过去，我们在建造房屋时没有过多考虑通过墙壁、天花板和地板的热流。最主要的是提供一些抵御风和雨的能力，然后我们会生一堆火来让室内的温度可以忍受。

如果你曾经住在一个旧的，没有保温的房子里，你就会知道这个方法并不是很好，所以后来我们开始在建筑组件的空腔中加入保温材料。有隔热腔的房子要舒适得多，但热量到底是如何在建筑组件中流动的呢?其实有两种方法。

层层串联

热量流动的一种方式是一层一层地通过由多种材料堆叠在一起组成的建筑组件。下图显示了两个层，将热的一面和冷的一面分开¹．

这种热流的方法非常简单。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)时，热量通过粉色层流动²，然后是灰色层。以下是关于一维热流的警告，相同数量的热流通过组件的任何部分。

好的，这里有个警告。事情并不像我说的那么简单。它从来都不是，但我们总是要从简化的情况开始，然后增加复杂性。实际上，热流是三维的，我们必须考虑边界处的情况。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相同数量的热流，无论它进入组件的位置。

如果我们所有的程序集都像这样，我们就很容易计算r值:你只需要把它们加在一起。

规则:

串联热流:加r值

例如，如果您将R-5泡沫板放在R-2混凝土墙上，则组合的r值为7。还有更多层吗?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所看到的那样，标准的墙壁组件并不只是一系列连续的层。你可以在墙的主体部分看到两条平行的小路。窗户和门代表了更多的路径。窗户上方的顶部是另一种路径，不同于螺栓和板，因为两块木头之间的间隙，有时用绝缘材料或部分用木垫片填充。

下图显示了热流通过两种不同的途径:墙的框架(#1)和绝缘腔(#2)。通过绝缘腔(#2)的热量更难，因为绝缘比木材对热流更敏感。红色短箭头表示通过这条路径的热量较少。

所以，热量是有选择的。它可以通过途径1或途径2。越少的r值越高，在这种情况下是2。

但是如何求这样一个集合的r值呢?你不能只求两个r值的平均值。这种方法的第一个问题是它没有考虑路径的不同区域。在间隔16″的墙钉中，每个空腔中有1.5″的木材和13.5″的绝缘材料，因此绝缘材料的面积比木材大得多。当你在底板、顶板和其他框架构件中添加木材时，一个标准的墙壁大约有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)来弄清楚如何做到这一点，结果是我们必须对U值进行加权平均，而不是r值。一旦我们找到平均U值，我们就可以转换为R值来计算平均热流阻力，使用公式R = 1/U。

规则如下:

平行热流:对u值做加权平均

如果你有三条路径，你可以在分子上加上另一项U3 * A3。您可以添加任意数量的项，以包括所有并行路径。在你得到平均u值后，你可以取倒数(1/Uavg)来求平均r值。

串并联组合

当然，大多数建筑组件是串联和并行路径的层的组合。例如，在一堵墙中，你有框架和绝缘在一层，然后你在里面有干墙和护套(通常的OSB)和外层覆层。还有空气薄膜，排水的飞机，有时还会添加其他东西。

左边的图表显示了串并联组合的一个简单示例。它可以是一个有2×10托梁的天花板，托梁之间的绝缘，下面是干墙。(我忽略了空气薄膜和其他东西。)

要解决这个问题，首先要确定两条平行路径1和2。然后你会注意到每条路径都是一系列的层，a和b。你将每一层的r值相加，然后对这两条路径的总r值进行加权平均。

下面的表格列出了它。

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，所以为了找到平均u值，你需要建立如下方程:

当你计算的时候，你应该得到0.038。取倒数得到的平均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级课程用另一个例子解释了串并联热流以及更多的信息。

为什么窗户要采用u系数

如果你想知道为什么隔热材料是由r值决定的，而窗户是由u系数决定的，这是材料和组件之间的区别。一般来说，材料按r值分级，组件按u系数分级。从我们上面所做的事情中，原因应该很清楚。

组件是层、串、并联路径的组合，因此要找到表征其热性能的数字，就必须计算平均u系数。而不是采取下一步和计算平均r值，制造商只报告u因子。没什么大不了的，特别是我们可以很容易地在R和U之间转换。

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，我在本文中使用的例子比通常为寻找组件u因子所做的分析更简单，因为我忽略了空气膜、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一层的r值，并查看得到的平均u因子和平均r值。你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，你需要使用像THERM或WUFI．

现在你知道了基本原理，你可以开始计算平均r值，当你看到的时候，你会大吃一惊一小块未绝缘的区域能有多重要或者为什么这很重要保持隔热层平整，不要有块状．如果你想了解热桥接你必须了解层次和路径。

Allison贝尔斯迪凯特，格鲁吉亚，是一个演讲者，作家，能源顾问，resnet认证培训师，和作者能源先锋博客．看看他的深度课程，掌握建筑科学并在推特上关注他@EnergyVanguard．

脚注

1.是的，当我写这篇文章的时候，我知道现在是冬天，在亚特兰大这个寒冷的早晨，我甚至看到了地上的雪，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，真的下雪了吗?

2.这里选择的颜色并不代表我对任何特定品牌的绝缘材料的认可。粉红色恰好在图中很好地显示出来，但我也可以很容易地使用蓝色、黄色、白色、绿色或黑色。