Bµi gi¶ng PhÇn NhiÖt - Ch−¬ng II: TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh - GV: THS.KTS. NguyÔn ®¨ng thÞnh
Ch−¬ng Ii
TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh - t.kÕ c¸ch nhiÖt kÕt cÊu mïa l¹nh
I. kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ truyÒn nhiÖt:
* §Æc ®iÓm: NhiÖt n¨ng (q) truyÒn tõ n¬i cã t0 cao => t0 thÊp
* Cã 3 c¸ch truyÒn nhiÖt: dÉn nhiÖt, ®èi l−u, bøc x¹
1. TruyÒn nhiÖt b»ng dÉn nhiÖt:
- DÉn nhiÖt lµ qu¸ tr×nh truyÒn ®éng n¨ng cña c¸c ph©n tö, nguyªn tö, ®iÖn tö tù do khi chóng
tiÕp xóc nhau.
- NhiÖt l−îng truyÒn b»ng dÉn nhiÖt tÝnh theo ®Þnh luËt Furiª:
‘’NhiÖt l−îng truyÒn qua 1 ®.vÞ diÖn tÝch trong 1 ®.vÞ thêi gian tû lÖ thuËn víi gradian nhiÖt
q
−= λ (Kcal/m2.h)
t ∂ x ∂
®é’’
Trong ®ã:
t ∂ x ∂
: Gradian nhiÖt ®é theo ph−¬ng x -
- λ :Kcal/m.h.0C - lµ hÖ sè dÉn nhiÖt cña vËt liÖu (xem phô lôc )
k phô thuéc:
• TÝnh chÊt vËt liÖu (Bª t«ng cèt thÐp λb = 1,33; n−íc λn−íc = 0,5; kh«ng khÝ tù do λkk =
0,025…)
• Tû träng cña vËt liÖu: γ nhá th× λ nhá; cïng γ nÕu lç rçng to th× λ lín ( q ®èi l−u).
• §é Èm vËt liÖu W lín th× λ lín.
• CÊu tróc vËt liÖu. Víi vËt liÖu cã cÊu tróc ®¼ng h−íng (tre, gç) kdäc thí kngang thí.
DÉn nhiÖt qua v¸ch ph¼ng mét líp :
DÉn nhiÖt æn ®Þnh mét chiÒu qua v¸ch th¼ng mét líp d(m) chiÒu réng lín, b»ng vËt liÖu cã hÖ
Trang 1/7
sè dÉn nhiÖt λ, nhiÖt ®é 2 bÒ mÆt τt vµ τn æn ®Þnh.
Bµi gi¶ng PhÇn NhiÖt - Ch−¬ng II: TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh - GV: THS.KTS. NguyÔn ®¨ng thÞnh
)
q
=
( − ττ n
t
λ d
(Kcal/m2.h hay W/m2)
λ d
(Kcal/m2.h.C0) : nhiÖt dÉn cña v¸ch -
d λ
- R = (m2.h.C0/Kcal) : nhiÖt trë cña v¸ch
2. TruyÒn nhiÖt b»ng ®èi l−u:
- TruyÒn nhiÖt ®èi l−u lµ ph−¬ng thøc truyÒn nhiÖt chñ yÕu cña chÊt láng vµ chÊt khÝ.
- Trong truyÒn nhiÖt ®èi l−u tån t¹i hai tr¹ng th¸i vËn ®éng: chuyÓn ®éng ch¶y tÇng vµ chuyÓn
®éng ch¶y rèi.
+ Trong líp ch¶y tÇng c¸c phÇn tö chÊt khÝ chuyÓn ®éng song song víi mÆt kÕt cÊu, song
song víi nhau theo ph−¬ng vu«ng gãc ph−¬ng truyÒn nhiÖt. NhiÖt ®−îc truyÒn ®i chñ yÕu
b»ng dÉn nhiÖt. NhiÖt trë lín, biÓu diÔn b»ng ®−êng cong (d¹ng Hypecb«n dèc). Líp ch¶y
tÇng rÊt máng.
