Šilumos laidumas, kondukcija ir šilumos perdavimo mechanizmai: kas tai ir kaip tai taikoma pastatų energiniam naudingumui

Palietus ranka metalinę durų rankeną atrodo, kad ji yra daug šaltesnė negu medinės durys. Jų temperatūra tikrai vienoda, nes ir duris, ir rankeną supa kambario oras. Kambario oras yra maždaug 20 °C, o mūsų kūno temperatūra 37 °C. Šiltesni kūnai visada perduoda šilumą šaltesniems. Palietus ranka duris ar rankeną, rankos oda netenka šilumos. Kadangi mediena šilumą praleidžia 600 kartų blogiau negu metalas, tai rankos temperatūra išlieka maždaug tokia pati.

Palietus metalą, rankos temperatūra staiga nukrinta, mes jaučiame vėsą, nes „nutekėjo“ daug mūsų rankos šilumos. Norint pasiekti dabar galiojančius energinio efektyvumo reikalavimus, būtina visose pastato atitvarose numatyti termoizoliacinį sluoksnį iš efektyvių šilumą izoliuojančių medžiagų. Šie reikalavimai (t.y. pasiekta aukšta pastato energinio naudingumo klasė) bus lengvai įvykdomi, jei projektuojant numatysite ir statant panaudosite tinkamo storio efektyvias termoizoliacines ROCKWOOL akmens vatos medžiagas.

Termoizoliacijos poreikis ir jos skaičiavimas

Koks reikalingas termoizoliacinio sluoksnio storis? LST EN ISO 6946:2008 „Statybiniai komponentai ir elementai. Šiluminė varža ir šilumos perdavimo koeficientas. LST EN 10456:2008 „Statybinės medžiagos ir gaminiai. Hidroterminės savybės. Pastatų atitvarų šilumos pralaidumas apibūdinamas šilumos perdavimo koeficientu U (išreiškiamas W/m2·K). Atitvaroms keliami tam tikri reikalavimai dėl norminių savitųjų šilumos nuostolių, o jiems skaičiuoti naudojamos atitinkamai naudingumo klasei nurodytos norminės arba leistinos šilumos perdavimo koeficiento U vertės. Kuo šis U koeficientas mažesnis, tuo geriau atitvara izoliuoja šilumą.

Atitvaros šilumos perdavimo koeficientas U apskaičiuojamas visai atitvarai, t.y. susumuojant visų tą atitvarą sudarančių medžiagų sluoksnių šiluminius rodiklius. Šiluminė varža R priklauso nuo kiekvieno atitvarą sudarančio sluoksnio storio d ir šio sluoksnio medžiagos projektinio šilumos laidumo koeficiento λd과 vertės. Kiekvieno atitvaros sluoksnio šiluminė varža parodo priešingų šio sluoksnio paviršių temperatūrų skirtumą (K), kuriam esant susidaro vienetinis šilumos srauto tankis (W/m2). Ji išreiškiama (m2·K)/W.

Spinduliuotės šilumos perdavimas, šilumos laidumas ir konvekcija yra trys įprastos šilumos perdavimo formos, kurios atlieka svarbų vaidmenį įvairiose pramonės šakose. Spindulinis šilumos perdavimas vyksta, kai šilumos energija elektromagnetinėmis bangomis keliauja iš vieno objekto į kitą. Šis šilumos perdavimo būdas nereikalauja jokio fizinio kontakto tarp dviejų objektų, todėl tai labai efektyvi šilumos perdavimo forma.

Šilumos perdavimo būdai

Šilumos laidumas atsiranda, kai šilumos energija perduodama per kietą medžiagą, paprastai iš karštesnio regiono į vėsesnį. Šio tipo šilumos perdavimas apima energijos perdavimą tarp kietoje medžiagoje esančių atomų ir molekulių, o jį gali paveikti tokie veiksniai kaip šilumos laidumas ir medžiagos storis. Konvekcija apima šilumos energijos perdavimą per skysčių, tokių kaip oras ar vanduo, judėjimą. Konvekcija gali būti natūrali arba priverstinė ir atsiranda, kai šildomi skysčiai pakyla, o vėsesni skysčiai nusileidžia procesui, vadinamam konvekcine srove.

Apskritai, norint optimizuoti šildymo ir vėsinimo sistemas įvairiose pramonės šakose, svarbu suprasti spinduliuotės šilumos perdavimo, šilumos laidumo ir konvekcijos skirtumus. Jei įrentas grindinis šildymas, skirtingai nuo tradicinio šildymo metodo, būtina atkreipti dėmesį į klojamų grindų tipą ir medienos rūšį. Jei įrentas šildomas pagrindas, rekomenduojama rinktis stabilesnes medienos rūšis, t. y. kuo mažiau ir lėčiau reaguojančias į drėgmės ir temperatūrų pokyčius. Vertinant įvairias medienos rūšis pagal Janka stabilumo skalę, vienos stabiliausių pripažįstamos apdoroto pluošto bambuko, meskito, plienmedžio, baltojo uosio ir kietojo klevo.

