传热的基本方式
凡是存在温差的地方，就会有热量传递现象发生。热量总是自发的从高温物体转移到低温物体。
热量传递基本形式有三种：热传导、对流和热辐射。
热传导
热传导(简称导热)是指热量靠物质微观粒子(分子、原子、自由电子等)的热运动，从物体中温度较高的部分传递到温度较低的部分;或者从温度较高的物体传递到与之接触的温度较低的另一物体的过程。
热传导可以在固体、液体、气体中发生,但只有在密实的固体中才存在单纯的导热过程。例如冷库的外墙外表面温度高于内墙表面温度时，热量以导热的方式由外墙外表面传给内墙的内表面。
对流
对流是指温度不同的流体,依靠宏观的相对位移，把热量由一处传递到另一处的现象，这是流体所特有的一种传热方式。
工程上大量遇到的是流体流过一固体壁面时发生的热量交换过程，称作对流换热。
对流换热的强弱程度和流体的种类、流速、温度、性质(如黏度、热导率等）、固体壁面形状、大小、壁面温度等因数有关，单纯的对流换热过程是不存在的，在对流的同时总伴随着导热。
热辐射
热辐射是指物体通过电磁波来传递能量的过程。其中，因为热的原因而发出辐射能的过程称为热辐射。
物体进行热辐射时，还伴随着能量形式的转化，即热能先转变为辖射能，向外通过空间传递到另一物体后，再由辐射能转变为热能,被第二个物体吸收。
自然界中所有的物体都在不停地向四周发出热辐射能，同时又不断地吸收其它物体发出的热辐射能。这种辐射与吸收过程的综合结果，就造成了以辐射方式进行的物体间的能量转移——辐射换热。温度越高，辐射越强;温度越低,辐射越弱。
物体放出或吸收的热量等于同一时间内放射和吸收辐射能之差。因此，即使在冷藏库的低温条件下,物体之间同样存在辐射换热，只是其能量不大而已。
其实,在传热过程中，很少是单一的热交换方式，而往往是几种传热方式同时存在的。
例如：冷库库外的热量通过外围护结构传入库内,一般要经过三个阶段(见
实际):
外表面吸热围护结构外表面从库外空间，通过对流和热辐射的作用，接受外界环境的热量过程，这一过程称感热过程。
壁体材料层的导热热量由围护结构的外表面，主要通过热传导的作用传至内表面，这一过程称透热阶段。
但一般建筑材料内部总有一些孔隙，在孔隙内除了存在导热作用外，同时还存在对流和热辐射的作用。
内表面放热围护结构的内表面通过对流和热辐射的作用，向库内空间散发热量的过程，这一过程称放热阶段。
所以说冷库围护结构的传热过程是一个复杂的综合过程，但为了便于研究，才将它予以划分。同时还因为三种传热方式各有其特殊的规律，给划分围护结构的传热过程提供了有利条件。
由于热量传递的主要原因是有温度差存在，所以在研究传热时，必须掌握物体的温度分布情况，在某一瞬间物体内部所有各点温度的总计称温度场。
如物体的温度是沿一个方向或两个方向而变化时，相应的温度场称一向或两向温度场;若物体的温度是空间三个坐标的函数，相互的温度场称三向温度场。
凡物体中各点温度随时间而变化的温度场称不稳定温度场;反之则为稳定温度场。在稳定的温度场内发生的热传递现象称稳定传热过程，反之为不稳定传热过程。
冷库围护结构的传热过程严格说来是属不稳定传热过程，但由于我国目前大多数冷库的外围护结构多为重体结构，热惰性较大，为了简化计算过程，多采用稳定传热的计算方法。
实际冷库外围护结构传热的过程
在围护结构内所采用的建筑材料或多或少都会有一些空隙，存在着传热过程中对流与热辐射的方式。因此严格地说，热量通过材料层时，并不是只有导热方式，但因辐射和对流所占的比例很少，故在冷库建筑热工计算中，对通过围护结构实体材料层的传热过程均按导热考虑。
经过单层平壁的导热假定有一厚度为5的单层匀质平壁(见图
3-2)，其宽与高的尺寸比其厚度大得多。平壁内外表面的温度为k和且
实践证明，在稳定导热条件下，通过壁面的传递热量Q与平壁材料的导热能力、壁面之间的温差、传热面积和传热时间成正比，与平壁的厚度成反比，即：
实际单层平壁的热传导
0=tn)-F-Z
式中A——材料的热导率，
t?—-平壁的外表面和内表面的温度，t：
