نحوه طراحی، محاسبه و تعیین قدرت سیستم گرمایشیبرای خانه بدون دخالت متخصصان؟ این سوال خیلی ها را مورد توجه قرار می دهد.

انتخاب نوع دیگ بخار

تعیین کنید کدام منبع گرما برای شما در دسترس ترین و مقرون به صرفه تر خواهد بود. اینها می توانند برق، گاز، زغال سنگ و سوخت مایع باشند. و بر این اساس نوع دیگ را انتخاب کنید. این مسئله بسیار مهمی است که ابتدا باید حل شود.

1. دیگ برقی. در فضای پس از شوروی به هیچ وجه مورد تقاضا نیست، زیرا استفاده از برق برای گرم کردن اتاق ها بسیار گران است و این نیاز به عملکرد بی عیب و نقص شبکه برق دارد که امکان پذیر نیست.
2. دیگ گاز. این بیشترین است بهترین گزینه، مقرون به صرفه و راحت است. آنها کاملا ایمن هستند و می توان آنها را در آشپزخانه نصب کرد. گاز بالاترین ضریب را دارد اقدام مفید، و اگر توانایی اتصال به لوله های گاز، سپس چنین دیگ بخاری را نصب کنید.
3. دیگ سوخت جامد. حضور دائمی شخصی را فرض می کند که سوخت اضافه می کند. خروجی حرارت چنین دیگهای بخار ثابت نیست و دمای اتاق همیشه در نوسان خواهد بود.
4. دیگ سوخت مایع. آسیب زیادی به محیط زیست وارد می کند، اما اگر جایگزین دیگری وجود نداشته باشد، تجهیزات ویژه ای برای زباله های دیگ وجود دارد.

تعیین قدرت سیستم گرمایش: مراحل ساده

برای انجام محاسباتی که نیاز داریم، باید پارامترهای زیر را تعیین کنیم:

• مربعمحل کل مساحت کل خانه در نظر گرفته می شود و نه فقط آن اتاق هایی که قصد دارید گرم کنید. با حرف S مشخص شده است.
• خاص قدرتدیگ بخار بسته به شرایط آب و هوایی. بسته به تعیین می شود منطقه آب و هواییکه خانه شما در آن قرار دارد. به عنوان مثال، برای جنوب - 0.7-0.9 کیلو وات، برای شمال - 1.5-2.0 کیلو وات. اما به طور متوسط، برای راحتی و سادگی محاسبات، می توانید 1 را بگیرید. ما آن را با حرف W نشان می دهیم.

بنابراین توان ویژه دیگ = (S*W) /10.

این نشانگر تعیین می کند که آیا این دستگاه از موارد مورد نیاز پشتیبانی می کند یا خیر رژیم دمادر خانه شما اگر توان دیگ طبق محاسبات کمتر از نیاز شما باشد، دیگ قادر به گرم کردن اتاق نیست و خنک می شود. و اگر قدرت از آنچه شما نیاز دارید بیشتر شود، مصرف بیش از حد سوخت و در نتیجه هزینه های مالی وجود خواهد داشت. قدرت سیستم گرمایش و عقلانیت آن به این شاخص بستگی دارد.

برای تامین توان کامل سیستم گرمایشی به چند رادیاتور نیاز است؟

برای پاسخ به این سوال، می توانید از یک فرمول بسیار ساده استفاده کنید: مساحت اتاق گرم شده را در 100 ضرب کنید و بر توان یک بخش باتری تقسیم کنید.

بیایید نگاه دقیق تری بیندازیم:

• از آنجایی که اتاق های ما اندازه های متفاوتی دارند، بهتر است هر کدام را جداگانه در نظر بگیرید.
• 100 وات مقدار متوسط ​​توان در هر متر مربع اتاق است که مناسب ترین و راحت ترین دما را فراهم می کند.
• قدرت یک بخش از رادیاتور گرمایش - این مقدار برای رادیاتورهای مختلف فردی است و به موادی که از آن ساخته شده اند بستگی دارد. اگر چنین اطلاعاتی ندارید، می توانید میانگین توان یک بخش از رادیاتورهای مدرن - 180-200 وات را بگیرید.

مواد، که رادیاتور از آن ساخته شده است، نکته بسیار مهمی است، زیرا مقاومت در برابر سایش و انتقال حرارت آن به آن بستگی دارد. فولاد و چدن قدرت مقطع کمی دارند. بالاترین قدرتآنودایز شده متفاوت است - قدرت بخش آنها 215 وات است، محافظت عالی در برابر خوردگی، آنها تا 30 سال ضمانت دارند، که البته بر هزینه چنین باتری هایی تأثیر می گذارد. اما با در نظر گرفتن تمام عوامل، صرفه جویی در در این موردارزشش را ندارد

1.
2.
3.
4.

قبل از شروع نصب سیستم خودمختارگرمایش در خانه خودیا آپارتمان، مالک ملک نیاز به پروژه دارد. ایجاد آن توسط متخصصان، از جمله، به این معنی است که قدرت حرارتی برای اتاقی با مساحت و حجم معین محاسبه می شود. در عکس می توانید ببینید که سیستم گرمایش یک خانه خصوصی ممکن است چگونه باشد.