+ Trong líp ch¶y rèi c¸c phÇn tö chuyÓn ®éng tù do. NhiÖt ®−îc truyÒn ®i b»ng sù dÞch
chuyÓn vÞ trÝ cña c¸c phÇ tö në nhiÖt.
qd = α® (τ - tt) , Kcal/m2.h
- TÝnh nhiÖt truyÒn ®èi l−u: Theo ®Þnh luËt Niut¬n - Risman
- α® : lµ hÖ sè trao ®æi nhiÖt ®èi l−u phô thuéc:
- Tèc ®é dÞch chuyÓn cña khÝ thÓ.
- HiÖu nhiÖt ®é bÒ mÆt vµ nhiÖt ®é kh«ng khÝ ( τ - t).
- TÝnh chÊt vËt lý thÓ khÝ.
- VÞ trÝ, tr¹ng th¸i bÒ mÆt kÕt cÊu.
Phô thuéc vÞ trÝ α® mÆt b»ng> α® t−êng > α® d−íi trÇn
Phô thuéc tr¹ng th¸i: α ® (nh½n) > α ® (sï s×)
α® th−êng x¸c ®Þnh theo thùc nghiÖm
3. TruyÒn nhiÖt b»ng bøc x¹:
Mäi vËt thÓ khi ë nhiÖt ®é lín h¬n ®é kh«ng tuyÖt ®èi ®Òu kh«ng ngõng bøc x¹ n¨ng l−îng vµo
kh«ng gian d−íi d¹ng sãng ®iÖn tõ.
Trang 2/7
- TÝnh nhiÖt truyÒn b»ng bøc x¹ theo ®Þnh luËt Stªfan - B«nzman:
Bµi gi¶ng PhÇn NhiÖt - Ch−¬ng II: TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh - GV: THS.KTS. NguyÔn ®¨ng thÞnh
C
(
4)
qb =
T 100
, Kcal/m2.h
Trong ®ã:
- T : nhiÖt ®é bÒ mÆt cña vËt, 0K
- C : hÖ sè bøc x¹ nhÖt (Kcal/ m2.h. 0K4)
(Bªt«ng: C = 3,10 ; G¹ch nung mµu ®á: 4,6 -4,7 ; G¹ch x©y tr¸t v÷a: 4,66)
- NÕu hai vËt gÇn nhau th× còng x¶y ra hiÖn t−îng trao ®æi nhiÖt víi nhau vµ phô thuéc vµo:
+ NhiÖt ®é trªn bÒ mÆt hai vËt.
+ DiÖn tÝch vµ vÞ trÝ t−¬ng hç gi÷a c¸c bÒ mÆt.
qb =αb (τ1 -τ2) , Kcal/ m2.h
Tr−êng hîp hai bÒ mÆt song song víi nhau:
Trong ®ã:
+ τ1 ,τ2 : nhiÖt ®é trªn hai bÒ mÆt, 0C
+ αb : hÖ sè troa ®æi nhiÖt hai bÒ mÆt, Kcal/m2.h.0C
II. truyÒn nhiÖt æn ®Þnh vμ TÝnh c¸ch nhiÖt trong mïa l¹nh
1. §iÒu kiÖn:
- tt = const; tn = const. - q1 = q2 = q3 = q0 = const
TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh qua kÕt cÊu diÔn ra trong 2 ®iÒu kiÖn:
2. Qu¸ tr×nh truyÒn nhiÖt:
3 giai ®o¹n :
• Giai ®o¹n 1: Thu nhiÖt
NhiÖt truyÒn tõ kh«ng khÝ trong nhµ cã nhiÖt ®é tt ®Õn mÆt trong kÕt cÊu cã nhiÖt ®é τt , theo
Trang 3/7
h×nh thøc ®èi l−u vµ bøc x¹ nhiÖt.
