熱量傳遞方式
作者：陸維良圖片來源暫無說明
熱量傳遞方式
一、熱傳導
(一) 定義
兩溫度不同之物體相接觸時，由高溫物體傳向低溫物體稱之。
(二) 熱傳導定律（傅立葉定律）
主要是以熱量在介質（固體、液體、氣體）中的能量傳導率以及熱量在透過介質的輸入和輸出量變化來研究傳導這一個熱能量傳遞方式中，熱量的變化。另外物理中熱傳導的速率與物體兩端的溫度差成正比，後來稱為「傅立葉定律」，是熱移動重要的理論。
(三) 傅立葉熱傳導公式
| 公式 | ∆ T q = -k×A× ──── ∆ d |
|
| 熱傳導係數 |
∆ d k = -q× ────── A× ∆ T |
|
| 項目 | 代號 | 單位 |
| 熱傳導量 | q | W（瓦特） |
| 溫度差 | ΔT | K（克氏溫度） |
| 熱傳導係數 | k | W/mK |
| 熱傳導面積 | A | m² |
| 熱傳距離 | Δd | m |
(四) 熱慣性（ThermalInertia）
1.即所謂物質之熱阻抗，判斷物質是否容易因受熱而燃燒的基準之一。
2.公式：
| 熱慣性公式 | k×ρ×C | |
| 項目 | 代號 | 單位 |
| 熱傳導係數 | k | W/mK |
| 物質內部緊密程度（密度） | ρ | kg/m3 |
| 比熱 | C | J/kg•K |
3.三者之乘積值越高，表示物質內部溫度不易被提升，需要更多的能量才能被點燃；反之，若乘積值越低，只要少許熱能量即可使物質內部溫度達到燃點。
(五) 熱傳導材料
1.熱傳導是指熱能從高溫向低溫部分轉移的過程，是一個分子向另一個分子傳遞振動能的結果。
2.各種材料的熱傳導性能不同，傳導性能好的，如金屬（自由電子的移動容易），所以傳熱速度快，可以做熱交換器材料。
3.傳導性能不好的，例如：石棉，可以做熱絕緣材料。
※ 補充說明
金屬傳導能力
金屬傳導能力依次爲銀＞銅＞金＞鋁
(六) 影響因素
1.溫度差：
熱量均由高溫往低處傳遞。
2.熱傳導係數：
(1)物質之熱傳係數越大，則熱傳遞愈快。
(2)影響傳導係數高至低：固體 > 液體 > 氣體。
3 .截面積：
(1)截面積大，能通過的熱量愈多，熱傳導越好。
(2)截面積小，能通過的熱量愈少，熱傳導越差。
二、熱對流
(一) 定義
熱量經由介質（在流體內或流體和容器之間）由空間中之一處傳到另一處之現象，具體而言是指流體各部分之密度不同時，由於各流體密度不同，流體受熱後，流體會密度降低，往上方飄散，而密度大之流體會嵌入原先受熱流體的位置，如此循環即為對流的過程。
(二) 產生原因
主要分為自然、強制對流兩種。
1.自然對流：
由自然產生的熱量導致流體受熱進而導致流體移動，是自然對流，例如：火場中，冷空氣受熱密度減少，向上飄散，而後其他尚未受熱冷空氣嵌入原先因受熱飄散的冷空氣位置，如此因自然產生之冷熱空氣受熱移動之過程，即為對流。另外由於火場中對流熱（具體上為煙流等熱空氣）會向上積蓄在天花板，所以撒水頭感熱元件透過感應對流熱的積蓄影響撒水動作。
2.強制對流：
人工方式推動流體導致流體間產生移動，例如：通風設備運轉導致空氣的流動，也是一種對流。
(三) 影響煙霧自然熱對流之因素
1.通風面積與高度：熱對流速度與 A（通風口面積）、√H（通風口高度）成正比。
2.溫度差：熱量均由高處往低處傳遞。
3.通風口所處位置：位置越高，對流速度愈快。
(四) 固體表面與流體間之熱量傳遞
| 自然對流 | 5～ 25 W/m² •K |
