Коэффициент теплопроводности воздуха таблица: Теплопроводность — РосТепло Энциклопедия теплоснабжения

by Posted on

Содержание

Теплофизические свойства воздуха в Excel

Опубликовано 14 Мар 2020
Рубрика: Теплотехника | 4 комментария

В огромном количестве теплотехнических задач, в том числе для не очень простых расчетов коэффициентов теплоотдачи на границах нагретых твердых тел и окружающего их воздушного пространства, требуется знать значения целого набора теплофизических свойств воздуха.

Эти параметры, существенно зависящие от температуры, можно найти в таблицах справочников и учебников по теплотехнике. Однако гораздо удобнее представить табличные данные в виде аппроксимирующих функций, которые позволят быстро и точно вычислять данные для  любых значений температуры в заданном диапазоне. Полученные зависимости  удобно использовать в более сложных расчетах, не отвлекаясь на рутинную подготовку данных по справочникам.

Расчет в Excel теплофизических свойств воздуха:

В расчете, написанном в программе Excel, вычисления выполняются по нижеприведенным формулам, в которых переменная t – температура воздуха в градусах Цельсия:

Т=t+273,15, К  (1)

ρ=353,089/(t+273,15), кг/м3  (2)

μ=(a0+a1*t+a2*t2+a3*t3)/1000000, Па*с  (3)

где:

  • a0=+1,71625E+01
  • a1=+4,82102E-02
  • a2=- 2,17419E-05
  • a3=+7,06065E-09

Cp=a0+a1*t+a2*t2+a3*t3+a4*t4, Дж/(кг*К)  (4)

где:

  • a0=+1,00564E+03
  • a1=+7,43322E-03
  • a2=+5,78429E-04
  • a3=-5,87508E-07
  • a4=+1,81359E-10

λ=(a0+a1*t+a2*t2+a3*t3)/100, Вт/(м*К)  (5)

где:

  • a0=+2,41822
  • a1=+7,32841E-03
  • a2=-2,53698E-06
  • a3=+9,34274E-10

ν=μ/ρ, м2/с  (6)

β=1/T, К-1  (7)

α=λ/(Cp*ρ), м2/с  (8)

Pr=μ*Cp/λ  (9)

Формулы выдают достоверные результаты при нормальном атмосферном давлении сухого воздуха (P=101325 Па) в достаточно широком диапазоне температур 200…1500 К (-73…+1227 °С).

Четыре параметра: объемная плотность (ρ), динамический коэффициент вязкости (μ), удельная изобарная теплоемкость (Cp) и коэффициент теплопроводности (λ) вычисляются по эмпирическим аппроксимирующим зависимостям. Остальные свойства воздуха – по определенным и обоснованным теорией формулам.

В качестве базовой для получения аппроксимирующих функций была взята таблица параметров сухого воздуха из [1] — одного из самых «свежих» учебников по теплопередаче, опубликованного в июле 2019 года.

Далее в таблице показаны диапазоны относительных погрешностей между значениями теплофизических свойств воздуха, вычисленными по эмпирическим формулам и значениями из таблицы-первоисточника [1] в диапазоне температур 250…1500 К (-23…+1227 °С).

Погрешности вычислений по полученным формулам не превышают по модулю 0,8%, что наверняка меньше погрешностей экспериментальных данных, представленных в базовой таблице.

При расширении температурного диапазона в сторону отрицательных значений до 200 К (-73 °С) погрешность определения динамического коэффициента вязкости (μ) возрастает до +1,4%, а коэффициента теплопроводности (λ) – до +1,8%, что, тем не менее, абсолютно приемлемо в большинстве практических вычислений.

Литература:

  1. John H. Lienhard IV, John H. Lienhard V, A Heat Transfer Textbook (Fifth Edition), Phlogiston Press, Cambridge, Massachusetts, U.S.A. 10.07.2019 (web.mit.edu/lienhard/www/AHTTv500.pdf).

Ссылка на скачивание файла: teplofizicheskie-svojstva-vozduha (xlsx 11,0KB).

Другие статьи автора блога

На главную

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

Быстрый поиск теплопроводности строительных и отделочных материалов. Полная таблица

В физике теплопроводностью принято называть способность молекул переносить энергию от нагретых участков вещества к холодным. Коэффициент обозначается греческой буквой λ (лямбда) и выражается в Вт/(м·K) или Ватт/(метр·градус Кельвина).

Чем меньше цифра, тем большей термической защитой обладают строительные и отделочные материалы. Расскажем о том, от чего зависит величина, куда уходит теплый воздух, а также дадим полную таблицу значений по группам.

Основные данные для статьи мы будем брать из двух нормативных документов: СНиП 23-02-2003 и СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий».

От чего зависит проводимость тепла

Теплопроводность напрямую зависит от следующих факторов:

  • Плотность. Чем ближе молекулы вещества находятся друг к другу, тем быстрее идет обмен энергией. Значит, повышение плотности ведет к снижению теплозащиты.

  • Структура. В пористых материалах содержатся капсулы с воздухом, который существенно затормаживает процесс улетучивания тепла. Пористый — значит более теплый.

  • Влажность. У воды показатель λ при температуре +20°C в 23 раза больше, чем у воздуха. Поэтому промокший кирпич остывает быстрее.

На основе уровня влажности мы вычислим условия эксплуатации, необходимые для уточнения поиска значений теплопроводности в таблице.

Условия эксплуатации

Определение условий эксплуатации поможет получить объективное значение теплопроводности (параметры «А» и «Б»). Для этого нужно пройти 3 простых этапа.

Этап 1. Найдем влажностный режим помещения исходя из таблицы:







РежимВлажность внутреннего воздуха, %, при температуре, °С
До +12 °CОт +12 до +24 °CБольше +24 °C
СухойДо 60 %До 50 %До 40 %
НормальныйОт 60 до 75 %От 50 до 60 %От 40 до 50 %
ВлажныйСвыше 75 %От 60 до 75 %От 50 до 60 %
Мокрый—Свыше 75 %Свыше 60 %

Этап 2. Определим зону влажности в зависимости от региона. Характеристики указаны цифрами от 1 до 3. Их можно посмотреть на картинке подзаголовка или увидеть на более детальной карте по ссылке: большая карта.

Этап 3. Соотнесем параметры, полученные на первых двух этапах и получим нужную букву условий эксплуатации:






Влажностный режим помещений зданий (этап 1)Условия эксплуатации А и Б в зоне влажности (по карте этапа 2)
СухойНормальнойВлажной
СухойААБ
НормальныйАББ
Влажный или мокрыйБББ

Пример: пусть в нашем помещении при комнатной температуре от +12 до +24 °C влажность не поднимается выше 50 %, значит режим — сухой. Дом расположен в Твери — 2 зона влажности (нормальная). Тогда условия эксплуатации получаются с обозначением «А». На них и будем обращать внимание.

Теплоизоляционные материалы

Далее базовую теплопроводность будем указывать, как λ0, та же величина с обозначением λ (А) — параметр для обычных условий эксплуатации, а λ (Б) — маркер повышенной влажности. Плотность — ρ0, паропроницаемость — μ.

Мы заменили Вт/(м·K) на Вт/(м·°C), поскольку эти системы отсчета тождественны для определения уровня переноса энергии. Величина градуса одинакова для обеих шкал. Градус здесь — единица температурного перепада (градиента, приращения).

Теплоизоляционные материалы — основной барьер на пути холодного воздуха. Таблица коэффициентов для них такова:





























































№Материалρ0, кг/м³λ0, Вт/(м·°С)λ (А), Вт/(м·°С)λ (Б), Вт/(м·°С)μ, мг/(м·ч·Па)
1Плиты из пенополистиролаДо 100,0490,0520,0590,05
2То же10-120,0410,0440,0500,05
3«12-140,0400,0430,0490,05
4«14-150,0390,0420,0480,05
5«15-170,0380,0410,0470,05
6«17-200,0370,0400,0460,05
7«20-250,0360,0380,0440,05
8«25-300,0360,0380,0440,05
9«30-350,0370,0400,0460,05
10«35-380,0370,0400,0460,05
11Плиты из пенополистирола с графитовыми добавками15-200,0330,0350,0400,05
12То же20-250,0320,0340,0390,05
13Экструдированный пенополистирол25-330,0290,0300,0310,005
14То же35-450,0300,0310,0320,005
15Пенополиуретан800,0410,0420,050,05
16То же600,0350,0360,0410,05
17«400,0290,0310,040,05
18Плиты из резольнофенол-формальдегидного пенопласта800,0440,0510,0710,23
19То же500,0410,0450,0640,23
20Перлитопластбетон2000,0410,0520,060,008
21То же1000,0350,0410,050,008
22Перлитофосфогелевые изделия3000,0760,080,120,2
23То же2000,0640,070,090,23
24Теплоизоляционные изделия из вспененного синтетического каучука60-950,0340,040,0540,003
25Плиты минераловатные из каменного волокна (минвата)1800,0380,0450,0480,3
26То же40-1750,0370,0430,0460,31
27«80-1250,0360,0420,0450,32
28«40-600,0350,0410,0440,35
29«25-500,0360,0420,0450,37
30Плиты из стеклянного штапельного волокна850,0440,0460,050,5
31То же750,040,0420,0470,5
32«600,0380,040,0450,51
33«450,0390,0410,0450,51
34«350,0390,0410,0460,52
35«300,040,0420,0460,52
36«200,040,0430,0480,53
37«170,0440,0470,0530,54
38«150,0460,0490,0550,55
39Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные10000,150,230,290,12
40То же8000,130,190,230,12
41«6000,110,130,160,13
42«4000,080,110,130,19
43Плиты древесно-волокнистые и древесно-стружечные2000,060,070,080,24
44Плиты фибролитовые и арболит на портландцементе5000,0950,150,190,11
45То же4500,090,1350,170,11
46«4000,080,130,160,26
47Плиты камышитовые3000,070,090,140,45
48То же2000,060,070,090,49
49Плиты торфяные теплоизоляционные3000,0640,070,080,19
50То же2000,0520,060,0640,49
51Пакля1500,050,060,070,49
52Плиты из гипса13500,350,500,560,098
53То же11000,230,350,410,11
54Листы гипсовые обшивочные (сухая штукатурка)10500,150,340,360,075
55То же8000,150,190,210,075
56Изделия из вспученного перлита на битумном связующем3000,0870,090,0990,04
57То же2500,0820,0850,0990,04
58«2250,0790,0820,0940,04
59«2000,0760,0780,090,04