نیاز به محاسبه توان حرارتی سیستم گرمایش

نیاز به محاسبه انرژی حرارتی مورد نیاز برای گرمایش اتاق ها و اتاق های ابزار، به این دلیل است که لازم است مشخصات اصلی سیستم بسته به ویژگی های فردیتسهیلات طراحی شده شامل:

• هدف ساختمان و نوع آن؛
• پیکربندی هر اتاق؛
• تعداد ساکنان؛
• موقعیت جغرافیاییو منطقه ای که شهرک در آن واقع شده است.
• سایر پارامترها

محاسبه قدرت مورد نیازگرمایش است نکته مهم، از نتیجه آن برای محاسبه پارامترها استفاده می شود تجهیزات گرمایشیکه قصد نصب آن را دارند:

1. انتخاب دیگ بخار بسته به قدرت آن. بهره وری عملیاتی ساختار گرمایشیبا انتخاب صحیح واحد گرمایش تعیین می شود. دیگ بخار باید دارای عملکردی باشد که حتی در سردترین روزهای زمستان از گرمایش تمام اتاق ها مطابق با نیاز افراد ساکن در خانه یا آپارتمان اطمینان حاصل کند. در عین حال اگر دستگاه دارای توان مازاد باشد، بخشی از انرژی تولید شده مورد تقاضا نخواهد بود و این به معنای هدر رفتن مقدار مشخصی از پول است.
2. لزوم هماهنگی اتصال به خط لوله اصلی گاز. برای پیوستن شبکه گازمشخصات مورد نیاز خواهد بود. برای انجام این کار، درخواستی را به سرویس مناسب ارسال کنید که نشان دهنده مصرف گاز مورد انتظار برای سال و برآورد کل توان حرارتی برای همه مصرف کنندگان باشد.
3. انجام محاسبات تجهیزات جانبی. برای تعیین طول خط لوله و مقطع لوله، بهره وری لازم است پمپ گردش خون، نوع باتری و غیره

گزینه های محاسبه تقریبی

محاسبه دقیق قدرت حرارتی یک سیستم گرمایشی بسیار دشوار است. به همین دلیل، این محاسبات معمولاً به متخصصان سپرده می شود.

در عین حال تعداد بیشتری نیز وجود دارد راه های ساده، به شما این امکان را می دهد که تقریباً مقدار انرژی حرارتی مورد نیاز را تخمین بزنید و خودتان بتوانید آنها را انجام دهید:

1. محاسبه قدرت گرمایش بر اساس منطقه اغلب استفاده می شود (جزئیات بیشتر: ""). اعتقاد بر این است که ساختمان های مسکونیبر اساس طرح های توسعه یافته با در نظر گرفتن آب و هوا در یک منطقه خاص ساخته می شوند و در راه حل های طراحیاستفاده از موادی که تعادل حرارتی مورد نیاز را فراهم می کنند در نظر گرفته شده است. بنابراین، هنگام محاسبه، مرسوم است که ارزش را ضرب کنید چگالی توانبه منطقه محل. به عنوان مثال، برای منطقه مسکو، این پارامتر از 100 تا 150 وات در هر "مربع" متغیر است.
2. اگر حجم اتاق و دما را در نظر بگیرید نتیجه دقیق تری به دست می آید. الگوریتم محاسبه شامل ارتفاع سقف، سطح راحتی در اتاق گرم و ویژگی های خانه است.

   فرمول استفاده شده به شرح زیر است: Q = VxΔTxK/860، که در آن:
   

   
   V - حجم اتاق؛
   ΔT - تفاوت بین دمای داخل خانه و بیرون در خیابان؛
   K - ضریب تلفات حرارتی.
   
   ضریب تصحیح به شما امکان می دهد تا ویژگی های طراحی ملک را در نظر بگیرید. به عنوان مثال، هنگامی که خروجی حرارتی سیستم گرمایش یک ساختمان تعیین می شود، برای ساختمان هایی با سقف دوبل بنایی معمولی، K در محدوده 1.0-1.9 است.
3. روش شاخص های تجمیع. از بسیاری جهات شبیه به گزینه قبلی است، اما برای محاسبه بار حرارتی برای سیستم های گرمایش استفاده می شود ساختمان های آپارتمانییا سایر اجسام بزرگ

هر سه روش فوق، که به شما امکان می دهد انتقال حرارت مورد نیاز را محاسبه کنید، یک نتیجه تقریبی به دست می دهد که ممکن است با داده های واقعی کمتر یا بیشتر متفاوت باشد. واضح است که نصب سیستم گرمایش کم مصرف درجه حرارت مورد نیاز را تامین نخواهد کرد.

به نوبه خود، قدرت اضافی در تجهیزات گرمایشی منجر به سایش سریع دستگاه ها، مصرف بیش از حد سوخت، برق و بر این اساس پول می شود. چنین محاسباتی معمولاً در موارد ساده، به عنوان مثال، هنگام انتخاب دیگ بخار استفاده می شود.

محاسبه دقیق توان حرارتی

درجه عایق حرارتی و اثربخشی آن به میزان خوب ساخته شدن و روشن بودن آن بستگی دارد ویژگی های طراحیساختمان ها بخش اصلی از دست دادن گرما در دیوارهای خارجی (تقریبا 40٪) و به دنبال آن رخ می دهد طرح های پنجره(حدود 20٪) و سقف و کف 10٪ است. بقیه گرما از طریق تهویه و درها از خانه خارج می شود.

بنابراین، محاسبه قدرت حرارتی سیستم گرمایش باید این تفاوت های ظریف را در نظر بگیرد.