Medžiagos ir konkrečios rekomendacijos

Efektyviam grindiniam šildymui Vokietijoje rekomenduojama, grindų šiluminė varža nedidesnė už 0,15 m2K/W. Šiluminis laidumas - medžiagos savybė praleisti šilumą, t. y. termoizoliacinė medžiagos savybė. Šią savybę apibūdina šilumos laidumo koeficientas λ. Kuo mažesnė λ vertė, tuo geresnėmis izoliacinėmis savybėmis pasižymi medžiaga. Šiluminė varža - tai tam tikro (apibrėžto) storio gaminio gebėjimas priešintis šilumos prasiskverbimui. Šiluminė varža priklauso nuo medžiagos šilumos laidumo koeficiento (λ), izoliacinio sluoksnio storio (d) ir skaičiuojama pagal formulę: R = d / λ. Kuo didesnė šiluminė varža, tuo geresnės yra medžiagos izoliacinės savybės.

Visų pirma turėtume žinoti, kad šilumos perdavimą sukelia temperatūrų skirtumas tarp objektų. Jei nėra išorinio maitinimo šaltinio, pagal antrąjį termodinamikos dėsnį šiluma visada automatiškai perduodama iš aukštesnės temperatūros vietos į žemesnės. Yra trys pagrindiniai šilumos perdavimo būdai: šilumos laidumas, šilumos konvekcija ir šilumos spinduliuotė. Toliau pateikiami trys šilumos perdavimo metodai.

1. Šilumos laidumas. Furjė dėsnis teigia, kad šilumos laidumo per vienetą perduodama šiluma yra proporcinga skerspjūvio plotui, statmenam šilumos srautui ir temperatūros gradientui. Neigiamas ženklas rodo krypties priešingumą. Šilumos laidumas yra medžiagos savybė, kurią apibūdina λ, ir kuo didesnis λ, tuo geresnės šilumos laidumo savybės.
2. Terminė konvekcija. Terminė konvekcija reiškia santykinį poslinkį tarp skysčių dalių, kurį sukelia makroskopinis jų judėjimas, ir šilumos perdavimo procesą. Konvekcija gali būti natūrali arba priverstinė, o pagrindinė formulė artimiausiu atveju naudojama Niutono aušinimo koncepcija. Konvekcinis šilumos perdavimo koeficientas priklauso nuo fizinių objektų savybių ir skysčio srauto.
3. Šiluminė spinduliuotė. Spinduliuotė yra energijos perdavimas elektromagnetinėmis bangomis ir gali vykti net vakuume. Inžinerijoje radiacija svarbi kai sistemas viename ar daugiau objektų šiluma perduodama per kontaktą ir tarp jų vienu metu spinduliuojama bei sugeriama.

Toliau pateikiamos konkrečios rekomendacijos dėl termoreguliavimo ir medžiagų pasirinkimo grindims ir pagrindams. Jei įrentas grindinis šildymas, reikia atsižvelgti į grindų tipą ir medienos rūšį. Jei įrentas šildomas pagrindas, rekomenduojama rinktis stabilesnes medienos rūšis: apdoroto pluošto bambukas, meskitas, plienmedis, baltojo uosio ir kietojo klevo medžiagos laikomos stabilesnėmis pagal Janka stabilumo skalę. Efektyviam grindiniam šildymui Vokietijoje rekomenduojama, grindų šiluminė varža nedidesnė už 0,15 m2K/W.

Šilumos perdavimą įtakoja keli veiksniai: temperatūros skirtumas, medžiagos laidumas, storis ir konfigūracija. Todėl siekiant energinio efektyvumo, būtina rinktis tinkamas izoliacines medžiagas ir jų storį, remiantis normomis bei naudingumo klasėmis. ROCKWOOL akmens vata yra paminėta kaip pavyzdys efektyvių termoizoliacinių medžiagų pasirinkimo galimybių, kurios padeda įgyvendinti keliamus reikalavimus.

Santrauka apie pagrindinius šilumos perdavimo dėmenis

• Spinduliuotė gali būti efektyvi ir vakuume; ji nereikalauja kontakto, todėl naudinga įrenginėjant atitvaras su skirtingais paviršiais.
• Šilumos laidumas rodo, kaip lengvai šiluma praeina per kietą medžiagą; kuo mažesnis λ, tuo geriau izoliuojama.
• Konvekcija yra skysčių judėjimo dėka vykstantis šilumos perdavimas; natūraliai ar priverstinai judantys skysčiai suteikia papildomą termininį srautą per paviršių.

Šilumos varža (R) ir šilumos laidumo koeficientas (λ) yra pagrindiniai dydžiai projektuojant šilumos izoliaciją. R priklauso nuo d ir λ, o didesnė R reikšmė rodo geresnę izoliaciją. Kintant sluoksnių skaičiui ar jų storiams, galima pasiekti norimą energinį efektyvumą, atsižvelgiant į konkrečias pastato atitvarų savybes.

Tiksliniai duomenys ir praktinės gairės

tags: #silumos #laidumas #konvdukcija