節(jié)能檢測基礎(chǔ)理論匯編

1、2015年年5月月上海市建設(shè)工程質(zhì)量檢測行業(yè)協(xié)會上海市建設(shè)工程質(zhì)量檢測行業(yè)協(xié)會節(jié)能檢測基礎(chǔ)理論培訓(xùn)節(jié)能檢測基礎(chǔ)理論培訓(xùn)主講：同濟(jì)大學(xué)主講：同濟(jì)大學(xué) 丁峰丁峰內(nèi)內(nèi) 容容 簡簡 介介 1.熱量傳遞的基本方式 2.多層平壁的導(dǎo)熱 3.復(fù)合平壁的導(dǎo)熱 4.工程實(shí)體中熱流量（熱損失）的計(jì)算 凡是有溫差的地方，就有熱量傳遞。熱量總是自發(fā)地由高溫物體傳到低溫物體，正如水自發(fā)地由高處流向低處。下面我們就熱量傳遞的基本方式及其熱量（熱損失）的計(jì)算方法進(jìn)行討論。 一、熱量傳遞的基本方式 熱量傳遞的基本方式有三種：導(dǎo)熱、對流和輻射。1 導(dǎo)熱a） 導(dǎo)熱的定義：導(dǎo)熱是指物體各部分無相對位移或不同物體直接接觸時(shí)依靠物質(zhì)分

2、子、原子及自由電子等微觀粒子熱運(yùn)動而進(jìn)行的熱量傳遞。b） 傳遞介質(zhì)：固體、液體和氣體。c） 平壁導(dǎo)熱過程熱流量計(jì)算：Q=（/）tF （W） 或 q=Q/F=（/）t （W）式中：Q 熱流量（熱損失），（W）； q 熱流通量，（W/m2）；F 傳熱面積，（m2）； 壁厚，（m）；t 壁二側(cè)表面溫差（K）； 比例系數(shù)，也稱為導(dǎo)熱系數(shù)或熱導(dǎo)率，（W/mK）。導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義：當(dāng)壁厚為1米、兩側(cè)表面溫差為1K時(shí)單位面積上每秒鐘傳遞的熱量。在傳熱問題分析中，常常會套用電學(xué)中歐姆定律的形式：I=V/R即：電流電位差/電阻。通常：熱流量溫差/熱阻，即：Qt/【/（F）】,把Rt /（F）看作熱阻，對單位面

3、積而言，熱阻R= /，也稱為導(dǎo)熱熱阻。2. 對流a） 對流的定義：依靠流體的運(yùn)動，把熱量從一處傳到另一處的現(xiàn)象稱為對流換熱。 在沒有外力作用下，依靠由溫差引起的流體本身運(yùn)動而發(fā)生的對流換熱稱為自然對流換熱。在外力（風(fēng)機(jī)、水泵等）作用下發(fā)生的對流換熱稱為強(qiáng)迫對流換熱。b） 傳遞介質(zhì)：液體、氣體、液體與固體表面、氣體與固體表面。c） 計(jì)算公式：Q=（twtf）F （W）; 或q=（twtf） （W）式中：tw 固體的表面溫度，K； tf 流體的表面溫度，K； F 換熱面積，m2； 對流換熱系數(shù)，W/Km2。 對流換熱系數(shù)的物理意義：在單位壁表面上，當(dāng)流體與固體壁之間的溫差為1K時(shí)，每秒鐘所傳遞的熱

4、量。 同理，Q=t/（1/F）= t/R, R=1/F稱為對流換熱熱阻。3.輻射a） 輻射的定義：依靠物體表面對外發(fā)射電磁波而傳遞熱量。 輻射與導(dǎo)熱、對流的主要區(qū)別：導(dǎo)熱或?qū)α鲹Q熱必須通過冷熱物體間直接接觸（或一種物體中存在溫差），也就是依靠常規(guī)物質(zhì)為媒介來傳遞熱量。而輻射換熱不需要通過物體間的直接接觸即能完成傳遞熱量的過程。b） 傳遞介質(zhì)：無需物體間的相互接觸，在真空中也能傳遞。c） 計(jì)算公式：Q=C12【（T1/100）4（T2/100）4】F （W）或q=C12【（T1/100）4（T2/100）4】 （W/m2）式中：T1、T2為二表面的絕對溫度，K；C12輻射換熱系數(shù)（05.67）。

