Ciepło - jest formą przekazywania energii. Cieplna forma
Transkrypt
Ciepło - jest formą przekazywania energii. Cieplna forma
OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA W PRZEGRODZIE PIONOWEJ 1 Ciepło - jest formą przekazywania energii. Cieplna forma przekazywania energii realizowana jest przy bezpośredniej wymianie energii między bezładnie poruszającymi się cząsteczkami ciał działających wzajemnie na siebie. Dzięki przekazanej nieuporządkowany ruch jego cząstek ciału energii wzmaga się czyli zwiększa się energia wewnętrzna ciała. Na przykład, przy zetknięciu się ciała zimnego z gorącym szybko poruszające się cząsteczki ciała gorącego zderzają się z cząsteczkami ciała zimnego poruszającymi się wolniej i przekazują im część swojej energii kinetycznej. Przy tym energia wewnętrzna ciała gorącego zmniejsza się aŜ do chwili wyrównania temperatury obu ciał. Wymiana ciepła między dwoma ciałami jest typowym przykładem przekazywania energii w postaci ciepła. Temperatura ciała jest więc zaleŜna od energii wewnętrznej tego ciała, a przekazywanie energii cieplnej moŜe zachodzie tylko w przypadku róŜnicy temperatury ciał. Ciepłem nazywamy równieŜ ilość przekazywanej energii. KaŜde ciało oddaje ciepło na zewnątrz bądź do przylegających ciał chłodniejszych przez przewodnictwo lub konwekcję, bądź do ciał odległych - nawet oddzielonych próŜnią - przez promieniowanie. Przewodzenie (kondukcja) jest to przenoszenie ciepła przy bezpośrednim zetknięciu cząstek ciał wymieniających ciepło, które zderzając się ze sobą przekazują sobie energię kinetyczną drgań. Jest to mechanizm występujący w ciałach stałych i cieczach. Konwekcja (unoszenie ciepła) występuje wtedy, gdy poszczególne makroskopowe cząstki ośrodka, w których odbywa się ruch ciepła, zmieniają swoje połoŜenie. RozróŜnia się przy tym dwa rodzaje konwekcji: swobodną i wymuszoną. Przy konwekcji swobodnej ruch ośrodka jest wynikiem róŜnic gęstości spowodowanych wzrostem objętości przy ogrzewaniu. Przy konwekcji wymuszonej ruch ośrodka spowodowany jest róŜnicą ciśnienia ogólnego (w przypadku powietrza moŜe ona być wynikiem działania wiatru lub wentylatorów). Konwekcja zachodzi głównie w cieczach i gazach. Promieniowanie (radiacja) jest to mechanizm przenoszenia ciepła, który odbywa się na odległość i zachodzi za pośrednictwem fal elektromagnetycznych, przy czym następuje tu dwukrotna zmiana postaci energii, tj. cieplnej na elektromagnetyczną na powierzchni ciała wymieniającego ciepło i elektromagnetycznej na OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA W PRZEGRODZIE PIONOWEJ 2 cieplną na powierzchni ciała pochłaniającego ciepło. Jedną z podstawowych wielkości fizycznych określających stan cieplny ciała lub układu jest temperatura, podana w określonej skali temperatur. Skalę temperatur określa się przez podanie jej zera oraz jednostki. Ustalenie zera moŜe mieć charakter czysto umowny (np. w skali Celsjusza) lub wynikać z analizy własności materiałów (bezwzględna skala temperatur). Pojęcie temperatury i jej skali wprowadza się w oparciu o kinetyczno-molekularną budowę materii i termodynamikę. Drobiny tworzące ciało posiadają energię, której wartość jest proporcjonalna do k, T (k - stała Boltzmana, T – temperatura). 'PoniewaŜ drobina znajdująca się w danym stanie ma jedną, określoną wartość energii, nie przyjmowaną umownie, więc jej pomiar poprzez pomiar temperatury musi być jednoznaczny. Wynika stąd bezwzględna skala temperatur. PołoŜenie zera bezwzględnego w praktycznie przyjmowanej skali Celsjusza określa się w oparciu o prawo przemiany izochorycznej: p = po /l + α t/ gdzie: t - temperatura w °C, p - ciśnienie gazu w temperaturze 0°C, α = 1/273,16 Przyjmujemy, Ŝe w temperaturze zera bezwzględnego ciśnienie spada do zera. Z powyŜszego prawa wynika, Ŝe temperatura zera bezwzględnego odpowiada temperaturze - 273,16 0C. Twórcą skali, której zero odpowiada temperaturze zera bezwzględnego, był Kelvin. Współczynnik