S——平壁的厚度，mF—-平壁的表面积，m2Z——热传导的时间，h
在建筑工程中，常用的是单位时间通过单位面积的热流量，称作热流强度，用“g”表示，即：
9=t?)(3-2)
从上式可以知道，‘-是决定热流强度9的大小和传递方向的内因。
在建筑热工中，将4称为传热系数，即：
0
K=~r(3-3)
0
故g=(3-4)
传热系数的倒数称为材料层的热阻，即：
R=士(3-5)
热阻的单位是它说明平壁抵抗热流通过的能力，或者说是热
流通过平壁时遇到的阻力。
这种阻力越大，在同样的温度条件下，通过材料层的热量越少;皮之阻力越小，通过材料层的热量就越大。要想增加热阻，可以加大平壁的厚度;或选用热导率;I小的材料。材料的热导率A在数值上等于：当材料层单位长度内的温差11C时，在lh内通过lm2表面积的热量。
绝大多数建筑材料的热导率介于0.105~12.55kJ/m?h?X：之间，工程上常把A<0.84kJ/m?h?X：的材料称为隔热材料。参见实际。
热导率A是建筑材料的一个主要热物理特性指标。
它说明材料传递热量的能力；它与材料的成分、宽度和分子结构等有关，故不同材料的热导率相差很大。但即使是同一种材料，因其工作条件的温度和湿度不同，其热导率也会有所变化。尤其是材料的湿度对材料的导热系数影响最大。
在冷库建筑设计中如何确定隔热材料热导率的修正值，并保证隔热材料在施工使用过程中，不受潮是十分重要的。
同一种材料，在一般情况下容重越小，热导率也小;反之容重大，热导率也大。这是因为材料的容重越小，说明材料中的孔隙越多，而空气中热导率通常要
761.591.421.26F1.09X：30.92讲0.750.590.420.25比实体材料的热导率小。材料的导热性不仅与孔隙有关，而且还取决于孔隙的大小和形状。在孔隙率相同的条件下，孔隙尺寸越大，热导率越大，而且开口串通的孔隙比封闭孔隙的导热性要高。所以虽是同一种材料为多孔无机材料在烘干状态下热导率和
h
f
t
/i
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(V
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//
//
7
/夕
实际访活全玄容重_咖3)对于容重很小的材料，特别是-3多孔无机材料在烘干条件下纤维状材料，当容重低于某个极限时，热导報而增大。这是由于孔
隙过大，会使孔壁温差增大，造成辐射传热量增加，同时对流换热也增加。特别是当孔隙变成互相贯通时，对流换热则更大。所以对这一类材料存在一个最佳
实际冷库常用建筑材料热物理系数
序号材料名称规格密度P/(kg/m3)测定时重量湿度Wz/%热导率r测定值/(kJ/m-h*’C)热导率A设计值(kJ/m-h-‘C)导温系数aXl03/(m2/h)比热容C/(kJ/kg-‘C)蓄热系数S2/(kJ/m2,10*h)蒸汽渗透魏/(g/nrh.mmHg)
1碎石混凝土228005.445.443.330.7148.080.006
2钢筋混凝土2400—5.565.562.770.8453.770.004
3石料大理石,花岗岩石灰岩28002000—12.554.1812.554.184.872.270.9291.630.00280.0086
4实心重砂浆普通黏土砖砌体1800—2.932.931.850.8845.190.014
5土壤，砂碎石亚黏土1980104.234.231.871.1334.730.013
亚黏土1840154.024.021.721.2649.58
6干砂填料中砂146000.922.090.820.7516.280.022
粗砂140000.882.090.770.7514.690.022
7水泥砂浆1:2.5203003.353.352.070.7937.240.012
8混合砂浆1700—3.143.142.210.8434.060.013
9石灰砂浆1600—2.932.932.190.8431.920.016
