平壁传热量计算方法及其应用

在初步了解了三种热传递方式后，即可导出传热过程的基本计算式。设有一大平壁，面积为Fm2，两侧分别为温度tf1的热流体和tf2的冷流体，两侧换热系数分别为α1及α2，两侧壁面温度则分别为tw1和tw2，壁的材料导热系数为λ，厚度为δ。壁的长和宽均远大于它的厚度，可认为热流方向与壁面垂直。若传热过程是稳定状态，即各处温度及传热量不随时间改变，就可将平壁内在传热过程中的各处温度描绘在t—x坐标图上，如图5－3中的曲线所示。

图5－3　单层平壁的传热过程

整个传热过程可以分三段分别用下列三式来表达。

热量由热流体以对流换热传给壁左侧：

热量以导热方式通过壁：

热量由壁右侧以对流换热传给冷流体，即：

在稳定传热的情况下，以上三个过程中传递的热流通量q相等，把它们改写为：(www.xing528.com)

三式相加，消去tw1和tw2，整理后得：

K称为传热系数，它表明单位时间、单位面积上，冷热流体间每单位温度差可传递的热量。它反映传热过程的强弱。一砖厚（240mm）的普通房屋外墙的K值约为2W/(m2·K)，而250mm厚的房屋“加气混凝土”外墙的K值约为0.59W/(m2·K)。对于工艺性空调区围护结构传热系数，现行的国家节能设计标准给出了一些规定。例如纺织厂车间的屋顶和外墙，其最大传热系数分别为0.8W（m2·K）和1.0W/（m2·K）。对于为了减少热损失的建筑物围护结构和热力管道的保温层等，K值当然是越小越好。K值愈小，冷量或热量浪费愈小，空调系统愈经济，但K值要受到建筑结构与材料等投资影响，不能无限制减小。传热系数K值的选择与保温材料价格即导热系数、室内外计算温差、初投资费用系数、年维护费用系数以及保温材料的投资回收年限等各项因素有关，而不同地区的热价、电价、水价、保温材料价格及系统工作时间等也不是不变的，很难给出一个固定不变的经济K值。

按热阻概念改写式（5－14）得：

RK为平壁单位面积传热热阻（m2·K/W），即：

从式（5－17）可见，传热过程的热阻等于热流体、冷流体的换热热阻及壁的导热热阻之和，相当于串联电阻的计算方法，掌握这一点对于分析和计算传热过程十分方便。由传热热阻的组成不难认知，传热热阻的大小与流体的性质、流动情况、壁的材料以及形状等许多因素有关。

对于纺织车间而言，有了建筑物围护结构的K或RK值，根据室内、外的温度情况，就能计算出通过围护结构的传热量，从而可以得到空调系统需要补充或排除的热量值。