熱系數(shù)簡介

墻體的傳熱系數(shù)K是表征墻體(含所有構造層次)在穩(wěn)定傳熱條件下，當其兩側空氣溫差為1K(1℃)時,單位時間內(nèi)通過單位平方米墻體面積傳遞的熱量,單位為W/(M2.K)。即傳熱系數(shù)K是包含了墻體的所有構造層次和兩側空氣邊界層在內(nèi)的。它表征了墻體保溫系統(tǒng)的熱工性能，有研究表明外墻傳熱系數(shù)的減少將明顯的降低建筑能耗。

傳熱系數(shù)以往稱總傳熱系數(shù)。國家現(xiàn)行標準規(guī)范統(tǒng)一定名為傳熱系數(shù)。傳熱系數(shù)K值，是指在穩(wěn)定傳熱條件下，圍護結構兩側空氣溫差為1度（K或℃），單位時間通過單位面積傳遞的熱量，單位是瓦/（平方米·度）（W/㎡·K，此處K可用℃代替），反映了傳熱過程的強弱

s內(nèi)其不僅和材料有關，還和具體的過程有關。

①體膨脹系數(shù)(αv):定壓下體積隨溫度的相對變化率，即式中V、T、p分別代表體積、溫度和壓力；下角標p表示發(fā)生的過程是在定壓條件下進行的。對于固體和液體，αv只隨溫度和壓力發(fā)生些微的變化，因此當溫度變化不大時，αv可當作常數(shù)；對于理想氣體，αv=1/T。

② 定溫壓縮系數(shù)(K)：定溫下體積隨壓力的相對變化率，即式中"－"號表示體積將因壓力增大而縮小。對于固體和液體,K值隨溫度和壓力的變化甚小，因此可看作常數(shù)；對于理想氣體，K=1/p。

③ 絕熱壓縮系數(shù)(KS)：絕熱條件下體積隨壓力的相對變化率，即式中下角標"s"表示絕熱。一般地,KS≯K；水在4℃時，KS=K。

④ 相對壓力系數(shù)(αp):定容下壓力隨溫度的相對變化率，即對于理想氣體，αp=1/T。

各個熱系數(shù)間的關系是：

對于空調(diào)工程上常采用的換熱器而言，如果不考慮其他附加熱阻，對于單層圍護結構傳熱系數(shù)K值可以按照如下計算：

K=1/(1/h1 δ/λ 1/h2) W/(㎡·°C)[2]

其中，h1，h2——圍護結構兩表面熱交換系數(shù)，W/(㎡·°C)；

δ——管壁厚度，m；

λ——管壁導熱系數(shù)，W/(m·°C)。

熱系數(shù)計算公式

1、圍護結構導熱熱阻的計算

單層結構熱阻 R=δ/λ(m2.K/w)

式中： δ—材料層厚度（m）；λ—材料導熱系數(shù)[W/(m.k)]；

多層結構熱阻 R=R1 R2 ----Rn=δ1/λ1 δ2/λ2 ---- δn/λn

式中: R1、R2、---Rn—各層材料熱阻（m2.k/w）；δ1、δ2、---δn—各層材料厚度（m）；λ1、λ2、---λn—各層材料導熱系數(shù)[W/(m.k)]；

2、圍護結構劈面對流換熱熱阻

內(nèi)表面換熱阻：Ri=1/h1；

外表面換熱阻：Re=1/h2；

3、圍護結構的傳熱熱阻

R0=Ri R Re

式中: Ri —內(nèi)表面換熱阻（m2.K/W）（一般取0.11）；Re—外表面換熱阻（m2.K/W）（一般取0.04）

R —圍護結構熱阻（m2.K/W）；

3、圍護結構傳熱系數(shù)計算

K=1/ R0(w/(m2.k))

式中: R0—圍護結構傳熱熱阻；

熱系數(shù)門窗傳熱系數(shù)計算

1、外墻受周邊熱橋影響條件下，其平均傳熱系數(shù)的計算

Km=(KpFp Kb1Fb1 Kb2Fb2 Kb3Fb3)/( Fp Fb1 Fb2 Fb3)

