传热系数

热力学中的基础含义

传热系数以往称总传热系数。国家现行标准规范统一定名为传热系数。传热系数K值，是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1度（K或℃），单位时间通过单位面积传递的热量，单位是瓦/（平方米·度）（W/㎡·K，此处K可用℃代替），反映了传热过程的强弱

简介

墙体的传热系数K是表征墙体(含所有构造层次)在稳定传热条件下，当其两侧空气温差为1K(1℃)时,单位时间内通过单位平方米墙体面积传递的热量,单位为W/(M2.K)。即传热系数K是包含了墙体的所有构造层次和两侧空气边界层在内的。它表征了墙体保温系统的热工性能，有研究表明外墙传热系数的减少将明显的降低建筑能耗。

计算方法

对于空调工程上常采用的换热器而言，如果不考虑其他附加热阻，对于单层围护结构传热系数K值可以按照如下计算：

K=1/(1/h1+δ/λ+1/h2) W/(㎡·°C)

其中，h1，h2——围护结构两表面热交换系数，W/(㎡·°C)；

δ——管壁厚度，m；

λ——管壁导热系数，W/(m·°C)。

计算公式

1、围护结构导热热阻的计算

单层结构热阻 R=δ/λ(m2.K/w)

式中： δ—材料层厚度（m）；λ—材料导热系数[W/(m.k)]；

多层结构热阻 R=R1+R2+----Rn=δ1/λ1+δ2/λ2+----+δn/λn

式中: R1、R2、---Rn—各层材料热阻（m2.k/w）；δ1、δ2、---δn—各层材料厚度（m）；λ1、λ2、---λn—各层材料导热系数[W/(m.k)]；

2、围护结构劈面对流换热热阻

内表面换热阻：Ri=1/h1；

外表面换热阻：Re=1/h2；

3、围护结构的传热热阻

R0=Ri+R+Re

式中: Ri —内表面换热阻（m2.K/W）（一般取0.11）；Re—外表面换热阻（m2.K/W）（一般取0.04）

R —围护结构热阻（m2.K/W）；

3、围护结构传热系数计算

K=1/ R0 (w/(m2.k))

式中: R0—围护结构传热热阻；

门窗传热系数计算

1、外墙受周边热桥影响条件下，其平均传热系数的计算

Km=(KpFp+Kb1Fb1+Kb2Fb2+ Kb3Fb3 )/( Fp + Fb1+Fb2+Fb3)

式中:Km—外墙的平均传热系数[W/（m2.k）]；

Kp—外墙主体部位传热系数[W/（m2.k）]；

Kb1、Kb2、Kb3—外墙周边热桥部位的传热系数[W/（m2.k）]；

Fp—外墙主体部位的面积；

Fb1、Fb2、Fb3—外墙周边热桥部位的面积；

2、铝合金门窗的传热系数的计算

Uw =（Af*Uf+Ag*Ug+Lg*Ψg)/(Af+Ag)

式中:

Uw — 整窗的传热系数（ W/m2·K）；

Ug — 玻璃的传热系数（ W/m2·K）；

Ag — 玻璃的面积 m2；

Uf — 型材的传热系数（ W/m2·K）；

Af — 型材的面积 m2；

Lg — 玻璃的周长 m；

Ψg — 玻璃周边的线性传热系数（ W/m2·K），现场检测。

窗户由框扇材料与玻璃系统组成 , 若假定玻璃及框扇的传热为严格的并联关系 , 则窗户的总热绝缘系数R 为 :

R =1/〔1/(Fg+Ff)*(Fg/Rg0+Ff/Rf0)〕

式中 :Rg0 -玻璃系统对应的总热绝缘系数(指所考虑对象内侧空气至外侧空气的热绝缘系数)；

Rf0 -框扇所对应的总热绝缘系数(指所考虑对象内侧空气至外侧空气的热绝缘系数)；

Fg -玻璃的面积；

Ff -窗框的面积。

如果已知框扇所占的面积比率 ηf :

ηf =Ff/(Fg+Ff)

以所对应的传热系数 U 值来表示 , 得到简单又实用的关系式 :

U =Ug +ηf*(Uf-Ug)