Засыпки

Сыпучие материалы применяются в строительстве для обустройства оснований и служат компонентами для цементобетонных смесей. Их коэффициенты теплопроводности указаны в таблице:

































№Материалρ0, кг/м³λ0, Вт/(м·°С)λ (А), Вт/(м·°С)λ, Вт/(м·°С)μ, мг/(м·ч·Па)
1Гравий керамзитовый6000,140,170,190,23
2То же5000,140,150,1650,23
3«4500,130,140,1550,235
4Гравий керамзитовый4000,120,130,1450,24
5То же3500,1150,1250,140,245
6«3000,1080,120,130,25
7«2500,0990,110,120,26
8«2000,0900,100,110,27
9Гравий шунгизитовый (ГОСТ 9757)7000,160,180,210,21
10То же6000,130,160,190,22
11«5000,120,150,1750,22
12«4500,110,140,160,22
13«4000,110,130,150,23
14Щебень шлакопемзовый и аглопоритовый (ГОСТ 9757)8000,180,210,260,22
15То же7000,160,190,230,23
16«6000,150,180,210,24
17«5000,140,160,190,25
18«4500,130,150,170,255
19«4000,1220,140,160,26
20Пористый гравий с остеклованной оболочкой из доменного и ферросплавного шлаков (ГОСТ 25820)7000,140,170,190,22
21То же6000,130,160,180,235
22«5000,120,140,150,24
23«4000,100,130,140,245
24Щебень и песок из перлита вспученного (ГОСТ 10832)5000,090,10,110,26
25То же4000,0760,0870,0950,3
26«3500,070,0810,0850,3
27«3000,0640,0760,080,34
28Вермикулит вспученный (ГОСТ 12865)2000,0650,080,0950,23
29То же1500,0600,0740,0980,26
30«1000,0550,0670,080,3
31Песок для строительных работ (ГОСТ 8736)16000,350,470,580,17

Бетоны

Изделия из бетона с добавлением цемента служат основой при строительстве домов. Опишем в таблице их теплопроводность: 





























































































№Материалρ0, кг/м³λ0, Вт/(м·°С)λ (А), Вт/(м·°С)λ (Б), Вт/(м·°С)μ, мг/(м·ч·Па)
1Туфобетон18000,640,870,990,09
2То же16000,520,70,810,11
3«14000,410,520,580,11
4«12000,320,410,470,12
5Бетон на литоидной пемзе16000,520,620,680,075
6То же14000,420,490,540,083
7«12000,300,40,430,098
8«10000,220,30,340,11
9«8000,190,220,260,12
10Бетон на вулканическом шлаке16000,520,640,70,075
11То же14000,410,520,580,083
12«12000,330,410,470,09
13«10000,240,290,350,098
14«8000,200,230,290,11
Бетоны на искусственных пористых заполнителях
1Керамзитобетон на керамзитовом песке18000,660,800,920,09
2То же16000,580,670,790,09
3«14000,470,560,650,098
4«12000,360,440,520,11
5«10000,270,330,410,14
6«8000,210,240,310,19
7«6000,160,20,260,26
8«5000,140,170,230,3
9Керамзитобетон на кварцевом песке с умеренной (до 12 %) поризацией12000,410,520,580,075
10То же10000,330,410,470,075
11«8000,230,290,350,075
12Керамзитобетон на перлитовом песке10000,280,350,410,15
13То же8000,220,290,350,17
14Керамзитобетон беспесчаный7000,1350,1450,1550,145
15То же6000,1300,1400,1500,155
16«5000,1200,1300,1400,165
17«4000,1050,1150,1250,175
18«3000,0950,1050,1100,195
19Шунгизитобетон14000,490,560,640,098
20То же12000,360,440,50,11
21«10000,270,330,380,14
22Перлитобетон12000,290,440,50,15
23То же10000,220,330,380,19
24«8000,160,270,330,26
25Перлитобетон6000,120,190,230,3
26Бетон на шлакопемзовом щебне18000,520,630,760,075
27То же16000,410,520,630,09
28«14000,350,440,520,098
29«12000,290,370,440,11
30«10000,230,310,370,11
31Бетон на остеклованном шлаковом гравии18000,460,560,670,08
32То же16000,370,460,550,085
33«14000,310,380,460,09
34«12000,260,320,390,10
35«10000,210,270,330,11
36Мелкозернистые бетоны на гранулированных доменных и ферросплавных (силикомарганца и ферромарганца) шлаках18000,580,70,810,083
37То же16000,470,580,640,09
38«14000,410,520,580,098
39«12000,360,490,520,11
40Аглопоритобетон и бетоны на заполнителях из топливных шлаков18000,70,850,930,075
41То же16000,580,720,780,083
42«14000,470,590,650,09
43«12000,350,480,540,11
44«10000,290,380,440,14
45Бетон на зольном обжиговом и безобжиговом гравии14000,470,520,580,09
46То же12000,350,410,470,11
47«10000,240,30,350,12
48Вермикулитобетон8000,210,230,26—
49То же6000,140,160,170,15
50«4000,090,110,130,19
51«3000,080,090,110,23
Бетоны особо легкие на пористых заполнителях и ячеистые
1Полистиролбетон на портландцементе (ГОСТ Р 51263)6000,1450,1750,200,068
2То же5000,1250,140,160,075
3«4000,1050,120,1350,085
4«3500,0950,110,120,09
5«3000,0850,090,110,10
6«2500,0750,0850,090,11
7«2000,0650,070,080,12
8«1500,0550,0570,060,135
9Полистиролбетон модифицированный на шлакопортландцементе5000,120,130,140,075
10То же4000,090,100,110,08
11«3000,080,080,090,10
12«2500,070,070,080,11
13«2000,060,060,070,12
14Газо- и пенобетон на цементном вяжущем10000,290,380,430,11
15То же8000,210,330,370,14
16«6000,140,220,260,17
17«4000,110,140,150,23
18Газо- и пенобетон на известняковом вяжущем10000,310,480,550,13
19То же8000,230,390,450,16
20«6000,150,280,340,18
21«5000,130,220,280,235
22Газо- и пенозолобетон на цементном вяжущем12000,370,600,660,085
23То же10000,320,520,580,098
24«8000,230,410,470,12

Кирпич

Кирпич — популярный материал как для возведения домов, так и для установки ограждающих конструкций. Его характеристики теплопроводности доступны в таблице:















№Материалρ0, кг/м³λ0, Вт/(м·°С)λ (А), Вт/(м·°С)λ (Б), Вт/(м·°С)μ, мг/(м·ч·Па)
1Глиняный обыкновенный на цементно-песчаном растворе18000,560,70,810,11
2Глиняный обыкновенный на цементно-шлаковом растворе17000,520,640,760,12
3Глиняный обыкновенный на цементно-перлитовом растворе16000,470,580,70,15
4Силикатный на цементно-песчаном растворе18000,70,760,870,11
5Трепельный на цементно-песчаном растворе12000,350,470,520,19
6То же10000,290,410,470,23
7Шлаковый на цементно-песчаном растворе15000,520,640,70,11
Кирпичная кладка из пустотного кирпича
1Керамический пустотный плотностью 1400 кг/м³ (брутто) на цементно-песчаном растворе16000,470,580,640,14
2Керамический пустотный плотностью 1300 кг/м³ (брутто) на цементно-песчаном растворе14000,410,520,580,16
3Керамический пустотный плотностью 1000 кг/м³ (брутто) на цементно-песчаном растворе12000,350,470,520,17
4Силикатный 11-пустотный на цементно-песчаном растворе15000,640,70,810,13
5Силикатный 14-пустотный на цементно-песчаном растворе14000,520,640,760,14