przenikania ciepła ( oznaczony symbolem U ), wyraŜa ilość ciepła przenikającą w ciągu jednej godziny przez 1m2 przegrody przy róŜnicy temperatury powietrza przy jej przeciwległych powierzchniach 1oC (1oK). Jednostką U jest [ W/m2K] W obliczeniach inŜynierskich współczynnik przenikania ciepła przegrody budowlanej stykającej się z powietrzem oblicza się wg zasad określonych w normie PN-B ISO 6946: U = 1 W RT m 2 K gdzie: RT – całkowity opór cieplny przegrody (opór przenikania ciepła), OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA W PRZEGRODZIE PIONOWEJ 3 Całkowity opór cieplny: m2 K RT = Rsi + R1 + R2 + ..... + Rn + Rse W (3-2) gdzie: Rsi – opór przejmowania ciepła na wewnętrznej powierzchni; R1, R2....Rn – obliczeniowe opory cieplne jednorodnych warstw i pustek powietrznych; Rse – opór przejmowania ciepła na zewnętrznej powierzchni; Opory przejmowania ciepła przyjmuje się w zaleŜności od kierunku przepływu strumienia ciepła: m2 ⋅ K R W w górę ↑ poziomy ↔ w dół ↓ Rsi 0,10 0,13 0,17 Rse 0,04 0,04 0,04 Kierunek strumienia cieplnego Opór pojedynczej warstwy zaleŜy od jej grubości dn oraz współczynnika przewodzenia ciepła λn materiału, z którego została wykonana. Rn =dn/λn OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA W PRZEGRODZIE PIONOWEJ 4 PRZEBIEG BADANIA Badanie polega na ustaleniu współczynnika przenikania ciepła U przy pomocy dwóch metod: -metodą pomiaru temperatur, -metodą pomiaru strumienia ciepła. 1) W celu określenia U naleŜy określić rozkłady temperatur i strumienia ciepła przegrodzie (szklanych drzwiach komory chłodniczej). na W tym celu w odstępach 10 minutowych z interfejsu pomiarowego odczytujemy odpowiednie wielkości i zapisujemy je w załączonym formularzu. te t3 t2 t1 ti czujnik strumienia ciepla Rozkład czujników temperatury i strumienia ciepła na badanej przegrodzie 2) Do ostatecznych obliczeń według algorytmów podanych w załączonym formularzu naleŜy przyjąć wartość średnią (arytmetyczną). 3) Po wykonaniu obliczeń dla średnich arytmetycznych naleŜy wykonać wykresy rozkładu temperatur w czasie. 4) Obliczenia naleŜy powtórzyć dla ekstremalnych, odpowiadających sobie wartości temperatur i strumienia ciepła. SPRAWOZDANIE Sprawozdanie powinno zawierać wypełniony formularz, wykresy rozkładu mierzonych temperatur oraz praktyczną interpretację współczynnika U w budownictwie mieszkaniowym. OZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZENIKANIA CIEPŁA W PRZEGRODZIE PIONOWEJ KOMORA CHŁODNICZA DRZWI PRZESZKLONE OZN ti Jedn. 1 °C 2 te 3 t1 4 t2 5 5 q 20,4 t3 Nap. 6 mV 7 Przegroda pionowa Wyliczone wartości średnie: ti = [°C]; te = [°C]; t1 = [°C]; t2 = [°C]; t3= [°C] q = nap.× 20,4 = ..................... [W/m2]; Rc = 0,0225 [m2 K/W] h=1,5 [m] 1 Metoda pomiaru temperatur 2 ti − t 2 ti − te 3 U = αi × 4 Współczynnki przejmowania ciepła: 5 6 7 8 9 10 11 12 α i = α k + α pr Metoda pomiaru strumienia ciepła U = 1/(R + 1/αi +1/αe) Opór cieplny ciepłomierza: Rc = (t1-t2)/q Rc=..........................= 2 =.......................[m K/W] Opór cieplny przegrody: R=(t1-t3)/q - Rc R=..........................= 4 α k = 1,7 t i − t 2 2 =....................[m K/W] Współczynnki przejmowania αi= .................... ciepła: αi= q/(ti-t1)= 2 =.....................[W/m K] =................................... =..................... W/m2K Współczynnik przenikania αe= q/(t3-te)= ciepła: =....................................= 2 =........................[W/m K] U= ........................... Współczynnik przenikania 2 =.................... [W/m K] ciepła: U=............................= α pr = 4,94 W/m2K 13 2 .....................[ W/m K] 14 15 Wart. śred. Wykonawcy: 1)........................................................... 2)........................................................... 3)........................................................... 4)........................................................... Data Podpis prowadzącego