5、 二、多層平壁的導(dǎo)熱 由不同種材料組成的平壁稱為多層平壁，如圖1有1 、2 、3三種材料，t1為內(nèi)表面高溫側(cè)，t4為外表面低溫側(cè)，由于是穩(wěn)態(tài)傳熱，可以認(rèn)為通過各層平板的熱量是一致的。 在A材料中的導(dǎo)熱量：Q1=（1/1）F（t1-t2）= （t1-t2）/R1 （W） 在A材料中的導(dǎo)熱量：Q2=（2/2）F（t2-t3）= （t2-t3）/R2 （W）在A材料中的導(dǎo)熱量：Q3=（3/3）F（t3-t4）= （t3-t4）/R3 （W）對于穩(wěn)定傳熱，Q1Q2Q3Q 則有：t1-t2=R1Q（1）t2-t3=R2Q（2）t3-t4=R3Q（3）（1）、（2）、（3）三式相加得: t1-t4Q（R1

6、+R2+R3） 即：Q（t1-t4）/（R1+R2+R3）, R/（F） 圖1 例1：有一墻體，內(nèi)墻為石灰混合砂漿，厚度為10mm， 10.62W/mK，中間是厚度為300mm的混凝土， 20.79W/mK，外層是厚度為15mm的水泥砂漿， 30.68W/mK，墻壁內(nèi)壁溫度為25，墻壁外壁溫度為5，外墻面積為10平方米，求墻體的熱損失。 解：由于R=/（F），所以R1=1/（1F）0.01/（0.6210）=0.001613 R2=2/（2F） 0.3/（0.7910）=0.038, R3=3/（3F） 0.015/（0.6810）=0.002206, Q=t/（R1+R2+R3）（255）/

7、（0.0016130.0380.002206）718W例2：有一外保溫系統(tǒng)，基體是由厚度為240mm的粘土磚組成， 10.58W/ mK ，外墻外側(cè)由厚度為60mm的膠粉聚苯顆粒保溫漿料組成， 20.058W/ mK ，當(dāng)冬季室內(nèi)溫度為18，室外溫度為-20時(shí)，求粘土磚與保溫層界面的溫度。解：R1=1/10.24/0.58=0.414m2K/WR2=2/2 0.06/0.058=1.034m2K/W熱流量q= （t1-t2）/（R1+R2）=(18+20)/(0.414+1.034) =26.24W/m2 設(shè)界面處的溫度為tx，由于穩(wěn)定傳熱，通過粘土磚的熱流量q1等于通過保溫層的熱流量q2，也

8、等于總的熱流量q。 解1：（t1-tx）/R1=（tx-t2）/R2 由此解得tx=7.14。 解2：q=（t1-tx）/R1 tx=t1-R1 q=7.13。 解3：q=（tx-t2）/R2 tx=q R2+t2=7.13 三、復(fù)合平壁的導(dǎo)熱 上節(jié)所討論的多層平壁，每一層平壁都是由同一種材料構(gòu)成的，而實(shí)際工程中所遇到的材料，無論在寬度方向或厚度方向都是由非均質(zhì)材料組成的，如空心墻板，夾心板等等。 為了討論問題方便，我們假設(shè)某一墻體由如圖2所示的A、B、C、D和E五種材料組成，為討論問題方便，把A和E材料分為三層，這樣就可以看成由串聯(lián)熱阻A1BE1、A2CE2和A3DE3并聯(lián)的總熱阻。由電學(xué)基

