W/g ermodynamiki - ciepło jes jednym ze sposobów ransporu energii do/z bila, zysy przepływ ciepła może wysąpić jedynie w ciałach sałych pozosających w spoczynku. Proces wymiany ciepla: przejmowanie ciepła z ośrodka cieplejszego przewodzenie ciepła przez przegrodę oddawanie ciepla do osrodka cieplejszego Nauka rozparuje nasępujące rzy formy (sposoby) wymiany ciepła: przewodzenie ciepła konwekcja promieniowanie W ych rzech formach wymiany ciepła wysępują ylko dwa mechanizmy ransporu ciepła, a mianowicie: zderzenia cząsek fala elekromagneyczna Konwekcja ( UNOSZENIE ) wysępuje wówczas, gdy poszczególne makroskopowe cząski ośrodka, w kórym odbywa się ruch ciepła, zmieniają swoje położenie. Głównie wysępuje w ośrodkach gazowych i ciekłych. Rozróżnia się przy ym dwa rodzaje konwekcji: swobodną wymuszoną. Przy konwekcji swobodnej ruchy powierza są wynikiem różnic gęsości spowodowanych wzrosem objęości przy ogrzewaniu. Ten charaker konwekcji jes właściwy dla wnęrza pomieszczeń. Przy konwekcji wymuszonej ruchy powierza spowodowane są działaniem wiaru, wenylaorów ip. Ten yp konwekcji przeważa na zewnęrznych powierzchniach budynków. Konwekcyjną wymianę ciepła między powierzchnią i powierzem opisuje równanie Newona q k = k ( i - i) q k gęsość srumienia cieplnego [W/m ] k współczynnik przejmowania ciepła przez konwekcję [W/m K], i emperaura ośrodka [K], i emperaura powierzchni [K]. RÓWNANIA KRYTALIALNE: Kryerialne równanie wymiany ciepła w obszarze burzliwym dla powierzchni pionowych przyjmuje W PRZYPADKU KONWEKJI SWOBODNEJ posać: N u =,35 (G r P r ) /3 N u liczba podobieńswa Nusell a, G r P r iloczyn liczb Grasshoff a i Prandl a określający inensywność wymiany ciepła przez konwekcję swobodną,
W PRZYPADKU KONWEKJI WYMUSZONEJ (ruch powierza wzdłuż powierzchni) równanie kryerialne przyjmuje posać: N u =,3 R e.8 R e liczba podobieńswa Reynolds a k współczynnik przejmowania ciepła przez konwekcję [W/M K] wzór uproszczony dla wewnęrznych powierzchni pionowych: k =,66 /3 kóry z niewielkim przybliżeniem rzędu % może być sosowany w przedziale emperaur -3. Dla powierzchni zewnęrznych współczynnik wymiany ciepła przez konwekcję można obliczać ze wzoru:.656 k = 7,3 + 3,78 e -,9 [W/m K] PROMIENIOWANIE przenoszenie energii w ośrodku gazowym lub próżni pomiędzy dwoma powierzchniami za pomocą fal elekromagneycznych. Wymiana ciepła na powierzchni przegród przez promieniowanie odbywa się za pośrednicwem fal elekromagneycznych, przy czym nasępuje u dwukrona zamiana posaci energii, j. cieplnej na elekromagneyczną na powierzchni ciała wypromieniowującego ciepło i elekromagneycznej na cieplną na powierzchni ciała pochłaniającego ciepło. Powierzchnie wszyskich ciał o emperaurze powyżej zera bezwzględnego są źródłami promieniowania cieplnego o naężeniu zależnym od właściwości i emperaury powierzchni. Zdolność maeriału wypromieniowywania i pochłaniania ciepła charake ryzuje współczynnik promieniowania maeriału. Naężenie promieniowanie ciał absolunie czarnych jes można opisać wzorem Sefana-Bolzmana T E T emperaura absoluna [K] współczynnik promieniowania ciała absolunie czar nych = 5,77 W/m K. Sosunek naężenia promieniowania pochłanianego przez powierzchnię ciała szarego do naężenia promieniowania padającego oznaczamy e i nazywamy współczynnikiem absorpcji. Zgodnie z prawem Kirchhoffa współczynnik en charakeryzuje ciała również przy emisji promieniowania, co opisuje zależność = o współczynnik promieniowania powierzchni ciała szarego. Podobnie sosunek naężenia promieniowania odbiego do naężenia promieniowania padającego nazywamy współczynnikiem odbicia i oznaczamy Współczynniki odbicia i absorpcji dla maeriałów nieprzezroczysych są związane zależnością + =. Dla dwóch przegród równoległych współczynnik wymiany ciepła przez promieniowanie określać można z zależności