Конструкционные материалы

Конструкционные материалы предназначены для облицовки и формирования железобетонных конструкций. Теплопроводность можно определить по таблице:




















№Материалρ0, кг/м³λ0, Вт/(м·°С)λ (А), Вт/(м·°С)λ (Б), Вт/(м·°С)μ, мг/(м·ч·Па)
1Железобетон25001,691,922,040,03
2Бетон на гравии или щебне из природного камня24001,511,741,860,03
3Раствор цементно-песчаный18000,580,760,930,09
4Раствор сложный (песок, известь, цемент)17000,520,70,870,098
5Раствор известково-песчаный16000,470,70,810,12
Облицовка природным камнем
1Гранит, гнейс и базальт28003,493,493,490,008
2Мрамор28002,912,912,910,008
3Известняк20000,931,161,280,06
4То же18000,70,931,050,075
5«16000,580,730,810,09
6«14000,490,560,580,11
7Туф20000,760,931,050,075
8То же18000,560,70,810,083
9«16000,410,520,640,09
10«14000,330,430,520,098
11«12000,270,350,410,11
12«10000,210,240,290,11

Кровельные материалы, гидроизоляционные, облицовочные и рулонные для полов

Когда построены стены дома, наступает очередь крыши. Кровельные материалы помогают защитить помещение от холода и дождя. Гидроизоляция нужна для того, чтобы влага не проникла к утеплителю. Рассмотрим табличные параметры теплопроводности:
















№Материалρ0, кг/м³λ0, Вт/(м·°С)λ (А), Вт/(м·°С)λ (Б), Вт/(м·°С)μ, мг/(м·ч·Па)
1Листы асбестоцементные плоские18000,350,470,520,03
2То же16000,230,350,410,03
3Битумы нефтяные строительные и кровельные14000,270,270,270,008
4То же12000,220,220,220,008
5«10000,170,170,170,008
6Асфальтобетон21001,051,051,050,008
7Рубероид, пергамин, толь6000,170,170,17—
8Пенополиэтилен260,0480,0490,0500,001
9То же300,0490,0500,0500,001
10Линолеум поливинилхлоридный на теплоизолирующей подоснове18000,380,380,380,002
11То же16000,330,330,330,002
12Линолеум поливинилхлоридный на тканевой основе18000,350,350,350,002
13То же16000,290,290,290,002
14«14000,20,230,230,002

Дерево, металлы и стекло

Древесина пользуется у российских строителей заслуженной популярностью. Из нее изготавливают вагонку, фанеру и даже паркетную доску. Металл необходим для устройства кровли и арматурного каркаса, а стекло занимает свое место в рамах на оконных проемах. Теплопроводность представлена в виде таблицы:















№Материалρ0, кг/м³λ0, Вт/(м·°С)λ (А), Вт/(м·°С)λ (Б), Вт/(м·°С)μ, мг/(м·ч·Па)
1Сосна и ель поперек волокон5000,090,140,180,06
2Сосна и ель вдоль волокон5000,180,290,350,32
3Дуб поперек волокон7000,10,180,230,05
4Дуб вдоль волокон7000,230,350,410,3
5Фанера клееная6000,120,150,180,02
6Картон облицовочный10000,180,210,230,06
7Картон строительный многослойный6500,130,150,180,083
Металлы и стекло
1Сталь стержневая арматурная78505858580
2Чугун72005050500
3Алюминий26002212212210
4Медь85004074074070
5Стекло оконное25000,760,760,760

Снижение теплопотерь

Как видно из диаграммы, в доме достаточно мест, через которые происходит утечка тепла. Чтобы снизить потери, нужно рассчитать сопротивление теплопередаче R и сравнить с нормативами:









Здания и помещенияГрадусо-сутки отопительного периода, °С·сут/годБазовые значения требуемого сопротивления теплопередаче R0, (м²·°С)/Вт, ограждающих конструкций
СтенПокрытий и перекрытий над проездамиПерекрытий чердачных над неотаплива-емыми подпольями и подваламиОкон и балконных дверей, витрин и витражейЗенитных фонарей
Жилые, лечебно-профилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и общежития20002,13,22,80,30,3
40002,84,23,70,450,35
60003,55,24,60,60,4
80004,26,25,50,70,45
100004,97,26,40,750,5
120005,68,27,30,80,55

 Формула выглядит так:

Сопротивление теплопередаче R = толщина слоя, м / коэффициент теплопередачи материала λ, Вт/(м·°С).

Пример: возьмем стену из елового бруса толщиной 15 сантиметров (0,15 м) в условиях эксплуатации «А». Коэффициент теплопередачи древесины λ вдоль волокон будет равен 0,29 Вт/(м·°С), тогда получим:

R=0,15/0,29=0,51 (м²·°С)/Вт.

Оказалось, что наша стена обеспечивает в 4 раза меньший показатель, чем нужно по нормативу 2,1 (м²·°С)/Вт. Чтобы подобрать необходимую толщину, преобразуем формулу к виду:

Толщина слоя, м = нормативный R0 из таблицы, (м²·°С)/Вт × коэффициент теплопередачи материала λ, Вт/(м·°С).

Пример: Толщина слоя = 2,1 (м²·°С)/Вт × 0,29 Вт/(м·°С) = 0,609 м. То есть, чтобы добиться минимальных условий сохранения тепловой энергии, нам нужно построить стены из елового бруса толщиной примерно 60 см. Только применение утеплителей снизит расход древесины.

Общая толщина складывается по формуле: толщ. 1 слоя + толщ. 2 слоя +…

Мы привели в статье полную таблицу коэффициентов теплопроводности. Показали, как рассчитывать необходимую толщину слоя строительных и отделочных материалов в соответствии с нормативами. Читателям останется лишь применить полученные знания на практике.

Теплопроводность твердых материалов



























Материал 

Коэффициент

 Теплопроводности

( Вт/м . К)  

Кварцевая вата

0. 004 — 0.04

Воздух

0.025

Дерево

0.04 — 0.4

Спирт и масла

0.1 — 0.21

Полипропилен

0.25

Минеральное масло

0.138

Резина

0.16

Цемент

0.29

Эпоксидная смола

с кварцевых наполнением

0.30

Эпоксидная смола

0.59

Вода (жидкая)

0.6

Теплопроводящая смазка

0. 7 — 3

Стекло

1.1

Почва

1.5

Бетон, камень

1.7

Лед

2

Кремний

2.4

Нерж. сталь

12.11 ~ 45.0

Свинец

35.3

Алюминий

237 (чистый)
120—180 (сплавы)

Золото

318

Медь

401

Серебро

429

Алмаз

900 — 2320

Графен

(4840±440) — (5300±480)

Примечание: источниками справочных данных являются публикации в Интернете, поэтому они не могут считаться «официальными» и «абсолютно точными». Как правило, в Интернет справочниках не приводятся ссылки на научные работы, являющиеся основой опубликованных данных. Мы стараемся брать информацию из наиболее надежных научных сайтов. Однако если кого-то интересуют ссылки на эксперименты, советуем произвести самостоятельно углубленный поиск в Интернете. Будем признательны за любые комментарии к нашим справочным таблицам, а особенно за уточнения существующей информации или дополнение справочных данных.

ОТОПЛЕНИЕ. Часть 6 | Архитектура и Проектирование

Коэффициент теплоперехода α  равен количеству тепла, которое отдает 1 м2 поверхности окружающему воздуху в 1 час при разности температур в 1° (α в — α н) — обозначения коэффициентов теплоперехода соответственно для внутренних и наружных поверхностей ограждения).
Размерность: ккал/(м2 • ч• °С), или Вт/(м2•К).

Термическое сопротивление теплопереходу — обратная величина коэффициента теплоперехода, равная 1/ α, выражает сопротивление ограждения нагреву или отдаче тепла.
Размерность: м2 • ч• °С/ккал, или м2•К/Вт. 

Коэффициент теплопроводности λ-количество тепла, проходящее в 1 ч через 1 м2 слоя материала толщиной 1 м при разности температур наружной и внутренней поверхности слоя в 1°С.
Размерность: ккал/(м•ч• °С), или Вт/(м•К).

Удельная теплопроводность Λ = λ/δ (где δ— толщина слоя материала в метрах).
Размерность: ккал/м2 • ч • °С), или Вт/(м2К).

Термическое сопротивление (коэффициент теплоизоляции) — величина, обратная удельной теплопроводности и равная 1/Λ, характеризует сопротивление 1 м2 слоя материала переходу тепла за 1 час при разности температур обеих поверхностей слоя в 1°С.
Размерность: м2 • ч • °С/ккал, или м2К/Вт.

Коэффициент теплопередачи ограждения К—  количество тепла, проходящее за 1 час через 1 м2 поверхности ограждения при разности температур наружного и внутреннего воздуха в 1°С.
Размерность: ккал/(м2 • ч • °С), или Вт/(м2-К).

Термическое сопротивление ограждения— обратная величина коэффициента теплопередачи равная 1/k, т.е. сопротивление, оказываемое 1 м2 ограждения прохождению тепла в 1 час при разности температур наружного  и внутреннего  воздуха   1°С.
Размерность: м2 • ч • °С/ккал, при или м2К/Вт.

