冯大诚的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/fdc1947 交流思想 交流文化

博文

房屋的保暖 精选

已有 3441 次阅读 2024-3-14 08:09 |个人分类:科学与生活|系统分类:科普集锦

房屋的保暖

春天到了,天气逐渐暖和,采暖期也接近尾声。在寒冷的冬季,常常有人抱怨暖气给得不热,家里的温度上不去。但是,室内温度上不去的重要原因之一是房屋的保暖性能不够好。在冬天过去之后,现在检讨一下,如果可能,找到房屋在保暖方面的缺陷,亡羊补牢,争取明年冬天在室内更加暖和一点,我想是有益的。

房屋最大的功能之一是隔绝室内外的热量交换。夏天,避免室外的酷热传进室内,冬天则防止室内的温度下降到像室外那样寒冷。

我们从小被告知,热量的传递过程可以经由三种方式:热的传导、热的对流和热的辐射。从微观的角度看,热量是一种能量,它可以表现为组成物体的原子不规则运动所具有的动能。而温度则是这种不规则运动剧烈程度在宏观上作平均的量度。

在没有外界干涉的情况下,原子碰撞的结果,是动能较高的原子把动能传递给能量较低的原子。在宏观上看,就是热能从高温物体传递给低能物体。

对于固态物质,原子的不规则运动,表现为组成物质的原子在其平衡位置附近的振动。虽然原子的质量从而其动能都集中在原子核上,但是原子核之间的作用,必须通过其核外电子来传递。所以,有大量自由电子的金属,是热的良导体。

如果固态物质中间有许多空洞,那么原子之间遇到这些空洞的时候,原子之间的碰撞,从而热的传递就有大的障碍,所以,有许多微小空洞的物体,一定是热的不良导体。我们过去用来砌墙的砖,里面空洞甚多,传热就不大好。现在用以贴墙保温的那些材料,也多是有许许多多空洞的泡沫材料,更是热的不良导体。

气体、液体,都允许原子有大规模的自由运动,这些运动可以由运动着的原子直接把能量从一个地方运载到另一个地方。同时,这些运动也可以把大量原子的动能,通过原子间的碰撞,转化为另一些原子的动能。这就是对流导热的原理。

对流的规模越大,导热也就越容易。如果对流的过程中遇到许多障碍,对流的导热也就有障碍。

原子的振动,涉及到原子核和核外电子的运动,会发射出电磁波。在物质温度不很高的情况下,这些电磁波主要在红外波段。温度越高,频率较高的电磁波含量越多。温度再提高,甚至有频率更高的可见光。例如,我们烧铁质火炉,能够感到火炉会辐射出来热,这就是火炉辐射出红外线。如果把炉火烧得很旺,把铁的炉壁烧红,那就除了辐射出红外线之外,还辐射出可见光了。

物质受到红外线的照射,如果红外线的频率与物质中组成分子的原子的振动频率相匹配,这些红外线就能够使得分子中原子的振动得更厉害些,物质的温度也提高了。我们晒太阳,就是接受了太阳辐射中的红外线,我们的衣服和皮肤会被晒热,温度提高。有的固态金属氧化物并非由分子构成,其原子振动频率与可见光和一些红外线频率不匹配,这些可见光和红外线就没有被吸收,而是直接穿过,它们对这些可见光和红外线就是透明的。普通玻璃就是如此。

弄清楚了热传递的这些原理,我们就容易理解前人传下来的保温措施,有哪些是有效的以及为什么是有效的。

我们的古人早就知道,挡住风,减少空气流通是御寒的首要方法。《诗经·七月》记载,在冬天到来之前,需要“塞向墐户”。向是朝北的窗洞,所以要堵塞掉(先秦的窗就是一个孔洞而已)。户是门,木条编制的门要用泥把缝封死,这就是墐户(墐,音jin4)。这样做就是减少室内外空气的流动。

前些年,我在东北工作,在冬天到来之前,人们会用报纸裁成条,涂上浆糊在窗外把窗户缝糊死,当地称为“liu4窗户缝”。直到开春暖和后才打开窗户。

南方的老式房子冬天特别冷,一个最重要的原因就是密封不好,旧式木窗如落地长窗很难密缝,屋檐也四处透风。

现在的“洋房”(我们现在居住的基本上都是洋房了),基本上解决了漏风的问题,门窗的缝也很小。但是冬天寒冷,门窗的缝隙漏风仍然是一个需要注意到问题。许多南方人冬天用空调取暖,空调一关,温度立刻降下来,他们的房间密封不好仍然是问题。当然,房屋密封太好了,就应当注意开窗通风使空气新鲜一点,但这是另一个问题。

热量通过墙体传递到室外,也是冬天室内保温需要解决的一个问题。同样是“洋房”,北方房子的墙壁一般都比南方的墙壁厚。这也是南方房子保暖性能差的原因。同样质料的墙壁,墙体越厚,阻止热量经由墙壁传导的能力越好。过去北方农村的泥土房,把泥土墙体弄得很厚,可以“冬暖夏凉”,是贫困老百姓节约燃料的方法之一。

现代房屋中失散热量的重要途径是窗户。毫无疑问,玻璃窗户的厚度与墙体相比,是非常薄的。玻璃的传热性能也比砖墙好。玻璃能够透过可见光和红外线,我们透过玻璃晒太阳能够晒得很热就是这个道理。红外线可以透过玻璃,那么室内的热量也可以透过玻璃辐射到室外(这部分的比例比较小,但是无法克服,因为人们设置窗户的目的就是要透光)。所以,室内的热能和容易用传导和辐射两种方式经由玻璃窗户失散到室外。

如果人们用两层玻璃窗户(可以是两层玻璃的窗户,也可以是两层窗户),由于两层玻璃之间的空气不容易流通,这样的两层玻璃就可以像加厚墙体一样,大幅度地减少通过传导方式经由窗户的热量失散。现在很多人仍然只是单层窗户或单层玻璃,改成两层玻璃或两层窗户,并不费多大的劲,但是能够提高保温效能,是应当可以采取的措施。

前些年,有人在装修房屋时,把原来的窗户向外凸出了一块,成了“飘窗”的样子。这样做,似乎扩大了一点室内的可使用面积。但是,却大大增加了冬季失散的热量。简单的计算就可以知道,凸出一块,增加了上下左右四条可以严重失散热量的面积,等于把原来窗户失散热量的面积至少加了倍。而且,这样做还往往增加了许多缝隙。这是冬天室内热量失散的一个“大户”。室内使用面积只增加了一丁点,冬季室内的温度却下降了不少。人对室内温度是很敏感的,冬季室温下降一度,人的舒适度会下降不少。所以,把窗户向外凸出一块,得不偿失,应当不是一个好的主意,而是一个馊主意,至少在我国的长江流域和以北地区都是如此。



https://blog.sciencenet.cn/blog-612874-1425245.html

上一篇:三八节后说儿童少年的家庭教育
下一篇:杂说这两张网
收藏 IP: 112.232.160.*| 热度|

14 刘进平 武夷山 王安良 何青 崔锦华 尤明庆 周忠浩 郑永军 晏成和 朱晓刚 苏德辰 段含明 孙南屏 王成玉

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (4 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-6-22 04:34

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部