Esempio-Perdita di calore attraverso un muro
Una fonte importante di perdita di calore da una casa è attraverso i muri. Calcolare la velocità del flusso di calore attraverso una parete 3 m x 10 m in area (A = 30 m2). Il muro ha uno spessore di 15 cm (L1) ed è realizzato in mattoni con la conducibilità termica di k1 = 1,0 W/m.K (povero isolante termico). Supponiamo che le temperature interne ed esterne siano di 22 ° C e -8°C e che i coefficienti di trasferimento del calore per convezione sui lati interno ed esterno siano h1 = 10 W/m2K e h2 = 30 W / m2K, rispettivamente. Si noti che questi coefficienti di convezione dipendono fortemente soprattutto dalle condizioni ambientali e interne (vento, umidità, ecc.).
- Calcola il flusso di calore (perdita di calore) attraverso questa parete non isolata.
- Ora assumere l’isolamento termico sul lato esterno di questo muro. Utilizzare isolamento in lana di vetro di 10 cm di spessore (L2) con la conducibilità termica di k2 = 0,023 W/m.K e calcolare il flusso di calore (perdita di calore) attraverso questa parete composita.
Soluzione:
Come è stato scritto, molti dei processi di trasferimento di calore coinvolgono sistemi compositi e coinvolgono anche una combinazione di conduzione e convezione. Con questi sistemi compositi, è spesso conveniente lavorare con un coefficiente di trasferimento del calore complessivo, noto come fattore U. Il fattore U è definito da un’espressione analoga alla legge di Newton del raffreddamento:
Il coefficiente di trasferimento termico complessivo è correlato alla resistenza termica totale e dipende dalla geometria del problema.
- parete nuda
Assumendo unidimensionale di trasferimento di calore attraverso il piano della parete e trascurando la radiazione, il coefficiente di trasmittanza termica può essere calcolato come:
Il coefficiente di trasmittanza termica è:
U = 1 / (1/10 + 0.15/1 + 1/30) = 3.53 W / m2K
Il flusso di calore può essere calcolato semplicemente come:
q = 3,53 x 30 = 105,9 W / m2
La perdita totale di calore attraverso questa parete sarà:
qloss = q . A = 105.9 x 30 = 3177W
- parete composita con isolamento termico
Supponendo il trasferimento di calore unidimensionale attraverso la parete composita piana, nessuna resistenza di contatto termico e trascurando la radiazione, il coefficiente di trasferimento di calore complessivo può essere calcolato come:
Il coefficiente di trasmittanza termica è:
U = 1 / (1/10 + 0.15/1 + 0.1/0.023 + 1/30) = 0.216 W/m2K
Il flusso di calore può essere calcolato semplicemente come:
q = 0.216 x 30 = 6.48 W/m2
La totale perdita di calore attraverso la parete:
qloss = q . A = 6,48 x 30 = 194 W
Come si può vedere, un’aggiunta di isolante termico provoca una significativa diminuzione delle perdite di calore. Deve essere aggiunto, un’aggiunta di strato successivo di isolante termico non causa un risparmio così elevato. Questo può essere visto meglio dal metodo di resistenza termica, che può essere utilizzato per calcolare il trasferimento di calore attraverso le pareti composite. Il tasso di trasferimento di calore costante tra due superfici è uguale alla differenza di temperatura divisa per la resistenza termica totale tra queste due superfici.