Bµi gi¶ng PhÇn NhiÖt - Ch−¬ng II: TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh - GV: THS.KTS. NguyÔn ®¨ng thÞnh
q1 = α d(tt - τt) + α b(tb - τt) , Kcal/m2.h
Trong ®ã:
- tb - nhiÖt ®é bøc x¹ trong phßng kh«ng kÓ nhiÖt ®é bÒ mÆt kÕt cÊu, nÕu coi tb= tt . th× ta cã:
- q1 = α t(tt - τt) víi α t = α d + α b: hÖ sè trao ®æi nhiÖt bªn trong
• Giai ®o¹n 2:
NhiÖt truyÒn tõ mÆt trong cã nhiÖt ®é τt ®Õn mÆt ngoµi kÕt cÊu cã nhiÖt ®é τn , theo h×nh thøc
dÉn nhiÖt:
q2 =
λ (τ1 - τn) = d
t ττ − n R
, Kcal/m2.h
Trong ®ã:
- R : nhiÖt trë cña kÕt cÊu.
• Giai ®o¹n 3:
q3 = α n(τt - tn)
NhiÖt truyÒn tõ mÆt ngoµi kÕt cÊu ra kh«ng khÝ ngoµi nhµ (t−¬ng tù nh− giai ®o¹n 1):
Trong ®ã:
- α n = α d + α b: hÖ sè trao ®æi nhiÖt bªn ngoµi
Trong ®iÒu kiÖn truyÒn nhiÖt æn ®Þnh :
q1 = q2 = q3 = q
t (
t
)
−
t
n
Gi¶i hÖ 4 ph−¬ng tr×nh trªn b»ng ph−¬ng ph¸p thay thÕ, chuyÓn vÕ vµ céng l¹i ta ®−îc :
+
+
1 d 1 1 αλα n
t
+
+
, Kcal/m2.h q =
1 1 d αλα n
t
§Æt : R0 = = R + R + Rn (m2.h.0C/Kcal) : lµ tæng nhiÖt trë cña kÕt cÊu.
1 tα
: nhiÖt trë mÆt trong kÕt cÊu. - Rt =
d λ
: nhiÖt trë kÕt cÊu. - R =
1 nα
Trang 4/7
: nhiÖt trë mÆt ngoµi kÕt cÊu. - Rn =
Bµi gi¶ng PhÇn NhiÖt - Ch−¬ng II: TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh - GV: THS.KTS. NguyÔn ®¨ng thÞnh
q
(
t
t
)
=
−
0
t
n
Ta cã nhiÖt l−îng truyÒn tõ trong ra ngoµi nhµ tÝnh theo c«ng thøc sau:
1 R 0
, Kcal/m2.h
NÕu tÝnh truyÒn nhiÖt qua mét bÒ mÆt cã diÖn tÝch F(m2) vµ trong kho¶ng thêi gian t(h-giê) :
.0= tFqQ .
, Kcal
1 R 0
tæng hÖ sè truyÒn nhiÖt qua kÕt cÊu (U - value) Gäi : U =
• Chó thÝch :
0,8 (v : vËn tèc giã trong phßng m/s)
- Khi phßng ®ãng kÝn cöa : α t = 6,5 – 7,5
- Khi phßng më cöa th«ng tho¸ng : α t = 4,3 – 3,8 vt
nv
- MÆt ngoµi t−êng: α n = 5 + 10
nv
- MÆt ngoµi m¸i: α n = 7,5 + 2,2
- Trong tÇng hÇm m¸i: α n = 10
• Cã thÓ lÊy gÇn ®óng:
- Mïa ®«ng: α n = 20 Kcal/m2.h.0C
- Mïa hÌ: α n = 16 Kcal/m2.h.0C
Chóng ta cã thÓ x¸c ®Þnh nhiÖt ®é bÒ mÆt trong vµ mÆt ngoµi cña kÕt cÊu:
t
t
t
n
t −=τ
t
t
R t
− R 0
t
t
t
n
(
)
t −=τ
n
t
RR + t
− R 0
• Chó ý : Khi x¸c ®Þnh trë nhiÖt cña kÕt cÊu nhiÒu líp ta cã thÓ gÆp 3 tr−êng hîp sau ®©y :
1. KÕt cÊu cã nhiÒu líp ®ång chÊt ®Æt song song víi nhau theo chiÒu dµy khi ®ã nhiÖt trë R
Trang 5/7
lµ:
Bµi gi¶ng PhÇn NhiÖt - Ch−¬ng II: TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh - GV: THS.KTS. NguyÔn ®¨ng thÞnh
+
=
+
... ++
Σ=
RRR 1 2
R 3
R n
d i λ i
2. KÕt cÊu cã nhiÒu líp vµ cã líp kh«ng khÝ kÝn:
NhiÖt trë ®−îc x¸c ®Þnh nh− trªn, nÕu líp cã kh«ng khÝ kÝn th× x¸c ®Þnh theo b¶ng d−íi ®©y:
R
=
λ tb
d λ tb ∑= F.λ i i ∑ F i
3. KÕt cÊu 1 líp cã nhiÒu mµng vËt liÖu kh¸c th× nhiÖt trë lµ:
Trong ®ã:
• Fi : diÖn tÝch tiÕp nhiÖt cña bÒ mÆt c¸c m¶ng kÕt cÊu.
