影响建筑保温性能的几个性能指标
王惠敏
（吉林省梅河口市建设局，吉林 梅河口135000）
摘 要：本文详细介绍论述了影响建筑保温性能的几个性能指标：1、关于导热系数；2、关于围护结 构的表面蓄热系数γ；3、材料的蓄热系数S；4、围护结构的传热系数K和热阻R；5、围护结 构的热惰性指标D。
关键词：导热系数；围护结构；蓄热系数；传热系数；热阻；热惰性 指标
中图分类号：TU111．4 文献标识码：B 文章编号：1008-7508（ 2010）02-0077-03
随着建筑节能工作的开展，出现了各种不同结构、不同保温材料的建筑物，这些不同结构、 不同保温材料的保温隔热技术对建筑物的耗能情况影响很大。导热系数、蓄热系数、传热系 数等是保温建筑材料及建筑热工设计中常用的几个性能指标，它们有的对建筑物的保温性能 影响很大，有的对建筑物的隔热性能影响很大，有的对建筑物的整体热稳定性影响很大等。 所以我们在选择保温材料时及建筑热工设计时都应注意以上几个系数对建筑物保温性能的 影响。
1、导热系数λ
导热系数就是物体中温度降度为1℃／m时，单位时间内通过单位面积的导热量，它的单位是 W／m·K。导热系数的数值表达了物质导热能力的大小。工程计算采用的各种物质的导热系 数值一般都是由实验测定。导热系数一般与材料的密度、温度、湿度及热流方向有关。
a．大多数建筑材料的导热系数都随着密度的增加而增大，这是因为材料的导热系数是由骨 架与气孔中空气的导热系数共同决定的。一般情况下，空气的导热系数越小，材料的导热系 数也就越小。良好的绝热材料应具有细小均匀密闭的孔隙，而对于松散状的纤维材料，其密 度变化幅度较大，导热系数随着密度的减小而降低，当密度小到一定程度时导热系数变化不 大，因此，对松散状的纤维材料来说，存在着一个最佳的密度值。
b．在一定的温度范围内，导热系数可以认为是温度的线性函数。一般来讲，材料随着温度 的升高，其分子的热运动增加，孔隙中空气的导热和孔壁的辐射热也增强，因而使导热系数 增大。然而，对于晶体结构的材料来讲，情况则正相反，导热系数随着温度的升高而降低。 因此，只有空隙率大的材料，其导热系数才会随温度的升高而增大。
c．材料的湿度是说明材料中含游离水分多少的一个指标，是影响导热系数又一重要因素。 当材料空隙中的部分空气被水分所代替时，由于水的导热系数(0．580W／m·K)比空气大20 倍，同时水分的存在增加了材料分子间的接触间隙，所以，随着材料湿度的增加，其导热系 数显著增大。特别是在潮湿负温状态下，其导热系数会增加更大。因为冰的导热系数(2．33 0W／m·K)比水的导热系数要大4倍。
d．导热系数只有在各向异性的材料中，即各个方向构造不同的材料中，才受到热流方向的 影响。如木材，当热流垂直木纹时，导热系数就减小；当热流平行木纹时导热系数就增大。 松木与云彬木垂直木纹方向的导热系数为0．174W／m·K；平行木纹方向的导热系数为0．34 9W／m·K，二者相差两倍，这是由于材料中不同方向的孔隙不同的缘故。
2、围护结构的表面蓄热系数Y
围护结构的表面蓄热系数是指在周期性的热作用下，当表面温度波动的振幅为1℃时， 通过围护结构表面所能传过的热流波动的振幅，它的单位是W／m2K。围护结构的表 面蓄热系数大，房间的热惰性大，房间的热稳定性就好。例如，对于一个直接受益 式的大阳房，如果房间围护结构的表面蓄热系数Y值较大，白天太阳辐射透 过玻璃窗照到房间里的墙体内表面或地板表面时，墙体内表面或地板表面温度升高较小 ，因此，墙体内表面或地板表面以对流方式向房间空气散出的热量就较少，白天室温的升 高就较小；在夜间，墙体内表面或地板得不到太阳辐射热，内表面温度必将下降，可是由于 围护结构的表面蓄热系数Y值较大，因此，表面温度每降低1℃，从表面向房间空气传出的热 量就较大，从而使室温降低的幅度较小。即对于围护结构表面蓄热系数大的房间，由于在得 热峰值阶段，房间的得热量能较多地蓄存在围护结构内表面，而待到房间没有(或只有少量) 得热时，再将这些热量从内表面释放出来，传给室内空气，保证了房间热稳定性的提高。
3、材料的蓄热系数S
