠流體的運(yùn)動(dòng)，把熱量從一處傳到另一處的現(xiàn)象稱為對(duì)流換熱。在沒有外力作用下，依靠由溫差引起的流體本身運(yùn)動(dòng)而發(fā)生的對(duì)流換熱稱為自然對(duì)流換熱。在外力（風(fēng)機(jī)、水泵等）作用下發(fā)生的對(duì)流換熱稱為強(qiáng)迫對(duì)流換熱。b）傳遞介質(zhì)：液體、氣體、液體與固體表面、氣體與固體表面。c）計(jì)算公式：Q=α（tw－tf）F（W）;或q=α（tw－tf）（W）式中：tw—固體的表面溫度，K；tf—流體的表面溫度，K；F—換熱面積，m2；α—對(duì)流換熱系數(shù)，W/K·m2。

對(duì)流換熱系數(shù)α的物理意義：在單位壁表面上，當(dāng)流體與固體壁之間的溫差為1K時(shí)，每秒鐘所傳遞的熱量。同理，Q=⊿t/（1/αF）=⊿t/R,R=1/αF稱為對(duì)流換熱熱阻。第5頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四3.輻射a）輻射的定義：依靠物體表面對(duì)外發(fā)射電磁波而傳遞熱量。輻射與導(dǎo)熱、對(duì)流的主要區(qū)別：導(dǎo)熱或?qū)α鲹Q熱必須通過冷熱物體間直接接觸（或一種物體中存在溫差），也就是依靠常規(guī)物質(zhì)為媒介來傳遞熱量。而輻射換熱不需要通過物體間的直接接觸即能完成傳遞熱量的過程。b）傳遞介質(zhì)：無需物體間的相互接觸，在真空中也能傳遞。c）計(jì)算公式：Q=C12【（T1/100）4－（T2/100）4】F（W）或q=C12【（T1/100）4－（T2/100）4】（W/m2）式中：T1、T2為二表面的絕對(duì)溫度，K；C12—輻射換熱系數(shù)（0～5.67）。

第6頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四二、多層平壁的導(dǎo)熱由不同種材料組成的平壁稱為多層平壁，如圖1有δ1

、δ2、δ3三種材料，t1為內(nèi)表面高溫側(cè)，t4為外表面低溫側(cè)，由于是穩(wěn)態(tài)傳熱，可以認(rèn)為通過各層平板的熱量是一致的。在A材料中的導(dǎo)熱量：Q1=（λ1/δ1）F（t1-t2）=（t1-t2）/R1（W）

在A材料中的導(dǎo)熱量：Q2=（λ2/δ2）F（t2-t3）=（t2-t3）/R2（W）在A材料中的導(dǎo)熱量：Q3=（λ3/δ3）F（t3-t4）=（t3-t4）/R3（W）對(duì)于穩(wěn)定傳熱，Q1＝Q2＝Q3＝Q則有：t1-t2=R1Q……（1）t2-t3=R2Q……（2）t3-t4=R3Q……（3）（1）、（2）、（3）三式相加得:t1-t4＝Q（R1+R2+R3）

即：Q＝（t1-t4）/（R1+R2+R3）,R＝δ/（λF）第7頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四圖1第8頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四例1：有一墻體，內(nèi)墻為石灰混合砂漿，厚度為10mm，λ1＝0.62W/m·K，中間是厚度為300mm的混凝土，λ2＝0.79W/m·K，外層是厚度為15mm的水泥砂漿，λ3＝0.68W/m·K，墻壁內(nèi)壁溫度為25℃，墻壁外壁溫度為－5℃，外墻面積為10平方米，求墻體的熱損失。解：由于R=δ/（λF），所以R1=δ1/（λ1F）＝0.01/（0.62×10）=0.001613R2=δ2/（λ2F）＝0.3/（0.79×10）=0.038,

R3=δ3/（λ3F）＝0.015/（0.68×10）=0.002206,Q=⊿t/（R1+R2+R3）＝（25＋5）/（0.001613＋0.038＋0.002206）＝718W第9頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四例2：有一外保溫系統(tǒng)，基體是由厚度為240mm的粘土磚組成，λ1＝0.58W/m·K，外墻外側(cè)由厚度為60mm的膠粉聚苯顆粒保溫漿料組成，λ2＝0.058W/m·K，當(dāng)冬季室內(nèi)溫度為18℃，室外溫度為-20℃時(shí)，求粘土磚與保溫層界面的溫度。解：R1=δ1/λ1＝0.24/0.58=0.414m2·K/WR2=δ2/λ2＝0.06/0.058=1.034m2·K/W熱流量q=（t1-t2）/（R1+R2）=(18+20)/(0.414+1.034)=26.24W/m2設(shè)界面處的溫度為tx，由于穩(wěn)定傳熱，通過粘土磚的熱流量q1等于通過保溫層的熱流量q2，也等于總的熱流量q。解1：（t1-tx）/R1=（tx-t2）/R2由此解得tx=7.14℃。解2：q=（t1-tx）/R1tx=t1-R1·

q=7.13℃。解3：q=（tx-t2）/R2tx=q·R2+t2=7.13℃第10頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四三、復(fù)合平壁的導(dǎo)熱上節(jié)所討論的多層平壁，每一層平壁都是由同一種材料構(gòu)成的，而實(shí)際工程中所遇到的材料，無論在寬度方向或厚度方向都是由非均質(zhì)材料組成的，如空心墻板，夾心板等等。為了討論問題方便，我們假設(shè)某一墻體由如圖2所示的A、B、C、D和E五種材料組成，為討論問題方便，把A和E材料分為三層，這樣就可以看成由串聯(lián)熱阻A1BE1、A2CE2和A3DE3并聯(lián)的總熱阻。由電學(xué)基礎(chǔ)可知：串聯(lián)電阻R串＝R1+R2+……+Rn

