II. truyền nhiệt ổn định và Tính cách nhiệt trong mùa lạnh
Kết luận:
Khi đánh giá tính hợp lý của kết cấu mái và tường nhà theo yêu cầu chống lạnh, ta có thể dựa vào hai tiêu chí sau đây:
Nội dung
Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng II: Truyền nhiệt ổn định - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 1/7 Chơng Ii Truyền nhiệt ổn định - t.kế cách nhiệt kết cấu mùa lạnh I. khái niệm cơ bản về truyền nhiệt: * Đặc điểm: Nhiệt năng (q) truyền từ nơi có t 0 cao => t 0 thấp * Có 3 cách truyền nhiệt: dẫn nhiệt, đối lu, bức xạ 1. Truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt: - Dẫn nhiệt là quá trình truyền động năng của các phân tử, nguyên tử, điện tử tự do khi chúng tiếp xúc nhau. - Nhiệt lợng truyền bằng dẫn nhiệt tính theo định luật Furiê: Nhiệt lợng truyền qua 1 đ.vị diện tích trong 1 đ.vị thời gian tỷ lệ thuận với gradian nhiệt độ x t q = (Kcal/m 2 .h) Trong đó: - x t : Gradian nhiệt độ theo phơng x - :Kcal/m.h. 0 C - là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu (xem phụ lục ) k phụ thuộc: Tính chất vật liệu (Bê tông cốt thép b = 1,33; nớc nớc = 0,5; không khí tự do kk = 0,025) Tỷ trọng của vật liệu: nhỏ thì nhỏ; cùng nếu lỗ rỗng to thì lớn ( q đối lu). Độ ẩm vật liệu W lớn thì lớn. Cấu trúc vật liệu. Với vật liệu có cấu trúc đẳng hớng (tre, gỗ) kdọc thớ kngang thớ. Dẫn nhiệt qua vách phẳng một lớp : Dẫn nhiệt ổn định một chiều qua vách thẳng một lớp d(m) chiều rộng lớn, bằng vật liệu có hệ số dẫn nhiệt , nhiệt độ 2 bề mặt t và n ổn định. Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng II: Truyền nhiệt ổn định - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 2/7 )( nt d q = (Kcal/m 2 .h hay W/m 2 ) - d (Kcal/m 2 .h.C 0 ) : nhiệt dẫn của vách - R = d (m 2 .h.C 0 /Kcal) : nhiệt trở của vách 2. Truyền nhiệt bằng đối lu: - Truyền nhiệt đối lu là phơng thức truyền nhiệt chủ yếu của chất lỏng và chất khí. - Trong truyền nhiệt đối lu tồn tại hai trạng thái vận động: chuyển động chảy tầng và chuyển động chảy rối. + Trong lớp chảy tầng các phần tử chất khí chuyển động song song với mặt kết cấu, song song với nhau theo phơng vuông góc phơng truyền nhiệt. Nhiệt đợc truyền đi chủ yếu bằng dẫn nhiệt. Nhiệt trở lớn, biểu diễn bằng đờng cong (dạng Hypecbôn dốc). Lớp chảy tầng rất mỏng. + Trong lớp chảy rối các phần tử chuyển động tự do. Nhiệt đợc truyền đi bằng sự dịch chuyển vị trí của các phầ tử nở nhiệt. - Tính nhiệt truyền đối lu: Theo định luật Niutơn - Risman q d = đ ( - t t ) , Kcal/m 2 .h - đ : là hệ số trao đổi nhiệt đối lu phụ thuộc: - Tốc độ dịch chuyển của khí thể. - Hiệu nhiệt độ bề mặt và nhiệt độ không khí ( - t). - Tính chất vật lý thể khí. - Vị trí, trạng thái bề mặt kết cấu. Phụ thuộc vị trí đ mặt bằng > đ tờng > đ dới trần Phụ thuộc trạng thái: đ (nhẵn) > đ (sù sì) đ thờng xác định theo thực nghiệm 3. Truyền nhiệt bằng bức xạ: Mọi vật thể khi ở nhiệt độ lớn hơn độ không tuyệt đối đều không ngừng bức xạ năng lợng vào không gian