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1、第五章家庭能源节约及热传控制三 种 热 能 传 递 的 方 式l传导(Thermal Conduction)-需固体的传导介质l对流(Thermal Convection)-液态对流介质l辐射(Thermal Radiation)-无须介质，即能传递热能l有效的房间设计、适当的材料选择可较传统设计的方式减少大半的能源消耗l旧有房屋不需大幅度改建或翻新，仅加以适当地改建(Retrofitting)或处理，即可大幅降低房屋之加热或冷却所需的成本。l多使用有效率的家电用品、采用太阳能设施亦有助于降低能源的消耗量B.建 筑 材 料l金属材料：若是电的良导体，则通常亦是热的良导体。但陶瓷材料则不然，可以
2、是电的绝佳绝缘体，虽不一定是好的热导体，但却可能是好的热储存体。l热阻：阻碍热能从一个物体流动到另一个物体的性质p绝缘物质通常是一个好的热阻传导材料p空气也是一良好的绝缘体，特别是空气静止不动时，可防止对流的热传导。p具多孔性的材料因孔隙中充满空气，如玻璃纤维，所以可提供热流动一个很好的阻挡效应。p不同衣料和结构得以减少或增加身体的热损失，如冷天穿着羊毛织衣物比穿聚酯衣物来得暖和，即因毛织品具多孔性热辐射(Thermal Radiation)-材料的颜色会影响热辐射l黑色物体的反射及吸收效果均比白色或具发亮表面的物体来得好。l浅色物质通常为不良的辐射吸收器l一个对辐射是好的反射体，则亦是好的吸
3、收体。l冰水放在银白色盘子里，其保冷时间比放在深灰色盘子里久。l炎热阳光充足的天气里，大家喜欢穿着浅色衣物。l太阳能吸收器通常漆成灰色，以增加它的吸收效果。l喝咖啡时若欲延长保温效果，应先加奶精还是后加好？图5.1 如果想要享受最香醇最热的咖啡，你应该在最初就加入奶精，而不是在想要喝之前才加入。p因奶精的加入可使咖啡的颜色变浅，因此可使热辐射变得缓慢些。p此外，奶精的加入可使咖啡的温度降低，因此热辐射和热对流的T变小，故使得热传速率降低。图5.2 热水瓶截面图真空：可防止热传导和对流的发生镀银表面：减低热辐射的损失不良导体的瓶塞：如绝缘玻璃、软木或塑料制瓶塞C.房房屋屋绝绝缘缘及及加加热热计计
4、算算增加房屋的绝缘性，是大幅减少房屋能源消耗的最简单且最经济的有效方法之一。可达50%的效率R /k 值越高，材料的绝缘性质越佳表5.1美国联邦住屋局最低绝缘推荐值以前1978现 在天花板R-19R-38(12玻璃纤维)墙 壁R-11R-19(6玻璃纤维)地 板R-11R-22(7玻璃纤维)表5.2一些平常建筑物材料的R值*材 料厚度R值(ft2-h-F/Btu)硬木(橡树、柚木)10.91软木(针叶树材)11.25夹板0.50.62混凝土块81.04混凝土砖10.20石膏板0.50.45玻璃纤维绝缘3.510.9玻璃纤维绝缘619.0延伸的聚苯乙烯板14.0延伸的聚苯乙烯板16.3纤维绝缘1
5、3.7高R保护层18.0平面玻璃0.1250.88绝缘玻璃0.25(气隙)1.54绝缘玻璃0.5(气隙)1.72木质底板0.78130.98硬木地板0.750.68尼龙地毯12.0磁砖0.05沥青屋顶板0.44石棉板0.21钢筋10.0032铜10.0004木质墙板(加绝缘)0.50.81*数据源：美国加热冷冻空调工程师协会(ASHRAE)，“Handbook of Fundamentals”,1991。公制系统中R单位为m2-C/W；R值(公制)=R值(英制)0.57图5.3 5.3 相同R 值(22 ft2-h-F/Btu)之各种材质对应的厚度。采用超绝缘的加拿大多伦多办公室建筑，无暖气炉
6、。利用来自机器、照明及人员所产生的热能，将之储存起来并予流通。南向窗户采用绝缘玻璃及顶级绝缘。图5.45.4 考虑具有组合结构的房屋墙壁热阻之计算。房屋的外壁可以是多种材料的结合组合结构体的总热阻=各层的热阻相加之总和Rtotal=R1+R2+R3+.空气的流动速度对热阻的影响l传导和对流的组合效应已包括在表5.2的R值计算中l但对流的热阻力大小主要取决于沿着表面运动的空气速度l表5.2中的R值系假设建筑外部空气层的风速为10 mph时的计算值，若风速增加到15mph，则空气层的R值将会减少至50%。l故靠近房屋处种植树木和灌木，可保护房屋避免受到严冬风害，并减少因热传递对流所造成的热损失。(
