Wymiana ciepła – zjawisko powszechnie występujące w przyrodzie zachodzące wszędzie tam, gdzie występują różnice temperatur (przekazywanie energii pomiędzy układami o różnej temp)
Przy rozpatrywaniu zjawisk wymiany ciepła konieczna jest znajomość pola temperatury (zbiór wartości temp we wszystkich punktach rozpatrywanego ciała w danej chwili)
Pole temp T jest określone przez zależność temp od współrzędnych przestrzeni T = f(x,y,z,t)
Gdy pole temp nie zmienia się w czasie , tzn gdy temp jest tylko funkcją położenia (współrzędnych przestrzeni) występuje – ustalone pole temp, ustalony przepływ ciepła
Największa zmiana temp na jednostkę długości nosi nazwę gradientu temp – grad T [K/m]
Przewodzenie – polegające na przenoszeniu energii wewn ośrodka materialnego lub z jednego ośrodka do drugiego przy bezpośrednim zetknięciu się miejsc o temp wyższej z miejscami o temp niższej
Zjawisko przewodzenia ciepła opisuje prawo Fouriera: q= -lambda grad t , gdzie q- gęstość strumienia ciepła, lambda – współczynnik przewodzenia ciepła W/mK
Przewodzenie ciepła zależne jest od rodzaju, struktury i gęstości materiału oraz warunków otoczenia: temp, wilgotności, ciśnienie (gazy)
Zasadniczy wpływ na przewodność cieplną materiału ma jego porowatość.
Konwekcja – występuje gdy poszczególne cząstki ciała, w którym występuje transport ciepła zmieniają swoje położenie. Są 2 rodzaje konwekcji:
Naturalna –w której przyczyną ruchu jest różnica gęstości, spowodowana wzrostem objętości przy ogrzewaniu (wnętrza pomieszczeń)
Wymuszona – w której ruch ośrodka, w którym przenosi się ciepło jest wywołany sztucznie np. wentylatorem, wiatrem
Przejmowanie ciepła na płaszczyźnie określa prawo Newtona q= alfa (tc-tf), gdzie alfa – współczynnik przejmowania ciepła, tc – temp ośrodka, tf – temp powierzchni q- gęstość strumienia cieplnego
Promieniowanie – wymiana ciepła przez promieniowanie odbywa się za pośrednictwem fal elektromagnetycznych . Występuje dwukrotna zamiana postaci energii tj. cieplnej na elektromagnetyczną na powierzchni ciała wypromieniowującego ciepło i elektromagnetycznej na cieplną na powierzchni ciała pochłaniającego ciepło.
Wymianę ciepła przez promieniowanie opisuje prawo Stefana- Boltzmana: q= sigma T4 /100, gdzie sigma – współczynnik promieniowania ciała czarnego , T – temp bezwzględna powierzchni , q- gęstość strumienia emisji powierzchni doskonale czarnej
Ciało czarne – teoretyczny model ciała całkowicie pochłaniającego padające na nie promieniowanie elektromagnetyczne oraz posiadające najlepszą zdolność wysyłania energii promieniowania w danej temp.
Ilość ciepła Q- ilość energii przeniesionej bez wykonywania pracy mechanicznej [J]
Ciepło – jedna z form przekazywania energii między układami termodynamicznymi. Ciepło nie jest energią.
Strumień cieplny - stosunek elementarnej ilości ciepła do czasu trwania wymiany tej ilości ciepła = dQ/d [W]
Gęstość strumienia cieplnego q- strumień cieplny podzielony przez pole powierzchni q= d /dA[w/m2]
Liniowa gęstość strumienia cieplnego – strumień cieplny podzielony przez długość ql= d /dl [W/m]
Współczynnik przewodzenia ciepła lambda to wielkość zdefiniowana zależnością = -lambda grad t [w/mK]
W budownictwie przyjmuje się iż jest to wielkość charakteryzująca materiał lub komponent budowlany, stała w czasie i niezależna od temp.
