Silumos laidumas konvekcijos budu skysciuose: principai, skaičiavimai ir inzinierines aplikacijos

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

1. Šilumos laidumas

Kai tarp įvairių objekto dalių nėra santykinio poslinkio, šiluminis energijos perdavimas, kurį generuoja šiluminis molekulių, atomų ir laisvųjų elektronų bei kitų mikroskopinių dalelių judėjimas, tampa šilumos laidumu. Pagrindinė šilumos laidumo skaičiavimo formulė yra Furjė dėsnis: šilumos laidumo per vienetą perduodama šiluma yra proporcinga skerspjūvio plotui, statmenam šilumos srautui ir proporcingai temperatūros gradientui. Neigiamas ženklas rodo, kad šilumos laidumo kryptis yra priešinga temperatūros gradiento krypčiai. Šilumos laidumas yra būdinga fizinė medžiagos savybė, atspindinti medžiagos šilumos laidumą. Kuo didesnis šilumos laidumas, tuo geresnis medžiagos šilumos laidumas.

2. Terminė konvekcija

Terminė konvekcija reiškia santykinį poslinkį tarp įvairių skysčio dalių, kuriuos sukelia skysčio makroskopinis judėjimas, ir šilumos perdavimo procesą, kurį sukelia šaltų ir karštų skysčių maišymas. Terminė konvekcija vyksta tik skystyje. Kadangi skystyje esančios molekulės tuo pačiu metu atliks netaisyklingą šiluminį judėjimą, šiluminę konvekciją visada lydi šilumos laidumas. Įprastoje inžinerijos situacijoje skystis teka per objektą ir sukuria šilumos perdavimo procesą tarp jo paviršiaus. Šis reiškinys vadinamas konvekciniu šilumos perdavimo procesu.

Konvekcinis šilumos perdavimas skirstomas į du tipus: natūrali konvekcija ir priverstinė konvekcija. Natūralią konvekciją lemia skirtingas šaltų ir karštų skysčio dalių tankis. Pavyzdžiui, oras šalia radiatoriaus yra kaitinamas ir teka aukštyn. Priverstinė konvekcija atsiranda dėl skysčio srauto dėl slėgio skirtumo. Pavyzdžiui, aušinimo vanduo priverčiamas tekėti vandens siurbliu, o ne tankio skirtumu. Pagrindinė konvekcinės šilumos perdavimo skaičiavimo formulė yra Niutono aušinimo formulė. Konvekcinis šilumos perdavimo koeficientas yra susijęs su daugeliu veiksnių, pavyzdžiui, fizinėmis objekto savybėmis, santykine šilumos mainų paviršiaus forma ir dydžio, bei skysčio srautu. Atliekant konvekcinę analizę, norint apskaičiuoti konvekcinį šilumos perdavimo koeficientą objekto paviršiuje, paprastai reikia naudoti teorinę analizę ar eksperimentinius metodus.

3. Šiluminė spinduliuotė

Tai, kaip objektai energiją perduoda elektromagnetinėmis bangomis, vadinama spinduliuote. Objektai spinduliuoja šilumos energiją dėl įvairių priežasčių, o spinduliuotė gali vykti net ir vakuume. Inžinerijoje radiacija dažnai įvertinama tarp dviejų ar daugiau objektų, kai kiekvienas sistemos elementas vienu metu spinduliuoja ir sugeria šilumą.

Šiame kontekste svarbu suvokti, kad konvekcija ir laidumas dažnai veikia kartu. Pavyzdžiui, šiltinant pastatus svarbu įvertinti konvekcijos poveikį langų ir išorinių plokščių sandariklių projekcijoje, kad teisingai balansuoti energijos taupymą. Europos ir nacionaliniai standartai nustato, kaip vertinti konvekciją įtraukiant konvekcijos pataisos koeficientą bei kaip deklaruoti šilumos nuostolius CO2 atžvilgiu. Tokios taisyklės formuoja, kaip teikiami duomenys apie energijos taupymą ir kaip jie atitinka ES direktyvas.

Pastatų energinio naudingumo standartai ir jų įtaka

APVA irkita kvietimai suteikti paramą daugiabučių atnaujinimui nurodo, kad reikia laikytis atitvarų su Europos techniniu įvertinimu arba Nacionaliniu techniniu įvertinimu. Taip pat svarbu atsižvelgti į tai, kad konvekcija įtakoja termoizoliacines medžiagas ir jų šiluminį laidumą. ES standartai ir LST EN ISO 10456:2008 bei LST EN ISO 6946:2008 nustato, kaip konvekcija turi įtakos termoizoliaciniams medžiagoms ir kaip teikti duomenis pagal atitinkamą metodiką.

Praktiniai aspektai ir taikymo pavyzdžiai

1) Duomenų apie konvekcijos poveikį surinkimas ir įvertinimas dažnai atliekamas taikant teoretinę analizę arba eksperimentinę metodiką, kad būtų galima tiksliau nustatyti konvekcinio šilumos perdavimo koeficientą objektų paviršiuose.

2) Pastatų sandarumo užtikrinimas ir mažo šiluminio laidumo sluoksnio taikymas yra esminiai žingsniai siekiant subalansuoti konvekciją ir laidumą bei užtikrinti efektyvų energijos vartojimą.

Galimos lentelių ir duomenų įtraukimo galimybės

Nuoširdžiai rekomenduojama vadovautis ES direktyvomis ir EN standartu metodikomis, vertinant konvekcijos įtaką šilumos nuostoliams, kad būtų užtikrintas energijos sutaupymas ir tinkamas energijos efektyvumo deklaravimas.

tags: #silumos #laidumas #konvekcijos #budu #skysciuose