příklad-tepelné ztráty stěnou
hlavním zdrojem tepelných ztrát z domu jsou stěny. Vypočítejte rychlost tepelného toku stěnou 3 m x 10 m v oblasti (a = 30 m2). Stěna má tloušťku 15 cm (L1) a je vyrobena z cihel s tepelnou vodivostí k1 = 1,0 W / m. K (špatný tepelný izolátor). Předpokládejme, že vnitřní a venkovní teploty jsou 22°C a -8°C a koeficienty přenosu tepla konvekcí na vnitřní a vnější straně jsou h1 = 10 W / m2K a h2 = 30 W/m2K. Všimněte si, že tyto konvekční koeficienty silně závisí zejména na okolních a vnitřních podmínkách (vítr, vlhkost atd.).
- Vypočítejte tepelný tok (tepelné ztráty) touto neizolovanou stěnou.
- nyní předpokládejme tepelnou izolaci na vnější straně této stěny. Použijte izolaci ze skleněné vlny o tloušťce 10 cm (L2)s tepelnou vodivostí k2 = 0,023 W / m.K a vypočítat tepelný tok (tepelné ztráty) touto kompozitní stěnou.
řešení:
jak bylo napsáno, mnoho procesů přenosu tepla zahrnuje kompozitní systémy a dokonce zahrnuje kombinaci vedení i konvekce. U těchto kompozitních systémů je často vhodné pracovat s celkovým koeficientem přenosu tepla, známým jako U-faktor. U-faktor je definován výrazem analogickým Newtonovu zákonu chlazení:
celkový koeficient přenosu tepla souvisí s celkovým tepelným odporem a závisí na geometrii problému.
- holá stěna
za předpokladu jednorozměrného přenosu tepla rovinnou stěnou a bez ohledu na záření lze celkový koeficient přenosu tepla vypočítat jako:
celkový součinitel prostupu tepla je pak:
U = 1 / (1/10 + 0.15/1 + 1/30) = 3.53 W / m2K
tepelný tok lze potom vypočítat jednoduše jako:
q = 3,53 x 30 = 105,9 W / m2
celková tepelná ztráta touto stěnou bude:
qloss = q . A = 105,9 x 30 = 3177W
- kompozitní stěna s tepelnou izolací
za předpokladu jednorozměrného přenosu tepla rovinnou kompozitní stěnou, bez tepelného kontaktního odporu a bez ohledu na záření lze celkový koeficient přenosu tepla vypočítat jako:
celkový součinitel prostupu tepla je pak:
U = 1 / (1/10 + 0.15/1 + 0.1/0.023 + 1/30) = 0.216 W / m2K
tepelný tok lze potom vypočítat jednoduše jako:
q = 0,216 x 30 = 6,48 W / m2
celková tepelná ztráta touto stěnou bude:
qloss = q . A = 6,48 x 30 = 194 W
jak je vidět, přidání tepelného izolátoru způsobuje významné snížení tepelných ztrát. Je třeba dodat, přidání další vrstvy tepelného izolátoru nezpůsobuje tak vysoké úspory. To lze lépe vidět z metody tepelného odporu, kterou lze použít pro výpočet přenosu tepla kompozitními stěnami. Rychlost stálého přenosu tepla mezi dvěma povrchy se rovná teplotnímu rozdílu dělenému celkovým tepelným odporem mezi těmito dvěma povrchy.