برای این کار از عوامل تصحیح استفاده می شود:

• K1 به نوع ویندوز بستگی دارد. پنجره های دو جداره مطابق با 1، شیشه های معمولی - 1.27، پنجره های سه جداره - 0.85.
• K2 درجه عایق حرارتی دیوارها را نشان می دهد. محدوده آن از 1 (فوم بتن) تا 1.5 برای بلوک های بتنی و 1.5 آجر سنگ تراشی است.
• K3 نشان دهنده نسبت بین مساحت پنجره ها و طبقات است. هر چه بیشتر قاب های پنجره، تلفات حرارتی بیشتر است. در لعاب 20٪ ضریب 1 است و در 50٪ به 1.5 افزایش می یابد.
• K4 به حداقل دمای خارج از ساختمان در طول مدت بستگی دارد فصل گرما. دمای 20- درجه سانتیگراد را به عنوان یک واحد در نظر بگیرید و سپس به ازای هر 5 درجه 0.1 را اضافه یا کم کنید.
• K5 تعداد دیوارهای خارجی را در نظر می گیرد. ضریب یک دیوار 1 است، اگر دو یا سه وجود داشته باشد، 1.2 است، زمانی که چهار وجود دارد - 1.33.
• K6 نشان دهنده نوع اتاقی است که در بالای یک اتاق خاص قرار دارد. اگر یک طبقه مسکونی در بالا وجود داشته باشد، مقدار اصلاح 0.82، یک اتاق زیر شیروانی گرم - 0.91، یک اتاق زیر شیروانی سرد - 1.0 است.
• K7 - به ارتفاع سقف ها بستگی دارد. برای ارتفاع 2.5 متر 1.0 و برای 3 متر 1.05 است.

هنگامی که تمام فاکتورهای اصلاح شناخته شده باشند، قدرت سیستم گرمایش برای هر اتاق با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

به عنوان یک قاعده، برای اطمینان از ذخیره انرژی حرارتی برای انواع موارد پیش بینی نشده، نتیجه 15-20٪ افزایش می یابد. این می تواند یخبندان شدید، شکستگی پنجره، عایق حرارتی آسیب دیده و غیره باشد.

مثال محاسبه

بیایید بگوییم باید بدانید که قدرت حرارتی سیستم گرمایش برای خانه ای از چوب با مساحت 150 متر مربع با اتاق زیر شیروانی گرم چقدر باید باشد، سه دیوارهای خارجیو پنجره های دوجداره در عین حال، ارتفاع دیوارها 2.5 متر و سطح لعاب 25٪ است. حداقل دمای بیرون در سردترین دوره پنج روزه 28- درجه سانتیگراد است.

عوامل اصلاحیدر این صورت آنها برابر خواهند بود:

• K1 ( پنجره دو جداره) = 1,0;
• K2 (دیوارهای ساخته شده از چوب) = 1.25؛
• K3 (منطقه لعاب) = 1.1;
• K4 (در -25 درجه سانتیگراد -1.1 و در 30 درجه سانتیگراد) = 1.16;
• K5 (سه دیوار خارجی) = 1.22;
• K6 ( اتاق زیر شیروانی گرم در بالا) = 0.91؛
• K7 (ارتفاع اتاق) = 1.0.

Q=100 W/m²x135 m²x1.0x1.25x1.1x1.16x1.22x0.91x1.0 = 23.9 کیلو وات.

در نتیجه، قدرت سیستم گرمایشی خواهد بود: W = Qx1.2 = 28.7 کیلو وات.

در موردی که از یک روش محاسبه ساده استفاده شده است، بر اساس محاسبه قدرت گرمایش با توجه به مساحت، نتیجه کاملاً متفاوت خواهد بود:

100-150 W x150m² = 15-22.5 کیلو وات

سیستم گرمایش بدون نیروی ذخیره - در حد مجاز - کار می کند. مثال بالا اهمیت استفاده از روش های دقیق برای تعیین را تایید می کند بارهای حرارتیبرای گرمایش

نمونه ای از محاسبه توان حرارتی یک سیستم گرمایشی در ویدئو:

در این مقاله، من و خواننده باید دریابیم که قدرت حرارتی چیست و چه تاثیری دارد. علاوه بر این با چندین روش برای محاسبه نیاز گرمایی یک اتاق و جریان گرمابرای انواع مختلف وسایل گرمایشی.

تعریف

1. به چه پارامتری توان حرارتی می گویند؟

این مقدار گرمای تولید یا مصرف شده توسط یک جسم در واحد زمان است.

هنگام طراحی سیستم های گرمایشی، محاسبه این پارامتر در دو مورد ضروری است:

• در مواقعی که برای جبران اتلاف انرژی حرارتی از طریق کف، سقف، دیوارها و .

• زمانی که باید بدانید که یک دستگاه گرمایشی یا مدار با ویژگی های شناخته شده چقدر می تواند گرما بدهد.

عوامل

برای داخل خانه

1. چه چیزی بر نیاز به گرما در یک آپارتمان، اتاق یا خانه تأثیر می گذارد؟?

محاسبات در نظر گرفته می شوند:

• حجم مقدار هوایی که نیاز به گرمایش دارد به آن بستگی دارد.

تقریباً همان ارتفاع سقف (حدود 2.5 متر) در اکثر خانه های اواخر شوروی باعث ایجاد یک سیستم محاسباتی ساده شده - بر اساس مساحت اتاق.

• کیفیت عایق. این بستگی به عایق حرارتی دیوارها، مساحت و تعداد درها و پنجره ها و همچنین ساختار شیشه ای پنجره ها دارد. به عنوان مثال، تک جداره و شیشه سه جداره از نظر میزان اتلاف حرارت بسیار متفاوت هستند.
• منطقه آب و هوایی. اگر کیفیت عایق و حجم اتاق بدون تغییر باقی بماند، اختلاف دمای خیابان و اتاق به طور خطی با میزان گرمای از دست رفته از طریق دیوارها و سقف ها مرتبط خواهد بود. با ثابت +20 در خانه، نیاز به گرما در خانه در یالتا در دمای 0 درجه سانتیگراد و در یاکوتسک در -40 دقیقاً سه برابر متفاوت خواهد بود.