Расчет теплопотерь. Теплопотери помещения определяются по формуле Qобщ = Q0 • Z + Q (ккал/ч, или Вт), причем Q0 = Σg0, т.е. сумма потерь тепла через все ограждения  —  окна, стены, покрытия и т.п., которые равны q0 = kF(tвн — tн), Вт, где F— поверхность ограждения, м2; tвн — температура воздуха в помещении, °С; tн — температура наружного воздуха или в смежном помещении, °С; k—  коэффициент теплопередачи, Вт/(м2•К) (см. также табл. 1 по DIN 4701).

При более высокой температуре воздуха в смежном помещении (tн > tвн) теплопотери уменьшаются.

Температура смежных помещений и расчетная температура воздуха в помещениях различного назначения см. табл. 2 и 3 по DIN 4701.

Добавки к общим теплопотерям учитываются множителем Z = 1 +Zпер + Zв + Zн,
где Zпер -добавки на перерывы топки, после которых требуется усиленная топка; Zв  — добавка на выравнивание температур ограждений.

Эта добавка зависит от средней температуры ограждений и учитывается в величине D (средний коэффициент теплопроводности), равной

Где Fобщ – суммарная площадь всех ограждений.

Таблица 1. Коэффициент теплопередачи К  для окон и дверей, Вт/(м2-К).

ДвериНаружные – деревянные или пластмассовые3
Наружные – стальные или из других материалов5
Балконные деревянные остеклённые, одинарные4
Балконные деревянные остеклённые, двойные2
Внутренние2
Окна наружныеДеревянные одинарные с одинарным остеклением4,5
Деревянные одинарные с двойным остеклением, зазор между стёклами 6 мм.2,8
Деревянные одинарные с двойным остеклением, зазор между стёклами 12 мм.2,5
Деревянные спаренные2,2
Деревянные двойные2
Стальные одинарные с одинарным остеклением5
Стальные одинарные с двойным остеклением, зазор между стёклами 6 мм.3,4
Стальные одинарные с двойным остеклением, зазор между стёклами 12 мм.3,1
Стальные спаренные3
Стальные двойные2,8
Фонари стальные с одинарным остеклением5
Фонари стальные с двойным остеклением3
Большие витрины с железобетонными рамами5
Стеклоблоки2,5
Окна внутренниеВыходящие в смежные помещения, одинарные3
Выходящие в смежные помещения, одинарные2

Если заказчик не предъявляет специальных требований, то при расчёте расхода тепла следует пользоваться данными  таблицы 2.

Таблица 2. Расчётные температуры воздуха в помещениях, °С (по DIN 4701)

1.Жилые здания 
Общие комнаты, спальни, кухни+ 20
Прихожие, коридоры, уборные+ 15
Лестничные клетки+ 10
Ванные+ 22
2.Торговые и административные данные 
Торговые залы и конторские помещения, залы ресторанов, номера в гостиницах, магазины+ 20
Лестничные клетки и коридоры, уборные+ 15
3.Школы 
Классы, аудитории, административные помещения+ 20
Учебные кухни, комнаты учебных пособий, гимнастические залы, гардеробные+ 15
Душевые и раздевалки+ 22
Врачебные кабинеты+ 24
Коридоры, лестничные клетки, рекреационные помещения, уборные+ 10
Обеденные залы+ 18
Детские сады+ 20
Коридоры, лестничные клетки и уборные в детских садах+ 15

В административных зданиях и школах, где обычно коридоры и лестничные клетки не изолированы, рекомендуется во избежание сквозняков принимать и для них расчетную температуру 4-20° С. Для больниц, фабрик, заводов, театров и т. п. расчетные температуры всех помещений необходимо согласовать с заказчиком.

Таблица 3. Температура примыкающих неотапливаемых подсобных помещений.

ПомещенияХарактеристикаПри температуре наружного воздуха, °С
— 9— 12— 15— 18— 21— 24
ЧердачныеКонструкция покрытия имеет: 0 — 3 — 6 — 9 — 12 — 12
K < 2
K = 2 – 5— 3— 6— 9— 12— 15— 15
K > 5— 6— 12— 12— 15— 18— 18
    ПодсобныеПримыкающие в основном к отапливаемым помещениямТемпературу принимать по температуре примыкающих  помещений
Наружные ограждения без дверей или с дверями, ведущими в смежные или подвальные помещения+ 9+ 6+ 6+ 3+ 30
Наружные ограждения с дверями, выходящими в подъезды, тамбуры, лестничные клетки и т. п.+ 300— 3— 3— 6
 ПодсобныеС центральным отоплением+ 15
С печным отоплением+ 10
Котельные От  +15 до + 20

 

Эрнст Нойферт. «Строительное проектирование» / Ernst Neufert «BAUENTWURFSLEHRE»

Теплофизические характеристики почвы » СтудИзба

Теплофизические характеристики почвы

Тепловой режим почвы в основном зависит от ее теплоемко­сти и теплопроводности.

Теплоемкость почвы. Различают объемную и удельную тепло­емкости почвы. Объемной теплоемкостью с0б называют количе­ство тепла (Дж), необходимое для нагревания 1 м3 почвы на 1°С. Удельной теплоемкостью суд называют количество тепла, требу­ющееся для нагревания 1 кг почвы на 1° С.

Объемная теплоемкость минеральных частей почвы находится преимущественно в пределах 2,0—2,5 Дж/(м3-К), но у воды и воз­духа она различается более чем в 3-Ю3 раз. Поэтому теплоем­кость почвы зависит не столько от ее минерального состава, сколько от соотношения воздуха и воды, находящихся в почвенных , порах. Теплоемкость почвы, у которой поры заполнены во-Дой, значительно больше теплоемкости сухой почвы. Следователь­но, при одинаковом притоке или отдаче тепла сухие почвы нагре­ваются или охлаждаются больше, чем влажные. В зависимости62

Глава 3

от  увлажнения теплоемкость торфянистых почв меняется в 6 раз, песка в 3,4 раза, глины в 2,4 раза (трбл. 14).

Таблица 14 Теплоемкость и коэффициент теплопроводности составных частей почвы

Температурный режим почвы

Теплоемкость

Коэффициент

Дж/(кг-К)

объемная, Дж/(. м3-К)

теплопроводности, Вт/(«-К)

Песок и глина

753,6—963,0

2,05—2,43

0,84—1,26

Торф

2009,7

2,51

0,84

Почвенный воздух

1004,8

0,0013

0,02

Почвенная вода

4186,8

4,19

/     0,50

Теплопроводность почвы. Способность почвы передавать тепло от слоя к слою называется теплопроводностью. Мерой теплопро­водности служит коэффициент теплопроводности, численно равный количеству тепла (Дж), проходящему за 1 с через сечение в 1 м2слоя толщиной 1 м при разности температур на границах слоя , в 1 °С. Теплопроводность зависит от минерального состава почвы, ее влажности и содержания воздуха в порах почвы. Теплоемкость и теплопроводность различных компонентов почвы приведены в табл. 14.

Поскольку коэффициент теплопроводности воздуха в почве почти в 25 раз меньше, чем воды, то и теплопроводность почвы, как и ее теплоемкость, зависит от влажности почвы. При замер­зании почвы ее теплопроводность увеличивается, так как тепло­проводность льда почти в 4 раза больше теплопроводности воды. Отношение коэффициента теплопроводности к объемной теплоем­кости почвы называется коэффициентом температуропроводно­сти К:

Этот коэффициент характеризует скорость распространения тепла в почве.

Сопоставление теплоемкости и коэффициентов теплопроводно­сти и температуропроводности при различной влажности почвы показывает, что теплоемкость с увеличением влажности непре­рывно возрастает. Возрастание же коэффициента теплопроводно­сти сначала идет очень быстро, а затем замедляется, так как с увеличением влажности теплопроводность почвы приближается к теплопроводности воды, которая меньше теплопроводности ми­неральных частей почвы. Коэффициент температуропроводности К при этом вначале резко возрастает, а затем несколько снижает-

К

ся вследствие совместного влия­ния теплоемкости и теплопровод­ности почвы. Зависимость тепло­вых характеристик почвы от влажности представлена на рис. П.

Теплофизические характери­стики почвы зависят также от ее цвета (темные почвы за счет большего поглощения энергии Солнца нагреваются сильнее, чем светлые), плотности и струк­туры (пористость, зернистость). С увеличением плотности тепло­емкость и теплопроводность су­хих почв увеличивается. Разрых­ленные почвы в пахотном слое днем теплее, чем плотные, а но­чью холоднее, так как первые имеют меньшую теплопровод­ность. Кроме того, разрыхленная почва имеет большую удельную поверхность, чем плотная, и по­этому днем поглощает больше радиации, а ночью интенсивнее

излучает тепло. Полив и осадки, увеличивая теплоемкость почвы и вызывая затраты тепла на испарение, охлаждают почву.

Рис.  11. Зависимость тепловых

характеристик    почвы    от     ее

влажности   (по А.   Ф.  Чуднов-

скому).

