【技术名词】王煦茂谈导热、对流、热辐射差别

【编者按】王煦茂先生是供暖行业有名的才子。他的这篇文章将有助于帮助行业内人士理解当下几种主流采暖方式，在不良竞争、无序竞争、相互诋毁现象时有发生的当下，他的这篇文章显得格外有价值。

作者简介：

王煦茂，男。

1994年毕业于南华大学供热通风与空气调节专业；

1993年荣获第二届全国人工环境学科奖-暖通空调专业唯一的国家级学科奖（1993年全国高校仅20位暖通空调专业的学生能获此殊荣）；

1994～2002年，在核工业第二研究设计院担任暖通空调设计师及专业负责人；

2002年至今，服务于芬兰瑞特格ICC集团，瑞特格（中国）有限公司，任职全国销售总监。

近些年，暖通空调行业里一直不太受人瞩目的供暖工程学科出现了许多热门的话题－北方集中供暖大打节能和环保牌——煤改燃、热计量改造进行得如火如荼，南方供暖如雨后春笋突然红遍了半边天，应运而生的分户供暖更是成为人们热议的话题。而诸如壁挂炉、地板采暖、钢制板式散热器、铸铝散热器等欧洲国家的舶来品给传统的供暖市场带来了巨大的冲击，并且在供暖行业大放异彩。突然出现的这么多产品和系统让人们眼花缭乱，卖家都在宣称自己的产品如何最舒适、最节能。

最近有部很火的大片叫《星际穿越》，而网上也出现“看懂《星际穿越》必须了解的物理知识”等文章帮助大家去理解《星际穿越》。而看懂现代供暖工程也有一些必须了解的基础知识－如《传热学》和《流体力学》。

纵观行业，当前形形色色的文宣中经常被提及的有三个物理名词：导热（有的人说热传导），对流和热辐射。今天我们就从供暖学科里这三个最基础的物理名词讲起。

《传热学》是供暖工程的基础学科，它主要讲述的就是自然界最基础的三种传热方式－导热、对流和辐射。由于供暖行业内很多人没有系统地学习过《传热学》，因此对这三个名词的解读大相径庭，有的时候仅凭自己的想象来理解。甚至前段时间有文章对“热辐射”概念错误引导，造成消费者的恐慌。其实供暖工程学科中对三种传热方式是有严格的定义的。

一、我们先从最容易理解的导热开始讲述。导热（Heat Conduct）是物体内部或者不同物体直接接触时依靠微观粒子热运动而进行的热量传递现象。通俗来讲就是在固体中或直接接触（特别要注意直接接触这四个字）的固体之间，热量从高温部分到低温部分的转移过程。那么导热过程传递的热量跟哪些因素有关呢？

1、物体本身的导热系数：每种材料都有自己的导热系数，钢铁有，管道有，地板有，绝热保温板也有。只不过大小不同而已。

2、温差：物体两侧的温度差

3、壁面积：传递热量的物体面积

4、壁厚：传递热量的物体厚度
 

根据《传热学》，导热过程的热量跟物体本身的导热系数、温差、壁面积成正比，跟壁厚成反比。 也就是说：物体本身的导热系数越大、温差越大、壁面积越大，导热传热量越大。而壁厚越厚，则导热传热量越小。 在我们现代供暖工程中，地板采暖和散热器都有导热传热的过程。我们以湿式地板采暖为例：热量通过管道壁传递到混凝土填充层，再传递到地板上，这些过程都是典型的导热。理论上，如果想让向上的导热热量足够大，则管道的展开面积、混凝土层的面积、地板的面积要足够大，传递的温差要足够大，管道、混凝土、地板的导热系数要足够大，于此同时混凝土及地板的厚度要足够小。

我们特别要提醒的是：地板采暖虽然有保温层，但由于任何一种保温材料都有导热系数，所以向下的导热不可忽视，理论上如果能做到：保温层的面积足够小、导热系数足够小、温差足够小，而保温层的厚度足够大，则向下的导热就会足够小，事实上这不可能完全做到。实践中我们为了减少向下传热的损失，应该增加保温层的厚度。

二、说完了导热，我们来说对流（Convection）。如果说导热是关于固体的事（理论上流体也有导热的，只是在地球引力场作用的范围内，单纯的导热不会发生在流体中），那么对流就是流体的事了。流体，顾名思义就是流动的物体，也就是我们常说的液体和气体。看看行业内的各种文章，大家对对流的解读那是五花八门。我必须承认在我们这个星球上，对流是最难掌握的的一种传热方式，因为流体实在太复杂了。但又是最重要的一种方式，因为地球表面充满了水和空气。 我们过去讲暖冬是温室气体排放所致，可现在的温室气体排放没有减低多少，又突然出现冷冬了。这其实就是复杂的对流 ——大洋环流和大气环流“惹得祸”。