برای دستگاه

1. قدرت حرارتی رادیاتورهای گرمایشی چگونه تعیین می شود؟

سه عامل در اینجا نقش دارد:

• دما دلتا - تفاوت بین خنک کننده و محیط زیست. هر چه بزرگتر باشد، قدرت آن بالاتر است.
• مساحت سطح. و در اینجا نیز یک رابطه خطی بین پارامترها مشاهده می شود: هر چه منطقه در دمای ثابت بزرگتر باشد، گرمای بیشتراز طریق تماس مستقیم با هوا و تشعشعات مادون قرمز در محیط منتشر می شود.

به همین دلیل است که رادیاتورهای حرارتی آلومینیومی، چدنی و دو فلزی و همچنین انواع کنوکتورها مجهز به پره هستند. قدرت دستگاه را افزایش می دهد در حالی که مقدار ثابتی از مایع خنک کننده در آن جریان می یابد.

• هدایت حرارتی مواد دستگاه. زمانی که نقش مهمی ایفا می کند منطقه بزرگپره ها: هرچه رسانایی حرارتی بیشتر باشد، لبه های پره ها دمای بیشتری خواهند داشت، هوای تماس با آنها را بیشتر گرم می کنند.

محاسبه بر اساس مساحت

1. نحوه محاسبه قدرت رادیاتورهای گرمایشی بر اساس مساحت یک آپارتمان یا خانه به ساده ترین شکل ممکن?

اینجا بیشتر است مدار سادهمحاسبات: در هر 1 متر مربع 100 وات توان مصرف می شود. بنابراین، برای یک اتاق با ابعاد 4x5 متر، مساحت 20 متر مربع و گرمای مورد نیاز 20 * 100 = 2000 وات یا دو کیلووات خواهد بود.

ساده ترین طرح محاسبه بر اساس مساحت است.

جمله "حقیقت در ساده است" را به خاطر دارید؟ در این مورد او دروغ می گوید.

یک طرح محاسباتی ساده عوامل زیادی را نادیده می گیرد:

• ارتفاع سقف. بدیهی است که یک اتاق با سقف 3.5 متر به گرمای بیشتری نسبت به اتاقی با ارتفاع 2.4 متر نیاز دارد.
• عایق حرارتی دیوارها. این روش محاسبه در دوران شوروی متولد شد، زمانی که همه چیز ساختمان های آپارتمانیکیفیت عایق حرارتی تقریباً یکسانی داشت. با معرفی SNiP 02/23/2003، که حفاظت حرارتی ساختمان ها را تنظیم می کند، الزامات ساخت و ساز به طور اساسی تغییر کرده است. بنابراین، برای ساختمان های جدید و قدیمی، نیاز به انرژی حرارتی می تواند کاملاً قابل توجه باشد.
• اندازه و مساحت پنجره ها آنها گرمای بسیار بیشتری را در مقایسه با دیوارها منتقل می کنند.

• موقعیت اتاق در خانه. یک اتاق گوشه و یک اتاق واقع در مرکز ساختمان و احاطه شده توسط آپارتمان های همسایه گرم به مقادیر بسیار متفاوتی از گرما برای حفظ دمای یکسان نیاز دارد.
• منطقه آب و هوایی. همانطور که قبلاً فهمیدیم ، برای سوچی و اویمیاکن نیاز به گرما به طور قابل توجهی متفاوت خواهد بود.

1. آیا می توان قدرت باتری گرمایشی را از مساحت آن با دقت بیشتری محاسبه کرد؟?

البته.

در اینجا یک طرح محاسبه نسبتا ساده برای خانه هایی وجود دارد که الزامات SNiP بدنام شماره 2003/02/23 را برآورده می کنند:

• مقدار اصلی گرما نه بر اساس مساحت، بلکه بر اساس حجم محاسبه می شود. در هر متر مکعب، 40 وات در محاسبات گنجانده شده است.
• برای اتاق های مجاور انتهای خانه، ضریب 1.2 معرفی شده است، برای اتاق های گوشه - 1.3، و برای خانه های خصوصی تک آپارتمانی (همه دیوارهای آنها با خیابان مشترک است) - 1.5؛

• برای یک پنجره، 100 وات به نتیجه اضافه می شود، برای یک در - 200؛
• ضرایب زیر برای مناطق مختلف آب و هوایی استفاده می شود:

به عنوان مثال، بیایید تقاضای گرما را برای همان اتاق با اندازه‌گیری 4x5 متر محاسبه کنیم و تعدادی شرایط را مشخص کنیم:

• ارتفاع سقف 3 متر;

• اتاق دارای دو پنجره است.
• او گوشه ای است
• این اتاق در شهر Komsomolsk-on-Amur واقع شده است.

این شهر در 400 کیلومتری مرکز منطقه - خاباروفسک واقع شده است.

بیایید شروع کنیم.

• حجم اتاق برابر با 4*5*3=60 متر مکعب خواهد بود.
• یک محاسبه ساده بر اساس حجم 40 * 60 = 2400 وات می دهد.
• دو دیوار مشترک با خیابان ما را مجبور به اعمال ضریب 1.3 می کند. 2400*1.3 = 3120 وات؛
• دو پنجره 200 وات دیگر اضافه می کند. مجموع 3320;
• جدول بالا به شما در انتخاب ضریب منطقه ای مناسب کمک می کند. از آنجایی که میانگین دمای سردترین ماه سال - ژانویه - در شهر 25.7 است، توان حرارتی محاسبه شده را در 1.5 ضرب می کنیم. 3320*1.5=4980 وات.

تفاوت با طرح محاسبه ساده تقریبا 150٪ بود. همانطور که می بینید، جزئیات جزئی را نباید نادیده گرفت.