dới dạng sóng điện từ. - Tính nhiệt truyền bằng bức xạ theo định luật Stêfan - Bônzman: Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng II: Truyền nhiệt ổn định - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 3/7 4 ) 100 ( T Cq b = , Kcal/m 2 .h Trong đó: - T : nhiệt độ bề mặt của vật, 0 K - C : hệ số bức xạ nhệt (Kcal/ m 2 .h. 0 K 4 ) (Bêtông: C = 3,10 ; Gạch nung màu đỏ: 4,6 -4,7 ; Gạch xây trát vữa: 4,66) - Nếu hai vật gần nhau thì cũng xảy ra hiện tợng trao đổi nhiệt với nhau và phụ thuộc vào: + Nhiệt độ trên bề mặt hai vật. + Diện tích và vị trí tơng hỗ giữa các bề mặt. Trờng hợp hai bề mặt song song với nhau: q b = b ( 1 - 2 ) , Kcal/ m2.h Trong đó: + 1 , 2 : nhiệt độ trên hai bề mặt, 0 C + b : hệ số troa đổi nhiệt hai bề mặt, Kcal/m 2 .h. 0 C II. truyền nhiệt ổn định v Tính cách nhiệt trong mùa lạnh 1. Điều kiện: Truyền nhiệt ổn định qua kết cấu diễn ra trong 2 điều kiện: - t t = const; t n = const. - q 1 = q 2 = q 3 = q 0 = const 2. Quá trình truyền nhiệt: 3 giai đoạn : Giai đoạn 1: Thu nhiệt Nhiệt truyền từ không khí trong nhà có nhiệt độ t t đến mặt trong kết cấu có nhiệt độ t , theo hình thức đối lu và bức xạ nhiệt. Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng II: Truyền nhiệt ổn định - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 4/7 q 1 = d (t t - t ) + b (t b - t ) , Kcal/m 2 .h Trong đó: - t b - nhiệt độ bức xạ trong phòng không kể nhiệt độ bề mặt kết cấu, nếu coi t b = t t . thì ta có: - q 1 = t (t t - t ) với t = d + b : hệ số trao đổi nhiệt bên trong Giai đoạn 2: Nhiệt truyền từ mặt trong có nhiệt độ t đến mặt ngoài kết cấu có nhiệt độ n , theo hình thức dẫn nhiệt: q 2 = d ( 1 - n ) = R nt , Kcal/m 2 .h Trong đó: - R : nhiệt trở của kết cấu. Giai đoạn 3: Nhiệt truyền từ mặt ngoài kết cấu ra không khí ngoài nhà (tơng tự nh giai đoạn 1): q 3 = n ( t - t n ) Trong đó: - n = d + b : hệ số trao đổi nhiệt bên ngoài Trong điều kiện truyền nhiệt ổn định : q 1 = q 2 = q 3 = q Giải hệ 4 phơng trình trên bằng phơng pháp thay thế, chuyển vế và cộng lại ta đợc : q = )( 11 1 nt nt tt d ++ , Kcal/m 2 .h Đặt : R 0 = nt d 11 ++ = R + R + R n (m 2 .h. 0 C/Kcal) : là tổng nhiệt trở của kết cấu. - R t = t 1 : nhiệt trở mặt trong kết cấu. - R = d : nhiệt trở kết cấu. - R n = n 1 : nhiệt trở mặt ngoài kết cấu. Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng II: Truyền nhiệt ổn định - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 5/7 Ta có nhiệt lợng truyền từ trong ra ngoài nhà tính theo công thức sau: )( 1 0 0 nt tt R q = , Kcal/m 2 .h Nếu tính truyền nhiệt qua một bề mặt có diện tích F (m2) và trong khoảng thời gian t (h-giờ) : tFqQ 0 = , Kcal Gọi : U = 0 1 R tổng hệ số truyền nhiệt qua kết cấu (U - value) Chú thích : - Khi phòng đóng kín cửa : t = 6,5 7,5 - Khi phòng mở cửa thông thoáng : t = 4,3 3,8 v t 0,8 (v : vận tốc gió trong phòng m/s) - Mặt ngoài tờng: n = 5 + 10 n v - Mặt ngoài mái: n = 7,5 + 2,2 n v - Trong tầng hầm mái: n = 10 Có thể lấy gần