ВОЗДУХ (СВОЙСТВА)

Атмосферный воздух представляет собой смесь азота и кислорода, составляющую атмосферу Земли. Основными компонентами воздуха, которые практически одинаковы во всем мире, являются азот (78,08 об.%) И кислород (20,95 об.%). Наряду с ними воздух содержит 0,94 об.% Инертных газов и 0,03 об.% Углекислого газа. Воздух такого состава называется сухим. Его молекулярная масса считается M = 28,96 г / моль.

В нижних слоях атмосферы воздух также содержит водяной пар, его концентрация существенно меняется в зависимости от парциального давления водяного пара при соответствующей температуре и относительной влажности.Например, при 20 ° C и относительной влажности 80% воздух содержит около 0,02 об.% Водяного пара. В слоях воздуха, прилегающих к поверхности земли, могут присутствовать другие компоненты, в большинстве случаев антропогенного происхождения.

При атмосферном давлении и температуре воздух можно рассматривать как идеальный газ, его свойства можно описать уравнениями:

где v обозначает удельный объем; u — удельная внутренняя энергия; R — газовая постоянная для воздуха.

При низких температурах воздух сжижается.Нормальная (при 0,1013 МПа) температура кипения (конденсации) кислорода равна —183 ° С, азота —195,8 ° С. Жидкий воздух при атмосферном давлении ведет себя практически как идеальное решение согласно закону Рауля. Нормальная температура конденсации воздуха -191,4 ° C, нормальная температура кипения -194 ° C.

При повышенных температурах воздух претерпевает некоторые физико-химические превращения. Азот реагирует с кислородом с образованием различных оксидов: N 2 O, NO, NO 2 , NO 3 .Их равновесная концентрация может быть получена из уравнений изотермы соответствующих реакций.

При температурах выше 2000 К и умеренных давлениях азот и кислород начинают диссоциировать, а при температурах выше 4000 К и атмосферном давлении становится очевидной ионизация кислорода, азота и других компонентов. Это означает переход воздуха в плазменное состояние. Степень равновесной диссоциации может быть рассчитана по уравнению Саха.

Термодинамические свойства воздуха вдоль кривой насыщения приведены в таблице 1; эти свойства для жидкого и газообразного воздуха — в таблице 2.

Таблица 1. Термодинамические свойства воздуха по кривой насыщения

Таблица 2. Термодинамические свойства жидкого и газообразного воздуха

Энтальпия принимается равной нулю в произвольной точке. Энтропия твердого воздуха принимается равной нулю при 0K.

Воздух представляет собой смесь, состоящую в основном из двухатомных газов.Поэтому его теплоемкость при температурах и давлениях, близких к нормальным, с хорошей точностью можно принять равной

куда

С повышением температуры теплоемкость несколько увеличивается за счет возбуждения колебательных степеней свободы в молекулах кислорода и азота. В таблице 3 приведены значения теплоемкости воздуха для широкого диапазона температур и давлений.

Таблица 3. Теплоемкость воздуха c p , кДж / кг · K

Как и для всех чистых веществ в сверхкритической области, изобары и изотермы теплоемкости c p имеют максимумы тем круче, чем ближе к критической точке.

Температурная зависимость вязкости воздуха качественно такая же, как для чистых веществ: в жидкой фазе вязкость уменьшается с температурой примерно по экспоненциальной зависимости; в газовой фазе при низких давлениях вязкость увеличивается по уравнению:

с увеличением давления при постоянной температуре вязкость увеличивается. Эта зависимость наиболее сильна в окрестности критической точки. Значения вязкости воздуха при различных температурах и давлениях приведены в таблице 4.

Таблица 4. Вязкость воздуха η · 10 7 , Н · с / м 2

Поведение теплопроводности воздуха аналогично вязкости: в жидкой фазе с ростом температуры теплопроводность уменьшается, а в газовой — увеличивается. При низких давлениях температурная зависимость описывается уравнением:

Вдоль изотермы с увеличением давления теплопроводность увеличивается. В таблице 5 приведена теплопроводность воздуха при различных температурах и давлениях.

Таблица 5. Теплопроводность воздуха λ · 10 3 , Вт / м · К

При низких давлениях и высоких температурах теплопроводность резко возрастает за счет диссоциации. С повышением температуры теплопроводность проходит через максимумы, которые связаны с максимальной теплопередачей за счет теплоты соответствующих реакций. Значения теплопроводности воздуха в условиях диссоциации приведены в таблице 6.

Таблица 6. Теплопроводность воздуха при высоких температурах λ · 10 3 , Вт / м · К

ССЫЛКИ

Дополнительную информацию о свойствах воздуха можно найти в следующей литературе: Справочник , под редакцией В.П. Глушко (1978) Издательство «Наука», Москва.

Вассерманн А.А. и Рабинович В.А. (1968) Теплофизические свойства жидкого воздуха и его компонентов. Издательство «Стандарт», Москва.

Справочник «Теплофизические свойства газов и жидкостей» под редакцией Н. Б. Варгафтича (1972) Издательство «Наука», Москва.

Удельная теплоемкость воздуха

Удельная теплоемкость воздуха — (Обновлено 26. 07.08)

Удельная теплоемкость воздуха

Номинальные значения, используемые для воздуха при 300 K: C P = 1.00 кДж / кг.K, C v =
0,718 кДж / кг · K ,, и k = 1,4. Однако все они являются функциями
температура, и с чрезвычайно высоким температурным диапазоном
опыт работы в двигателях внутреннего сгорания и газотурбинных двигателях можно
получить существенные ошибки. В следующей таблице приведены значения
удельная теплоемкость как функция температуры. Мы находим, что
выбор значений удельных теплоемкостей в среднем
температура каждого процесса дает результаты с разумной точностью
(в пределах 1%).

Идеальный газ
удельная теплоемкость воздуха

Температура
K

C P
кДж / кг.K

C v
кДж / кг. K

к

250

1,003

0,716

1.401

300

1,005

0,718

1.400

350

1,008

0,721

1,398

400

1,013

0,726

1,395

450

1. 020

0.733

1,391

500

1.029

0,742

1,387

550

1.040

0,753

1,381

600

1.051

0,764

1,376

650

1,063

0,776

1,370

700

1,075

0,788

1,364

750

1. 087

0,800

1,359

800

1,099

0,812

1,354

900

1,121

0,834

1,344

1000

1.142

0,855

1,336

1100

1,155

0,868

1,331

1200

1,173

0,886

1,324

1300

1. 190

0,903

1,318

1400

1,204

0,917

1,313

1500

1,216

0,929

1,309

Значения до 1000 K были первоначально опубликованы в «Таблицах».
термических свойств газов », NBS Circular 564,1955.Последний
пять строк были рассчитаны по формуле BG Kyle «Chemical»
и термодинамика процессов «, Englewood Cliffs / Prentice Hall,
1984 и имеют ошибку <1%.

______________________________________________________________________________________


Инженерная термодинамика, Израиль
Уриэли находится под лицензией Creative
Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3. 0 Соединенные Штаты
Лицензия

Теплопроводность — обзор

Оливин-фаялит

904 слои

Минералы кремнезема
Кварц — α 7.69 (CH), 7,69 (CR), 7,7 (B) 0,70 (CR), 0,74 (M)
Кварц — аморфный 1,36 (CH)
Кварц — среднее 6,5 ( Ca)
Орто- и кольцевые силикаты
Оливин-форстерит 5,03 ± 0,18 (CH), 6 (M), 5,06 (CR) 0,68 (M),
3,16 (CH), 3 (M), 3,16 (CR) 0,55 (CR), 0,84 (M)
Гранаты-альмандин 3.31 (CH), 3,3 (M), 3,31 (CR)
Гранаты-гроссулярит 5,48 ± 0,21 (CH), 5,48 (CR)
Циркон 5,54 (CH), 5,7 ( M) 0,61 (CR)
Титанит (сфен) 2,34 (CH), 2,33 (CR)
Al 2 SiO 5 Группа — андалузит 7,58 (CH), 7,57 (CR) 0,77 (CR)
Al 2 SiO 5 Группа — силлиманит 9. 10 (CH), 9,09 (CR) 0,7 (M), 0,74 (CR)
Al 2 SiO 5 Группа — кианит 14,16 (CH), 14,2 (CR) 0,78 ( M), 0,70 (CR)
Epidote 2,83 ± 0,21 (CH), 2,82 (CR)
Цепные силикаты
Пироксен-энстатит 4,8 (M), 4,34 (CR) 0,7–0,75 (M), 0,80 (CR)
Пироксен-диопсид, авгит 4.66 ± 0,31 (CH), 4,1–5,1 (M) 0,67 (M), 0,69 (CR)
Амфибол-роговая обманка 2,81 ± 0,27 (CH), 2,9–3,0 (M) 0,75 ( M)
Силикаты листовые
Слюда-мусковит 2,28 ± 0,07 (CH), 2,32 (CR) 0,76 (M)
Слюда-биотит 2,02 ± 0,3 9049 ), 0,7–1,6 (M) 0,78 (M)
Тальк 6,10 ± 0,90 (CH), 6,10 (CR) 0.87 (CR)
Хлорит 5,15 ± 0,77 (CH), 4,2 (M), 5,14 (CR) 0,6 (M)
Серпентин 3,53 ± 1,28 (CH), 1,8–2,9 (М) 0,65
Смектит 1,9 (B)
Иллит 1,9 (B)
Каолинит 2,6 (B) 1,9 (B)
Минералы глины (среднее значение) 2. 9 (Q), 1,7 (Ca)
Силикаты каркаса — полевой шпат
Полевой шпат — среднее значение 2,3 (H), 2,0 (DJ)
CHRIC6 , 2,31 (CR), 2,40 (DJ) 0,63–0,75 (M), 0,61 (CR)
Микроклин 2,49 ± 0,08 (CH), 2,9 (M), 2,49 (CR) 0,67– 0,69 (M), 0,68 (CR)
Альбит 2,14 ± 0,19 (CH), 2,31 (CR) 0.71 (CR)
Анортит 1,69 (CH), 1,68 (CR) 0,71 (CR)
Нефелин 1,73 (CR)
3 1

