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热传导计算器

240 mm 砖墙、10 m²、内外温差 20 K:导热损失约 583 W——加 50 mm 岩棉可降到 90 W。

热传导计算器

什么是热传导计算器?

热传导计算器 - 平壁导热热流量在线计算插图

傅里叶定律:Q = kA·ΔT/d,热流量与导热系数 k、面积 A、温差 ΔT 成正比,与厚度 d 成反比。热阻 R = d/k(m²K/W)把导热变成「欧姆定律」:Q = ΔT/R。多层平壁热阻串联相加,Q = ΔT/(R1+R2+…)。

材料导热系数量级(W/mK):铜 400、铝 160、钢 50、砖 0.7、混凝土 1.3、岩棉 0.04、聚氨酯 0.025、静止空气 0.026——保温材料的本质就是锁住静止空气。建筑传热系数 U = 1/(Rsi+ΣR+Rse),内外表面换热阻 Rsi≈0.13、Rse≈0.04 别漏算。

多层复合壁面的导热计算需要区分串联热阻与并联热阻:同方向传热的各层热阻串联 R总 = R1+R2+...+Rn,而不同材料并列传热(如框架填充墙中钢柱与保温板并列)则热阻并联 1/R总 = 1/R1+1/R2+...。热桥效应是并联热阻的极端表现——金属龙骨的热阻远低于保温层,形成局部高热流通道,使整体传热系数比纯面积加权高出 20-50%。

导热系数 k 值并非常数,它随温度、湿度和材料密度变化。金属的 k 随温度升高略降(铜 0 C 为 401、100 C 为 393 W/mK),而保温材料 k 随温度升高明显增大(岩棉 20 C 为 0.04、200 C 为 0.07 W/mK),高温隔热设计须查温度曲线。含水率每增加 5%,砖墙 k 约升 20%——保温层受潮是建筑节能失效的首要原因。

Q = k·A·ΔT/d,R = d/k

例如 k=0.7 W/mK、A=10 m2、d=0.24 m、dT=20 K,Q = 0.7 x 10 x 20 / 0.24 = 583 W;加 50 mm 岩棉 k=0.04,R总=0.34+1.25=1.59,Q=126 W,节能 78%。

常用建筑材料导热系数
材料导热系数 k (W/mK)密度 (kg/m3)用途
铜4008900导热元件
钢507850结构承力
砖砌体0.71700外墙主体
岩棉板0.04120保温隔热
聚氨酯0.02535高效保温

如何使用热传导计算器

  1. 1

    输入导热系数 k(W/mK,默认砖 0.7)、面积 A(m²)。

  2. 2

    输入壁厚 d(mm)与两侧温差 ΔT(K)。

  3. 3

    点击计算,查看热流量 Q(W)与热阻 R。

计算示例

例 1砖墙 240 / 10 m² / 20 K

Q = 0.7×10×20/0.24 = 583 W;R = 0.24/0.7 = 0.34 m²K/W。

例 2加 50 mm 岩棉

R总 = 0.34 + 0.05/0.04 = 1.59;Q = 10×20/1.59 = 126 W——含表面热阻后约 90 W,节能 85%。

注意事项

  • 湿材料 k 值显著上升:含水率每 +5%,砖墙 k 约 +20%,保温层受潮失效。

  • 导热系数随温度变化:岩棉 20 ℃ 0.04,200 ℃ 约 0.07,高温工况查温度曲线。

  • 一维平壁假设不含热桥:混凝土梁、金属龙骨形成热短路,实际损失高 20–50%。

常见问题

VIP 板 k 约 0.004–0.008,是岩棉的 1/5–1/10;冷链、冰箱用,破损即失效。

按圆筒壁导热 Q = 2πkLΔT/ln(d2/d1),存在临界保温直径——小管包太薄反而散热增加。

U = 1/R总(W/m2K),互为倒数。外墙节能标准常要求 U <= 0.4-1.5(按气候区),对应 R总 0.7-2.5。U 值越小保温越好,R 值越大隔热越强,两者描述同一热阻性能。

VIP 板内部抽真空至 1-5 Pa,消除了气体对流传热,k = 0.004-0.008 W/mK,是岩棉的 1/5-1/10。但面板破损即进气失效,且无法现场切割,须预制精确定尺。用于冰箱、冷链和超薄保温外墙。

不同。圆筒壁导热 Q = 2 x pi x k x L x dT / ln(d2/d1),d1 为内径、d2 为外径。存在临界保温直径 Dc = 2k/h,管径小于 Dc 时加保温反而增大散热,须先用临界直径判据。

水的 k = 0.6 W/mK 是静止空气(0.026)的 23 倍。岩棉含水率 5% 时 k 从 0.04 升至 0.06(+50%),10% 时 k 翻倍。防水隔汽层是保温系统的生命线,蒸汽渗透方向(暖侧)须设连续隔汽膜。

线性热桥(psi 值)附加传热,按 ISO 14683 查表或二维有限元算 psi。简化修正:面积加权 U 值乘 1.2-1.5 热桥系数。外保温连续包覆结构(如 EPS 外贴)可基本消除热桥,内保温则无法避免。

电子散热器与芯片之间、螺栓连接结构件之间,界面微观凹凸只有 1-3% 实际接触,空气隙热阻极大。涂导热硅脂(k=1-3)或导热垫后接触热阻降 80% 以上,功率器件必须处理。

内外表面各有对流+辐射换热阻 Rsi 和 Rse。室内 Rsi 约 0.11-0.13 m2K/W(水平面)、Rse 约 0.04-0.06(室外风速 3 m/s)。总热阻 R总 = Rsi + R1+R2+...+Rn + Rse,U = 1/R总。

稳态导热中热流连续穿过各层,每层按各自热阻(L/kA)分摊温降——串联电路的欧姆定律同构。算错的多是单位:mm 厚度配 W/(m·K) 导热系数时记得除以 1000,或者空气层(对流+辐射复合)不能当纯导热算,要查热阻表(如 40mm 空气腔 ≈ 0.18 m²K/W)。

参考资料

  1. [1]Incropera Fundamentals of Heat Transfer
  2. [2]ASHRAE Handbook Fundamentals
  3. [3]GB 50176 民用建筑热工设计规范
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凯文内容作者Calcton 工程编辑组 口径审核Calcton 编辑组 交叉审核· 内容更新于 2026-05-05

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引用本页

GB/T 7714 格式

Calcton. 热传导计算器[EB/OL]. https://www.calcton.com/heat-conduction, 2026-05-05.

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最后更新:2026-05-05。

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