建築物的科學(十七·熱傳導)

文摘   2024-08-16 19:01   中国澳门  


建築物材料為何失效?


本小節分為三個部分:

1 力 

2 熱

  2.1 冷熱交替

  2.2 熱傳導

3 水

 

2.2 熱傳導


「導熱性」形容一個材料或一個系統傳導熱的能力,不過這個遠遠不足以描述真實的情況。


在一個材料上,熱的傳遞一般包含全部三種方式:輻射、傳導和對流。如果材料是透氣性的,還有一些水分在裡面,那麼過程還要稍微複雜一些。水氣會對導熱性能有影響,這一點將會在關於水的章節討論。


導熱性不是一個單獨的數量值。從內在說,它與材料的性質以及含水率相關;從外在說,它和溫度、溫度差、系統穩定性相關。因此,這個性能不那麼容易被直接檢測。


導熱性的檢測方法有很多,對於不同的材料還有針對性的方案。一般而言,導熱性使用厚度-溫差-能量傳遞值的計算來衡量,得出「熱導率」[W/(mK)]。對應地,還有「熱阻率」,表達一個物體隔熱的能力,單位正好是其倒數[(mK)/W]。


導熱係數


對多個材料的導熱狀況進行測算比較複雜,於是科學家引入導熱係數這個概念。導熱係數是材料本身的性質,不以其形狀大小而改變。


-導熱係數(K)指一種均勻材料導熱的能力,單位為瓦每米每開爾文[W/(mK)]。如果一個材料厚度為1米,兩側溫差為1開爾文(或攝氏度),其1平方米面積導熱的功率是1瓦,那麼它的K值就是1W/(mK)


生活中常見的一些數據:軟木0.5;水0.6;玻璃1.1;陶瓷1.22;鐵80;銅401;銀420。石墨烯可以達到4000-5000。


摸摸身邊的東西,比較「溫和」的K值小,比較「刺激」的K值大。


-熱導(G)指一系統導熱的能力。單位是瓦每開爾文(W/K)。


-熱阻(R)指一系統阻熱的能力。單位是開爾文每瓦(K/W)。


-熱穿過一種材料的速率稱為導熱率(U-value)。單位是瓦每平方米開爾文[W/(㎡K)]。給定材料結構,知道其導熱係數,面積以及溫差,即可計算這系統傳遞熱能的功率如何。


-熱阻也有對應的阻熱率(R-value),單位是平方米開爾文每瓦(㎡K/W)。


除了導熱係數以外,其他的傳熱速率都不是材料的內在能力,而要考慮一個系統中的協同作用。要做實驗,也要做多種模擬才能得到較好的數據。此外,也要考慮通風帶來的熱效應,這在建築環境中尤其重要。




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