1. نحوه محاسبه قدرت دستگاه های گرمایش برای خانه ای که عایق آن با SNiP 02/23/2003 مطابقت ندارد?

در اینجا فرمول محاسبه برای پارامترهای ساختمان دلخواه است:

Q - قدرت (در کیلووات دریافت می شود)؛

V حجم اتاق است. در متر مکعب محاسبه می شود.

Dt اختلاف دما بین اتاق و خیابان است.

k ضریب عایق ساختمان است. برابر است با:

چگونه دلتای دما را با خیابان تعیین کنیم؟ دستورالعمل ها کاملا واضح است.

دمای داخلی اتاق معمولاً برابر با استانداردهای بهداشتی (18-22 درجه سانتیگراد بسته به منطقه آب و هوایی و موقعیت اتاق نسبت به دیوارهای خارجی خانه) در نظر گرفته می شود.

دمای خیابان برابر با دمای سردترین دوره پنج روزه سال در نظر گرفته می شود.

بیایید دوباره محاسبه را برای اتاق خود در Komsomolsk انجام دهیم و چند پارامتر اضافی را مشخص کنیم:

• دیوارهای خانه از دو آجر ساخته شده است.
• پنجره های دو جداره - دو محفظه، بدون شیشه کم مصرف؛

• میانگین حداقل دمای معمولی برای شهر -30.8 درجه سانتیگراد است. استاندارد بهداشتیبرای یک اتاق، با در نظر گرفتن موقعیت گوشه آن در خانه، + 22 درجه سانتیگراد خواهد بود.

طبق فرمول ما Q=60*(+22 - -30.8)*1.8/860=6.63 کیلو وات.

در عمل بهتر است در صورت بروز خطا در محاسبات یا شرایط پیش بینی نشده (سیلتاسیون وسایل گرمایشی، انحراف از) گرمایش با ذخیره توان 20 درصد طراحی شود. نمودار دماو غیره). بستن اتصالات رادیاتور به کاهش انتقال حرارت اضافی کمک می کند.

محاسبه برای دستگاه

1. چگونه توان حرارتی رادیاتورهای گرمایشی را با تعداد مقاطع مشخص محاسبه کنیم؟

ساده است: تعداد بخش ها در جریان گرما از یک بخش ضرب می شود. این پارامتر را معمولاً می توان در وب سایت سازنده پیدا کرد.

اگر به چیزی غیرعادی جذب می شوید قیمت پایینرادیاتورهای یک سازنده ناشناس نیز مشکلی ندارند. در این مورد، می توانید روی مقادیر میانگین زیر تمرکز کنید:

این عکس یک رادیاتور آلومینیومی را نشان می دهد که رکورددار انتقال حرارت در هر بخش است.

اگر رادیاتور کنوکتور یا پانلی را انتخاب کرده اید، تنها منبع اطلاعات شما ممکن است داده های سازنده باشد.

هنگام محاسبه قدرت حرارتی رادیاتور با دستان خود، یک نکته ظریف را در نظر داشته باشید: تولید کنندگان معمولاً داده هایی را برای تفاوت دمای آب در رادیاتور و هوای اتاق گرم شده در 70 درجه سانتیگراد ارائه می دهند. به عنوان مثال با دمای اتاق 20+ و دمای رادیاتور 90+.

کاهش دلتا منجر به کاهش متناسب در توان حرارتی می شود. بنابراین، در دمای خنک کننده و هوا به ترتیب 60 و 25 درجه سانتیگراد، قدرت دستگاه دقیقاً به نصف کاهش می یابد.

بیایید مثال خود را در نظر بگیریم و دریابیم که چند بخش چدنی می تواند قدرت حرارتی 6.6 کیلو وات در هر را فراهم کند. شرایط ایده آل- با خنک کننده گرم شده تا 90 درجه سانتیگراد و دمای اتاق 20+. 6600/160=41 (گرد) بخش. بدیهی است که باتری هایی با این اندازه باید حداقل روی دو رایزر توزیع شوند.

رادیاتور فولادی لوله ای یا رجیستر.

برای یک مقطع (یک لوله افقی) با استفاده از فرمول Q=Pi*D*L*K*Dt محاسبه می شود.

در آن:

• Q -قدرت. نتیجه بر حسب وات به دست خواهد آمد.
• Pi عدد "pi" است که برابر با 3.14 گرد شده است.
• D قطر بیرونی لوله بر حسب متر است.
• L طول بخش است (دوباره بر حسب متر).
• K ضریب مربوط به هدایت حرارتی فلز است (برای فولاد 11.63 است).
• Dt اختلاف دمای هوا و آب در رجیستر است.

هنگام محاسبه توان یک چند بخش، اولین بخش از پایین با استفاده از این فرمول محاسبه می شود و برای قسمت های بعدی، از آنجایی که آنها در یک جریان حرارتی صعودی خواهند بود (که بر Dt تأثیر می گذارد)، نتیجه در 0.9 ضرب می شود.

اجازه دهید یک مثال برای شما محاسبه کنم. یک بخش با قطر 108 میلی متر و طول 3 متر در دمای اتاق 25+ و دمای خنک کننده 70+ 3.14 * 0.108 * 3 * 11.63 * (70-25) = 532 وات را ارائه می دهد. یک رجیستر چهار بخش از همان بخش ها 523+(532*0.9*3)=1968 وات تولید می کند.

نتیجه گیری

همانطور که می بینید، توان حرارتی کاملاً ساده محاسبه می شود، اما نتیجه محاسبات به شدت به عوامل ثانویه بستگی دارد. طبق معمول، در ویدیوی این مقاله موارد اضافی را مشاهده خواهید کرد اطلاعات مفید. منتظر اضافات شما هستم موفق باشید، رفقا!