10建筑钢材78000209.21209.2158.280.46435.15
11铝27100730.13730.13309.000.84656.90
12红松热流方向顺木纹510—1.591.591.402.2221.760.0048
热流方向垂直木纹420—0.400.630.420.581.808.790.0224
续表
序号材料名称规格密度/(kg/m3)测定时重量湿度Wz/%热导率A’测定值热导率A设计值导温系数aXl03/(m2/h)比热容C/(kj/kg*t：)蓄热系数S2/(kj/m2.t>h)蒸汽渗透系数”/(g/m.h.mmHg)
631.051.000.848.910.029
13炉渔900—0.881.260.911.0914.810.027
1000—1.051.461.250.8415.190.028
14炉渣混凝土1:1:81:1:10001.511.342.091.881.441.450.840.7920.5016.740.0140.014
15胶合板三合板—0.0.630.630.461.559.210.014
16纤维板—0.960.960.301.5112.550.014
17刨花板—0.790.790.421.6310.880.014
18聚苯乙烯泡沫自发型18—0.130.176.231.170.840.0037
自熄型19—0.13
19乳液聚苯乙烯泡沫37—0.120.163.061.091.13—
20聚氨磨泡沫硬质、聚醚型40—0.080.111.651.261.000.0034
70—0.150.291.421.382.05—
21沥青玻璃棉毡100—0.160.291.0371.342.22—
150—0.160.290.881.212.720.065
22沥青玻璃棉半硬板120—0.150.27~———
60—0.130.271.901.171.59—
23玻璃纤维板90—0.150.271.401.091.84—
120—0.150.291.131.002.050.065
矿揸棉?60_0.120.292.161.091.38
2490—0.130.291.261.051.670.065
沥青矿渣棉毡?1200.130.291.091.002.01—
25160—0.130.290.900.922.260.065
26矿渣棉半硬板?65—0.130.271.681.211.63—
27软木170—0.210.250.622.054.270.0034
28稻壳1205.90.220.541.091.673.390.06
29泡沫混凝土?37000.35沥青铺砌0.460.890.844.770.024
I类<70(80)5.8<0.190.312.111.302.09—
30膨胀珍珠岩n类1500.60.200.331.181.052.93—
DI类250—0.250.42————
31加气混凝土?50000.42沥青铺砌0.540.930.967.280.0133
注：①棉材应按在围护结构内实际充填密实程度的重度选用设计采用的热导率，制冷机组凡棉材装置于双面铁皮夹层板内使用时，其设计热导率可按测定值，乘以1.3修正系数；
②加气混凝土设计采用的热导率为沥青铺砌时的数值。
13
0
10
20
304050
容重K/(kg/m3)
60
70
80
实际玻璃棉热导率与容重的关系
容重，即在这个容重下热导率最小。实际所示为玻璃棉热导率与容重的关系。实际所示为棄苯乙烯泡沫塑料热导率与容重的关系。
19
136
P
127
嫌
118
109
100
10
15
2025
容重_g/m3)
30
35
实际聚苯乙烯泡沫塑料热导率与容重的关系
材料受潮后，其热导率将显著增大，绝大多数的建筑材料与潮湿的空气接触时，就会从空气中吸收一定的水汽，因此不论在自然状态下或在围护结构中，建筑材料都会含有一定量的水分，材料湿度就是指材料中含这些游离水分多少的
一个指标。
材料湿度有两种表示方法：一种称重量湿度;另一种称体积湿度。