7、a)如图所布置的短防热窗帘布，则允许空气自由地经由窗户流动，使得窗户内部自然对流，故容易造成热损，而非减低；(b)垂地长窗帘布提供与窗户间多一层空气保护，可以阻止对流产生紧密的遮阳窗帘或衬料可减低热损(其与窗户间构成一空气层之故)，而衬料本身亦提供绝缘。空气渗透造成的热流损失速率为 式中，体积(V)、室内外的温差(T)、空气的体积热容量(0.018 Btu/ft3-F)及每小时空气改变次数(K)图5.6 5.6 全屋加热所需的50%能源是因空气渗透的缘故，只要有任何地方出现漏洞，空气将无所不在，如若有风将更加速渗透速率。图5.75.7 为防阻风雨而附装之门窗盖缝条或是填隙工程，将大幅减低空气渗
8、透。仔细将房屋地基填隙以降低空气渗透。所谓的度-日(DD)是将该天的最高及最低温度两者的平均值以65F 减之，度-日(DD)=65F T 平均值使用度-日的观念，全年因传导产生的损失所需的加热总能可以写作 式中 S 已包括所有外部的表面积。度-日(Day Degree,DD)：是将该天的最高及最低温度两者的平均值以65F减之，度-日(DD)=65F T平均值图5.8 5.8 美国各地美国各地年加热度-日 图5.9 5.9 于山丘背风方向植树可以有效地阻挡强风，草木或墙壁可以阻挡或是使得气流转向，减低对流引起的热损。表5.3节约能源测量的重要性*年加热需量(MBtu/y)城市度-日基准恒温器调整
9、节省%增加绝缘总节省%波士顿563054.646.615%2652%丹佛628056.147.615%2752%纳斯维尔358034.728.418%1460%墙壁天花板地下室窗户渗透基准情况：R-11R-19未绝缘双层0.7空气交换/小时节约情况：(恒温器于夜间调降8F)R-19R-30R-10三层0.5 空气交换/小时*数据源：参考图5.10图5.10典型1500 ft2 大小的房屋在不同的三种气候下，于空间加热方面使用不同能源节约方法的效果比较。图5.11被动式太阳能冷却技术，其使用自然对流方式及将大地作为热槽。图5.12阁楼上方之辐射屏蔽物可以减少热增益。住家用的热泵。图5.13空调设
10、备运转图。图5.14热泵系统简单构成要素。热泵的性能指数(coefficient of performance,C.O.P.)以电功率计算，C.O.P.可以定义成转移至屋内(或屋外)的能源与冷凝器轴功两者的比率。季节性能因子(seasonal performance factor,SPF)定义为SPF值通常较厂家提供的C.O.P.值为小。图5.15标准热泵的性能(C.O.P.)曲线。图5.16不同加热燃料的相对成本比较。使用热泵成本的计算方式：自x轴找出机组的电力成本，垂画画线与对应的热泵C.O.P.直线相交；然后水平画线与y轴相交获知每百万Btu的运转成本。找出此值的天然气或石油直线的对应点
11、，然后读出x轴对应的成本。例如，图中虚线部分，使用一台热泵(C.O.P.=2.0，电力成本为$0.05/kWh)等效于使用天然气0.52/therm，或使用石油$0.67/gal(火炉的效率如图示)表5.4房屋改建节约能源之道1.任何孔穴或裂缝应细心加以填隙或加上缝条2.绝缘(包括未加热空间上的地板)3.将热水管绝缘；将加热装置绝缘4.加装御寒的外层门窗(考虑塑料材质)5.窗户安装绝缘遮光物、窗板或布帘6.阁楼及管道间保持通风7.执行一般性修补降低空气渗透8.暖气炉上安装时钟恒温器9.每年定期调整暖气炉及热水器10.设定热水器上的恒温器为120F11.将暖气炉(热空气系统)输送管、热供应管路绝缘12.将淋浴水头改成节水型13.外门建造通廊14.将白热灯泡改成日光灯15.考虑工作照明16.重新设计景观增添树叶阻挡或改变风向17.屋内墙壁颜色改漆浅色或暖色18.提供暖气炉外部空气源19.安装壁炉玻璃门20.安装节能家电