式中:Km—外墻的平均傳熱系數(shù)[W/（m2.k）]；

Kp—外墻主體部位傳熱系數(shù)[W/（m2.k）]；

Kb1、Kb2、Kb3—外墻周邊熱橋部位的傳熱系數(shù)[W/（m2.k）]；

Fp—外墻主體部位的面積；

Fb1、Fb2、Fb3—外墻周邊熱橋部位的面積；

2、鋁合金門窗的傳熱系數(shù)的計算

Uw=（Af*Uf Ag*Ug Lg*Ψg)/(Af Ag)

式中:

Uw— 整窗的傳熱系數(shù)（ W/m2·K）；

Ug— 玻璃的傳熱系數(shù)（ W/m2·K）；

Ag— 玻璃的面積 m2；

Uf— 型材的傳熱系數(shù)（ W/m2·K）；

Af— 型材的面積 m2；

Lg— 玻璃的周長 m；

Ψg— 玻璃周邊的線性傳熱系數(shù)（ W/m2·K），現(xiàn)場檢測。

窗戶由框扇材料與玻璃系統(tǒng)組成 , 若假定玻璃及框扇的傳熱為嚴格的并聯(lián)關系 , 則窗戶的總熱絕緣系數(shù)R 為 :

R =1/〔1/(Fg Ff)*(Fg/Rg0 Ff/Rf0)〕[3]

式中 :Rg0-玻璃系統(tǒng)對應的總熱絕緣系數(shù)(指所考慮對象內(nèi)側空氣至外側空氣的熱絕緣系數(shù))；

Rf0-框扇所對應的總熱絕緣系數(shù)(指所考慮對象內(nèi)側空氣至外側空氣的熱絕緣系數(shù))；

Fg-玻璃的面積；

Ff-窗框的面積 。

如果已知框扇所占的面積比率 ηf:

ηf=Ff/(Fg Ff)

以所對應的傳熱系數(shù) U 值來表示 , 得到簡單又實用的關系式 :

U =Ug ηf*(Uf-Ug)

式中Ug-玻璃的傳熱系數(shù)；

Uf-窗框的傳熱系數(shù)。

目前,現(xiàn)場檢測墻體熱阻傳熱系數(shù)的方法主要有以下幾種：熱流計法和功率（行業(yè)內(nèi)稱為熱箱法,為了保持統(tǒng)一方便交流,以下仍稱為熱箱法）、非穩(wěn)態(tài)法，下面分別闡述。

熱系數(shù)熱流計法

熱流計法的基本思路是用熱流計測得通過被測墻體的熱流量,同時測得墻體兩側的溫度,就可以計算出被測墻體的熱阻和傳熱系數(shù)。

熱流計的測頭是根據(jù)熱電效應和溫度梯度的原理制成的。測頭內(nèi)埋設有熱電堆，當有一定的熱流q垂直流過熱流計測頭時，在其基板兩面就有一定的溫差△T，這個溫度差使裝在基板內(nèi)的熱電堆產(chǎn)生一定的電動勢。由于基板的厚度公和導熱系數(shù)一定,在穩(wěn)定導熱的條件下,其熱流密度與測頭兩側的溫差△T成正比，也與產(chǎn)生的電動勢成正比。熱流計法最根本的要求是通過熱流計的熱流既是通過被測對象的熱流,并且這個熱流平行于溫度梯度方向,即通過熱流計的熱流為穩(wěn)態(tài)一維傳導,不考慮向四周的擴散。這樣同時測出熱流計冷端溫度和熱端溫度,即可根據(jù)公式計算出被測對象的熱阻和傳熱系數(shù)

R=(T2-T1)/(E*C)

K=1/(Ri R Re)

式中K為傳熱系數(shù)[W/(m2.K)]；

E為熱流計讀數(shù)(mv)；

C為熱流計測頭系數(shù)[W/(m2.mv)]，熱流計出廠時已標定；

R為被測物的熱阻（m2.K/W）；

T1為被測物冷端表面溫度（℃）；

T2為被測物熱端表面溫度（℃）；

Ri為內(nèi)表面換熱阻（m2.K/W）；

Re為外表面換熱阻（m2.K/W）。

如果受到現(xiàn)場條件限制如采用頁巖顆粒的防水卷材的屋頂不光滑,如果不進行處理就不能夠精確測得外表面溫度。有的用石膏、快硬水泥等先抹出一塊光滑的表面再貼溫度傳感器測量溫度,這樣又會帶來附加熱阻,并且由其引起的誤差無法精確消除。在內(nèi)外表面溫度不易測定時,可以利用百葉箱測得內(nèi)外環(huán)境溫度、幾以及通過熱流計的熱流,可以根據(jù)公式計算出被測對象的傳熱阻和傳熱系數(shù)：