式中Ug-玻璃的传热系数；

Uf-窗框的传热系数。

现场检测

目前,现场检测墙体热阻传热系数的方法主要有以下几种：热流计法和功率（行业内称为热箱法,为了保持统一方便交流,以下仍称为热箱法）、非稳态法，下面分别阐述。

热流计法

热流计法的基本思路是用热流计测得通过被测墙体的热流量,同时测得墙体两侧的温度,就可以计算出被测墙体的热阻和传热系数。

热流计的测头是根据热电效应和温度梯度的原理制成的。测头内埋设有热电堆，当有一定的热流q垂直流过热流计测头时，在其基板两面就有一定的温差△T，这个温度差使装在基板内的热电堆产生一定的电动势。由于基板的厚度公和导热系数一定,在稳定导热的条件下,其热流密度与测头两侧的温差△T成正比，也与产生的电动势成正比。热流计法最根本的要求是通过热流计的热流既是通过被测对象的热流,并且这个热流平行于温度梯度方向,即通过热流计的热流为稳态一维传导,不考虑向四周的扩散。这样同时测出热流计冷端温度和热端温度,即可根据公式计算出被测对象的热阻和传热系数

R=(T2-T1)/(E*C)

K=1/(Ri+R+Re)

式中K为传热系数[W/(m2.K)]；

E为热流计读数(mv)；

C为热流计测头系数[W/(m2.mv)]，热流计出厂时已标定；

R为被测物的热阻（m2.K/W）；

T1为被测物冷端表面温度（℃）；

T2为被测物热端表面温度（℃）；

Ri为内表面换热阻（m2.K/W）；

Re为外表面换热阻（m2.K/W）。

如果受到现场条件限制如采用页岩颗粒的防水卷材的屋顶不光滑,如果不进行处理就不能够精确测得外表面温度。有的用石膏、快硬水泥等先抹出一块光滑的表面再贴温度传感器测量温度,这样又会带来附加热阻,并且由其引起的误差无法精确消除。在内外表面温度不易测定时,可以利用百叶箱测得内外环境温度、几以及通过热流计的热流,可以根据公式计算出被测对象的传热阻和传热系数：

R0=(Ta-Tb)/(E*C)

K=1/R0

式中为R0被测物的传热阻（m2.K/W）；

式中其它符号同上。

热箱法

现场检测用的热箱法一般是防护热箱法。是将计量箱放置在一个温度受到控制的空间内,控制计量箱内部温度和室内空气温度保持一致,使得计量箱与外部环境之间没有热量交换，另一侧为室外自然条件。维持热箱内温度高于室外温度以上。这样被测部位的热流总是从室内向室外传递,形成了一维热流。当热箱内的加热量与通过被测部位传递的热量达到平衡时,计量箱的功率就是被测部位的传热量。记录计量箱的发热量和热箱内、室外温度,利用公式一计算就能得到被测部位的传热系数。

也有的采取双箱体的方法,即在计量箱外再套一个防护箱,测试时保持计量箱和防护箱内温度一致即可。

操作条件与方法：

测量结束后由仪器自动计算出传热系数,也可由人工用EXCEL或金山电子表

格进行数据处理计算出被测部位的传热系数。

非稳态法

常功率平面热源法是非稳态法中一种比较常用的方法,适用于建筑材料和其它隔热材料热物理性的测试。其现场检测的方法是在墙体内表面人为地加上一个合适的平面恒定热源，对墙体进行一定时间的加热,通过测定墙体内外表面的温度响应辨识出墙体的传热系数。绝热盖板和墙体之间的加热部分由5层材料组成,加热板C1、C2和金属板E1、E2对称地各布置两块，控制绝热层两侧温度相等，以保证加热板C1发出的热量都流向墙体，E1板对墙体表面均匀加热的作用。墙体内表面测温热电偶A和墙体外表面测温热电偶D记录逐时温度值。

影响因素

传热系数是一个过程量，其大小取决于壁面两侧流体的物性、流速，固体表面的形状、材料的导热系数等因素。在建筑物热损失计算中，是表征外围护结构总传热性能的参数，其值取决于围护结构所采用的材料、构造及其两侧的环境因素。传热系数愈大的围护结构保温效果愈差，如一般单层3mm厚玻璃的金属窗传热系数为 6.4W/(mK)，370mm厚两面抹灰的砖墙传热系数为1.59W/(mK)。如图1所示。

K值愈大，传热过程进行得愈为强烈。传热系数不仅主要取决于热、冷流体的物理性质和各自的平均流速，还与固体壁面的厚度及其材料的导热系数等许多因素有关，一般都借助于具体实验并按传热方程式计算确定，或通过计算传热过程的单位面积总热阻Rt而得到。下表列出几种常见传热过程K的大致数值范围：

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