صاحبان خانه های خصوصی، آپارتمان ها یا هر شی دیگری باید با محاسبات مهندسی حرارتی سر و کار داشته باشند. این اساس اصول طراحی ساختمان است.

درک ماهیت این محاسبات در اسناد رسمی آنقدرها که به نظر می رسد دشوار نیست.

همچنین می‌توانید محاسبات را برای خودتان بیاموزید تا تصمیم بگیرید از چه نوع عایق استفاده کنید، ضخامت آن چقدر باشد، دیگ بخار با چه قدرتی باید خریداری شود و آیا رادیاتورهای موجود برای یک منطقه خاص کافی است یا خیر.

پاسخ این و بسیاری از سؤالات دیگر را می توان یافت اگر بفهمید قدرت حرارتی چیست. فرمول، تعریف و دامنه کاربرد - مقاله را بخوانید.

به عبارت ساده، محاسبات حرارتی به شما کمک می کند تا دقیقاً میزان گرمایی را که یک ساختمان ذخیره می کند و از دست می دهد و چقدر انرژی برای حفظ شرایط راحت در خانه تولید می کند، کمک می کند.

هنگام ارزیابی تلفات حرارتی و درجه تامین حرارت، عوامل زیر در نظر گرفته می شود:

1. این چه نوع شی است: چند طبقه است، وجود اتاق های گوشه، مسکونی است یا صنعتی و غیره.
2. چند نفر در ساختمان "زندگی می کنند"؟
3. یک جزئیات مهم منطقه لعاب است. و ابعاد سقف، دیوارها، کف، درها، ارتفاع سقف و ...
4. مدت زمان فصل گرما، ویژگی های اقلیمی منطقه چیست.
5. طبق SNiPs، استانداردهای دمایی که باید در محل باشد تعیین می شود.
6. ضخامت دیوارها، سقف ها، عایق های حرارتی انتخاب شده و خواص آنها.

سایر شرایط و ویژگی ها را می توان در نظر گرفت، به عنوان مثال برای تأسیسات تولید، روزهای کاری و آخر هفته، قدرت و نوع تهویه، جهت گیری مسکن به نقاط کاردینال و ... در نظر گرفته می شود.

چرا به محاسبه حرارتی نیاز دارید؟

سازندگان گذشته چگونه توانستند بدون محاسبات حرارتی کار کنند؟

خانه های بازرگانان باقی مانده نشان می دهد که همه چیز به سادگی با ذخایر انجام می شد: پنجره های کوچکتر، دیوارهای ضخیم تر. معلوم شد که گرم است، اما از نظر اقتصادی سودآور نیست.

محاسبات مهندسی حرارتی به ما این امکان را می دهد که به بهینه ترین شکل بسازیم. مواد کم و بیش مصرف نمی شود، بلکه دقیقاً به اندازه مورد نیاز است. ابعاد ساختمان و هزینه های ساخت آن کاهش می یابد.

محاسبه نقطه شبنم به شما امکان می دهد به گونه ای بسازید که مواد تا زمانی که ممکن است خراب نشوند.

برای تعیین قدرت دیگ مورد نیاز، شما همچنین نمی توانید بدون محاسبات انجام دهید. کل توان آن شامل هزینه های انرژی برای گرم کردن اتاق ها، گرمایش است آب گرمبرای نیازهای خانگی، و توانایی جلوگیری از اتلاف گرما از تهویه و تهویه مطبوع. ذخیره انرژی برای دوره های اوج آب و هوای سرد اضافه می شود.

هنگام گازرسانی یک تأسیسات، هماهنگی با خدمات مورد نیاز است. مصرف سالانه گاز برای گرمایش و توان کل منابع حرارتی بر حسب گیگا کالری محاسبه می شود.

هنگام انتخاب عناصر سیستم گرمایش، محاسبات لازم است. سیستم لوله ها و رادیاتورها محاسبه می شود - می توانید دریابید که طول و سطح آنها چقدر باید باشد. از دست دادن توان هنگام چرخش خط لوله، در اتصالات و عبور از اتصالات در نظر گرفته می شود.

آیا می دانستید که تعداد قسمت های رادیاتور گرمایشی از هوای رقیق خارج نمی شود؟ کم بودن آنها منجر به سردی خانه می شود و زیاد بودن آن باعث ایجاد گرما و خشکی بیش از حد هوا می شود. لینک نمونه هایی را ارائه می دهد محاسبه صحیحرادیاتورها

محاسبه توان حرارتی: فرمول

بیایید به فرمول نگاه کنیم و مثال هایی از نحوه انجام محاسبات برای ساختمان هایی با ضرایب اتلاف مختلف ارائه دهیم.

Vx(delta)TxK= kcal/h (قدرت حرارتی)، که در آن:

• اولین نشانگر "V" حجم محل محاسبه شده است.
• دلتا "T" - اختلاف دما - مقداری است که نشان می دهد چند درجه در داخل اتاق گرمتر از بیرون است.
• "K" ضریب اتلاف است (به آن "ضریب انتقال حرارت" نیز می گویند). مقدار از جدول گرفته شده است. به طور معمول این رقم از 4 تا 0.6 متغیر است.

مقادیر ضریب اتلاف تقریبی برای محاسبات ساده شده

• اگر پروفیل یا تخته فلزی بدون عایق باشد، "K" = 3 تا 4 واحد خواهد بود.
• مجرد آجرکاریو حداقل عایق - "K" = از 2 تا 3.
• دو دیوار آجری، سقف استاندارد، پنجره و
• درها - "K" = از 1 تا 2.
• بیشتر گزینه گرم. پنجره های دو جداره، دیوارهای آجری با عایق دوبل و غیره - "K" = 0.6 - 0.9.

