NEWS: narzędzia inżyniera procesu przenoszą się pod nowy adres, www.MyEngineeringTools.com

definicja przewodzenia ciepła

co to jest przewodzenie ciepła ? Do czego służy przewodzenie ciepła ?

materiał poddany różnicy temperatur będzie przewodził ciepło, tj. energię, z obszaru wysokiej temperatury do obszaru niskiej temperatury. Zrozumienie przewodzenia przez materiał i możliwość obliczenia strumienia ciepła przez ścianę lub rurę na przykład jest kluczowa, aby wykonać bilans ciepła i być w stanie wykonać następujące obliczenia projektowe:

• projekt budynku: obliczanie strumienia ciepła przez ściany, obliczanie wymaganej izolacji dla efektywności energetycznej budynku / oszczędności energii, aby zoptymalizować zysk ciepła lub utratę ciepła, projekt specjalnego pomieszczenia gorącego / wywołania
• projekt wymiennika ciepła : obliczanie strumienia ciepła przez rury w celu wielkości rury płaszcza wymienniki ciepła, płytowy wymiennik ciepła… w przypadku obsługi procesu

strumień ciepła można obliczyć zarówno dla zastosowań chłodzenia, jak i ogrzewania.

każdy materiał charakteryzuje się zdolnością do przewodzenia ciepła. Przekłada się to na współczynnik przewodności cieplnej powszechnie znany λ . Należy zachować ostrożność, ponieważ λ może się znacznie różnić w zależności od materiału i może również różnić się w zależności od temperatury. Gdy przewodzenie ciepła jest priorytetem, jak w projekcie wymiennika ciepła, λ musi być wysoki, podczas gdy izolacja jest priorytetem, jak projektowanie budynku lub izolacja rur między jednostkami procesowymi, λ musi być niski. Możliwe jest również łączenie różnych materiałów, zwłaszcza w zastosowaniach izolacyjnych, w celu osiągnięcia celu przy jednoczesnej optymalizacji kosztów i szerokości warstw materiału.

Rysunek 1 : Strumień ciepła przez płaską ścianę materiału o przewodności λ

przewodzenie ciepła przez ścianę

Jak obliczyć przewodzenie ciepła przez ścianę ?

przewodzenie przez ścianę można wyrazić w prosty sposób. Przewodzenie będzie wyższe, jeśli przewodność cieplna materiału jest wyższa, a jego grubość jest niska. Wręcz przeciwnie, jeśli izolacja jest poszukiwana, przewodzenie będzie niższe, jeśli przewodność cieplna materiału jest niska, a grubość ścianki jest duża.

ciepło przenoszone przez przewodzenie przez ścianę można wyrazić w następujący sposób :

Q = U. A. ΔT

z:

Q = ciepło przenoszone w W
U = całkowity współczynnik przenikania ciepła w W/m2.
A = powierzchnia wymiany ciepła W m2
ΔT = różnica temperatur na każdej powierzchni ściany w °C

strumień ciepła, który jest przenoszonym ciepłem wyrażony jako funkcja powierzchni wymiany ciepła, można obliczyć w następujący sposób :

Φ = Q/A = U. ΔT

z :

Φ = strumień ciepła w W/m2
Q = ciepło przenoszone w w
u = całkowity współczynnik przenikania ciepła w W/m2.°c
A = powierzchnia wymiany ciepła W m2
ΔT = różnica temperatur na każdej powierzchni ściany w °C

w przypadku ściany prostej, jednomateriałowej, całkowity transfer ciepła może być wyrażony przez :

U = 1/R = 1/(e/λ)

z :

u = całkowity transfer ciepła współczynnik W W/m2.°c
R = odporność na przenikanie ciepła W m2.°c / w
e = grubość ścianki w m
λ = przewodność cieplna materiału w W / m.°c

dla pojedynczej ściany monomateriału wyrażenia można następnie podsumować jako :

Φ = Q/A = (Tskin1-Tskin2)/R = (Tskin1-Tskin2)/(e/λ)

z:

Tskin1 = temperatura na powierzchni ściany 1 W °C
Tskin2 = temperatura na powierzchni ściany 2 W °C

przykład przewodzenia ciepła przez ścianę : latem właściciel domu wykonanego wyłącznie z cegieł chce wiedzieć, jak ciepło przechodzi przez ścianę swojego domu, aby mógł zdecydować, czy musi izolować dla oszczędności energii. Cegły mają przewodność 0,8 W / m / K i mają 15 cm szerokości. Ściana ma 6 m długości na 3 m wysokości. Mierzy 35 stopni na powierzchni zewnętrznej i 22 stopnie na powierzchni ściany wewnątrz.

Φ = Q/A = (Tskin1-Tskin2)/R = (Tskin1-Tskin2) / (e / λ) = (35-22)/(0.15/0.8) = 69.3 W / m2.°c

Q = Φ * A = 69.3*6*3 = 1248 w = 1,2 kW

przewodzenie ciepła przez ścianę kompozytową

jak zaizolować ścianę warstwą materiału o niskiej przewodności cieplnej ?

w wielu przypadkach, zwłaszcza gdy poszukuje się izolacji, ściana nie jest wykonana z jednego materiału, ale z kilku warstw materiałów o różnych właściwościach. Jest to ściana kompozytowa. Często zdarza się, że materiał, który przynosi strukturalne zapotrzebowanie ściany, i materiał, który zapewnia izolację.

ze względu na prostą geometrię ścian płasko – równoległych wyrażenia opracowane dla ściany prostej są zachowane, tylko globalna rezystancja ściany kompozytowej musi być ponownie obliczona w celu uwzględnienia rezystancji poszczególnych warstw. W przypadku ścian kompozytowych rezystancje te są addytywne.

biorąc pod uwagę ścianę wykonaną z n warstw o grubości ei i przewodności λi, całkowita rezystancja ściany kompozytowej będzie wynosić :