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來自 孔夫子舊書網 的圖片

導熱係數是全國科學技術名詞審定委員會公布的一個科技名詞。

漢字作為一種形、音、義三位一體的符號系統[1],源於日月鳥獸之形,作為中華文明之標誌[2],連接中華民族的歷史、現在和未來,方正之間充滿美感。

名詞解釋

導熱係數是指在穩定傳熱條件下,1m厚的材料,兩側表面的溫差為1度(K,℃),在一小時內,通過1平方米面積傳遞的熱量,單位為瓦/米·度 (W/(m·K),此處為K可用℃代替)。

導熱係數是建築材料最重要的熱濕物性參數之一,與建築能耗、室內環境及很多其他熱濕過程息息相關。

導熱係數僅針對存在導熱的傳熱形式,當存在其他形式的熱傳遞形式時,如輻射、對流和傳質等多種傳熱形式時的複合傳熱關係,複合傳熱關係通常被稱為表觀導熱係數、顯性導熱係數或有效導熱係數(thermal transmissivity of material)。此外,導熱係數是針對均質材料而言的,實際情況下,還存在有多孔、多層、多結構、各向異性材料,此種材料獲得的導熱係數實際上是一種綜合導熱性能的表現,也稱之為平均導熱係數。

影響因素

不同物質導熱係數各不相同;相同物質的導熱係數與其的結構、密度、濕度、溫度、壓力等因素有關。同一物質的含水率低、溫度較低時,導熱係數較小。一般來說,固體的熱導率比液體的大,而液體的又要比氣體的大。這種差異很大程度上是由於這兩種狀態分子間距不同所導致。工程計算上用的係數值都是由專門試驗測定出來的。

隨着溫度的升高或含濕量的增大,所測5種典型建築材料的導熱係數都呈增大的趨勢。下面從微觀機理上對此加以分析。對多孔材料而言,當其受潮後,液態水會替代微孔中原有的空氣;而在常溫常壓下,液態水的導熱係數(約為0.59W/(m·K))遠大於空氣的導熱係數(約為0.026W/(m·K)),因此,含濕材料的導熱係數會大於乾燥材料的導熱係數,且含濕量越高,導熱係數也越大。若在低溫下水分凝結成冰,由於冰的導熱係數高達2.2W/(m·K)),因此材料整體的導熱係數也將增大。

與受潮帶來的影響不同,溫度升高會引起分子熱運動的加快,促進固體骨架的導熱及孔隙內流體的對流傳熱。此外,孔壁之間的輻射換熱也會因為溫度的升高而加強。若材料含濕,則溫度梯度還可能造成重要影響:溫度梯度將形成蒸汽壓梯度,使水蒸氣從高溫側向低溫側遷移;在特定條件下,水蒸氣可能在低溫側發生冷凝,形成的液態水又將在毛細壓力的驅動下從低溫側向高溫側遷移。如此循環往復,類似於熱管的強化換熱作用,使材料表現出來的導熱係數明顯增大。

研究方法

通常,物質的導熱係數可以通過理論和實驗兩種方式來獲得。

理論上,從物質微觀結構出發,以量子力學和統計力學為基礎,通過研究物質的導熱機理,建立導熱的物理模型,經過複雜的數學分析和計算可以獲得導熱係數。但由於理論的適用性受到限制,而且隨着新材料的快速增多,人們迄今仍尚未找到足夠精確且適用於範圍廣泛的理論方程,因此對於導熱係數實驗測試方法和技術的探索,仍是物質導熱係數數據的主要來源。

導熱係數的測試分為動態法和穩態法,穩態法又分為熱流計法和防護熱板法。考慮到儀器精度以及控溫範圍,參照GB/T10294-2008標準,採用防護熱板法進行測試。

參考文獻