在圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)所采用的建筑材料多少都會(huì)有一些空隙,存在著傳熱過程中對(duì)流與熱輻射的方式。因此嚴(yán)格的說,熱量通過材料層時(shí),并不是只有導(dǎo)熱方式,但因?yàn)檩椛浜蛯?duì)流所占的比例很少,故在冷庫建筑熱工計(jì)算中,對(duì)通過圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)體材料層的傳熱過程均按照導(dǎo)熱考慮。
(一)經(jīng)過單層平壁的導(dǎo)熱
假定有一厚度為δ的單層均質(zhì)平壁9(見圖3-2),其寬與高的尺寸比其厚度大得多。平整內(nèi)外表面的溫度為tn和tw,且tw>tn
實(shí)踐證明,在穩(wěn)定導(dǎo)熱條件下,通過壁面的傳遞熱量Q與平壁材料的導(dǎo)熱能力、壁面之間的溫差、傳熱面積和傳熱時(shí)間成正比,與平壁的厚度成反比,即(圖1)
熱阻的單位是m2·h·℃/kj,說明平壁抵抗熱流通過的能力,或者說是熱流通過平壁時(shí)遇到的阻力。這種阻力越大,在同樣的溫度條件下,通過材料層的熱量越少;反之阻力越小,通過材料層的熱量就越大。要想增加熱阻,可以加大平壁的厚度;或選用熱導(dǎo)率λ在數(shù)值上等于:當(dāng)材料層單位長度內(nèi)的溫差1℃時(shí),在1h內(nèi)通過1m2表面積的熱量。
絕大多數(shù)建筑材料的熱導(dǎo)率介于0.105~12.55kj/m·h·℃之間,工程上常把λ<0.84kj/m·h·℃的材料稱為隔熱材料。參見表3-1
熱導(dǎo)率λ是建筑材料的一個(gè)主要熱物理特性指標(biāo)。它說明材料熱導(dǎo)率相差很大。但即使是同一種材料,因其工作條件的溫度和濕度不同,其熱導(dǎo)率也會(huì)有所變化。尤其是材料的濕度對(duì)材料的導(dǎo)熱系數(shù)影響最大。在冷庫建筑設(shè)計(jì)中如何確定隔熱材料熱導(dǎo)率的修正值,并保證隔熱材料在施工使用過程中,不受潮是十分重要的。
同一種材料,在一般情況下容重越小,熱導(dǎo)率也越小;反之容重大,熱導(dǎo)率也大。這是因?yàn)椴牧系娜葜卦叫。f明材料中的空隙越多,而空氣中的熱導(dǎo)率通常要比實(shí)體材料的熱導(dǎo)率小。
材料的導(dǎo)熱性不僅與孔隙有關(guān),而且還取決于孔隙的大小和形狀。在孔隙率相通的條件下,孔隙尺寸越大,熱導(dǎo)率越大,而且開口串通的孔隙比封閉孔隙的導(dǎo)熱性要高。所以雖是同一種材料,如多孔混凝土,由于生產(chǎn)工藝不同,在加工中因發(fā)泡劑的種類和用量的不同,內(nèi)部孔隙的大小、形狀和孔隙的排列就可能大不一樣,這就會(huì)引起導(dǎo)熱性的差異。見圖3-3所示為多孔無機(jī)材料在烘干狀態(tài)下熱導(dǎo)率和容重的關(guān)系。
對(duì)于容重很小的材料,特別是纖維狀材料,當(dāng)容重低于某個(gè)極限時(shí),熱導(dǎo)率反而增大。這是由于由于孔隙過大,會(huì)使孔壁溫差增大,造成輻射傳熱量增加,同時(shí)對(duì)流換熱也增加。特別是當(dāng)孔隙變成互相貫通時(shí),對(duì)流換熱則更大。所以對(duì)這一類材料存在一個(gè)最佳容重,即在這個(gè)容重下熱導(dǎo)率最小。圖3-4所示為玻璃棉熱導(dǎo)率與容重的關(guān)系,圖3-5所示為聚苯乙烯泡沫塑料熱導(dǎo)率與容重的關(guān)系。