tieu-chuan-tcvn-9313-2012-dai-luong-vat-ly-dinh-nghia-lien-ve-cach-nhiet

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 9313:2012 ISO 7345:1987 CÁCH NHIỆT - CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐỊNH NGHĨA Thermal insulation - Physical quantities and definitions Lời nói đầu TCVN 9313 : 2012 hoàn toàn tương đương với ISO 7345 : 1987 TCVN 9313 : 2012 chuyển đổi từ TCXDVN 299 : 2003 (ISO 7345 : 1987) theo quy định khoản Điều 69 Luật Tiêu chuẩn Quy chuẩn kỹ thuật điểm a), khoản 1, điều Nghị định 127/2007/NĐ-CP quy định chi tiết thi hành số điều Luật tiêu chuẩn Quy chuẩn kỹ thuật TCVN 9313 : 2012 Viện Kiến trúc, Quy hoạch Đô thị Nông thôn biên soạn, Bộ Xây dựng đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học Công nghệ công bố TCVN 9313:2012 CÁCH NHIỆT - CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐỊNH NGHĨA Thermal insulation - Physical quantities and definitions Phạm vi áp dụng Tiêu chuẩn định nghĩa đại lượng vật lý sử dụng lĩnh vực cách nhiệt đưa ký hiệu đơn vị tương ứng CHÚ THÍCH: Do phạm vi tiêu chuẩn giới hạn lĩnh vực cách nhiệt nên số định nghĩa đưa Điều khác với định nghĩa đưa TCVN 7870-5 : 2007 Để phân biệt khác đó, trước thuật ngữ có đánh dấu (*) Các đại lượng vật lý định nghĩa Bảng - Các đại lượng vật lý Tên gọi 2.1 Nhiệt, nhiệt lượng 2.2 Lưu lượng dòng nhiệt: Nhiệt lượng truyền tới truyền từ hệ thống chia cho thời gian: = Đại lượng Đơn vị Q J  W q W/m2 ql W/m  W/(m.K) r (m.K)/W 2.3 Cường độ dòng nhiệt: Lưu lượng dòng nhiệt chia cho diện tích: q= CHÚ THÍCH: Từ “cường độ” thay thuật ngữ “cường độ bề mặt” nhầm lẫn với thuật ngữ “cường độ theo chiều dài” (Xem 2.4) 2.4 Cường độ dòng nhiệt: Lưu lượng dòng nhiệt chia cho chiều dài: ql = 2.5 Hệ số dẫn nhiệt: Đại lượng xác định theo biểu thức  q   grad T CHÚ THÍCH: Khái niệm xác hệ số dẫn nhiệt xem Phụ lục A Khái niệm liên quan tới việc sử dụng khái niệm hệ số dẫn nhiệt cho vật liệu xốp đẳng hướng dị hướng, ảnh hưởng nhiệt độ điều kiện thử nghiệm 2.6 Nhiệt trở suất: Đại lượng xác định biểu thức:  grad T  r q CHÚ THÍCH: Khái niệm xác nhiệt trở suất xem Phụ lục A 2.7 * Nhiệt trở 1): Chênh lệch nhiệt độ chia cho cường độ dòng nhiệt trạng thái ổn định R= CHÚ THÍCH: 1) Đối với lớp phẳng sử dụng khái niệm hệ số dẫn nhiệt tính chất khơng đổi tuyến tính với nhiệt độ (Xem Phụ lục A) thì: R= Trong đó: d chiều dày lớp phẳng Các định nghĩa giả thiết định nghĩa hai nhiệt độ tham chiếu T1, T2 diện tích mà cường độ dịng nhiệt truyền qua đồng R (m2.K)/W Rl (m.K)/W h W/(m2.K) A W/(m2.K) 1 W/(m.K) Nhiệt trở liên quan tới vật liệu, cấu trúc bề mặt Nếu T1 T2 nhiệt độ bề mặt chất rắn mà bề mặt chất lỏng, nhiệt độ tham chiếu phải xác định trường hợp cụ thể (có tham chiếu với truyền nhiệt đối lưu tự hay cưỡng xạ nhiệt từ vật xung quanh ) Khi xác định giá trị nhiệt trở phải biết T1 T2 2) “Nhiệt trở” thay thuật ngữ “nhiệt trở bề mặt” nhầm lẫn với thuật ngữ “nhiệt trở theo chiều dài” (Xem 2.8) 2.8 * Nhiệt trở theo chiều dài: Chênh lệch nhiệt độ chia cho cường độ dòng nhiệt theo chiều dài điều kiện ổn định: Rl = CHÚ THÍCH: Giả thiết định nghĩa hai nhiệt độ T1, T2 chiều dài mà cường độ theo chiều dài dòng nhiệt đồng Nếu bên hệ thống T1 T2 nhiệt độ bề mặt chất rắn mà bề mặt chất lỏng nhiệt độ tham chiếu phải xác định trường hợp cụ thể (có ý đến truyền nhiệt đối lưu hay cưỡng xạ nhiệt từ mặt xung quanh, ) Khi xác định giá trị nhiệt trở theo chiều dài phải biết T1 T2 2.9 Hệ số trao đổi nhiệt bề mặt: Cường độ dòng nhiệt bề mặt điều kiện ổn định chia cho chênh lệch nhiệt độ bề mặt mơi trường xung quanh h= CHÚ THÍCH: Giả thiết định nghĩa bề mặt truyền nhiệt, nhiệt độ bề mặt Ts, nhiệt độ khơng khí Ta xác định (có tham chiếu với truyền nhiệt đối lưu tự hay cưỡng xạ từ mặt xung quanh, ) 2.10 Độ dẫn nhiệt: Số nghịch đảo nhiệt trở từ bề mặt tới bề mặt điều kiện cường độ dòng điện đồng A= CHÚ THÍCH: “Độ dẫn nhiệt” thay “độ dẫn nhiệt bề mặt” bị nhầm lẫn với thuật ngữ “độ dẫn nhiệt theo chiều dài” 2.11 Độ dẫn nhiệt theo chiều dài: Số nghịch đảo nhiệt trở theo chiều dài từ bề mặt tới bề mặt điều kiện cường độ dòng nhiệt đồng 1 = 2.12 Độ truyền nhiệt: Dòng nhiệt điều kiện ổn định chia cho tích số diện tích chênh lệch nhiệt độ mơi trường hai phía hệ thống: U= CHÚ THÍCH: 1) Giả thiết định nghĩa hệ thống, hai nhiệt độ tham chiếu T 1, T2 điều kiện biên xác định U W/(m2.K) Ul W/(m.K) C J/K 2.15 Nhiệt dung riêng: Nhiệt dung chia cho khối lượng c J/(kg.K) 2.15.1 Nhiệt dung riêng áp suất không đổi cp J/(kg.K) 2.15.2 Nhiệt dung riêng thể tích không đổi cv J/(kg.K) a m2/s b J/(m2.K.s1/2) 2) “Độ truyền nhiệt” thay thuật ngữ “Độ truyền nhiệt bề mặt” nhầm lẫn với thuật ngữ “độ truyền nhiệt theo chiều dài” (Xem 2.13) 3) Số nghịch đảo độ truyền nhiệt tổng nhiệt trở mơi trường hai phía hệ thống 2.13 Độ truyền nhiệt theo chiều dài: Dòng nhiệt điều kiện ổn định chia cho tích số chiều dài chênh lệch nhiệt độ môi trường hai phía hệ thống: Ul = CHÚ THÍCH: 1) Giả thiết định nghĩa hệ thống, hai nhiệt độ tham chiếu T 1, T2 điều kiện biên xác định 2) Số nghịch đảo độ truyền nhiệt theo chiều dài tổng nhiệt trở theo chiều dài mơi trường hai phía hệ thống 2.14 Nhiệt dung: Đại lượng xác định phương trình sau: C= CHÚ THÍCH: Khi nhiệt độ hệ thống tăng lên lượng dT tăng thêm lượng nhỏ nhiệt dQ đại lượng dQ/dT gọi nhiệt dung 2.16 * Hệ số khuyếch tán nhiệt: Hệ số dẫn nhiệt chia cho tích số khối lượng riêng nhiệt dung riêng a= CHÚ THÍCH: 1) Đối với chất lỏng, nhiệt dung riêng thích hợp cp 2) Định nghĩa giả thiết môi trường đồng nhất, không suốt 3) Hệ số dẫn nhiệt độ có liên quan tới trạng thái khơng ổn định đo trực tiếp tính tốn công thức từ đại lượng đo riêng rẽ 4) Ngồi ra, hệ số dẫn nhiệt độ có kể đến thay đổi nhiệt độ bên khối vật liệu nhiệt độ bề mặt thay đổi Hệ số dẫn nhiệt độ vật liệu cao nhiệt độ bên vật liệu nhạy cảm với thay đổi nhiệt độ bề mặt 2.17 Hệ số hàm nhiệt: Căn bậc hai tích số độ dẫn nhiệt, khối lượng riêng nhiệt dung riêng b  pc CHÚ THÍCH: 1) Đối với chất lỏng, nhiệt dung riêng thích hợp cp 2) Đặc tính liên quan tới điều kiện khơng ổn định Nó đo tính tốn công thức từ đại lượng đo riêng rẽ Ngoài ra, hệ số hàm nhiệt thể thay đổi nhiệt độ bề mặt vật liệu cường độ dòng nhiệt qua bề mặt thay đổi Hệ số hàm nhiệt vật liệu thấp nhiệt độ bề mặt nhạy cảm với thay đổi dịng nhiệt bề mặt Đặc tính lượng cơng trình Bảng - Đặc tính lượng Tên gọi Đại lượng Đơn vị Fv W/(m3.K) Fs W/(m2.K) n h-1 3.1 Hệ số tổn thất nhiệt theo thể tích: Dịng nhiệt từ cơng trình chia cho tích số thể tích chênh lệch nhiệt độ mơi trường bên bên ngồi: Fv = CHÚ THÍCH: Dịng nhiệt bao gồm: tác động truyền nhiệt qua vỏ bao che cơng trình, hệ thống thơng gió, xạ mặt trời, Trong đó, đại lượng thể tích V phải xác định Khi áp dụng hệ số tổn thất nhiệt theo thể tích chấp nhận định nghĩa nhiệt độ bên trong, nhiệt độ bên ngồi, thể tích tác động nhiệt khác gây lưu lượng dòng nhiệt 3.2 Hệ số tổn thất nhiệt theo diện tích: Dịng nhiệt từ cơng trình chia cho tích số diện tích chênh lệch nhiệt độ mơi trường bên bên ngồi: Fs = CHÚ THÍCH: Dịng nhiệt bao gồm: tác động truyền nhiệt qua vỏ bao che cơng trình, hệ thống thơng gió, xạ mặt trời,… Diện tích diện tích vỏ bao che, diện tích sàn, Khi áp dụng hệ số tổn thất nhiệt theo thể tích chấp nhận định nghĩa nhiệt độ bên trong, nhiệt độ bên ngoài, thể tích tác động nhiệt khác gây lưu lượng dịng nhiệt 3.3 Bội số trao đổi khơng khí: Số lần thay đổi khơng khí thể tích xác định chia cho thời gian CHÚ THÍCH: Đơn vị bội số trao đổi khơng khí (h-1) khơng phải đơn vị đo hệ SI Tuy vậy, số lần thay đổi khơng khí nói chung chấp nhận để thể bội số trao đổi khơng khí Ký hiệu đơn vị đo đại lượng khác Bảng - Ký hiệu đơn vị đo đại lượng khác Tên gọi Đại lượng Đơn vị 4.1 Nhiệt độ động lực T K 4.2 Nhiệt độ bách phân  °C 4.3 Chiều dày d m 4.4 Chiều dài l m 4.5 Chiều rộng b m 4.6 Diện tích A m2 4.7 Thể tích V m3 4.8 Đường kính D m 4.9 Thời gian t S 4.10 Khối lượng m Kg 4.11 Khối lượng riêng p kg/m3 Các ký hiệu phụ Để tránh nhầm lẫn, cần sử dụng ký hiệu phụ dấu hiệu nhận biết khác Trong trường hợp ý nghĩa chúng cần rõ ràng Những ký hiệu khuyến cáo sử dụng: - Bên (interior): i - Bên (exterior): e - Bề mặt (surface): s - Mặt (interior surface): si - Mặt (exterior surface): se - Dẫn nhiệt (conduction): cd - Đối lưu (convection): cv - Bức xạ (radiation): r - Tiếp xúc (contact): c - Khơng gian khí (khơng khí) (gas (air) space): g - Môi trường xung quanh (ambient): a PHỤ LỤC (Tham khảo) KHÁI NIỆM VỀ ĐỘ DẪN NHIỆT A.0 Giới thiệu Để hiểu rõ thêm khái niệm độ dẫn nhiệt áp dụng, phụ lục đưa cách giải thích theo tốn học xác A.1 Gradian nhiệt (grad T) điểm P Đây véctơ theo hướng pháp tuyến n với mặt đẳng nhiệt chứa điểm P Độ lớn đạo hàm nhiệt độ T theo khoảng cách từ P dọc theo phương pháp tuyến n, véctơ đơn vị  en Từ định nghĩa có:  gradT en  T n (A.1) A.2 Cường độ dòng nhiệt bề mặt q, điểm P (bề mặt có dịng nhiệt truyền qua) Được xác định sau: q ( d )P dA (A.2) Khi đề cập đến trao đổi nhiệt dẫn nhiệt điểm vật thể nơi tồn dẫn nhiệt đại lượng q phụ thuộc vào hướng bề mặt (tức phụ thuộc vào hướng pháp tuyến điểm P tới bề mặt diện tích A) tìm hướng pháp tuyến n với bề mặt diện tích An chứa điểm P, nơi mà trị số q có giá trị lớn ký hiệu véctơ  q (  q:   )P en A n (A.3) Đối với bề mặt diện tích As qua điểm P, cường độ dòng nhiệt bề mặt q thành phần véctơ Véctơ  q theo hướng pháp tuyến tới bề mặt điểm P   q gọi “mật độ dịng nhiệt” (khơng phải cường độ dịng nhiệt) Bất kỳ véctơ q xác định (đối với truyền nhiệt đối lưu hầu hết trường hợp truyền nhiệt xạ), sử dụng thuật ngữ “lưu lượng dòng nhiệt” “cường độ dòng nhiệt bề mặt” A.3 Nhiệt trở suất r điểm P Đây đại lượng cho phép tính tốn véctơ grad T điểm P từ véctơ  q điểm P định luật Fourier Trường hợp đơn giản (vật liệu đẳng nhiệt) grad T  q song song ngược chiều, lúc r xác định điểm hệ số tỷ lệ véctơ grad T  gradT  r q  q (A.4) Trong trường hợp r hệ số tỷ lệ nghịch thành phần grad T  q điểm dọc theo hướng s không phụ thuộc vào hướng s chọn Trong trường hợp chung (vật liệu đẳng hướng dị hướng), ba thành phần xác định grad T đại lượng tỷ lệ tuyến tính thành phần véctơ  q Do nhiệt trở suất xác định   thơng qua tenxơ [ r ] chín hệ số đại lượng tỷ lệ tuyến tính theo hệ thức đây:    (A.5) gradT  r q   Nếu nhiệt trở suất r [ r ] không đổi theo tọa độ thời gian, xem đặc tính  nhiệt nhiệt độ cho A.4 Độ dẫn nhiệt  điểm P Đây đại lượng cho phép để tính tốn véctơ  q điểm P từ véctơ grad T điểm P, có nghĩa tích số độ dẫn nhiệt với nhiệt trở suất một đơn vị tenxơ Nếu  q grad T song song ngược chiều thì:  q  .gradT r = (A.6)   Giống nhiệt trở suất, độ dẫn nhiệt hầu hết trường hợp tenxơ [ r ] chín hệ số đại lượng tỷ lệ tuyến tính thuộc thành phần grad T mà hệ số xác định thành phần  q theo hệ thức đây:   q  gradT    (A.7) Như [  ] xác định cách đảo ngược     ngược lại Nếu độ dẫn nhiệt  [r ] [  ] khơng đổi theo tọa độ thời gian, xem đặc tính nhiệt nhiệt độ cho Độ dẫn nhiệt hàm số nhiệt độ hướng (vật liệu dị hướng) Do cần biết mối quan hệ thông số Hãy xem xét vật thể có chiều dày d giới hạn hai mặt phẳng song song đẳng nhiệt, có nhiệt độ T1 T2, mặt có diện tích A Các mép bên bao quanh mặt vật thể giả thiết đoạn nhiệt thẳng góc với chúng Giả thiết vật thể tạo vật liệu ổn định, đồng đẳng hướng (hoặc không đẳng hướng - dị hướng - với trục đối xứng vng góc với mặt chính) Trong điều kiện hệ thức = đạo hàm từ định luật Fourier trạng thái ổn định áp     dụng hệ số dẫn nhiệt  [  ], nhiệt trở suất r [ r ] không phụ thuộc nhiệt độ: d d    r A(T1  T2 ) R (A.8)   Nếu tất điều kiện đáp ứng (ngoại trừ hệ số dẫn nhiệt  [  ] hàm số tuyến tính nhiệt độ) áp dụng hệ thức hệ số dẫn nhiệt tính nhiệt độ trung bình Tm  T1  T2 Tương tự, vật thể có chiều dài l giới hạn hai mặt đẳng nhiệt, hình lăng trụ, đồng trục có nhiệt độ T1 T2 đường kính Di De tương ứng, hai đầu vật thể mặt đoạn nhiệt phẳng vng góc với hình lăng trụ, vật liệu ổn định, đồng đẳng hướng, hệ thức đạo hàm từ định luật Fourier điều kiện ổn định áp dụng độ dẫn nhiệt  nhiệt trở suất r không phụ thuộc vào nhiệt độ: De D De ln Di Di    r 2l(T1  T2 ) R ln R (T1  T2 )  (A.10)  D  D ln D e r D ln D e  Di Di (A.11) Trong D đường kính bên ngồi bên đường kính xác định khác Nếu tất điều kiện đáp ứng ngoại trừ hệ số dẫn nhiệt  hàm số tuyến tính nhiệt độ hệ thức áp dụng hệ số dẫn nhiệt tính theo nhiệt độ trung bình qua biểu thức sau: Với giới hạn trên, công thức (8) (10) thường sử dụng để xác định hệ số dẫn nhiệt môi trường không suốt, đồng từ đại lượng đo nhiệt độ trung bình T m Tương tự, cơng thức (A.8) (A.10) cịn thường dùng để xác định đặc tính nhiệt mơi trường xốp từ đại lượng đo mà chúng trình truyền nhiệt tổng hợp bao gồm ba phương thức: xạ, dẫn nhiệt đối lưu nhiệt Đặc tính nhiệt đo đại diện cho tất phương thức truyền nhiệt nêu gọi độ dẫn nhiệt (đơi cịn gọi độ dẫn nhiệt biểu kiến, tương đương hiệu quả) mơi trường xốp đồng khơng phụ thuộc vào kích thước hình học mẫu đo, tính chất xạ nhiệt bề mặt giới hạn mẫu đo chênh lệch nhiệt độ (T1 - T2) Khi điều kiện khơng thỏa mãn, nhiệt trở bề mặt phải sử dụng để biểu thị đặc tính mẫu đo với kích thước hình học, chênh lệch nhiệt độ (T1 - T2) với độ xạ nhiệt cho mặt bên mẫu đo THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TCVN 7870-5 : 2007, Đại lượng đơn vị - Phần 5: Nhiệt động lực học MỤC LỤC Phạm vi áp dụng Các đại lượng vật lý định nghĩa Đặc tính lượng cơng trình Ký hiệu đơn vị đo đại lượng khác Các ký hiệu phụ Phụ lục A