r. 73 73, współczynniki promieniowania powierzchni, współczynnik promieniowania ciała absolunie czarnego,, emperaury powierzchni [ ]. W rzeczywisości na powierzchniach przegród budowlanych mamy do czynienia z jednoczesną wymianą ciepła przez konwekcję i promieniowanie, j. ze złożoną wymianą ciepła. Dla porzeb analizy złożonej wymiany ciepła korzysamy z założenia, że gęsość srumienia cieplnego na rozparywanej powierzchni jes równa sumie gęsości srumieni cieplnych przekazywanych przez konwekcję i promieniowanie q = qk + qr q gęsość srumienia cieplnego, qk gęsość srumienia cieplnego przekazywanego przez konwekcję, qr gęsość srumienia cieplnego przekazywanego przez promieniowanie. W przypadku pomieszczenia z jedną ścianą zewnęrzną i przy jednakowej emisyjności i emperaurze pozosałych powierzchni zależność powyższą można przedsawić w posaci q = k ( i - i) + r( i - i) = i lub e ( i - i) q gęsość srumienia cieplnego [W/m ] i lub e = k + r k współczynnik przejmowania ciepła przez konwekcję [W/m K], i emperaura ośrodka [K], i emperaura powierzchni [K]. PRZEWODZENIE IEPŁA Przewodzenie ciepła jes zjawiskiem polegającym na przeno szeniu energii cieplnej wewnąrz makroskopowo nieruchomego ośrodka maerialnego w wyniku oddziaływań międzycząseczkowych - HARAKTERYSTYZNY DLA IAŁ STAŁYH. określenie pola emperaur j. podania zależności funkcyjnej emperaury od współrzędnych x, y i z oraz czas = f(x, y, z, ) Jeżeli emperaura zależy od czasu, o pole emperaur nosi nazwę pola nieusalonego (niesacjonarnego). Naomias jeżeli emperaura w każdym punkcie pola jes sała w czasie czyli f ( x, y, z) o pole emperaury nazywamy polem usalonym (sacjonarnym) i wówczas emperaurę określa się jedynie w funkcji współrzędnych
Wedy w sanie usalonym a nieusalonym = f(x, y, z). = f(x), = f(x, ). W ym przypadku pole emperaur znajduje się jako rozwiązanie równania różniczkowego, zwanego równaniem Fouriera lub równaniem przewodnicwa cieplnego a a x gdzie a współczynnik wyrównania emperaury [m /S] w kórym: - współczynnik przewodzenia ciepła [W/mK] a = c Qd A c = ciepło właściwe [J/kg.K], - gęsość maeriału [kg/m 3 ] lub empirycznym prawem Fouriera d q grad dx q naężenie srumienia cieplnego, d grad- gradien emperaury. dx Dla przepływu jednokierunkowego = f(x,). Warunki brzegowe opisują sposób wymiany ciepła na granicy obszaru o jednorodnych cechach cieplnych. Najczęściej wyróżnia się nasępujące warunki brzegowe: - warunek brzegowy I rodzaju, gdy znany jes rozkład emperaury na brzegu obszaru w dowolnej chwili F ( ) = f( ) indeks F oznacza brzeg obszaru - warunek brzegowy II rodzaju, gdy znany jes rozkład gęsości srumienia cieplnego na brzegu obszaru w dowolnej chwili q F ( ) = f( )
- warunek brzegowy III rodzaju, gdy wymiana ciepła między powierz chnią o oaczającym ośrodkiem odbywa się wg prawa Newona - (grad) F = ( F - ) - współczynnik przejmowania ciepła F emperaura na brzegu obszaru emperaura oaczającego ośrodka. - warunek brzegowy IV rodzaju, obejmujący warunki ciągłości empera ury i gęsości srumienia cieplnego na brzegu obszarów, w kórych przewodzenie ciepła opisane jes różnymi równaniami (np. na skuek różnych cech fizycznych i ermicznych maeriałów F ( ) = F ( ) (grad ) F = (grad ) F założenia przenikania ciepła przez przegrody -przepływ ciepła odbywa się w warunkach usalonych, zn. srumień cieplny i emperaury nie zmieniają się w czasie, -pole emperaur jes jednowymiarowe (wzdłuż grubości przegrody), -ruch ciepła odbywa się prosopadle do płaszczyzny przeg rody. Odwroność oporu przenikania ciepła nosi nazwę współczynnika przenikania ciepła U [W/m K] będący sosowana powszechnie MIARĄ IZOLAYJNOŚI PRZEGRÓD. U [ W/m K]. R T