انواع روش‌های انتقال حرارت در ساختمان
بهنام آسایش
| دسته بندی:
مبانی انرژی و آسایش حرارتی
| تاریخ انتشار:
27 تیر 1400
انواع روش‌ها یا مکانیسم‌های انتقال حرارت
حرارت به‌طور کلّی شامل گرما و سرما می‌شود. انتقال حرارت از جسمی به جسمی دیگر هنگامی انجام می‌گیرد که بین آنها اختلاف دما وجود داشته باشد. اگر جسم با محیط اطراف خود هم دما باشد بین جسم و محیط، انتقال گرما وجود نخواهد داشت. انتقال حرارت همواره از جسم با دمای بیشتر به جسم با دمای کمتر بوده و هرگز در جهت عکس صورت نمی‌گیرد. از این جهت می‌توان گرما را به آبی تشبیه نمود که ازیک مخزن در ارتفاع بالاتر به طرف مخزن در ارتفاع پایین‌تر جریان می‌یابد.
برای تحلیل نحوه انتقال حرارت از ساختمان و مدلسازی بصورت مقدماتی تا پیشرفته می توانید به آدرس فیلم جامع آموزشی مراجعه نمائید.
انواع روش‌ها یا مکانیسم‌های انتقال حرارت:
1) هدایت یا رسانِش (Conduction)
2) جابه‌جایی یا وَزِش یا هَمرَفت (Convection)
3) تابش (Radiation)
عوامل موثر بر انتقال حرارت
مقدار گرمای انتقال‌یافته از یک جسم به روش هدایت، به عوامل زیر بستگی دارد:
1) اختلاف دمای بین سطوح گرم و سرد (t∆): اختلاف دما علّت انتقال گرما است، بنابراین هرچه t∆ بیشتر باشد، انتقال حرارت نیز بیشتر خواهد بود.
2) سطح مقطع جسم (A): بدیهی است هرچه سطح بزرگ‌تر باشد، مولکول‌هایی که گرما را منتقل می‌کنند نیز بیشتر خواهند بود.
3) ضخامت جسم (x): هدایت گرما، با ضخامت جسم و یا به عبارت دیگر با فاصلة بین سطوح گرم و سرد، رابطة معکوس دارد. یعنی هرچه ضخامت جسم کمتر باشد هدایت گرما بیشتر خواهد بود.
4) زمان عبور گرما (t)
5) قابلیّت هدایت گرمایی یا قابلیّت گرمارسانی (K): مواد مختلف نمی‌توانند گرما را با شدّت یکسان هدایت کنند. فلزات، هادی‌های حرارت یا گرمارسان‌های خوبی هستند. شیشه، آجر، بتن و چوب تا حدودی هادی هستند، و چوب‌پنبه، پشمِ سنگ، پُلی‌یورِتان و پُلی‌اِستایرِن هادی‌های حرارتی بسیار ضعیفی هستند. هادی‌های حرارتی بسیار ضعیف را عایق یا گرمابند (Insulator) می‌نامند.
کالری (Cal) : مقدار گرمایی که به یک گرم آب داده می شود تا درجه حرارت آن از 14/5 به 15/5 درجه سانتیگراد برسد را یک کالری می نامند. یک کالری معادل 4/186 ژول است.
بی تی یو (BTU) : مقدار گرمایی است که به یک پوند آب 39/2 درجه فارنهایت داده شود تا یک درجه فارنهایت گرم شود و به 40/2 درجه فارنهایت برسد. با در نظر گرفتن اینکه هر پوند 453/59 گرم و اینکه (°F - 32)×5/9=°C است، به آسانی محاسبه می گردد که هر BTU برابر 252 کالری خواهد بود.
گرمای ویژه (C) : گرمای ویژه یک ماده عبارت است از ظرفیت حرارتی واحد جرم آن ماده؛ یعنی مقدار حرارتی که واحد جرم ماده می گیرد تا یک درجه (سانتیگراد، فارنهایت، کلوین) گرم شود.
قابلیت هدایت حرارت (K) :
عبارت است از مقدار حرارتی که از واحد سطح جسمی به ضخامت واحد به ازاء یک درجه اختلاف دما در مدت زمان واحد عبور نماید. مقدار هدایت حرارتی K برای گازها 0.005 ~0.5 Kcal/(hr.m.℃) و برای مایعات 0.08 ~0.6 Kcal/(hr.m.℃) و برای فلزات 2 ~360 Kcal/(hr.m.℃) و برای اجسام عایق و مصالح ساختمانی 0.02 ~2.5 Kcal/(hr.m.℃) محدود می باشد.
واحدهای K عبارتند از Kcal/(hr.m.℃) و W/(m.K) و BTU/(hr.ft.℉)
* توجه : موادی که قابلیت هدایت حرارتی آنها کمتر از 0.2 Kcal/(hr. m. ℃) می باشد، مواد عایق حرارتی نامیده می شوند.
ضریب انتقال حرارت سطحی (U) – Thermal Transmition
ضریب انتقال حرارت سطحی قسمتی از پوسته خارجی ساختمان (دیوار، کف، جدار نورگیر، درب و ...) برابر است با توان حرارتی منتقل شده از سطحی از آن، با مساحت یک مترمربع، در صورتی که اختلاف دمای داخل و خارج برابر یک درجه باشد. واحد مورد استفاده برای ضریب انتقال حرارت W/(m^2 K) است. (مقدار گرمایی که از یک مترمربع سطح جدار به ازای یک درجه اختلاف دما عبور می کند.)
مقاومت حرارتی (R) – Thermal Resistance
نسبت ضخامت لایه به ضریب هدایت حرارتی آن را مقاومت حرارتی می نامند. بدیهی است مقاومت حرارتی یک پوسته تشکیل شده از چند لایه مساوی با مجموع مقاومت های هر یک از لایه ها خواهد بود. مقاومت حرارتی قابلیت عایق بودن (از نظر حرارتی) یک یا چند لایه از پوسته و یا کل پوسته را مشخص می کند. مقاومت حرارتی با R نشان داده می شود و واحد آن (m^2 K)/W است.