đúng: - Mùa đông: n = 20 Kcal/m 2 .h. 0 C - Mùa hè: n = 16 Kcal/m 2 .h. 0 C Chúng ta có thể xác định nhiệt độ bề mặt trong và mặt ngoài của kết cấu: t nt tt R R tt t 0 = )( 0 t nt tn RR R tt t + = Chú ý : Khi xác định trở nhiệt của kết cấu nhiều lớp ta có thể gặp 3 trờng hợp sau đây : 1. Kết cấu có nhiều lớp đồng chất đặt song song với nhau theo chiều dày khi đó nhiệt trở R là: Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng II: Truyền nhiệt ổn định - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 6/7 i i n d RRRRR =++++= 321 2. Kết cấu có nhiều lớp và có lớp không khí kín: Nhiệt trở đợc xác định nh trên, nếu lớp có không khí kín thì xác định theo bảng dới đây: 3. Kết cấu 1 lớp có nhiều màng vật liệu khác thì nhiệt trở là: tb d R = = i ii tb F F. Trong đó: F i : diện tích tiếp nhiệt của bề mặt các mảng kết cấu. Thay trị số tb vào công thức tính R và biến đổi sẽ đợc công thức thứ hai tính R của loại kết cấu này: Bài giảng Phần Nhiệt - Chơng II: Truyền nhiệt ổn định - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 7/7 = i i i R F F R 3. Yêu cầu thiết kế cách nhiệt cho kết cấu ngăn che theo yêu cầu chống lạnh : Mục đích nhằm xác định đợc giá trị nhiệt trở yêu cầu (R 0 yc ) Nhiệt trở yêu cầu xác định theo hai điều kiện sau: a. Điều kiện tiện nghi nhiệt: Dựa theo nhiệt độ cho phép của mặt trong kết cấu ngăn che lớn hơn một giá trị: t t cf , ta có nhiệt trở yêu cầu tính theo công thức sau: t cf tt nt yc R t tt R 0 b. Điều kiện chống đọng sơng bề mặt trong kết cấu : Để tránh hiện tợng đọng sơng hay đổ mồ hôi bên trong kết cấu thì nhiệt độ bề mặt trong kết cấu lơn hơn nhiệt độ điểm sơng của không khí trong nhà : t t s , khi đó nhiệt trở yêu cầu tính theo công thức sau: t st nt yc R tt tt R 0 Kết luận : Khi đánh giá tính hợp lý của kết cấu mái và tờng nhà theo yêu cầu chống lạnh, ta có thể dựa vào hai tiêu chí sau đây : Nhiệt độ mặt trong kết cấu không quá thấp, do đó không quá chênh lệch với nhiệt độ phòng : ( t t - 1 ) 5 0 C. Trờng hợp ngợc lại sẽ dẫn đến : o Tăng sự mất nhiệt của cơ thể, làm giảm điều kiện tiện nghi VKH. o Tăng tốn hao nhiệt khi dùng các thiết bị sởi ấm. o Có thể gây đọng sơng trên bề mặt kết cấu. Dòng nhiệt truyền ra ngoài nhỏ nhất: Nếu dòng nhiệt lớn sẽ làm giảm chất lợng vệ sinh trong phòng có chế độ tự nhiên và làm tăng kinh phí thiết bị trong phòng có điều hoà nhân tạo. Hết Chơng II . Phần Nhiệt - Chơng II: Truyền nhiệt ổn định - GV: THS.KTS. Nguyễn đăng thịnh Trang 1/7 Chơng Ii Truyền nhiệt ổn định - t.kế cách nhiệt kết cấu mùa lạnh I. khái niệm cơ bản về truyền nhiệt: . , 2 : nhiệt độ trên hai bề mặt, 0 C + b : hệ số troa đổi nhiệt hai bề mặt, Kcal/m 2 .h. 0 C II. truyền nhiệt ổn định v Tính cách nhiệt trong mùa lạnh 1. Điều kiện: Truyền nhiệt ổn định. Đặc điểm: Nhiệt năng (q) truyền từ nơi có t 0 cao => t 0 thấp * Có 3 cách truyền nhiệt: dẫn nhiệt, đối lu, bức xạ 1. Truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt: - Dẫn nhiệt là quá trình truyền động