| 強制對流 | 10 ～ 500 W/m² •K |
(五) 液體對流
上述流體多提及為氣體，但液體其實也是會由於受熱導致體積增加，密度降低而往上方移動，而其原有空間會由其他尚未受熱的液體填補進去，進而造成了熱量移動，這也是一種對流，只是介質是液體而非氣體。
※ 補充說明
沸溢現象
重油質類產生熱對流（或其他受熱反應）時，若其油類混有水分，水分開始受熱後產生汽化，水蒸氣衝破油層後，產生噴濺油質，此為沸溢現象，有造成火勢擴大的危險。
(六) 公式
| 熱對流公式 | q ＝ h•A•(ΔT) | |
| 項目 | 代號 | 單位 |
| 熱傳遞率 | q | W |
| 對流熱傳係數 | h | W/m² •K |
| 對流熱傳面積 | A | m² |
| 溫度差 | ΔT | K（克氏溫度） |
三、熱輻射
(一) 定義
高溫物與低溫物間，無透過媒介物質，用電磁波的方式將熱能直接傳送至他方之現象。在火災發展到一定程度時，熱輻射往往是火場上火災能持續維持熱度的一個關鍵，透過熱輻射在空間內傳送到他處，而他處又再進行熱輻射最後又再反饋回原火源形成一種回饋現象，另外輻射熱，以人類在無防護下，能夠承受輻射熱之強度約為多少2.5kW/m² 。
(二) 熱輻射之影響因素
1.輻射物體之溫度及輻射面積（史帝芬 – 波茲曼公式）：
| 史帝芬 – 波茲曼公式 | I ＝ σ×ε×T4 | |
| q = σ×ε×A×T4 | ||
| 項目 | 代號 | 單位 |
| 輻射強度、輻射總能量 | I | W/m² ( 瓦特 / 平方公尺 ) |
| 輻射出之能量 | q | W（瓦特） |
| 物體表面積放射性質（放射率） | ε（若為黑體 時，ε ＝ 1） | ─ |
| 史帝芬波茲曼常數 | σ | (5.67×10− 8W/m² •K4) |
| 物體表面積 | A | m² ( 平方公尺 ) |
| 物體溫度 | T | K（克氏溫度） |
Q：若已知史蒂芬波茲曼常數為 5.67×10–11kW/m2 K4 （注意單位），若一物體之溫度為 227°C，放射率 （emissivity）為 0.5，則其熱輻射強度為多少？
A：若溫度為 227°C（加上 273 度換算成克氏溫度K）為 500 因此套入公式，幅射強度為 0.5×(5.67×10–11)×(500)4 =1.77kW/m2
2.輻射物體與受輻射物體間之距離：
距離愈大，輻射熱愈小，輻射熱量與距離平方成反比。
Q：若輻射熱因輻射物體與受輻射物體之距離而有所影 響，若距離火源 3m 的輻射熱量為 20kW/m2 ，則靠 近火源 1m 的距離處，其輻射熱量為多少？
A：由於距離火源距離從 3m 到 1m，距離縮短為三倍， 整體而言，由於輻射熱量與距離平方成反比，因此 輻射熱量為原本的 32 倍。 因此輻射熱量為 20kW/m2 ×9=180kW/m2 。
3.輻射物體與受輻射物體之相對位置：
受輻射熱量隨著輻射角之餘弦值（cosθ）而變化。
| 常見之輻射熱角度（原先輻射熱量為 Q） | |
| 角度（θ） | 不同輻射角度後 Q 之變化量 |
| 30° | 約 0.87Q |
| 45° | 約 0.7Q |
| 60° | 約 0.5Q |
4.物體表面狀況：
物體吸收輻射熱能力與其表面之輻射度有關，且熱輻射之熱量和火焰溫度的四次方成正比。
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