NEWS : Procesní Inženýr Nástroje je stěhování na novou adresu, www.MyEngineeringTools.com klikněte zde zjistit místo
Definice vedení tepla
Co je vedení tepla ? Na co se používá vedení tepla ?
materiál předložený k rozdílu teplot bude vést teplo, tj. energii, z vysoké teploty do oblasti s nízkou teplotou. Pochopení vedení přes materiál a je schopen vypočítat tepelný tok přes stěnu nebo na trubku, například, je klíčem k provedení tepelných bilancí a být schopni provést následující konstrukční výpočty :
- Stavební konstrukce : výpočet tepelného toku skrz zdi, výpočet požadované izolace pro budovy, energetické účinnosti / energetických úspor tak, aby tepelné zisky nebo ztráty tepla je optimalizováno, design speciální hot / call pokoj
- Heat exchanger design : výpočet tepelného toku potrubím, aby se velikost trubkových výměníků tepla, deskový výměník tepla… pro procesní servis
lze tepelný tok vypočítat jak pro chladicí, tak pro topné aplikace.
každý materiál je charakterizován schopností vést teplo. Překládá se v koeficientu tepelné vodivosti běžně zaznamenaném λ . Člověk musí být opatrný, protože λ se může hodně lišit od jednoho materiálu k druhému a může se také lišit podle teploty. Při vedení tepla je prioritou, stejně jako v konstrukci výměníku tepla, λ, musí být vysoká, zatímco při izolování je prioritou, jako je projektování budovy nebo izolační trubky mezi procesem jednotek, λ musí být nízká. Je možné také spojovat různé materiály, zejména v izolačních aplikacích, aby bylo dosaženo cílového λ při optimalizaci nákladů a šířky vrstev materiálu.
Obrázek 1 : Tepelný tok rovinnou stěnou materiálu vodivosti λ
vedení tepla stěnou
Jak vypočítat vedení tepla stěnou ?
vedení stěnou lze jednoduše vyjádřit. Vedení bude vyšší, pokud je tepelná vodivost materiálu vyšší a jeho tloušťka je nízká. Naopak, pokud se hledá izolace, vedení bude nižší, pokud je tepelná vodivost materiálu nízká a tloušťka stěny je velká.
teplo přenášené vedením stěnou lze vyjádřit následujícím způsobem :
Q = U. a. ΔT
S :
Q = přeneseného tepla ve W
U = celkový koeficient prostupu tepla ve W/m2.°c
= přenos tepla plocha v m2
ΔT = rozdíl teplot na každý povrch stěny v °c
tepelného toku, což je teplo převedeno vyjádřené jako funkce plochy tepelné výměny, může být vypočítána následujícím způsobem :
Φ = Q/A = U. ΔT
S :
Φ = tepelný tok ve W/m2
Q = přeneseného tepla ve W
U = celkový koeficient prostupu tepla ve W/m2.°c
= přenos tepla plocha v m2
ΔT = rozdíl teplot na každý povrch stěny v °c
V případě jednoduché zdi, monomaterial, celkový přenos tepla může být vyjádřen :
U = 1/R = 1/(e/λ)
S :
U = celkový koeficient prostupu tepla ve W/m2.°c
R = odolnost proti přenosu tepla v m2.°c / W
e = tloušťka stěny v m
λ = tepelná vodivost materiálu ve W / m.°c
pro jednu monomateriálovou stěnu pak lze výrazy shrnout jako :
Φ = Q/A = (Tskin1-Tskin2)/R = (Tskin1-Tskin2)/(e/λ)
S :
Tskin1 = teplota na povrchu stěny 1 v °c
Tskin2 = teplota na povrchu stěny 2 v °c
Příklad vedení tepla přes stěny : v létě, majitel domu vyroben pouze z cihlové zdi chce vědět, topení přenášet přes zdi svého domu, tak že on může rozhoduje, pokud potřebuje izolovat pro úspory energie. Cihly mají vodivost 0,8 W / m / K a jsou široké 15 cm. Stěna je 6 m dlouhá na 3 m vysoká. Měří 35 stupňů na vnějším povrchu a 22 stupňů na povrchu stěny uvnitř.
Φ = Q/A = (Tskin1-Tskin2)/R = (Tskin1-Tskin2)/(e/λ) = (35-22)/(0.15/0.8) = 69.3 W/m2.°c
Q = Φ* = 69.3*6*3 = 1248 W = 1,2 kW
vedení Tepla přes kompozitní zdi
Jak izolovat zeď s vrstvou nízké tepelné vodivosti materiálu ?
V mnoha případech, zejména, kdy izolace je hledal, stěna není z jednoho materiálu, ale z několika vrstev materiálů s různými vlastnostmi. Jedná se o kompozitní stěnu. Pak je běžné mít materiál, který přináší strukturální potřebu stěny, a materiál, který poskytuje izolaci.
Vzhledem k jednoduché geometrie v rovině – paralely stěny, výrazy vyvinut pro jednoduché zdi jsou zachovány, pouze se do globální odpor složené stěny musí být přepočítány tak, aby vzít v úvahu odpor jednotlivých vrstev. V případě kompozitních stěn jsou tyto odpory aditivní.
Vzhledem k tomu, zdi z n vrstev o tloušťce ei a vodivosti λi, celkový odpor složené stěny bude :
