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内墙保温的原理探讨:永恒的热传递

保温材料知识 admin 1716浏览

在保温行业,一切理论分析的根基都是围绕一个永恒的自然力量:热传递

第一:保温材料的理论基础

根据热传导理论,真空不传递热量,例如我们生活中常见的开水暖壶,就是用双层玻璃制造了一个真空层,可以保持热水一两天不变凉。
如果我们能在建筑表层制造出真空层,那热量的损失就是零,就是最完美的保温层,但是目前的科技还没这水平。
做真空保温层不行就退而求其次,除了真空还有什么热传递比较慢?
热传递的速度一般规律是:金属固体 > 非金属固体 > 液体 > 气体
气体的热传导速度是最接近真空的,什么气体最合适呢?当然是免费的空气了!
我们只要想办法制造无数的空气泡泡粘合在一起就是完美的保温材料,这就是发泡型保温材料的理论基础。

目前主流的保温材料都是依靠空气层隔温的发泡类材料。
保温效果明显的材料一定具备大量的“空气层结构”,这些气泡被固体材料分隔开,并由这些固体材料作为强度支撑。
这和双层玻璃的保温原理一致,都是依靠空气形成的中空层来起到尽量阻断热传递的作用。
材料内部形成的封闭空气泡越多,越接近纯空气的导热数值,保温效果越明显。
内墙保温改造
第二:室内保温的理论基础

室内和室外的温度差越大,热传递的速度就越快,室内外的高温差越难以维持。
在夏季,室内室外温差一般在5度左右即可感觉很凉爽,所以比较容易实现。
室内开空调的时候,即使窗户不关严,也不太影响制冷的效果。
在冬季,室内需要达到18度甚至更高才会体感上觉得温暖,这时室内外温差就不止20度了。
在热量供给一定的情况下,要想维持这么大的温度差,对房间的热传导是一个很大的考验。
如果实现内墙保温层100%隔绝热传递,室内只要有热源,室内温度就会一直上升,直到和热源的温度相同。
对现实的指导意义就是:暖气供热或者空调加热功率一定的情况下,只要尽可能降低室内和室外的热传递,就可以有效提高室内温度。
室内保温原理示意图
第三:生活中的理论总结

市区老旧小区的楼头楼尾及楼顶用户,相同的供暖管道,室内温度明显低于非楼头楼顶用户,室内温度和同片区的新建小区相比差的更多。
在农村,非集体供暖门面及自建厂房等自家小锅炉供暖和电取暖用户,想让室内保持适宜生活的温度(比如市内小区集体供暖的室内温度),相同供热面积下,需要消耗的费用(燃煤或电费
)是市区集体供暖缴费的3-10倍。

甚至很多自建房屋,无论如何努力供暖,达到市区集体供暖的温度都是不可能完成的目标。
并且供暖源一旦减弱(锅炉封火或关闭部分电暖)室内温度在极短时间内降入冰点(在午后甚至低于户外温度)。
屋里为什么冷呢?想一想第二点讲到的保温理论。
如果你家是自建房屋,摸一摸你家的墙面,什么温度?
如果有爬梯的话再去测一测室内屋顶的温度,结果会很惊喜,测量的温度应该和室外的温度相差不大!
也就是说,你在用不到一平米的热源供应着热量,却有一百平的冷源(墙壁 屋顶 玻璃窗 铝合金)吸收着热量。
室内的空气被热源加热后瞬间就被冰冷的墙壁和屋顶降温。
可以简单点说:你家的热源(暖气片 电暖气 空调)需要先给冰冷的墙面加温,才能温暖你的空气。
当你家室内墙壁温度没有达到20度的时候,你家室内的空气也不会达到20度。

那怎么才能让室内墙壁变成20度呢?

1.房子四周建成火墙,瞬间温暖。
2.四周都住上邻居每家都室温20度
3.把墙上挂满暖气片

当然这几种方案都是天方夜谭不可能实现的。
提出解决方案之前,先从基本的自然规律开始研究:有一种强大的自然力量叫热传递。
它在不断的平衡着万物的温度差。
导热性能(导热系数)越好,温度差越大,热传递就越剧烈。
当室内的温度高于室外温度时,热传递开始介入平衡温度差,直到室内室外温度相同。

所以要保持室内的温度高于室外温度,就有了两条路径:

第一 不断给室内供给热量
只要室内太冷了,不断给室内供给热量大家都不傻,冬季每户都会供暖,无论是自供暖还是集体供暖。

第二 尽量减少室内外之间的热传导
这个很多人根本没有想到过,相同供暖条件下,恰恰是这点才是室内温度的决定因素。
室内室外热传导的导体有什么,门窗 墙壁 以及开门后的对流空气。
导热系数从高到低依次为:门窗(金属 玻璃)> 墙壁(混凝土)> 门(木材)> 空气

分析出这些之后,回到第一篇提出的问题:

1.市区老旧小区的楼头楼尾及楼顶用户,相同的供暖管道,室内温度明显低于非楼头楼顶用户,室内温度和同片区的新建小区相比差的更多。

楼头楼尾及楼顶用户,相对于其他住户,门窗 墙壁 以及开门后的对流空气,这几条因素差别并不大,唯一不同的是:相对其他住户至少多一面与外界冷空气直接接触的墙壁。
这面墙壁所在的房间是温度最低的,并且明显低于其他房间。顶楼楼头住户更加明显。

这面冷墙就是根源,室内的热空气通过这面墙与室外的空气不断进行着热传递,最终将室内外气温趋于相同。当然室内有供暖热源的话,不会降温到和室外相同的温度。
A:如果在同一时间内,室内增加的热量大于墙壁和窗户对流空气,热传递导出的热量,室内气温逐步提升。
B:同一时间内,室内增加的热量小于热传递导出的热量,室内温度逐步降低。
C:同一时间内,增加的热量和热传递导出的热量相同时,室内温度趋于恒温。

A B C 三种形式只是理想状态下的模型分析,实际的供暖热源不是恒定不变的,室内的热传递要更加复杂,室内的热传递不但有和户外的热传导,还有室内各房间的传导,室内物体移动吸收
和释放的热量交换等。

室内外的相对温差越大,热传导系数不变的情况下,热传导就越剧烈。
简单点解释:假如室外是0度,切断热源,室内从10度降低到0度,可能需要3小时。室内从20度降到10度,可能只需要半小时。
也就是说要保持室内温度越高越困难。

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保温原理展示

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