过去，我们建造房屋时很少考虑墙壁、天花板和地板上的热流。最主要的是提供一些抵抗风和雨的能力，然后我们会生一堆火，让室内的温度可以忍受。

如果你曾经住在一个旧的，没有隔热的房子里，你就会知道这种方法并不奏效，所以后来我们开始在建筑组件的空腔中放入隔热材料。有隔热腔的房屋要舒适得多，但热量究竟是如何通过建筑组件流动的呢?事实证明有两种方法。

串联层

热流的一种方式是一层一层地通过由多种材料堆叠在一起的建筑组件。下面的图表显示了将热侧和冷侧分开的两层¹．

这种计算热流的方法很简单。所有的热量都要流过每一层。从热的一面开始(因为热力学第二定律)，热量流过粉色层²，然后是灰色层。关于下面一维热流的警告，同样的热量流经组件的任何部分。

好吧，这是警告。事情并不像我说的那么简单。它从来都不是真的，但我们总是必须从简化的情况开始，并增加复杂性。实际上，热量在三维空间中流动，我们必须考虑在边界处发生了什么。在这个分析中，我们只考虑一维的热流。这意味着红色箭头表示无论从哪里进入组件的热流都是相同的。

如果我们所有的程序集都是这样的，那么计算r值就很容易了:你只要把它们加在一起就行了。

规则:

系列热流:添加r值

例如，如果你把R-5的泡沫板放在R-2的混凝土墙上，那么组合的r值就是7。还有比这更多层的吗?把它们也加进去。

平行通路

然而，正如您在本文顶部的照片中看到的那样，标准的墙壁组装并不仅仅是一系列连续的层。你可以在城墙的主体部分看到两条平行的小路。窗户和门代表着更多的路径。窗户上方的头部是另一个通道，不同于螺柱和板，因为两块木头之间有空隙，有时用隔热材料填充，有时用木垫片部分填充。

下图显示了热流通过两种不同的途径:墙体框架(#1)和隔热腔(#2)。通过隔热腔(#2)的热量更难传递，因为隔热材料比木材更容易受到热流的影响。红色短箭头表示通过该路径的热量较少。

所以热量有一个选择。它可以通过途径1或途径2。在第二种情况下，通过高r值途径的碳就少了。

但是如何找到这样一个集合的r值呢?你不能仅仅取两个r值的平均值。这种方法的第一个问题是它没有考虑到路径的不同区域。在一堵每16个″隔开的墙里，你在每个洞里有1.5″的木头和13.5″的绝缘材料，所以绝缘材料的面积比木头大得多。当你在底板、顶板和其他框架构件中添加木材时，标准的墙壁大约有23%的木材和77%的空腔。

但我们也不能只求r值的加权平均值。实际上，我们必须回到热流方程(Q = U x A x Î " T)来计算如何做到这一点，结果是我们必须对U值做加权平均，而不是r值。一旦我们找到平均U值，我们就可以把R值转换成平均热流阻力，用方程R = 1/U。

规则如下:

平行热流:对u值进行加权平均

如果你有三条途径，你就在分子上再加一项U3 x A3。你可以添加尽可能多的项，包括所有的平行路径。在得到平均u值之后，可以取倒数(1/Uavg)来求平均r值。

串联和并联的组合

当然，大多数建筑组件都是层叠和平行路径的组合。例如，在一堵墙中，框架和隔热层在一层，然后是内部的干墙和护套(通常)的OSB)，并在外墙覆层。也有空气电影，排水的飞机有时还会添加其他东西。

左图显示了一个简单的串并联组合的例子。它可能是一个带有2×10托梁的天花板，托梁之间的绝缘，下面是干墙。(这里我忽略了空气胶片和其他东西。)

要解决这个问题，首先要确定两条平行路径，1和2。然后你注意到每个路径都是一系列的层，a和b。你将每一层的r值相加，然后对两个路径的总r值进行加权平均。

下表列出了它。

途径1的总r值为12.0，途径2的总r值为30.5。

面积分别是94平方英尺和906平方英尺，所以要找到平均u值，你可以建立如下方程:

当你做计算时，你应该得到0.038。取倒数得到平均r值为26.6。

下面的视频来自我们的建筑科学模块在线家庭能源评估课程用另一个例子和更多的信息来解释串联和平行热流。

为什么用u系数来评定窗户的等级

如果你曾经想知道为什么绝缘是用r值来评定的，而窗户是用u系数来评定的，那就是材料和组件之间的区别。一般来说，材料按r值评定，组件按u系数评定。从上面我们所做的事情可以清楚地看出原因。

组件是层串联和并行路径的组合，因此要找到表征其热性能的数字，您必须计算平均u因子。而不是采取下一步，计算平均r值，制造商只是报告u因子。这没什么大不了的，尤其是我们可以很容易地在R和U之间变换。

现实世界是复杂的

正如我在上面的警告中指出的，现实世界比我们想象的要复杂得多。此外，我在本文中使用的示例比通常用于查找组件的u因子的分析更简单，因为我忽略了空气薄膜、框架的复杂性以及经常出现的其他层。

在我们的课堂上，我们提供了一个电子表格，允许学生输入每条路径中每层的r值，并查看结果的平均u因子和平均r值。您可以在家庭能源评级软件REM/Rate的路径层视图中做同样的事情。如果你想对热流进行更精确的建模，你需要使用THERM或WUFI．

现在你知道了基本原理，你可以开始计算平均r值，当你看到时，你会大吃一惊一小块非绝缘区域有多重要或者为什么它很重要保持绝缘材料平整，而不是凹凸不平．如果你想明白热桥接，你必须理解层次和路径。

Allison贝尔斯他是一位演讲者、作家、能源顾问、resnet认证培训师，也是《能源先锋博客．看看他的深度课程，掌握建筑科学在温泉学习学院，并在Twitter上关注他@EnergyVanguard．

脚注

1.是的，我知道我写这篇文章的时候是冬天，在这个寒冷的亚特兰大早晨，我甚至看到地上有雪，但在建筑科学的世界里，没有人会被认真对待，除非他们表现出对炎热气候的偏见。要么就是我产生了幻觉。等等，那真的是雪吗?

2.这里选择的颜色并不代表我对任何特定品牌绝缘材料的认可。粉色恰好在图中表现得很好，但我也可以很容易地使用蓝色、黄色、白色、绿色或黑色。