-E/po/r*眯较
\
重量湿度是指材料试样中的所含水分的重量与干燥试样的重量的百分比，即：
Gjg—
⑴直=~^~-X100(3-6)
G干
式中0>重——材料的重量湿度，％
G?——湿的材料试样的重量G干——试样烘干后的重量
体积湿度是指材料试样中水分所占的体积与整个材料试样的体积之百分
比，即：cu体=T-X100
体K
式中W体一材料的_体积湿度，％
一试样中水分所占的体积，即G湿-G干
—整个试样的体积
重量湿度和体积湿度之间有如下换算关系:
式中7——材料的干容重,kg/m31000——水的容重,kg/m3
材料从空气吸收水汽的多少，与周围空气的温度、湿度和材料本身的分子结构、化学成分等因素有关。
空气湿度越高，湿度越髙，材料吸收的水汽就越多。在一定温度和湿度的空气中,材料吸湿量达到某一定值时，就会处于平衡状态，这时材料的湿度称为“平衡湿度”。
材料受潮后，其热导率将显著增大，尤其是多孔材料。潮湿材料热导率增大的原因，是由于在材料的孔隙中有了水分(包括水蒸气和液态水)后，除孔隙中空气分子的导热、对流换热和孔隙壁面的辐射换热外，还存在着由蒸汽扩散引起的附加热传导，以及通过孔隙中水分子的导热，而水的导热能力比空气（A=0.1)髙20倍左右;如果孔隙中的水冻结成冰，则热导率更大，因冰的热导率比水大(A=8.4)。
大家知道，干燥静止空气的X=0.067~0.096kJ/(m*h*t：);水在10~90t：时A=2.09~2.51kJ/(m-h.
468
重量湿度?/°/。
大，以致冷库所需的制冷量增加10%~30%。由此可见，低温隔热结构的防潮和防水是十分重要的。
实际所为砖砌体热导率与材料湿度的关系，实际所示为泡沫混凝土热导率与材料湿度的关系。
此外，温度和热流
实际砖砌体热导率与材料湿度的关系a
一定影响。温度越高，
热导率越大。因为当温度增高时，分子的热运动加剧。但这种影响在建筑热工所遇到的温度范围内,可忽略不计。
对于各向异性的材料，如木材等纤维质的材料，当热流与纤维延伸方向平行时，热流受到阻力最小?，而热流垂直于纤维延伸方向时，受到的阻力最大。
故顺木纹方向的热导率是垂直于木纹方向热导率的数倍。
在冷库建筑热工计算中，正确确定隔热材料热导率的计算值，对保证冷库围护结构热工性能的可靠性和经济性是十分重要的。
经过多层平壁的导热冷库建筑的外围护结构一般都是
由几种不同材料组成的多层平壁，现以三层彼此密切结合的多层平壁为例:假
实际泡沫混凝土热导率与材料湿度的关系
设壁面很大，每层厚度各为心、知和
热导率依次为Ai、；l2和A3,且均为常数,多层壁的内外两侧的空气温度为‘
及且‘，并假设其不随时间而变化，由于层与层之间紧密结合，可用?和&来表示间层接触面的温度(见实际)。把整个平壁看作三个单层壁组成,应用下式分别计算出通过每一层的热流强度心、92、93,即：
t2)
0l
乂2
92=7(r2-r3)02
久3
93=^r(^3-^?)
03
在稳定导热条件下，通过整个平壁的导热量9与通过各层平壁的导热量是相等的，即：
q=Q\=q2=
Ai
82
^2~f3=Q—=qR2心
d3
^3-r?=q-—：=qR3
入3
Sn
式中子=札为平壁的热阻;将g=^(k-t?)代入上式，即得：
t切—tn
T2=rw—R{
^3=
rn~rw~-
R0
tw一tn
R0
ty,~t?尺0
‘^rw^tw–^-^-RwiXA±^,BP#：
R0
^~-(^+Ki)
r3=‘
R0
tw~tn
R0
tfv一tn
R0~
由此可推知,对于多层平壁内任一层内表面温度rr可写成:
式中%Rt——从第一层到第r_1层的热阻之和，材料层次编号是顺热流的
1=1
方向
在稳定传热条件下，每一材料层的温度分布是一直线，在多层平壁中成一条连续的折线。材料层内的温度降落程度与各层材料的热阻成正比，材料层的热阻越大，在该层内的温度降落也越大，见实际。
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