熱系數(shù)影響因素

傳熱系數(shù)是一個(gè)過(guò)程量，其大小取決于壁面兩側(cè)流體的物性、流速，固體表面的形狀、材料的導(dǎo)熱 系數(shù)等因素。在建筑物熱損失計(jì)算中，是表征外圍護(hù)結(jié)構(gòu)總傳熱性能的參數(shù)，其值取決于圍護(hù)結(jié)構(gòu)所采用的材料、構(gòu)造及其兩側(cè)的環(huán)境因素。傳熱系數(shù)愈大的圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(guò)程進(jìn)行得愈為強(qiáng)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(dǎo)熱系數(shù)等許多因素有關(guān)，一般 都借助于具體實(shí)驗(yàn)并按傳熱方程式 計(jì)算確定，或通過(guò)計(jì)算傳熱過(guò)程的 單位面積總熱阻Rt而得到。2100433B

目前,現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)墻體熱阻傳熱系數(shù)的方法主要有以下幾種：熱流計(jì)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(jì)法

熱流計(jì)法的基本思路是用熱流計(jì)測(cè)得通過(guò)被測(cè)墻體的熱流量,同時(shí)測(cè)得墻體兩側(cè)的溫度,就可以計(jì)算出被測(cè)墻體的熱阻和傳熱系數(shù)。

熱流計(jì)的測(cè)頭是根據(jù)熱電效應(yīng)和溫度梯度的原理制成的。測(cè)頭內(nèi)埋設(shè)有熱電堆，當(dāng)有一定的熱流q垂直流過(guò)熱流計(jì)測(cè)頭時(shí)，在其基板兩面就有一定的溫差△T，這個(gè)溫度差使裝在基板內(nèi)的熱電堆產(chǎn)生一定的電動(dòng)勢(shì)。由于基板的厚度公和導(dǎo)熱系數(shù)一定,在穩(wěn)定導(dǎo)熱的條件下,其熱流密度與測(cè)頭兩側(cè)的溫差△T成正比，也與產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)成正比。熱流計(jì)法最根本的要求是通過(guò)熱流計(jì)的熱流既是通過(guò)被測(cè)對(duì)象的熱流,并且這個(gè)熱流平行于溫度梯度方向,即通過(guò)熱流計(jì)的熱流為穩(wěn)態(tài)一維傳導(dǎo),不考慮向四周的擴(kuò)散。這樣同時(shí)測(cè)出熱流計(jì)冷端溫度和熱端溫度,即可根據(jù)公式計(jì)算出被測(cè)對(duì)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(jì)讀數(shù)(mv)；

C為熱流計(jì)測(cè)頭系數(shù)[W/(m2.mv)]，熱流計(jì)出廠時(shí)已標(biāo)定；

R為被測(cè)物的熱阻（m2.K/W）；

T1為被測(cè)物冷端表面溫度（℃）；

T2為被測(cè)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(chǎng)條件限制如采用頁(yè)巖顆粒的防水卷材的屋頂不光滑,如果不進(jìn)行處理就不能夠精確測(cè)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(cè)量溫度,這樣又會(huì)帶來(lái)附加熱阻,并且由其引起的誤差無(wú)法精確消除。在內(nèi)外表面溫度不易測(cè)定時(shí),可以利用百葉箱測(cè)得內(nèi)外環(huán)境溫度、幾以及通過(guò)熱流計(jì)的熱流,可以根據(jù)公式計(jì)算出被測(cè)對(duì)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(cè)物的傳熱阻（m2.K/W）；

式中其它符號(hào)同上。

熱系數(shù)熱箱法

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)用的熱箱法一般是防護(hù)熱箱法。是將計(jì)量箱放置在一個(gè)溫度受到控制的空間內(nèi),控制計(jì)量箱內(nèi)部溫度和室內(nèi)空氣溫度保持一致,使得計(jì)量箱與外部環(huán)境之間沒(méi)有熱量交換，另一側(cè)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(cè)部位的熱流總是從室內(nèi)向室外傳遞,形成了一維熱流。當(dāng)熱箱內(nèi)的加熱量與通過(guò)被測(cè)部位傳遞的熱量達(dá)到平衡時(shí),計(jì)量箱的功率就是被測(cè)部位的傳熱量。記錄計(jì)量箱的發(fā)熱量和熱箱內(nèi)、室外溫度,利用公式一計(jì)算就能得到被測(cè)部位的傳熱系數(shù)。

也有的采取雙箱體的方法,即在計(jì)量箱外再套一個(gè)防護(hù)箱,測(cè)試時(shí)保持計(jì)量箱和防護(hù)箱內(nèi)溫度一致即可。

操作條件與方法：

1. 根據(jù)被測(cè)建筑物的施工圖選取檢測(cè)部位，不應(yīng)靠近梁、板、柱等熱橋處，被測(cè)房間門窗完好無(wú)損；

2. 將熱箱體與被測(cè)墻體部位緊密接觸，為達(dá)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(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)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(cè)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(cè)儀進(jìn)行測(cè)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(yīng)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(yīng)使用冷箱；

6. 室外空氣相對(duì)濕度必須在60%以下，風(fēng)力小于三級(jí)；

7. 宜在外墻保溫施工完工后，墻體達(dá)到干燥狀態(tài)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試；

8. 用計(jì)算機(jī)設(shè)定控制溫度、采集數(shù)據(jù)的形式,設(shè)置記錄間隔時(shí)間及采集時(shí)間。采集儀自動(dòng)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(cè)試部位內(nèi)外表面溫度、室外濕度等參數(shù)；