 Оксиды 5,10 (CH), 4,7–5,3 (M), 5,1 (CR) 0,6 (M), 0,60 (CR)
Гематит 11,28 (CH), 11,2–13,9 (M), 0,62 (M), 0,61 (CR)
Ильменит 2,38 ± 0,18 (CH), 2.2 (M) 0,77 (M)
Шпинель 9,48 (CH), 8–13 (M), 9,48 (CR) 0,82 (M)
Рутил 5,12 (CH) , 7,0–8,1 (M) 0,74–0,94 (M)
Сульфиды
Пирит 19,21 (CH), 19,2 (CR) 0,5–0,52 (M), 0,5 (CR )
Пирротин 4,60 (CH) 0,58–0,60 (M)
Галенит 2. 28 (CH), 2,28 (CR) 0,21 (M), 0,207 (CR)
Сульфаты
Барит 1,31 (CH), 1,5–1,8 (M), 1,33 (CR) 0,48–0,6 (M), 0,45 (CR)
Ангидрит 4,76 (CH), 4,76 (CR), 5,4 (Ca) 0,55–0,62 (M), 0,52 (CR)
Гипс 1,26 (CH), 1,0–1,3 (M) 1,07 (M)
Карбонаты
Кальцит 3.59 (CH), 3,25–3,9 (M) 0,8–0,83 (M), 0,79 (CR)
Доломит 5,51 (CH), 5,5 (CR), 5,3 (B) 0,86–0,88 (M), 0,93 (CR)
Арагонит 2,24 (CH), 2,23 (CR) 0,78–0,79 (M), 0,78 (CR)
Магнезит 5,84 (CH), 4,6 (M), 5,83 (CR) 0,88 (M), 0,86 (CR)
Сидерит 3,01 (CH), 3,0 (M), 3,0 (B), 3,0 (CR) 0,72–0 .76 (M), 0,68 (CR)
Фосфаты
Апатит 1,38 ± 0,01 (CH), 1,4 (M), 1,37 (CR) 0,7 (M)
Галогениды
Галит, каменная соль 5,55 ± 0,18 (CH), 5,3–7,2 (D) 0,79–0,84 (M)
Сильвит 6,40 (CH), 6,7–10 (M) 0,55–0,63 (M)
Флюорит 9,51 (CH), 9–10,2 (M), 9. 5 (CR) 0,9 (M), 0,85 (CR)
Органические материалы 0,25 (Q), 1,0 (B)

Is Air An Insulator — Thermaxx Jackets

This Статья написана Якобом Вернерисом из Thermaxx Jackets

. Если вы раньше имели дело с изоляцией, вы, возможно, слышали, как кто-то говорил, что воздух — хороший изолятор. Это утверждение может вызвать много вопросов, если вы не знакомы с изоляцией или свойствами воздуха.Чтобы разобраться в этом, вы должны спросить себя: «Почему воздух — хороший изолятор?»

В общем, газы лучше изолируют, чем жидкости, которые лучше изолируют, чем твердые тела. Плотность — важный фактор, влияющий на изоляционные свойства вещества. Плотность зависит от межмолекулярного расстояния или расстояния между молекулами материала. Для лучшего обзора давайте посмотрим на различные физические фазы h3O. В твердом состоянии, таком как лед, его молекулы упакованы гораздо ближе друг к другу по сравнению с его газообразным состоянием в виде водяного пара. Чем больше расстояние между молекулами материала, тем труднее переносить тепло через этот материал. Воздух — хороший изолятор, потому что это газообразное вещество, поэтому его разнесенная молекулярная структура в некоторой степени сопротивляется теплопередаче.

Вспомните, когда в последний раз вы выпили чашку горячего кофе или чая. Когда вы берете чашку со стола, чтобы сделать глоток, вы можете почувствовать, как тепло напитка становится сильнее, когда ваше лицо приближается. Причина, по которой вы не чувствуете того же тепла, что и кофе или чай за столом, заключается в том, что воздух действует как изолятор.

Примером воздуха в качестве изолятора является двухкамерное окно. Окна с двойным остеклением представляют собой два листа стекла с застойным пространством для воздуха или газа между двумя стеклами. Это небольшое пространство воздуха между двумя слоями стекла снижает способность теплопередачи за счет конвекции. Конвекция — это передача тепла за счет движения жидкого вещества, при этом жидкости представляют собой только жидкости и газы.

Поскольку эта область воздуха имеет минимальное движение, теплопередача через эту среду очень затруднена.

Другими примерами воздуха в качестве изолятора являются изолированные кофейные чашки. Если вы пьете из бумажного стаканчика, ваша рука почувствует тепло кофе, может быть, даже настолько, что вам понадобится рукав для чашки, чтобы с комфортом держать его. Но если ваш напиток находится в изолированной чашке, вы можете почти не чувствовать тепла, когда держите ее. Он не только прохладнее на ощупь, но и сохраняет кофе горячим в течение более длительного периода времени. Два типа изолированных чашек — это чашки в стиле термоса и чашки из полистирола, которые часто называют пенополистиролом.Чашки в стиле термоса работают так же, как и стеклопакеты. У них есть внутренний и внешний слой, разделенные воздухом для уменьшения конвекции. Полистирол — это изоляция, которая может на 95% состоять из воздуха. Если вы раньше использовали эти типы чашек, вы знаете, что из-за нагрева кофе происходит лишь незначительное изменение наружной температуры чашки.

Есть разные способы измерить, насколько хорош какой-либо изолятор. В общей шкале используется термин, называемый k-фактором.Коэффициент k измеряется в БТЕ-дюйм / час — фут2 — ° F. Если вы не знакомы с различными шкалами измерения, посетите нашу страницу «Характеристики изоляции: R-фактор, K-фактор и C-фактор» для получения дополнительной информации. Ниже приведена таблица, в которой показана теплопроводность или k-фактор воздуха по сравнению с другими распространенными типами изоляции.

Коэффициент теплопроводности или k-фактор воздуха по сравнению с другими распространенными типами изоляции

9014

— 0,39

Температура Воздух Стекловолокно Пирогель Криогель
-200˚200˚

 0.095—— 0,096
-100 ° F 0,13—— 0,10
0 ° F 0,16 0,16 0,16
32 F 0,17 — 0,14 —
75 F 0,18 0,21 — 0,12
— 0. 12
200 F 0,22 — — 0,13
212 F 0,22 — 0,16 — 0,30 — —
392 F 0,27 — 0,19–
500 F 0,29 0,4492 0,49 572˚F 0.31 — 0,24 —
752 F 0,35 — 0,32 —
932 F 0,39 0,39
1112˚F 0,42 — 0,62 —

Изоляционные материалы, перечисленные в таблице выше, используют воздух по-другому, чем, возможно, двухкамерные окна.Стекловолокно, например, имеет низкую плотность и состоит из плетеного кремния с крошечными кристаллами стекла. Стекловолокно задерживает в себе воздух, ограничивая теплопередачу.

Хотя воздух обладает отличными изоляционными свойствами, иногда нецелесообразно полагаться только на него. Для правильного использования воздуха должна быть граница. Другими словами, если воздух ограничен, он может работать в полную силу. Чтобы лучше понять эту концепцию, давайте посмотрим на хорошо изолированный дом.Наружные стены, двери и окна при правильной герметизации действуют как граница. Если день холодный и дом отапливается, стены, двери и окна сохранят холод и тепло внутри. А теперь допустим сквозняк в двери или окне. Значительно снизится способность домов удерживать тепло внутри и холод снаружи. Вы даже можете заметить разницу в температуре в домах, и отопление будет стоить значительно дороже.

Итак, давайте еще раз спросим себя, является ли воздух хорошим изолятором тепла? Ответ на этот вопрос положительный, если он используется правильно.Воздух должен находиться в пределах границ, чтобы максимально снизить теплопередачу, например, для использования в окнах с двойным остеклением, изолированных кофейных кружках и обычно используемых типах изоляции.

Узнайте больше о 5 наиболее распространенных теплоизоляционных материалах

Посмотрите наши продукты или свяжитесь с нами для получения дополнительной информации.

