在围护结构内所采用的建筑材料多少都会有一些空隙,存在着传热过程中对流与热辐射的方式。因此严格的说,热量通过材料层时,并不是只有导热方式,但因为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照导热考虑。
(一)经过单层平壁的导热
假定有一厚度为δ的单层均质平壁9(见图3-2),其宽与高的尺寸比其厚度大得多。平整内外表面的温度为tn和tw,且tw>tn
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(图1)
热阻的单位是m2·h·℃/kj,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;反之阻力越小,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λ在数值上等于:当材料层单位长度内的温差1℃时,在1h内通过1m2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·℃之间,工程上常把λ<0.84kj/m·h·℃的材料称为隔热材料。参见表3-1
热导率λ是建筑材料的一个主要热物理特性指标。它说明材料热导率相差很大。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,热导率也越小;反之容重大,热导率也大。这是因为材料的容重越小,说明材料中的空隙越多,而空气中的热导率通常要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。在孔隙率相通的条件下,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,如多孔混凝土,由于生产工艺不同,在加工中因发泡剂的种类和用量的不同,内部孔隙的大小、形状和孔隙的排列就可能大不一样,这就会引起导热性的差异。见图3-3所示为多孔无机材料在烘干状态下热导率和容重的关系。
对于容重很小的材料,特别是纤维状材料,当容重低于某个极限时,热导率反而增大。这是由于由于孔隙过大,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容重,即在这个容重下热导率最小。图3-4所示为玻璃棉热导率与容重的关系,图3-5所示为聚苯乙烯泡沫塑料热导率与容重的关系。
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