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傳熱系數
來源:互聯網

傳熱系數以往稱總傳熱系數。國家現行標準規范統一定名為傳熱系數。傳熱系數K值,是指在穩定傳熱條件下,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,其不僅和材料有關,還和具體的過程有關。

簡介

墻體的傳熱系數K是表征墻體(含所有構造層次)在穩定傳熱條件下,當其兩側空氣溫差為1K(1℃)時,單位時間內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K是包含了墻體的所有構造層次和兩側空氣邊界層在內的。它表征了墻體保溫系統的熱工性能,有研究表明外墻傳熱系數的減少將明顯的降低建筑能耗。

計算方法

對于空調工程上常采用的冷卻器而言,如果不考慮其他附加熱阻,對于單層圍護結構傳熱系數K值可以按照如下計算:

K=1/(1/h1+δ/λ+1/h2) W/(㎡·°C)

其中,h1,h2——圍護結構兩表面熱交換系數,W/(㎡·°C);

δ——管壁厚度,m;

λ——管壁導熱系數,W/(m·°C)。

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[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(m.k/w);δ1、δ2、---δn—各層材料厚度(m);λ1、λ2、---λn—各層材料導熱系數[W/(m.k)];

2、圍護結構劈面對流換熱熱阻

內表面換熱阻: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 —內表面換熱阻(m.K/W)(一般取0.11);Re—外表面換熱阻(m.K/W)(一般取0.04)

R —圍護結構熱阻(m.K/W);

3、圍護結構傳熱系數計算

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

式中: R0—圍護結構傳熱熱阻

門窗傳熱系數計算

1、外墻受周邊熱橋影響條件下,其平均傳熱系數的計算

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

式中:Km—外墻的平均傳熱系數[W/(m.k)];

Kp—外墻主體部位傳熱系數[W/(m.k)];

Kb1、Kb2、Kb3—外墻周邊熱橋部位的傳熱系數[W/(m.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、鋁合金門窗傳熱系數的計算

Uw =(Af*Uf+Ag*Ug+Lg*Ψg)/(Af+Ag)

式中:

Uw — 整窗的傳熱系數( W/m·K);

Ug — 玻璃的傳熱系數( W/m·K);

Ag — 玻璃的面積 m;

Uf — 型材的傳熱系數( W/m·K);

Af — 型材的面積 m;

Lg — 玻璃周長 m;

Ψg — 玻璃周邊的線性傳熱系數( W/m·K),現場檢測。

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

R =1/〔1/(Fg+Ff)*(Fg/Rg0+Ff/Rf0)〕

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

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

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 U 值來表示 , 得到簡單又實用的關系式 :

U =Ug +ηf*(佛羅里達大學Ug)

式中Ug-玻璃的傳熱系數;

Uf-窗框的傳熱系數。

現場檢測

目前,現場檢測墻體熱阻傳熱系數的方法主要有以下幾種:熱流計法和功率(行業內稱為熱箱法,為了保持統一方便交流,以下仍稱為熱箱法)、非穩態法,下面分別闡述。

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。

熱流計的測頭是根據熱電效應溫度梯度的原理制成的。測頭內埋設有熱電堆,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的熱電堆產生一定的電動勢。由于基板的厚度δ和導熱系數一定,在穩定導熱的條件下,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態一維傳導,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,即可根據公式計算出被測對象的熱阻傳熱系數

R=(部落2T1)/(E*C)

K=1/(Ri+R+Re)

式中K為傳熱系數[W/(m2.K)];

E為熱流計讀數(mv);

C為熱流計測頭系數[W/(M2mv)],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為內表面換熱阻(m2.K/W);

Re為外表面換熱阻(m2.K/W)。

如果受到現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。在內外表面溫度不易測定時,可以利用百葉箱測得內外環境溫度、幾以及通過熱流計的熱流,可以根據公式計算出被測對象的傳熱阻和傳熱系數:

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。

熱箱法

現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,控制計量箱內部溫度和室內空氣溫度保持一致,使得計量箱與外部環境之間沒有熱量交換,另一側為室外自然條件。維持熱箱內溫度高于室外溫度以上。這樣被測部位的熱流總是從室內向室外傳遞,形成了一維熱流。當熱箱內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。記錄計量箱的發熱量和熱箱內、室外溫度,利用公式一計算就能得到被測部位的傳熱系數。

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溫度一致即可。

操作條件與方法:

測量結束后由儀器自動計算出傳熱系數,也可由人工用EXCEL或金山區電子表

格進行數據處理計算出被測部位的傳熱系數。

非穩態法

常功率平面熱源法是非穩態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。其現場檢測的方法是在墻體內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,通過測定墻體內外表面的溫度響應辨識出墻體的傳熱系數,原理如圖所示。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。

影響因素

傳熱系數是一個過程量,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,其值取決于圍護結構所采用的材料、構造及其兩側的環境因素。傳熱系數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為 6.4W/(mK),370mm厚兩面抹灰的 磚墻傳熱系數為1.59W/(mK)。

K值愈大,傳熱過程進行得愈為強烈。傳熱系數不僅主要取決于熱、冷 流體的物理性質和各自的平均流 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。下表 列出幾種常見傳熱過程K的大致 數值范圍:

參考資料 >

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