MMA Memo 203 Принудительное воздушное охлаждение на большой высоте

MMA Memo 203 Принудительное воздушное охлаждение на большой высоте
Вернуться к Мемолисту


Jingquan Cheng
электронная почта: jcheng @ nrao.edu
Национальная радиоастрономическая обсерватория
949 North Cherry Avenue
Tucson, AZ 85721

Аннотация:

В этой памятке обсуждается изменение эффективности процесса принудительного воздушного охлаждения, когда
участок расположен на высоте 5000 м над уровнем моря. Приведенные формулы дают теоретические значения потери эффективности. Расчет показывает, что для объекта с большей характеристической длиной потеря эффективности может быть очень большой (78%), так как происходит переход от ламинарного к турбулентному потоку. Для объектов с меньшей характеристической длиной потеря эффективности будет порядка от 17% до 39%. В то же время в меморандуме обсуждается практическая ситуация с проблемой эффективности вентилятора. Памятка включает ряд полезных показателей эффективности охлаждения и таблицу потери эффективности электрического оборудования на высоте.

В этом обсуждении мы будем использовать следующие определения:

ч
или — коэффициент теплопередачи;
м
— постоянная;
кв
— тепло, передаваемое при конвекции;
x
или — расстояние от передней кромки;
— теплоемкость;
— постоянная;
л
— характерная длина корпуса;
Nu
— безразмерное число Нуссельта;
Pr
— безразмерное число Прандтля;
Re
— безразмерное число Рейнольдса;
— характерная скорость потока;
— разница температур между объектом и воздушным потоком;
— коэффициент температуропроводности;
— абсолютная вязкость;
— плотность;
— кинематическая вязкость и;
— коэффициент теплопроводности.

В таблице 1 перечислены свойства воздуха, которые представляют интерес для процесса конвективной теплопередачи на уровне моря при температуре 0 ° C (Kreith 1986).

При изменении высоты плотность воздуха быстро меняется, как показано на рисунке 1. Для высоты 5000 м плотность воздуха составляет 0,660: 54% от плотности на уровне моря. Другими интересующими параметрами являются абсолютная вязкость и теплопроводность. Hoerner (1965) утверждает, что абсолютная вязкость является функцией температуры и для большинства практических целей не зависит от давления.При 0 C и на уровне моря абсолютная вязкость воздуха составляет 17,456x. Однако прогноз, основанный на данных Перри, предполагает падение на 2% на высоте 5000 м из-за падения давления (Таблица 3-280 Perry 1973). На теплопроводность еще меньше влияет изменение высоты. Изменение будет менее 0,2% (таблица 3-288 Perry 1973). В таблице 2 приведены данные о свойствах воздуха для высоты 5000 м. Изменение кинематической вязкости вызвано изменением плотности воздуха.

Рис. 1: Плотность воздуха как функция высоты.

Принудительное воздушное охлаждение — это процесс конвекционной теплопередачи. Передаваемое тепло:

При представлении конвекционного теплообмена важны следующие безразмерные числа. Это число Рейнольдса, число Прандтля и число Нуссельта:

Среди этих величин Nu напрямую связано с коэффициентом теплопередачи, ч .Из местного значения Nu можно получить локальное значение, а затем средний коэффициент теплопередачи и среднее число. По этой причине ниже мы будем использовать Nu или число для представления коэффициента теплопередачи, ч . Nu для тела, погруженного в поток, также прогнозируется из чисел Re и Pr с помощью:

где и м — постоянные. Коэффициент локальной конвекции составляет:

Средний коэффициент теплопередачи составляет:

Среднее число Nu составляет:

Принудительная конвекция сложна из-за свойств потока и формы тел объекта. В этой статье мы обсуждаем только два случая: корпус пластины, поверхность которого параллельна направлению потока воздуха, и корпус цилиндра, ось которого перпендикулярна направлению потока. Другие формы тела не обсуждаются в этой памятке, но можно ожидать аналогичных эффектов. Обсуждаются ламинарные и турбулентные течения. Для плоской пластины, когда число Re меньше 5 x, охлаждение пластины происходит под ламинарным потоком в пограничном слое. Не происходит смешивания более теплых и холодных частиц воздуха за счет вихревого движения, а передача тепла происходит исключительно за счет теплопроводности.Коэффициенты в формуле (5) равны = 0,332 и м = 0,5.

Используя то же определение среднего коэффициента теплопередачи, среднее число Нуссельта в этой точке будет (p217 of Kreith 1986):

Когда число Re больше 5 x, охлаждение представляет собой комбинацию ламинарного и турбулентного потоков. В действительности, ламинарный слой предшествует турбулентному слою, когда число Re больше 5 x. Переход от ламинарного к турбулентному потоку происходит на критическом расстоянии от передней кромки пластины. В переходном потоке определенное перемешивание происходит посредством вихрей, которые переносят более теплый воздух в более холодные области и наоборот. Перемешивающее движение, даже если оно и в небольшом масштабе, значительно ускоряет передачу тепла. Сложив как турбулентный, так и ламинарный эффекты, среднее число Нуссельта для случаев, которые включают как ламинарные, так и турбулентные потоки, составляет (стр. 232 из Kreith 1986):

Вышеупомянутый случай редко встречается при принудительном воздушном охлаждении, поскольку вибрация вентиляторов или охлаждающих объектов может вызвать переход от ламинарного к турбулентному потоку настолько близко к передней кромке, что для практических целей пограничный слой становится турбулентным по всей поверхности.В это время отсутствует эффект охлаждения ламинарного слоя. Среднее число Нуссельта в этом случае, когда число Re находится между 5 x и 5 x, примет форму (p232 у Kreith 1986 и p476 у Janna 1986):

Для других фигурных тел, например, осей круглых цилиндров, перпендикулярных воздушному потоку, общая формула такая же, как и в уравнении (5). Коэффициенты указаны в таблице 3 для ламинарного воздушного охлаждения (таблица 10-5 Перри). Переход к охлаждению цилиндрической формы происходит, когда число Re больше 2.5 х.

Если поток находится внутри трубы или воздуховода, характерная длина равна:

Для круглой длинной трубы характерной длиной является ее диаметр. Переход происходит на Re, номер от 2000 до 5000 (стр.290 Крейта). До перехода число Nu является функцией, а после перехода число Nu является функцией.

Рис. 2: скорость воздушного потока и число Re на уровне моря и высоте 5000 м для плиты длиной 1 м.

Рис. 3: Число Nu как функция скорости воздушного потока на уровне моря и высоте 5000 м для пластины длиной 1 м.

Характерной длиной L пластины, параллельной потоку, является ее длина. Из формул и данных, представленных в предыдущих разделах, мы могли рассчитать изменение числа Re и Nu при перемещении площадки на высоту 5000 м. На рисунке 2 показано число Re для различных скоростей воздушного потока, когда характерная длина равна 1 м.Судя по этому рисунку, изменение высоты значительно изменит число Re. Это важно, так как переход между ламинарным и турбулентным слоями для пластины, параллельной потоку, произойдет при Re = 5 x. Используя число Re , вычисленное по формулам среднего числа Nu , результаты показаны на рисунке 3. Резкие переходы на рисунке вызваны переходом между ламинарным потоком и турбулентным потоком. Эффективность охлаждения сильно упадет, если скорость будет между этими двумя вертикальными линиями.При длине пластины намного больше 1 м переход будет в еще более низком диапазоне скоростей. На этом рисунке мы предполагаем, что никакие ламинарные слои не предшествуют турбулентным слоям на поверхности пластины. Это верно для большинства процессов принудительного воздушного охлаждения. Потеря эффективности составляет:

27%
для скорости потока 1 м / с;
27%
для скорости потока 4 м / с;
74%
для скорости потока 7 м / с;
78%
для 12. Скорость потока 9 м / с;
39%
для скорости потока 16 м / с;
39%
для скорости потока 20 м / с.

Рисунок 4: Число Nu как функция скорости воздушного потока на уровне моря и высоте 5000 м для цилиндра диаметром 0,02 м.

Характерной длиной цилиндра, перпендикулярного потоку, является его диаметр. Для характеристической длины 0,02 м число Re уменьшается в 50 раз по сравнению с характеристической длиной 1 м.Расход всегда находится в ламинарном диапазоне ( Re 2,5 x для цилиндров). Однако коэффициент для расчета цилиндров связан с числом Re , как показано в таблице 3. Чем выше число Re , тем выше будет степень при вычислении числа Nu . На рис. 4 показаны кривые для Nu в зависимости от скорости потока. Общая тенденция на рисунке состоит в том, что чем ниже скорость потока, тем меньше потеря эффективности. Точная потеря эффективности на этом рисунке составляет:

18%
для 0.Скорость потока 013 м / с;
25%
для скорости потока 1 м / с;
31%
для скорости потока 10 м / с;
32%
для скорости потока 20 м / с;
33%
для скорости потока 30 м / с.

Для электронного охлаждения кабины, поскольку размеры охлаждаемых компонентов ограничены 0,05–0,1 м, число Re в большинстве случаев всегда мало, и процесс охлаждения находится в ламинарном диапазоне.Потеря эффективности на большой высоте может быть просто представлена ​​как (диапазон от 17% до 39%), где m колеблется от 0,3 до 0,8 в зависимости от формы компонентов и числа Re .