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

測(cè)量結(jié)束后由儀器自動(dòng)計(jì)算出傳熱系數(shù),也可由人工用EXCEL或金山電子表

格進(jìn)行數(shù)據(jù)處理計(jì)算出被測(cè)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(cè)試。其現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的方法是在墻體內(nèi)表面人為地加上一個(gè)合適的平面恒定熱源，對(duì)墻體進(jìn)行一定時(shí)間的加熱,通過(guò)測(cè)定墻體內(nèi)外表面的溫度響應(yīng)辨識(shí)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(duì)稱地各布置兩塊，控制絕熱層兩側(cè)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(duì)墻體表面均勻加熱的作用。墻體內(nèi)表面測(cè)溫?zé)犭娕糀和墻體外表面測(cè)溫?zé)犭娕糄記錄逐時(shí)溫度值。

1. 該系統(tǒng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法(Artificial Neural Network，簡(jiǎn)稱ANN）仿真求解過(guò)程。分為以下幾個(gè)步驟

2. 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的墻體傳熱過(guò)程是非穩(wěn)態(tài)的三維傳熱過(guò)程，這一過(guò)程受到墻體內(nèi)側(cè)平面熱源的作用和室內(nèi)外空氣溫度變化的影響，有針對(duì)性地編制非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)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(dǎo)熱墻體的傳熱程序進(jìn)行求解，可以得到加熱后墻體的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)。

3. 將得到的溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的邊界條件、初始條件共同構(gòu)成樣本集對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練。在該研究中由于實(shí)驗(yàn)?zāi)軠y(cè)得的墻體溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)只是墻體內(nèi)外表面的溫度，因此將測(cè)試時(shí)間中的以下5個(gè)參數(shù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(jìn)行訓(xùn)練。

4. 網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的訓(xùn)練達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，將各溫度值和熱流密度值輸入，由網(wǎng)絡(luò)即可映射出墻體的傳熱系數(shù)。

對(duì)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(duì)于單層圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)K值可以按照如下計(jì)算：

K=1/(1/h1 δ/λ 1/h2) W/(㎡·°C)[2]

其中，h1，h2——圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩表面熱交換系數(shù)，W/(㎡·°C)；

δ——管壁厚度，m；

λ——管壁導(dǎo)熱系數(shù)，W/(m·°C)。

熱系數(shù)計(jì)算公式

1、圍護(hù)結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱熱阻的計(jì)算

單層結(jié)構(gòu)熱阻 R=δ/λ(m2.K/w)

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

多層結(jié)構(gòu)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(dǎo)熱系數(shù)[W/(m.k)]；

2、圍護(hù)結(jié)構(gòu)劈面對(duì)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(hù)結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)熱阻（m2.K/W）；

3、圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)計(jì)算

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

式中: R0—圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱熱阻；

熱系數(shù)門窗傳熱系數(shù)計(jì)算

1、外墻受周邊熱橋影響條件下，其平均傳熱系數(shù)的計(jì)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(jì)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(zhǎng) m；

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

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(yán)格的并聯(lián)關(guān)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(duì)應(yīng)的總熱絕緣系數(shù)(指所考慮對(duì)象內(nèi)側(cè)空氣至外側(cè)空氣的熱絕緣系數(shù))；

Rf0-框扇所對(duì)應(yīng)的總熱絕緣系數(shù)(指所考慮對(duì)象內(nèi)側(cè)空氣至外側(cè)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(duì)應(yīng)的傳熱系數(shù) U 值來(lái)表示 , 得到簡(jiǎn)單又實(shí)用的關(guān)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)。

墻體的傳熱系數(shù)K是表征墻體(含所有構(gòu)造層次)在穩(wěn)定傳熱條件下，當(dāng)其兩側(cè)空氣溫差為1K(1℃)時(shí),單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)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(gòu)造層次和兩側(cè)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(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)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(hù)結(jié)構(gòu)兩側(cè)空氣溫差為1度（K或℃），單位時(shí)間通過(guò)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(guò)程的強(qiáng)弱

s內(nèi)其不僅和材料有關(guān)，還和具體的過(guò)程有關(guān)。

①體膨脹系數(shù)(αv):定壓下體積隨溫度的相對(duì)變化率，即式中V、T、p分別代表體積、溫度和壓力；下角標(biāo)p表示發(fā)生的過(guò)程是在定壓條件下進(jìn)行的。對(duì)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(dāng)溫度變化不大時(shí)，αv可當(dāng)作常數(shù)；對(duì)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(duì)變化率，即式中"－"號(hào)表示體積將因壓力增大而縮小。對(duì)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(duì)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(duì)變化率，即式中下角標(biāo)"s"表示絕熱。一般地,KS≯K；水在4℃時(shí)，KS=K。

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

各個(gè)熱系數(shù)間的關(guān)系是：

元件在dτ時(shí)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(cè)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(fēng)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(yuǎn)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(chǎng)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(duì)流條件下人體皮膚表面與附近空氣之間的質(zhì)轉(zhuǎn)換過(guò)程蒸發(fā)換熱系數(shù)（he）與換熱過(guò)程的對(duì)流換熱系數(shù)（hc）有關(guān)。在受迫對(duì)流條件下蒸發(fā)換熱系數(shù)則主要取決于氣流速度。2100433B