محاسبه دقیق تری را می توان با محاسبه ابعاد دقیق سطوح خانه که از نظر خصوصیات برحسب متر مربع (پنجره ها، درها و غیره) متفاوت هستند، انجام محاسبات جداگانه برای آنها و جمع کردن شاخص های حاصل انجام داد.

نمونه ای از محاسبه توان حرارتی

بیایید یک اتاق معین به مساحت 80 متر مربع با ارتفاع سقف 2.5 متر در نظر بگیریم و قدرت دیگ بخاری را که برای گرم کردن آن نیاز داریم محاسبه کنیم.

ابتدا ظرفیت مکعب را محاسبه می کنیم: 80 x 2.5 = 200 m3. خانه ما عایق بندی شده است، اما کافی نیست - ضریب اتلاف 1.2 است.

یخبندان می تواند تا -40 درجه سانتیگراد باشد، اما در داخل خانه می خواهید 22+ درجه سانتیگراد راحت داشته باشید، اختلاف دما (دلتا "T") 62 درجه سانتیگراد است.

اعداد را در فرمول توان تلفات حرارتی جایگزین می کنیم و ضرب می کنیم:

200 x 62 x 1.2 = 14880 کیلو کالری در ساعت.

ما با استفاده از یک مبدل، کیلو کالری حاصل را به کیلووات تبدیل می کنیم:

• 1 کیلو وات = 860 کیلو کالری؛
• 14880 کیلو کالری = 17302.3 وات.

ما با یک حاشیه جمع می کنیم و می فهمیم که در شدیدترین یخبندان -40 درجه به 18 کیلو وات انرژی در ساعت نیاز خواهیم داشت.

محیط خانه را در ارتفاع دیوارها ضرب کنید:

(8 + 10) x 2 x 2.5 = 90 متر مربع سطح دیوار + 80 متر مربع سقف = 170 متر مربع سطح در تماس با سرما. اتلاف حرارتی که ما در بالا محاسبه کردیم به 18 کیلووات در ساعت می رسد، با تقسیم سطح خانه بر انرژی مصرف شده تخمین زده می شود، متوجه می شویم که 1 متر مربع تقریباً 0.1 کیلو وات یا 100 وات در هر ساعت در دمای خارج از -40 درجه سانتیگراد از دست می دهد. داخل ساختمان +22 درجه با.

این داده ها می توانند مبنایی برای محاسبه ضخامت مورد نیاز عایق روی دیوارها باشند.

بیایید یک مثال دیگر از یک محاسبه ارائه دهیم.

فرمول:

Q = S x (دلتا)T/R:

• Q - مقدار مورد نظر از دست دادن گرما در خانه در W.
• S - مساحت سطوح خنک کننده در متر مربع؛
• T - اختلاف دما بر حسب درجه سانتیگراد؛
• R - مقاومت حرارتی ماده (m2 x K/W) (متر مربع ضرب در کلوین و تقسیم بر وات).

بنابراین، برای پیدا کردن "Q" همان خانه مانند مثال بالا، بیایید مساحت سطوح آن را "S" محاسبه کنیم (کف و پنجره ها را نمی شماریم).

• "S" در مورد ما = 170 متر مربع، که 80 متر مربع سقف و 90 متر مربع دیوارها است.
• T = 62 درجه سانتیگراد;
• R - مقاومت حرارتی.

ما با استفاده از جدول یا فرمول مقاومت حرارتی به دنبال "R" هستیم. فرمول محاسبه ضریب هدایت حرارتی به شرح زیر است:

آر= اچ/ K.T.(N – ضخامت مواد بر حسب متر، K.T. – ضریب هدایت حرارتی).

در این مورد، خانه ما دارای دیوارهای ساخته شده از دو آجر است که با ضخامت 10 سانتی متر با خاک اره پوشانده شده است.

سیستم گرمایشیک خانه خصوصی باید با در نظر گرفتن صرفه جویی در هزینه منابع انرژی ترتیب داده شود. ، و همچنین توصیه هایی برای انتخاب دیگهای بخار و رادیاتور - با دقت بخوانید.

چه چیزی و چگونه عایق بندی کنیم خانه چوبیاز درون، با خواندن متوجه خواهید شد. انتخاب عایق و فناوری عایق.

از جدول ضرایب هدایت حرارتی (اندازه گیری شده با W / (m 2 x K) وات تقسیم بر حاصلضرب یک متر مربع بر کلوین). ما مقادیر را برای هر ماده پیدا می کنیم، آنها عبارتند از:

• آجر - 0.67;
• فوم پلی استایرن - 0.037؛
• خاک اره - 0.065.

داده ها را با فرمول (R=H/K.T.) جایگزین کنید:

• R (سقف 30 سانتی متر ضخامت) = 0.3 / 0.065 = 4.6 (m 2 x K) / W.
• R( دیوار آجری 50 سانتی متر) = 0.5 / 0.67 = 0.7 (m 2 x K) / W.
• R (فوم 10 سانتی متر) = 0.1 / 0.037 = 2.7 (m2 x K) / W.
• R (دیوار) = R (آجر) + R (فوم) = 0.7 + 2.7 = 3.4 (m2 x K) / W.

اکنون می‌توانیم شروع به محاسبه تلفات حرارتی "Q" کنیم:

• Q برای سقف = 80 x 62 / 4.6 = 1078.2 W.
• دیوارهای Q = 90 x 62 / 3.4 = 1641.1 W.
• تنها چیزی که باقی می ماند این است که 1078.2 + 1641.1 را اضافه کنید و به کیلووات تبدیل کنید، به نظر می رسد (اگر فوراً گرد کنید) 2.7 کیلو وات انرژی در 1 ساعت.