对流太复杂、对流太广泛，我们还是说说跟供暖相关的对流传热知识。

说到对流，大家马上想到风，风就是对流的一种。供暖领域说到对流，大家最直接能想象的到的就是空调吹出的热风。 其实我们供暖行业定义的对流有好多种 ——受迫流动换热、无限空间自由流动换热，有限空间自由流动换热……不同对流方式换热特征都不一样，非常复杂，这里不再赘述。

我们供热行业里说的对流传热，特指流体（液体或气体）与固体壁直接接触时的换热，而这种过程中不单有流体的对流作用，同时亦伴随有导热作用，我们把这种导热和对流同时存在的过程叫对流换热过程，所以记住我们供暖工程中说的对流换热是：对流与导热同时存在的过程。举个例子：散热器为什么能散热？当散热器表面有一定的温度时，比散热器表面温度低的空气与之接触，热量就会通过导热和对流的方式传递到另一处。

那么地板采暖呢？当然也有对流，因为已经被加热的地板会与空气接触从而产生对流换热过程。所以大家不要以为地板采暖全称是地面辐射供暖，而误认为地板采暖就完全是辐射供暖，其对流的成分还不小，而且随地面温度的升高，对流换热的比例也增高。

市面上有一种观点认为对流是不舒适的，这是错误的，大家往往是用空调吹出的不均匀的热风来解读了所有的对流，这显然不科学。除了空调热风这种机械强制对流，自然对流经常是一个缓慢的过程，其速度比后面讲的热辐射要缓慢得多。我们必须承认，由于空气属于流体，我们周围的空气温度受对流换热的影响是最大的，因此任何一种散热设备和系统必须要重视对流。

三、最后我们来说说热辐射(Radiation)。如果说对流是一个最复杂的概念，那么我必须要说热辐射是一个歧义最大的概念。这个歧义的造成必须要归咎于我们国家的应试教育和不负责任的舆论引导。就是这种歧义制造了耸人听闻的“XX几大危害”。

如果说导热或对流都必须通过冷、热物体的直接接触来传递热量，那么辐射完全不同。它依靠物体表面对外发射可见和不可见的射线（电磁波，或者说光子）来传递热量。大家可能一听到射线或电磁波就毛骨悚然，就联想到“XX几大危害”。电磁波种类繁多，是宇宙中主要的传递能量的方式。比如我们地球上的所有生命和能量都拜太阳辐射所赐。而真正对人体有害的是“电离辐射”－α、β及γ射线。热辐射属于“非电离辐射”，自然对人体是无害的。我们过去的舆论把“辐射”一词变成了“电离辐射”的代名词，这是不科学的错误引导。那么跟供热相关的热辐射有哪些特点呢？
1、热辐射是没有方向的；

2、热辐射是电磁波，速度跟光速一样（约3x108m/s）,也具有电磁波的波粒两象性。具有绕射、衍射、反射、干涉等特性；

3、热辐射过程中伴随着两次能量形式的转换（物体内能－>电磁波能－>物体内能）；

4、不需要冷热物体直接接触和任何介质，可以在真空中传播；

5、不论温度高低，只要温度高于绝对零度（零下273.15摄氏度），物体都在不停地相互发射电磁波能。总的结果是热由高温传到低温。

6、地面上的热辐射通常是长波辐射（红外线辐射），而太阳辐射是短波辐射。

看到了吧，热辐射真的跟大家想象的不一样吧？它既没有大家想象中危害那么大（不会致癌），也没有大家想象中那么简单（速度惊人，光速）。

辐射的速度如此之快，那散热器或地板采暖的辐射热如何被周围的空气所接受呢？这个问题我们会在以后的文章中解释。

本篇小结：

我们来总结一下对于供热领域里这三个物理名词的理解：

导热：是固体内部和直接接触的固体间传递能量的过程；

对流：是流体传递能量的过程，供热领域定义的对流换热是对流和导热同时存在的过程；

热辐射：是长波辐射，是电磁波，它可以在真空中传播，没有方向，速度是光速，具有波粒两象性，总的结果是由高 温传到低温，它没有任何危害。

目前供暖行业的散热设备（无论散热器还是地暖）都不是单一的传热模式，绝大多数都是导热、对流和辐射相结合的。有了对这三个名词的正确理解，我们以后逐渐解读每一种散热方式的传热机理就更容易懂。（待续）