材料的蓄热系数是指在一定周期的热作用下，当表面温度波动的振幅为1℃时，消耗于加热 无限厚墙体材料的热流波的振幅。当热波周期一定时，材料的蓄热系数只取决于材料本身的 热物性，即材料的导热系数、比热及密度等。因此，凡是重的、比热大的、导热性能好的材 料其蓄热系数S值就大，抵抗温度波动的蓄热能力就强，墙体材料内部温度的波动就小；反 之，它抵抗温度波动的蓄热能力就弱，墙体材料内部温度的波动就大。其实，围护结构表面 的蓄热系数Y和材料的蓄热系数S之间既有共同点，又有不同点。以单层均质材料组成的围护 结构为例：
a．两者的共同点是Y和S都是与材料热物性和热作用的周期有关。
b．两者的不同点是，当墙体材料层不太厚时，表面蓄热系数Y还与墙体材料层的厚度δ和 边界空气层的换热情况有关，而材料的蓄热系数S则只与材料的热物性有关。
c．表面蓄热系数Y和材料的蓄热系数S均可以代表该种材料表面吸收或放出热流量的能 力。
d．当热波作用周期一定时，材料的容重、比热和导热系数越大，表面的蓄热能力越强；当 材料一定时，热波作用的周期越短，其表面的蓄热能力就越强。
4、围护结构的传热系数K和热阻R
围护结构的传热系数K是指在两侧单位空气温差的情况下，在单位时间内通过单位面积的传 热量。它表明冷热流体间温度相差1℃时，通过每平方米面积，每秒钟可传递的热量，它的 单位是W／mK，K值是反映传热过程强弱的指标。
传热热阻R是表示热流垂直通过边长为1m的立方体材料的两个相对表面所受的阻力。它与传 热系数K互为倒数，所以它的单位是m2·K／W。传热阻力的大小与墙体两侧流体的性质、 流动情况、墙体材料、面积及形状等许多因素有关，所以它的数值变化范围很大。例如，对 于一个240mm厚外砖墙，K值约为2w／m2·K，而在热交换器内用水蒸气加热流过管内的水 时，K值可达5000W／m2·K。对于换热器，K值越大即传热热阻R越小，说明换热情况良好 。但对建筑物围护结构和热力管道的保温层等，它们的作用是减少热损失，当然K值越小即R 值越大越好。在建筑节能设计中，常采用平均有效传热系数和平均传热系数来表示。
a．一般说来，节能建筑的平均有效传热系数比其平均传热系数要大，这主要是冷桥附加耗 热造成的。
b．可以认为，平均有效传热系数真正反映了窗向、窗增减墙比、各围护结构热阻、冷桥等 诸因素对能耗的影响，平均传热系数则仅反映了窗墙比、朝向、各围护结构热阻对能耗的影 响。
c．如果以平均传热系数作为标准来评价节能建筑，会由于其值小而过于乐观。
5、围护结构的热惰性指标D
传热热阻R只代表围护结构抵抗导热的能力，它只能代表作为在稳定传热时 ，建筑围护结构的评价指标。对于实际建筑围护结构来说，出于经常不稳定传热 状态，此时，一般多采用建筑围护结构传热热阻R和材料的蓄热系数S的乘积， 即围护结构的热惰性指标D来评价围护结构热工性能的指标，其表达式为D=R· S，单位为m2·K／W。由于热阻R表达了材料层抵抗热流波的能力，而蓄热 系数表达材料层抵抗温度波的能力，所以热惰性指标D则是表达了围护 结构抵抗热流波和温度波在材料层传播的指标。热惰性指标D越大，说明外来 热波穿透围护结构需要的时间越长，波动幅度被减弱的程度也越大，围护结构 的热惰性越好，越有利于房间的整体稳定性。所以，对于一般建筑围护结构来说，用热惰 性指标D作为评价值还是比较全面的。
综上所述，冬季的保暖和夏季的隔热是保温建筑材料应具有的两个基本条件，所以，我 们在建筑热工设计中，在注重材料保温作用的同时，还应兼顾到材料的隔热作用。
在建筑热工设计中，保温性能常用传热系数K和热阻R表示。保温性 能的好坏主要取决于导热系数λ的大小。导热系数越小其保温性能越好，它是与材料的密度ρ成正比的。
在建筑热工设计中，隔热性能往往用热阻R和蓄热系数S的乘积，即热惰 性指标D来表示。隔热性能的好坏主要与蓄热系数S有关。但隔热性能却与材 料的密度成反比，即材料的密度越小，保温性能越好，蓄热系数S也越 小，但其隔热性能却很差。
在建筑热工设计中，选择保温材料时，不能片面追求密度小、导热系数 小的保温材料，而应注意选择密度较小、导热系数和蓄热系数适中的材料；若是 屋面防水设计还应注意材料的防水、隔气性能等。
收稿日期：2010-2-15
作者简介： 王惠敏(1965～)，女，吉林梅河口人，现在梅河口市建设局乡建管理处工作。
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