在圍護結構內所采用的建筑材料多少都會有一些空隙,存在著傳熱過程中對流與熱輻射的方式。因此嚴格的說,熱量通過材料層時,并不是只有導熱方式,但因為輻射和對流所占的比例很少,故在冷庫建筑熱工計算中,對通過圍護結構實體材料層的傳熱過程均按照導熱考慮。
(一)經過單層平壁的導熱
假定有一厚度為δ的單層均質平壁9(見圖3-2),其寬與高的尺寸比其厚度大得多。平整內外表面的溫度為tn和tw,且tw>tn
實踐證明,在穩定導熱條件下,通過壁面的傳遞熱量Q與平壁材料的導熱能力、壁面之間的溫差、傳熱面積和傳熱時間成正比,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;或選用熱導率λ在數值上等于:當材料層單位長度內的溫差1℃時,在1h內通過1m2表面積的熱量。
絕大多數建筑材料的熱導率介于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
熱導率λ是建筑材料的一個主要熱物理特性指標。它說明材料熱導率相差很大。但即使是同一種材料,因其工作條件的溫度和濕度不同,其熱導率也會有所變化。尤其是材料的濕度對材料的導熱系數影響最大。在冷庫建筑設計中如何確定隔熱材料熱導率的修正值,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,熱導率也越小;反之容重大,熱導率也大。這是因為材料的容重越小,說明材料中的空隙越多,而空氣中的熱導率通常要比實體材料的熱導率小。
材料的導熱性不僅與孔隙有關,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,熱導率越大,而且開口串通的孔隙比封閉孔隙的導熱性要高。所以雖是同一種材料,如多孔混凝土,由于生產工藝不同,在加工中因發泡劑的種類和用量的不同,內部孔隙的大小、形狀和孔隙的排列就可能大不一樣,這就會引起導熱性的差異。見圖3-3所示為多孔無機材料在烘干狀態下熱導率和容重的關系。
對于容重很小的材料,特別是纖維狀材料,當容重低于某個極限時,熱導率反而增大。這是由于由于孔隙過大,會使孔壁溫差增大,造成輻射傳熱量增加,同時對流換熱也增加。特別是當孔隙變成互相貫通時,對流換熱則更大。所以對這一類材料存在一個最佳容重,即在這個容重下熱導率最小。圖3-4所示為玻璃棉熱導率與容重的關系,圖3-5所示為聚苯乙烯泡沫塑料熱導率與容重的關系。