并聯(lián)電阻1/R并＝1/R1+1/R2+……+Rn即R并＝1/（1/R1+1/R2+……+Rn）本例熱阻：R=1/【1/（RA1+RB+RE1）+1/（RA2+RC+RE2）+1/（RA3+RD+RE3）】第11頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四圖2第12頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四例3.有一新型材料的空心砌塊，結(jié)構(gòu)如圖3所示，尺寸單位為mm，砌塊實(shí)心部分的導(dǎo)熱系數(shù)λ1＝0.78W/m·K，空心部分的導(dǎo)熱系數(shù)λ2＝0.28W/m·K。求該墻體的熱阻和傳熱系數(shù)。解：該題可以看作是縱向三層，橫向五層，即可以看作是5個(gè)串聯(lián)熱阻的并聯(lián)。R1＝δ1/（λ1F1）＝0.115/（0.78×0.03×1）=4.915K/WR2＝δ2/（λ2F2）+δ3/（λ3F2）+δ2/（λ2F2）=0.0325/（0.78×0.09×1）+0.005/（0.28×0.09×1）+0.0325/（0.78×0.09×1）=2.91K/WR3=R5=R1,R4=R2R=1/（1/R1+1/R2+1/R3+1/R4+1/R5）=1/【（3×1/4.915）+（2×1/2.91）】=0.771K/W傳熱系數(shù)為熱阻的倒數(shù)：K1＝1/R＝1/0.771=1.298W/K實(shí)際工程中使用更多的是單位面積的傳熱系數(shù)K=K1/A=1.298/（0.27×1）=4.81W/m2K

第13頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四圖3第14頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四四、工程實(shí)體中熱流量（熱損失）的計(jì)算以上我們所討論的都是單一的導(dǎo)熱、對(duì)流換熱現(xiàn)象，但實(shí)際工程中往往不是單一的傳熱現(xiàn)象，而是有多種傳熱現(xiàn)象同時(shí)存在，例如：一外墻在室內(nèi)一側(cè)，溫度為tn的室內(nèi)空氣和內(nèi)壁壁溫為t1的外墻內(nèi)側(cè)發(fā)生對(duì)流換熱，在墻體內(nèi)發(fā)生溫差為t1-t2的導(dǎo)熱，在外墻外側(cè)發(fā)生溫度為tw的室外空氣和外壁壁溫為t2的對(duì)流換熱，則總熱阻可以看作是二個(gè)對(duì)流換熱熱阻和一個(gè)導(dǎo)熱熱阻的串聯(lián)熱阻。即：R=Rα1+Rλ+Rα2=1/α1+δ/λ+1/α2，同理，傳熱系數(shù)K=1/R第15頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四例3．有一外墻，長(zhǎng)度為25m，高度為2.5m，墻體由厚度為120mm的粘土磚砌成，（λ磚＝0.43W/m·K），墻上有1.2m×0.8m的外窗三樘（K窗＝4.6W/m2K），測(cè)得室內(nèi)平均溫度tn＝15℃，室外平均溫度tw＝－8℃，室內(nèi)空氣與墻體的對(duì)流換熱系數(shù)αn＝9.09w/m2K,室外空氣與墻體的對(duì)流換熱系數(shù)αw＝25.0w/m2K,求該外墻的熱損失。當(dāng)在外墻外側(cè)貼上厚度為25mm的EPS板（λ＝0.038W/m·K），問采用保溫措施后整個(gè)外墻的熱損失降低了多少？（墻體內(nèi)、外側(cè)的砂漿熱阻忽略不計(jì)）解：這是一個(gè)由導(dǎo)熱和對(duì)流換熱所組成的綜合換熱現(xiàn)象，解這類題通常從傳熱系數(shù)著手更為方便，即Q=KF⊿t。外窗傳熱量Q窗＝K窗×F窗×⊿t＝4.6×1.2×0.8×（15-（-8））×3=304.70WR磚＝δ磚/λ磚＝0.12/0.43＝0.27m2K/W：REPS=δEPS/λ=0.025/0.038=0.658m2K/WRn=1/αn=1/9.09=0.11m2K/W;Rw=1/αw=1/25.0=0.004m2K/W第16頁，共17頁，2023年，2月20日，星期四未經(jīng)保溫的外墻熱阻：R=Rn+R墻+Rw=0.11+0.279+0.04=0.429m2K/W未經(jīng)保溫的外墻傳熱系數(shù)K=1/R=1/0.429=2.331W/m2K未經(jīng)保溫的外墻總的熱損失Q1=KF⊿t+Q窗＝2.331×（25×2.5－3×1.2×0.8）×（15＋8）＋304.07＝3501.11W采取保溫措施后的熱阻R1=0.279+0.658+0.11+0.04=1