R0=(Ta-Tb)/(E*C)

K=1/R0

式中為R0被測物的傳熱阻（m2.K/W）；

式中其它符號同上。

熱系數(shù)熱箱法

現(xiàn)場檢測用的熱箱法一般是防護熱箱法。是將計量箱放置在一個溫度受到控制的空間內(nèi),控制計量箱內(nèi)部溫度和室內(nèi)空氣溫度保持一致,使得計量箱與外部環(huán)境之間沒有熱量交換，另一側為室外自然條件。維持熱箱內(nèi)溫度高于室外溫度以上。這樣被測部位的熱流總是從室內(nèi)向室外傳遞,形成了一維熱流。當熱箱內(nèi)的加熱量與通過被測部位傳遞的熱量達到平衡時,計量箱的功率就是被測部位的傳熱量。記錄計量箱的發(fā)熱量和熱箱內(nèi)、室外溫度,利用公式一計算就能得到被測部位的傳熱系數(shù)。

也有的采取雙箱體的方法,即在計量箱外再套一個防護箱,測試時保持計量箱和防護箱內(nèi)溫度一致即可。

操作條件與方法：

1. 根據(jù)被測建筑物的施工圖選取檢測部位，不應靠近梁、板、柱等熱橋處，被測房間門窗完好無損；

2. 將熱箱體與被測墻體部位緊密接觸，為達到密閉，通常在熱箱背面用撐竿頂牢；

3. 粘貼固定溫度傳感器。固定室外墻表溫度傳感器，使其位于對應面熱箱的中心位置，緊貼墻表，用錫紙遮擋，避免日光直射。固定室外環(huán)境溫度傳感器，使其位于對應面熱箱的中心位置，離開墻表10一20厘米的陰影下，并安裝防輻射罩，避免日光直射。固定室內(nèi)空氣溫度傳感器，使其位于被測房間中央，距墻面1.5米處，并安裝防輻射罩；

4. 將溫度傳感器和熱箱連接到功率溫度檢測儀進行測量；

5. 放置熱箱的房間采用電暖氣加熱，使熱箱內(nèi)與室內(nèi)溫度差小于0.4℃，室內(nèi)外溫度差應控制在℃以上，熱箱內(nèi)溫度大于室外最高溫度10℃以上，若室外平均空氣溫度在8℃以上，則應使用冷箱；

6. 室外空氣相對濕度必須在60%以下，風力小于三級；

7. 宜在外墻保溫施工完工后，墻體達到干燥狀態(tài)進行現(xiàn)場測試；

8. 用計算機設定控制溫度、采集數(shù)據(jù)的形式,設置記錄間隔時間及采集時間。采集儀自動記錄熱箱的耗電量、熱箱內(nèi)溫度、室內(nèi)溫度、室外溫度、墻體測試部位內(nèi)外表面溫度、室外濕度等參數(shù)；

9. 檢測周期為72-96小時，溫度測量范圍-20-50℃，采集該周期內(nèi)穩(wěn)定以后不小于24小時的所有數(shù)據(jù)。

測量結束后由儀器自動計算出傳熱系數(shù),也可由人工用EXCEL或金山電子表

格進行數(shù)據(jù)處理計算出被測部位的傳熱系數(shù)。

熱系數(shù)非穩(wěn)態(tài)法

常功率平面熱源法是非穩(wěn)態(tài)法中一種比較常用的方法,適用于建筑材料和其它隔熱材料熱物理性的測試。其現(xiàn)場檢測的方法是在墻體內(nèi)表面人為地加上一個合適的平面恒定熱源，對墻體進行一定時間的加熱,通過測定墻體內(nèi)外表面的溫度響應辨識出墻體的傳熱系數(shù)。絕熱蓋板和墻體之間的加熱部分由5層材料組成,加熱板C1、C2和金屬板E1、E2對稱地各布置兩塊，控制絕熱層兩側溫度相等，以保證加熱板C1發(fā)出的熱量都流向墻體，E1板對墻體表面均勻加熱的作用。墻體內(nèi)表面測溫熱電偶A和墻體外表面測溫熱電偶D記錄逐時溫度值。