Thay trÞ sè λtb vµo c«ng thøc tÝnh R vµ biÕn ®æi sÏ ®−îc c«ng thøc thø hai tÝnh R cña lo¹i kÕt
Trang 6/7
cÊu nµy:
Bµi gi¶ng PhÇn NhiÖt - Ch−¬ng II: TruyÒn nhiÖt æn ®Þnh - GV: THS.KTS. NguyÔn ®¨ng thÞnh
R
∑= ∑
F i F i R i
3. Yªu cÇu thiÕt kÕ c¸ch nhiÖt cho kÕt cÊu ng¨n che theo yªu cÇu chèng l¹nh :
yc)
• Môc ®Ých nh»m x¸c ®Þnh ®−îc gi¸ trÞ nhiÖt trë yªu cÇu (R0
• NhiÖt trë yªu cÇu x¸c ®Þnh theo hai ®iÒu kiÖn sau:
cf , ta cã
a. §iÒu kiÖn tiÖn nghi nhiÖt:
Dùa theo nhiÖt ®é cho phÐp cña mÆt trong kÕt cÊu ng¨n che lín h¬n mét gi¸ trÞ: τt ≥ τt
t
t
−
t
R
yc ≥0
R t
n cf
t
t
τ− t
nhiÖt trë yªu cÇu tÝnh theo c«ng thøc sau:
b. §iÒu kiÖn chèng ®äng s−¬ng bÒ mÆt trong kÕt cÊu :
§Ó tr¸nh hiÖn t−îng ®äng s−¬ng hay ®æ må h«i bªn trong kÕt cÊu th× nhiÖt ®é bÒ mÆt trong kÕt
cÊu l¬n h¬n nhiÖt ®é ®iÓm s−¬ng cña kh«ng khÝ trong nhµ : τt ≥ ts , khi ®ã nhiÖt trë yªu cÇu
n
yc R ≥0
R t
t t t
t t
− −
t
s
tÝnh theo c«ng thøc sau:
KÕt luËn :
Khi ®¸nh gi¸ tÝnh hîp lý cña kÕt cÊu m¸i vµ t−êng nhµ theo yªu cÇu chèng l¹nh, ta cã thÓ dùa
vµo hai tiªu chÝ sau ®©y :
• NhiÖt ®é mÆt trong kÕt cÊu kh«ng qu¸ thÊp, do ®ã kh«ng qu¸ chªnh lÖch víi nhiÖt ®é
phßng : (tt - τ1) ≤ 50C.
Tr−êng hîp ng−îc l¹i sÏ dÉn ®Õn :
o T¨ng sù mÊt nhiÖt cña c¬ thÓ, lµm gi¶m ®iÒu kiÖn tiÖn nghi VKH.
o T¨ng tèn hao nhiÖt khi dïng c¸c thiÕt bÞ s−ëi Êm.
o Cã thÓ g©y ®äng s−¬ng trªn bÒ mÆt kÕt cÊu.
• Dßng nhiÖt truyÒn ra ngoµi nhá nhÊt:
NÕu dßng nhiÖt lín sÏ lµm gi¶m chÊt l−îng vÖ sinh trong phßng cã chÕ ®é tù nhiªn vµ lµm t¨ng
kinh phÝ thiÕt bÞ trong phßng cã ®iÒu hoµ nh©n t¹o.
Trang 7/7
--- HÕt Ch−¬ng II ---