9、礎(chǔ)可知：串聯(lián)電阻 R串R1+R2+Rn 并聯(lián)電阻 1/R并1/R1+1/R2+Rn 即R并1/（1/R1+1/R2+Rn） 本例熱阻： R=1/【1/（RA1+RB+RE1）+1/（RA2+RC+RE2）+1/（RA3+RD+RE3）】圖2例3. 有一新型材料的空心砌塊，結(jié)構(gòu)如圖3所示，尺寸單位為mm，砌塊實(shí)心部分的導(dǎo)熱系數(shù)10.78W/mK，空心部分的導(dǎo)熱系數(shù)20.28W/mK。求該墻體的熱阻和傳熱系數(shù)。解：該題可以看作是縱向三層，橫向五層，即可以看作是5個(gè)串聯(lián)熱阻的并聯(lián)。R11/（1F1）0.115/（0.780.031）=4.915K/WR22/（2F2）+ 3/（3F2）+ 2/（2F

10、2）= 0.0325/（0.780.091）+ 0.005/（0.280.091）+ 0.0325/（0.780.091）=2.91K/WR3=R5=R1, R4=R2R=1/（1/R1+1/R2+1/R3+1/R4+1/R5） =1/【（31/4.915）+（21/2.91）】 =0.771K/W傳熱系數(shù)為熱阻的倒數(shù)：K11/R1/0.771=1.298W/K實(shí)際工程中使用更多的是單位面積的傳熱系數(shù)K=K1/A=1.298/（0.271）=4.81W/m2K 圖3 四、工程實(shí)體中熱流量（熱損失）的計(jì)算 以上我們所討論的都是單一的導(dǎo)熱、對流換熱現(xiàn)象，但實(shí)際工程中往往不是單一的傳熱現(xiàn)象，而是有多

11、種傳熱現(xiàn)象同時(shí)存在，例如：一外墻在室內(nèi)一側(cè)，溫度為tn的室內(nèi)空氣和內(nèi)壁壁溫為t1的外墻內(nèi)側(cè)發(fā)生對流換熱，在墻體內(nèi)發(fā)生溫差為t1-t2的導(dǎo)熱，在外墻外側(cè)發(fā)生溫度為tw的室外空氣和外壁壁溫為t2的對流換熱，則總熱阻可以看作是二個(gè)對流換熱熱阻和一個(gè)導(dǎo)熱熱阻的串聯(lián)熱阻。 即：R=R1+R+R2=1/1+/+1/2，同理，傳熱系數(shù)K=1/R 例3 有一外墻，長度為25m，高度為2.5m，墻體由厚度為120mm的粘土磚砌成，（磚0.43W/mK），墻上有1.2m0.8m的外窗三樘（K窗4.6W/m2K），測得室內(nèi)平均溫度tn15，室外平均溫度tw8，室內(nèi)空氣與墻體的對流換熱系數(shù)n9.09w/m2K, 室外

12、空氣與墻體的對流換熱系數(shù)w25.0w/m2K,求該外墻的熱損失。當(dāng)在外墻外側(cè)貼上厚度為25mm的EPS板（0.038W/mK），問采用保溫措施后整個(gè)外墻的熱損失降低了多少？（墻體內(nèi)、外側(cè)的砂漿熱阻忽略不計(jì)）解：這是一個(gè)由導(dǎo)熱和對流換熱所組成的綜合換熱現(xiàn)象，解這類題通常從傳熱系數(shù)著手更為方便，即Q=KFt。外窗傳熱量Q窗K窗F窗t4.61.20.8（15-（-8） 3=304.70 WR磚 磚/ 磚 0 . 1 2 / 0 . 4 3 0 . 2 7 m2K / W ：REPS=EPS/=0.025/0.038=0.658 m2K/WRn=1/n=1/9.09=0.11 m2K/W ; Rw=1/w=1/25.0=0.004 m2K/W 未經(jīng)保溫的外墻熱阻：R=Rn+R墻+Rw=0.11+0.279+0.04=0.429m2K/W未經(jīng)保溫的外墻傳熱系數(shù)K=1/R=1/0.429=2.331W/m2K未經(jīng)保溫的外墻總的熱損失Q1= KFt+Q窗2.331（252.531.20.8）（158）304.073501.11W采取保溫措施后的熱阻R1=0.279+0.658+0.11+0.04=1.087m2K/W采取