1.2 Різні теплові коефіцієнти 2
опубліковано 14 липня 2016 р. Оновлено 11 жовтня 2016 р
d) Питома теплоємність (c)
Питома теплоємність або питома теплоємність c являє собою кількість енергії, яку потрібно подавати на кілограм матеріалу, щоб підвищити його температуру на один градус Кельвіна. Ця інтенсивна кількість характеризує здатність матеріалу нагріватися, коли він отримує калорії: його одиниця - Джоуль на кілограм і на Кельвін (J.kg1.K-1). Нижче наведені теплові потужності деяких матеріалів:
Тюк соломи: 90
Газобетон: 215
Тверда деревина: 312
Шкіра: 400
Кладка: 420
BTCC: 1025
Напівжорстка деревна вата (55 кг/м3): 2100
Целюлозна вата: 2110
д) Теорема про ефузійність (е) та тепловий контакт
Теплова випромінюваність Е матеріалу - це його здатність обмінюватися тепловою енергією з навколишнім середовищем: він описує швидкість поглинання калорій. Чим менша ефузівність, тим швидше нагрівається матеріал, коли він отримує потік тепла. Навпаки, чим вона вища, тим більше матеріал поглинає калорій, не помітно нагріваючись. Ця інтенсивна кількість безпосередньо залежить від щільності, теплопровідності, а також питомої теплової потужності: вона виражається в Джоулях на Кельвін на квадратний метр і на корінь секунди (JK-1.m-2.s-1/2 ) і обчислюється за виразом нижче:
E = √λρ c (λ - теплопровідність, ρ щільність і c питома теплоємність)
Нижче наведено перелік ефузійності різних матеріалів:
Тверда деревина: 312
Кладка: 420
Тюк соломи: 90
Газобетон: 215
Шкіра: 400
BTCC: 1025
Будь-який матеріал 1, що випускає E1 при температурі T1, приведений в контакт з матеріалом 2, що випускає, є E2 і температури T2. Передбачається, що контакт здійснюється ідеально рівною плоскою поверхнею. Тому контактним опором нехтують. Що відбувається безпосередньо після контакту з поверхневою температурою двох матеріалів ?
Відповідь очевидно не T1 або T2, але цілком можливо, між ними. Це також не так (T1 + T2)/2, оскільки розуміється, що дифузійність має значення, як і теплоємність матеріалів. Тож відповідь така:
Наприклад, якщо ви покладете руку на дерево та сталь однакової температури (скажімо, 20 ° C), сталь виглядає холоднішою, оскільки її еффузивність становить 14000 JK-1.m-2.s-1/2, а також шкіра 400 JK-1.m-2.s-1/2. Температура, яку потім відчувають датчики шкіри при контакті з цією сталлю, буде розрахована нижче за Тасьє:
Tacier = (14000 × 20 + 400 × 37)/(14000 + 400) = 20.47 ° C
З іншого боку, для деревини, ефузійність якої становить близько 400 Дж. К-1.м-2.с-1/2, температура, яку відчуває Тбуа, буде:
Тбоа = (400 × 20 + 400 × 37)/(400 + 400) = 28,5 ° C
Тому дерево відчувається як «гарячий» матеріал, тоді як його температура така ж, як і в кімнаті
тобто 20 ° C. Це поняття буде дуже важливим для обробки внутрішніх поверхонь будівлі, оскільки їх теплова віддача втручається безпосередньо в тепловий комфорт і температуру, яку відчуває відчуття холоду або тепла, яке воно створює. Тому при новому будівництві чи ремонті це важливо при виборі підлогових та стінових покриттів.
f) Дифузійність (a)
Теплова дифузійність характеризує здатність матеріалу швидко передавати зміну температури від однієї точки до іншої. Як і ефузійність, теплова дифузійність залежить як від щільності, теплопровідності, так і від питомої теплоємності. З іншого боку, на відміну від ефузійності, яка описує швидкість, з якою матеріал поглинає калорії, дифузійність відображає швидкість, з якою калорії рухаються через масу матеріалу.
Теплова дифузійність є інтенсивною величиною і визначає теплову інерцію матеріалу. Одиницею вимірювання є квадратний метр в секунду (м². С-1):
a = λ/ρc (λ - теплопровідність, ρ щільність і c питома теплоємність).
g) Тепловий фазовий зсув (D)
Фазовий зсув D однокомпонентної стінки з відомою товщиною представляє час між тим, коли вона отримує тепло і коли вона випромінює в своє безпосереднє оточення. Це значення дається в годинах і безпосередньо залежить від характеристик матеріалу, що становить цю стінку (щільність ρ, питома теплоємність c, теплопровідність λ), а також товщини:
D = 0,023 × товщина × √ (ρ c/λ)
Фазовий зсув також можна розрахувати з товщини та теплової дифузійності a:
Ось приклад розрахунку фазового зсуву:
Розглянемо утеплений дах з напівжорстких панелей з деревної вати товщиною 300 мм:
- щільність: 55 кг/м3
- теплопровідність: 0,038 Вт.м-1.К-1
- питома питома теплоємність: 2100 Дж. кг-1.К-1
тому фазовий зсув D у годинах цієї стінки дорівнює:
D = 0,023 × 0,3 × √ (55 × 2100/0,038) = 12,03 або D = 12 годин
Таким чином, така ізоляція даху створює 12-годинний фазовий зсув, який у спекотні періоди має приємну температуру на горищі, незважаючи на спеку надворі. Тому при виборі утеплювача даху буде важливо враховувати цей параметр, щоб визначити оптимальну товщину утеплювача і таким чином забезпечити приємний тепловий комфорт цілий рік.
h) Надмірна вентиляція вночі
Принцип теплової вентиляції працює у взаємодії з тепловою інерцією для забезпечення літнього комфорту. Насправді протягом доби в стінах накопичується тепло з великою інерцією (зі зсувом фаз більше або дорівнює 12 годинам), що тимчасово захищає будівлю від зовнішнього тепла. Однак, якщо нічого не робити, ця спека буде поступово розсіюватися протягом вечора, і це може спричинити підвищення температури, що може бути незручним.
Щоб уникнути цього явища, доцільно евакуювати тепло, накопичене в інерційних стінках, використовуючи перепад зовнішньої температури в кінці дня. Отже, надмірна вентиляція вночі полягає у пропусканні свіжого зовнішнього повітря для створення конвекційного повітряного потоку, який буде виводити гаряче повітря і, таким чином, підтримувати приємну температуру.
Це надмірне провітрювання можна зробити різними способами: ви можете просто створити струм повітря, відкривши вікна, бажано розташовані на протилежних фасадах, або скористатися подвійним потоком VMC для введення свіжого зовнішнього повітря. Існують і інші методи, але два, описані вище, здаються найпоширенішими та найпростішими.