1. 該系統(tǒng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法(Artificial Neural Network，簡稱ANN）仿真求解過程。分為以下幾個步驟

2. 該系統(tǒng)設計的墻體傳熱過程是非穩(wěn)態(tài)的三維傳熱過程，這一過程受到墻體內(nèi)側平面熱源的作用和室內(nèi)外空氣溫度變化的影響，有針對性地編制非穩(wěn)態(tài)導熱墻體的傳熱程序。建立墻體傳熱的求解模型，輸入多種邊界條件和初始條件，利用已編制的三維非穩(wěn)態(tài)導熱墻體的傳熱程序進行求解，可以得到加熱后墻體的溫度場數(shù)據(jù)。

3. 將得到的溫度場數(shù)據(jù)和對應的邊界條件、初始條件共同構成樣本集對網(wǎng)絡進行訓練。在該研究中由于實驗能測得的墻體溫度場數(shù)據(jù)只是墻體內(nèi)外表面的溫度，因此將測試時間中的以下5個參數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡的輸入樣本：室內(nèi)平均溫度、室外平均溫度、熱流密度、墻體內(nèi)外表面溫度：將墻體的傳熱系數(shù)作為輸出樣本進行訓練。

4. 網(wǎng)絡經(jīng)過一定時間的訓練達到穩(wěn)定狀態(tài)，將各溫度值和熱流密度值輸入，由網(wǎng)絡即可映射出墻體的傳熱系數(shù)。

傳熱系數(shù)是一個過程量，其大小取決于壁面兩側流體的物性、流速，固體表面的形狀、材料的導熱 系數(shù)等因素。在建筑物熱損失計算中，是表征外圍護結構總傳熱性能的參數(shù)，其值取決于圍護結構所采用的材料、構造及其兩側的環(huán)境因素。傳熱系數(shù)愈大的圍護結構保溫效果愈差，如一般單層3mm厚玻璃的金屬窗傳熱系數(shù)為 6.4W/(mK)，370mm厚兩面抹灰的 磚墻傳熱系數(shù)為1.59W/(mK)。

K值愈大，傳熱過程進行得愈為強烈。傳熱系數(shù)不僅主要取決于熱、冷 流體的物理性質(zhì)和各自的平均流 速，還與固體壁面的厚度及其材料 的導熱系數(shù)等許多因素有關，一般 都借助于具體實驗并按傳熱方程式 計算確定，或通過計算傳熱過程的 單位面積總熱阻Rt而得到。2100433B

元件在dτ時間內(nèi)與四周介質(zhì)交換的熱量為：

式中，T與θ分別為元件和環(huán)境溫度，S為測溫元件的有效散熱面積，h為熱交換系數(shù)。

元件得到(或失去）熱量dQ后，增溫（或降溫）dT，則：

C_p為比熱，M為元件的質(zhì)量，合并上述兩式，可得：

令

則：

式中，σ稱為熱滯系數(shù)，單位為秒。元件的熱容量越大，散熱面積越小，熱滯系數(shù)則越大。熱交換系數(shù)的大小取決于環(huán)境介質(zhì)的性質(zhì)以及它的通風量。

工質(zhì)向熱源放熱q1，從冷源吸熱q2，熱源T1，冷源T2。

輸入功：W=q1-q2

供熱系數(shù)=q1/W

=q1/(q1-q2)

=T1/(T1-T2)

供熱系數(shù)=制冷系數(shù) 1，因此供熱系數(shù)永遠大于1，而制冷系數(shù)可以大于、等于、小于1，一般情況下也大于1。像一般市場空調(diào)的制冷系數(shù)都在2.5~5左右，它反映了輸入功率與輸出功率的比值，也就是cop。2100433B

單位為W/（m2·K·Pa）。自然對流條件下人體皮膚表面與附近空氣之間的質(zhì)轉換過程蒸發(fā)換熱系數(shù)（he）與換熱過程的對流換熱系數(shù)（hc）有關。在受迫對流條件下蒸發(fā)換熱系數(shù)則主要取決于氣流速度。2100433B