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能量 · 環境 · 熱與效率

建築隔熱與熱阻

隔熱材料可減少溫差造成的熱傳遞。厚度相同時,熱傳導係數不同,熱阻也會不同。

相關實驗:房屋隔熱與熱損失 →
房屋隔熱與熱損失
房屋隔熱與熱損失實驗場景 →

意義與機制

平面牆壁的穩態熱傳導中,厚度越大或熱傳導係數越小,熱量越難傳遞。可用熱阻來表示這種效果。

對於熱量在多層中進行傳遞,應將每層材料的熱阻相加。 室內和室外表面的熱傳遞也可以作為熱阻項進行計算。

關係與條件

單位面積的導熱係數是 d/k,熱量損失速率為 P=AΔT/R。如果導熱係數翻倍,同時保持相同的溫度差,那麼理想的熱量損失速率將減半。

實際建築中存在窗戶、熱橋以及通風和熱量積聚的縫隙。然而,僅僅根據牆體 1 維的熱傳導係數來預測總的供暖能量消耗,並不能提供準確的方法。

觀察實驗中需要注意的事物

牆壁和絕緣體的熱阻值相加。 在恆定溫度差的情況下,更高的熱阻值會減少熱損失。

採用熱傳導係數為 0.04 W/(m·K) 的隔熱材料,以及熱傳導係數為 0.8 W/(m·K)、厚度為 0.15 m 的牆體。表面熱阻為 0.13·0.04 m²K/W。模型採用穩態 1 維熱傳導,省略窗戶、熱橋、通風和蓄熱。

關鍵關係與符號

Rtotal = 0.13 + 0.15/0.8 + d/0.04 + 0.04 · P = AΔT/Rtotal

符號及公式中使用的單位
符號含義單位
d絕緣厚度m
k熱傳導係數W/(m·K)
R_total單位面積的總熱阻m²·K/W

透過範例確認

牆和絕緣電阻如何進行組合?

將它們串聯 · 牆和絕緣層的熱阻可以串聯。 在恆定溫度差下,更高的熱阻會減少熱損失。

常見誤解

  • 隔熱材料會減慢熱量傳遞,並非自行產熱使室內變暖。

透過實驗探索這個概念

參考文獻

OpenStax · 物理學:大學教材,第二卷 (英文版)