Opór cieplny R – (opór przenikania) , różnica temp podzielona przez gęstość strumienia ciepła w stanie ustalonym: R = (t1-t2)/q [m2K/W]
Przenikanie ciepła – rodzaj złożonej wymiany ciepła zachodzącej między dwoma ośrodkami wypełnionymi płynem (cieczą lub gazem) o różnej temp, oddzielonymi od siebie przegrodą, ciałem stałym. Na proces przenikania ciepła składają się kolejno:
1)Przejmowanie ciepła – między otoczeniem (powietrzem na drodze konwekcji oraz innymi obiektami na drodze promieniowania ) a powierzchnią przegrody
2)Przewodzenie ciepła – przewodzenie ciepła przez przegrodę
3)Ponowne przejmowanie ciepła – między przeciwległą powierzchnią przegrody a jej otoczeniem
Współczynnik przejmowania ciepła h – gęstość strumienia cieplnego przepływającego przez powierzchnię w stanie ustalonym podzielona przez różnicę temp między powierzchnią a otoczeniem h= q/(ts-ta) [W/m2K]
Współczynnik przenikania ciepła U – strumień cieplny w stanie ustalonym podzielony przez pole powierzchni i przez różnicę temp po obu stronach układu U= /(t1-t2)A [W/m2K]
Liniowy współczynnik przenikania ciepła Ul - strumień cieplny w stanie ustalonych podzielony przez długość i przez różnicę temp po obu stronach układu U = /(t1-t2)l [W/mK]
Izolacyjność cieplna (termiczna) – jedna z właściwości użytkowych charakteryzująca odporność komponentu budowlanego ,elementu budynku lub całej obudowy pomieszczeń na przenikanie ciepła
Temperatura – skalarna wielkość fizyczna określająca zdolność układu makroskopowego do przekazywania ciepła. Charakteryzuje stan cieplny ciała fizycznego lub układu termodynamicznego i jest miarą średniej energii kinematycznej atomów lub cząsteczek. T[K] = t[0C]+273,15
Mostek cieplny (termiczny) – część zewnętrznej obudowy pomieszczeń w której opór cieplny, w stosunku do części zasadniczej jest znacznie osłabiony na skutek:
a)całkowitego lub częściowego przebicia obudowy przez materiał o wyraźnie większej przewodności cieplnej
b)zmiany grubości warstw materiałowych
c)różnicy wielkości pól powierzchni wewn i zewn tej części obudowy np. w narożach
Wyróżniamy mostki materiałowe, geometryczne i materiałowo – geometryczne
Wilgoć – woda zawarta w materiale, powietrzu czy gruncie nie wywierająca ciśnienia hydrostatycznego na obudowę budynku. (technologiczna, budowlana, z opadów atmosferycznych, w wyniku działania czynników eksploatacyjnych, wytwarzana przez użytkowników)
Wilgotność bezwzględna – jest to zawartość pary wodnej w jednostce objętości suchego powietrza [g/m3]
Wilgotność względna – jest to iloraz rzeczywistej ilości pary wodnej zawartej w powietrzu do ilości pary wodnej, która w danej temp nasyca to powietrze i wyraża się w procentach =xr/xn*100% , gdzie xr- rzeczywista ilość pary wodnej , xn – nasycająca ilość pary wodnej w powietrzu w danej temp.
Punkt rosy – temp poniżej której oziębianie powietrza spowoduje przemianę nadmiaru pary wodnej w wodę (skroplenie, kondensacja pary wodnej)
Kondensacja pary wodnej na powierzchni przegrody może być ciągła i okresowa
Kondensacja ciągła – występuje w pomieszczeniach ogrzewanych o dużej wilgotności , jeżeli współczynnik U przegród jest zbyt wysoki. Zjawisko to spotykamy często w pralniach, łaźniach, basenach itp.
Kondensacja okresowa – występuje bardzo często i jest uwarunkowana zmianami przegrody (ocieplenie i deszcze), intensywnym okresowym wydzielaniem pary wodnej w pomieszczeniu (gotowanie)
Mechanizmy transportu wilgoci: dyfuzja, mechanizm kondensacja – odparowanie, przepływ kapilarny
Dyfuzja pary wodnej – jest procesem polegającym na wyrównaniu ciśnień cząstkowych pary wodnej i zachodzi od środowiska o wyższej bezwzględnej zawartości pary wodnej do środowiska o niższej jej koncentracji
Przepływ kapilarny – mechanizm migracji wody kapilarnej, wywołany różnicą ciśnień nad wklęsłymi meniskami wody , zawartej w różnych obszarach materiału porowatego
Gęstość strumienia pary wodnej q- to strumień pary wodnej przenikający w jednostce czasu przez jednostkę powierzchni przegrody danej grubości, , w określonej temp i ustalonej różnicy ciśnień cząstkowych pary wodnej po obydwu jej stronach
Opór dyfuzyjny Zn – jest to stosunek różnicy ciśnienia cząstkowego pary wodnej po obydwu stronach przegrody do gęstości strumienia pary wodnej przez nią przenikającej
Współczynnik przepuszczalności pary wodnej - stosunek gęstości ustalonego strumienia pary wodnej przenikającego przez warstwę materiału do spadku cieśnienia na grubości warstwy
Współczynnik oporu dyfuzyjnego (względny opór dyfuzyjny) - charakterystyczna dla każdego materiału stała wartość, określająca wielokrotność oporu dyfuzyjnego materiału w stosunku do oporu dyfuzyjnego stojącej warstwy powietrza o tej samej grubości i w tej samej temp