Для стационарного вентилятора объем воздушного потока постоянен. Рисунок 5 представлен здесь из каталога производителя вентиляторов (Comair Rotron, 1992). Из рисунка видно, что производительность вентилятора значительно снижается, если вентилятор используется на большей высоте. Обычно скорость воздушного потока фиксируется для конкретного вентилятора.Когда плотность воздуха уменьшается, число Re будет уменьшено в том же соотношении, что и плотность. Число Re определяет число Nu , которое является индикатором эффективности охлаждения. В случаях, когда скорость вентилятора изменяется, основные законы вентилятора гласят, что объем воздушного потока напрямую зависит от соотношения скоростей вентилятора, давление воздуха изменяется пропорционально квадрату при соотношении скоростей, а мощность зависит от куба отношения скоростей. Мощность также зависит от плотности воздуха.При увеличении скорости вращения вентилятора на 22% на высоте 5000 м (плотность воздуха составляет 54% от плотности воздуха на уровне моря), мощность, требуемая от двигателя вентилятора, остается постоянной. Однако число Re будет уменьшено на 34%. Номер Nu также будет уменьшен. Это предполагает, что двигатель вентилятора не теряет в эффективности.


Рисунок 5: Мощность вентилятора меняется при изменении высоты площадки.

9

Воздушные компрессоры

Трансмиссионные линии %
Артикул 2000 м 3000 м 4000 м 5000 м
Дизельные двигатели 25% 40% 55% 70%
35% 55% 75% 95%
Вакуумные насосы 20% 30% 40% 50%
20% 30% 40%
Трансформаторы 5% 15% 25% 35%
Электрические машины 15% 25% 35%
 Таблица 4: Увеличение размера оборудования для достижения уровня моря.

Изменение плотности воздуха также влияет на охлаждение электрооборудования. Во время работы электрооборудование будет выделять тепло. Тепло отводится в основном за счет принудительного воздушного охлаждения внутри оборудования. Как правило, более крупное оборудование будет иметь большую потерю эффективности при принудительном воздушном охлаждении, поскольку характеристическая длина, L , является определяющим фактором при вычислении числа Re . Число Re может достигать перехода от ламинарного потока к турбулентному потоку при низкой высоте, в то время как оно может быть ниже перехода при большой высоте.Например, дизельный двигатель имеет размеры около 1 м или более. Снижение эффективности охлаждения может быть значительным. Конечно, более разреженный воздух на высоте является дополнительным фактором снижения эффективности двигателя. В этой памятке это не обсуждается. В статье Хименеса есть таблица для коррекции мощности электрического оборудования на высоте. Таблица не имеет других описаний и включена для справки (Таблица 4). Однако в большинстве случаев это хорошо согласуется с нашим прогнозом по принудительному воздушному охлаждению.

Принудительное воздушное охлаждение на высоте будет серьезно нарушено, если характерная длина объекта составляет около 1 м или больше (в конкретном случае сокращение может достигать 78%). Однако ожидается пропорциональное снижение эффективности от 17% до 39% для всех объектов небольшого размера. Для электрического оборудования таблица 4 является хорошей оценкой потери эффективности на высоте.

Джефф Хаген и Марк Гордон предоставили важную информацию о теплопередаче, а Дженнифер Соседи помогла на английском языке.

Comair Rotron, 1992, Каталог вентиляторов, нагнетателей и принадлежностей.

Грей, Д. Ф., Справочник Американского института физики, McGraw-Hill Co ..

Hoerner, S. F., 1965, Fluid-dymanic drag, Опубликовано автором.

Жанна, В. С., 1986, Техническая теплопередача, PWS Pub. , Бостон.

Хименес, Д., Глава 25: Прерывистое хроническое воздействие на большой высоте: Андские шахты. Источник неизвестен.

Крейт, Ф. и Бон, М. С., 1986, Принципы теплопередачи, 4-е издание,
Харпер и Роу, паб, Нью-Йорк.

Перри, Р. Х. и Чилтон, К. Х., 1973, Справочник инженеров-химиков, издательство McGraw-Hill Book co., Нью-Йорк.

Теплопроводность

Теплопроводность

Теплопроводность (λ) — это внутреннее свойство материала, которое связано с его способностью проводить тепло. Передача тепла за счет теплопроводности включает передачу энергии внутри материала без какого-либо движения материала в целом. Проводимость имеет место, когда в твердой (или неподвижной жидкой) среде существует температурный градиент.Кондуктивный тепловой поток происходит в направлении снижения температуры, потому что более высокая температура соответствует более высокой молекулярной энергии или большему движению молекул. Энергия передается от более энергичных молекул к менее энергичным, когда соседние молекулы сталкиваются.

Теплопроводность определяется как количество тепла ( Q ), передаваемое через единицу толщины ( L ) в направлении, нормальном к поверхности единичной площади ( A ), из-за градиента единичной температуры (Δ ). T) в установившемся режиме и когда теплопередача зависит только от температурного градиента.В форме уравнения это выглядит следующим образом:

Теплопроводность = тепло × расстояние / (площадь × градиент температуры)

λ = Q × L / ( A × Δ T )

Приблизительно значения теплопроводности для некоторых распространенных материалов представлены в таблице ниже.

Материал

Теплопроводность
Вт / м, o K

Теплопроводность
(кал / сек) / (см 2 , o C / см)

Воздух при 0 ° C

0. 024

0,000057

Алюминий

205,0

0,50

Латунь

109,0

–

Бетон

0,8

0.002

Медь

385,0

0,99

Стекло обычное

0,8

0,0025

Золото

310

–

Лед

1. 6

0,005

Утюг

–

0,163

Свинец

34,7

0,083

Полиэтилен HD

0,5

–

Пенополистирол вспененный

0.03

–

Серебро

406,0

1.01

Пенополистирол

0,01

–

Сталь

50,2

–

Вода при 20 ° C

–

0. 0014

Дерево

0,12-0,04

0,0001

Теплопроводность — Energy Education

Теплопроводность , часто обозначаемая как [math] \ kappa [/ math], — это свойство, которое связывает скорость потери тепла на единицу площади материала со скоростью его изменения температуры. [1] По сути, это значение, которое учитывает любое свойство материала, которое может изменить способ его теплопроводности.{\ circ} F} \ right) [/ math]. [3] Материалы с более высокой теплопроводностью являются хорошими проводниками тепловой энергии.

Поскольку теплопередача посредством теплопроводности включает в себя передачу энергии без движения материала, логично, что скорость передачи тепла будет зависеть только от разницы температур между двумя точками и теплопроводности материала.

Для получения дополнительной информации о теплопроводности см. Гиперфизика.

Значения для обычных материалов

Теплопроводность, [математика] \ каппа [/ математика] [4]
Материал Электропроводность при 25 o C
Акрил 0.2
Воздух 0,024
Алюминий 205
Битум 0,17
Латунь 109
Цемент 1,73
Медь 401
Алмаз 1000
Войлок 0,04
Стекло 1,05
Утюг 80
Кислород 0.024
Бумага 0,05
Кремнеземный аэрогель 0,02
Вакуум 0
Вода 0,58

Из таблицы справа видно, что большинство материалов, которые обычно считаются хорошими проводниками, обладают высокой теплопроводностью. В основном металлы обладают очень высокой теплопроводностью, которая хорошо сопоставима с тем, что известно о металлах.Кроме того, изоляционные материалы, такие как аэрогель и изоляция, используемые в домах, имеют низкую теплопроводность, что указывает на то, что они не пропускают тепло через себя легко. Таким образом, низкая теплопроводность свидетельствует о хорошем изоляционном материале.

Промежуточные материалы не обладают значительными изолирующими или проводящими свойствами. Цемент и стекло не проводят слишком большое количество тепла и не обладают хорошей изоляцией.

Идея о том, что теплопроводность определенных материалов связана с тем, насколько хорошо они изолируют, обеспечивает связь между теплопроводностью и R-значениями / U-значениями.Поскольку значения U и R отражают, насколько хорошо определенный материал сопротивляется потоку тепла, теплопроводность играет роль в формировании этих значений. Однако значения U и R также зависят от толщины материала, тогда как теплопроводность этого не учитывает.

Для дальнейшего чтения

Список литературы

  1. ↑ HyperPhysics. (12 мая 2015 г.). Теплопроводность [Онлайн]. Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/thercond.html
  2. ↑ Р. Чабай, Б. Шервуд. (12 мая 2015 г.). Matter & Interactions , 3-е изд., Хобокен, Нью-Джерси, США: John Wiley & Sons, 2011
  3. ↑ Д. Грин, Р. Перри. (12 мая 2015 г.). Справочник инженеров-химиков Перри , 7-е изд., McGraw-Hill, 1997.
  4. ↑ Engineering Toolbox. (12 мая 2015 г.). Теплопроводность обычных материалов и газов [Онлайн]. Доступно: http://www.engineeringtoolbox.com/thermal-conductivity-d_429.html

.

Published by alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *