267030_tcxdvn299-2003-1

TIÊU CHUẨN XÂY DỰNG VIỆT NAM TCXDVN 299 2003 (ISO 7345 1987) CÁCH NHIỆT CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐỊNH NGHĨA Thermal insulation physical quantities and definitions Lời nói đầu TCXDVN 299 2003 (ISO 7345[.]

TIÊU CHUẨN XÂY DỰNG VIỆT NAM TCXDVN 299: 2003 (ISO 7345: 1987) CÁCH NHIỆT - CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐỊNH NGHĨA Thermal insulation- physical quantities and definitions Lời nói đầu TCXDVN 299: 2003 (ISO 7345:1987)- Cách nhiệt- Các đại lượng vật lý định nghĩa chấp nhận từ ISO 7345:1987- Cách nhiệt- Các đại lượng vật lý định nghĩa TCXDVN 299: 2003 (ISO 7345:1987)- Cách nhiệt- Các đại lượng vật lý định nghĩa Viện Nghiên cứu Kiến trúc chủ trì biên soạn, Vụ Khoa học Công nghệ- Bộ Xây dựng đề nghị Bộ Xây dựng ban hành Phần giới thiệu TIÊU CHUẨN NÀY LÀ MỘT TRONG CÁC TIÊU CHUẨN VỀ THUẬT NGỮ LIÊN QUAN ĐẾN CÁCH NHIỆT, BAO GỒM: - TCXDVN 300: 2003 (ISO 9251-1987) CÁCH NHIỆT - CÁC ĐIỀU KIỆN TRUYỀN NHIỆT VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU - THUẬT NGỮ - ISO 9346 CÁCH NHIỆT- TRUYỀN NHIỆT KHỐI- CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐỊNH NGHĨA - ISO 9288 CÁCH NHIỆT- TRUYỀN NHIỆT BẰNG BỨC XẠ - CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐỊNH NGHĨA CÁCH NHIỆT - CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐỊNH NGHĨA Thermal insulation- physical quantities and definitions Phạm vi lĩnh vực áp dụng TIÊU CHUẨN NÀY ĐỊNH NGHĨA CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ SỬ DỤNG TRONG LĨNH VỰC CÁCH NHIỆT VÀ ĐƯA RA CÁC KÝ HIỆU VÀ ĐƠN VỊ TƯƠNG ỨNG GHI CHÚ: DO PHẠM VI CỦA TIÊU CHUẨN NÀY CHỈ GIỚI HẠN TRONG LĨNH VỰC CÁCH NHIỆT NÊN MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA ĐƯA RA Ở MỤC KHÁC VỚI NHỮNG ĐỊNH NGHĨA ĐƯA RA Ở ISO 31/4- CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ CÁC ĐƠN VỊ NHIỆT ĐỂ PHÂN BIỆT SỰ KHÁC NHAU ĐÓ, TRƯỚC CÁC THUẬT NGỮ CÓ ĐÁNH DẤU SAO (*) Các đại lượng vật lý định nghĩa ĐẠI LƯỢNG ĐƠN VỊ 2.1 NHIỆT; NHIỆT LƯỢNG Q J 2.2 LƯU LƯỢNG DÒNG NHIỆT: NHIỆT LƯỢNG TRUYỀN  W Q W/M2 Q1 W/M TỚI HOẶC TRUYỀN TỪ MỘT HỆ THỐNG CHIA CHO THỜI GIAN: = QT DT 2.3 CƯỜNG ĐỘ DÒNG NHIỆT: LƯU LƯỢNG DÒNG NHIỆT CHIA CHO DIỆN TÍCH: Q= D DA Ghi chú: Từ “cường độ” thay thuật ngữ “cường độ bề mặt” có thỂ nhầm lẫn với thuật ngữ “cường độ theo chiều dài”(2.4) 2.4 Cường độ theo chiều dài dòng nhiệt: Lưu lượng dòng nhiệt chia cho chiều dài: q1 = D d1 2.5 Hệ số dẫn nhiệt: Đại lượng xác định theo biểu thức đây:  W/(M.K) R (M.K)/W R (m2.K)/W q =   grad T Ghi chú: Khái niệm xác hệ số dẫn nhiệt cho phần phụ lục 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 hệ thức đây: grad T =  rq Ghi chú: Khái niệm xác nhiệt trở suất cho phần phụ lục 2.7 *Nhiệt trở 1) : Chênh lệch nhiệt độ chia cho cường độ dòng nhiệt trạng thái ổn định R= T1  T2 q Ghi chú: Đối với lớp phẳng sử dụng khái niệm hệ số dẫn nhiệt tính chất khơng đổi tuyến tính với nhiệt độ (xem phụ lục) thì: R= d  Trong d chiều dày lớp Các định nghĩa giả thiếtt định nghĩa hai nhiệt độ tham chiếu T1, T2 diện tích mà cường độ dịng nhiệt truyền qua đồng 1) Theo ISO 31/4 “nhiệt trở” cịn gọi “vật cách nhiệt” “hệ số cách nhiệt”, ký hiệu M 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, v.v ) Khi xác định giá trị nhiệt trở phải biết T1 T2 “Nhiệt trở” thay thuật ngữ “Nhiệt trở bề mặt” nhầm lẫn với thuật ngữ “Nhiệt trở theo chiều dài” (2.8) 2.8 * Nhiệt trở theo chiều dài1): Chênh lệch nhiệt độ chia cho cường độ dòng nhiệt theo chiều dài điều kiện ổn định: R1 = R1 (m.K)/W h W/(m2.K) T1  T2 q1 Ghi chú: Giả thiết hai nhiệt độ tham chiếu 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, v.v ) Khi xác định giá trị nhiệt trở theo chiều dài phải biết T 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= q TS  Ta Ghi chú: Giả thiết 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 nhiệt từ mặt xung quanh, v.v ) 2.10 Độ dẫn nhiệt: Số nghịch đảo nhiệt trở từ bề mặt tới bề mặt điều kiện cường độ dòng nhiệt đồng A= A W/(m2.K) A1 W/(m.K) U1 W/(m2.K) U1 W/(m.K) C J/K c J/(kg.K) R Ghi chú: “Độ dẫn nhiệt” thay “độ dẫn nhiệt bề mặt” bị nhầm lẫn với thuật ngữ “độ dẫn nhiệt theo chiều dài” (2.11) 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 A1 = R1 2.12 Độ truyền nhiệt: Lưu lượng dòng nhiệt điều kiện ổn định chia cho tích số diện tích chênh lệch nhiệt độ mơi trường hai phía hệ thống: U1 =  (T1 T2 )A Ghi chú: Giả thiết hệ thống, hai nhiệt độ tham chiếu T 1, T2 điều kiện biên khác xác định “Độ truyền nhiệt” thay thuật ngữ “Độ truyền nhiệt bề mặt” nhầm lẫn với thuật ngữ “Độ truyền nhiệt theo chiều dài” (2.13) Số nghịch đảo độ truyền nhiệt tổng nhiệt trở mơi trường hai phía hệ thống: 2.13 Độ truyền nhiệt theo chiều dài: Lưu lượng dòng nhiệt điều kiện ổn định chia cho tích số chiều dài chênh lệch nhiệt độ môi trường hai phía hệ thống: U1 =  (T1 - T2 )1 Ghi chú: Giả thiết hệ thống, hai nhiệt độ tham chiếu T 1, T2 điều kiện biên xác định 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 đẳng thức sau: dQ C dT Ghi chú: Khi nhiệt độ hệ thống tăng lên lượng dT tăng thêm lượng nhỏ nhiệt dQ đại lượng dQ/dT gọi nhiệt dung 2.15 Nhiệt dung riêng: Nhiệt dung chia cho khối lượng 2.15.1 Nhiệt dung riêng áp suất không đổi cp J/(kg.K) 2.15.2 Nhiệt dung riêng thể tích khơng đổi cv J/(kg.K) 2.16 *Hệ số dẫn nhiệt độ: Độ dẫn nhiệt chia cho tích số khối lượng riêng nhiệt dung riêng a m2/s b J/(m2.Ks1/2)  a c Ghi chú: Đối với chất lỏng, nhiệt dung riêng thích hợp cp ĐỊNH NGHĨA NÀY GIẢ THIẾT MÔI TRƯỜNG ĐỒNG NHẤT, KHÔNG TRONG SUỐT 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 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 = c Ghi chú: Đối với chất lỏng, nhiệt dung riêng thích hợp cp 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: FV W/(m3.K) FS W/(m2.K) 3.1 Hệ số tổn thất nhiệt theo thể tích: Lưu lượng dịng nhiệt từ cơng trình chia cho tích số thể tích chênh lệch nhiệt độ môi trường bên bên ngoài: FV   VT Ghi chú: Lưu lượng dịng nhiệt bao gồm:các tác động truyền nhiệt qua vỏ bao che cơng trình, hệ thống thơng gió, xạ mặt trời, v.v Trong 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: Lưu lượng dịng nhiệt từ cơng trình chia cho tích số diện tích chênh lệch nhiệt độ môi trường bên bên ngoài: FS   AT GHI CHÚ: LƯU LƯỢNG DỊNG NHIỆT CĨ THỂ BAO GỒM CÁC TÁC ĐỘNG TRUYỀN NHIỆT QUA VỎ BAO CHE CỦA CƠNG TRÌNH, HỆ THỐNG THƠNG GIĨ, BỨC XẠ MẶT TRỜI,V.V DIỆN TÍCH CĨ THỂ LÀ 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 ngồi, thể tích tác động nhiệt khác gây lưu lượng dòng nhiệt 3.3 Bội số trao đổi khơng khí: Số lần thay đổi khơng khí thể tích xác định chia cho thời gian: n h-1 Ghi chú: 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 không khí Ký hiệu đơn vị đo đại lượng khác: 4.1 Nhiệt độ nhiệt động lực T K 4.2 Nhiệt độ bách phân  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  kg/m3 C Các ký hiệu phụ: Để tránh nhầm lẫn cần phải sử dụng ký hiệu phụ dấu hiệu nhận biết khác Trong trường hợp ý nghĩa chúng cần phải rõ ràng Những ký hiệu phụ khuyến cáo sử dụng: - bên (interior) i - bên (exterior) e - bề mặt (surface) s - mặt (interior surface) si - mặt (exterior surface) se - dẫn truyền (conduction) cd - đối lưu (convection) cv - xạ (radiation) r - tiếp xúc (contact) c - khơng gian khí (khơng khí) (gas (air) space) g - môi trường xung quanh (ambient) a PHỤ LỤC 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 LÀ MỘT VÉCTƠ THEO HƯỚNG PHÁP TUYẾN N VỚI MẶT ĐẲNG NHIỆT CHỨA ĐIỂM P ĐỘ LỚN CỦA NÓ BẰNG ĐẠO HÀM CỦA NHIỆT ĐỘ T THEO KHOẢNG CÁCH TỪ P DỌC THEO PHƯƠNG PHÁP TUYẾN N, VÉCTƠ ĐƠN VỊ LÀ EN Từ định nghĩa có: grad T.en = T n (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 (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 (  )Pen An Đối với bề mặt diện tích AS qua điểm P, cường độ dòng nhiệt bề mặt q thành phần véc tơ q theo hướng pháp tuyến tới bề mặt điểm P Véctơ q gọi “mật độ dịng nhiệt” (khơng phải cường độ dịng nhiệt) Thuật ngữ “dòng nhiệt” “lưu lượng dòng nhiệt” cách nói tương đương đề cập tới dẫn 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 q: grad T = - rq (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 thông qua tenxơ r chín hệ số đại lượng tỷ lệ tuyến tính theo hệ thức : grad T = - r q (5) Nếu nhiệt trở suất r r không đổi theo toạ 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 = -  grad T (6) r = Giống nhiệt trở suất, độ dẫn nhiệt hầu hết trường hợp tenxơ   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 = - grad T (7) Như   xác định cách đảo ngược r  ngược lại Nếu độ dẫn nhiệt    không đổi theo toạ 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 (8) A(T1  T2 ) d  rd   (9) R 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 T T Tm  2 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 D1 D2 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 ln Di    Di r 2l (T1  T2 ) R (10) (T  T )  / D D De D De R  ln r ln   Di Di (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: Tm = T1  T2 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 Tm Tương tự, cơng thức (8) (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 (đôi gọi độ dẫn nhiệt biểu kiến, tương đương hiệu quả) môi 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 thoả mãn, nhiệt trở bề mặt phải sử dụng để biểu thị đặc tính mẫu đo với kích thước hình học, chênh lệch nhiệt độ (T -T2 ) với độ xạ nhiệt cho mặt bên mẫu đo