می توانید متوجه شوید که تفاوت در حالت اول و دوم چقدر بود، اگرچه حجم خانه ها و دمای بیرون از پنجره در حالت اول و دوم دقیقاً یکسان بود.

همه چیز به میزان خستگی خانه ها مربوط می شود (البته، اگر طبقات و پنجره ها را محاسبه می کردیم، داده ها می توانست متفاوت باشد).

نتیجه گیری

فرمول ها و مثال های داده شده نشان می دهد که وقتی محاسبات حرارتیبسیار مهم است که تا حد امکان بسیاری از عواملی را که بر اتلاف گرما تأثیر می‌گذارند، در نظر بگیرید. این شامل تهویه، فضای پنجره، درجه خستگی و غیره است.

و این رویکرد، زمانی که 1 کیلو وات برق دیگ بخار در هر 10 متر مربع از خانه گرفته می شود، بسیار تقریبی است که نمی توان به طور جدی به آن اعتماد کرد.

ویدیو در مورد موضوع

معادله هدایت حرارتی.

رسانایی حرارتی زمانی اتفاق می افتد که اختلاف دما به دلایل خارجی ایجاد شود. علاوه بر این، در مکان‌های مختلف ماده، مولکول‌ها دارای میانگین انرژی جنبشی حرکت حرارتی متفاوتی هستند. حرکت حرارتی آشفته مولکول ها منجر به انتقال مستقیم انرژی داخلی از قسمت های گرمتر بدن به قسمت های سردتر می شود.

معادله هدایت حرارتی. بیایید مورد تک بعدی را در نظر بگیریم. T = T (x). در این مورد، انتقال انرژی تنها در امتداد یک محور OX رخ می دهد و توسط قانون فوریه توضیح داده می شود:

کجا - چگالی شار حرارتی،

مقدار گرمایی که در زمان dt از ناحیه ای که عمود بر جهت انتقال انرژی داخلی قرار دارد منتقل می شود. - ضریب هدایت حرارتی علامت (-) در فرمول (1) نشان می دهد که انتقال انرژی در جهت کاهش دما اتفاق می افتد.

قدرت تلفات حرارتی یک سازه تک لایه.

اجازه دهید وابستگی تلفات حرارتی ساختمان ها را به نوع مواد در نظر بگیریم -

la و ضخامت آن

اتلاف حرارت را برای مواد مختلفما از فرمول استفاده خواهیم کرد:

,

P - قدرت از دست دادن حرارت، W;

هدایت حرارتی یک جسم جامد (دیوار)، W/(m K)؛

ضخامت دیوار یا بدنه رسانای گرما، متر

S سطحی است که انتقال حرارت از طریق آن انجام می شود، متر 2;

اختلاف دما بین دو محیط، درجه سانتیگراد.

داده های اولیه:

جدول 1. - هدایت حرارتی مصالح ساختمانی l، W/(m K).

هنگام در نظر گرفتن مشکل ما، ضخامت ساختار تک لایه تغییر نخواهد کرد. هدایت حرارتی ماده ای که از آن ساخته شده است تغییر می کند. با در نظر گرفتن این موضوع، بیایید تلفات حرارتی را محاسبه کنیم، یعنی انرژی حرارتیراه رفتن بی هدف در خارج از ساختمان

آجر:

شیشه:

بتن:

شیشه کوارتز:

سنگ مرمر:

چوب:

پشم شیشه:

فوم:

بر اساس این محاسبات، در هر مورد انتخاب می کنیم مواد مورد نیاز، با در نظر گرفتن الزامات کارایی، استحکام، دوام. دو ماده آخر به عنوان عناصر اصلی سازه های قاب پیش ساخته مبتنی بر تخته سه لا و عایق استفاده می شوند.

شرایط مرزی

معادله دیفرانسیل هدایت حرارتی یک مدل ریاضی از یک کلاس کامل از پدیده های هدایت حرارتی است و به خودی خود چیزی در مورد توسعه فرآیند انتقال حرارت در بدن مورد بررسی نمی گوید. هنگام ادغام معادله دیفرانسیل جزئی یک مجموعه بی نهایت بدست می آوریم راه حل های مختلف. برای به دست آوردن یک راه حل خاص از این مجموعه که مربوط به یک مسئله خاص است، لازم است داده های اضافی در معادله حرارتی دیفرانسیل اصلی موجود نباشد. این شرایط اضافی که همراه با معادله دیفرانسیل (یا راه حل آن) به طور منحصر به فردی مشکل خاص هدایت حرارتی را تعیین می کند، عبارتند از توزیع دما در داخل بدن (شرایط اولیه یا موقت)، شکل هندسی بدن و قانون برهمکنش بین محیط و سطح بدن (شرایط مرزی).

برای جسمی با شکل هندسی معین با خصوصیات فیزیکی معین (معلوم)، مجموعه شرایط مرزی و اولیه را شرایط مرزی می نامند. بنابراین، شرط اولیه یک شرط مرزی موقت است و شرایط مرزی یک شرط مرزی مکانی است. معادله حرارت دیفرانسیل همراه با شرایط مرزی، مسئله مقدار مرزی معادله گرما (یا به طور خلاصه، مسئله حرارتی) را تشکیل می دهد.

شرایط اولیه با تعیین قانون توزیع دما در داخل بدن در لحظه ابتدایی زمان مشخص می شود

T (x، y، z، 0) = f (x، y، z)،

که در آن f (x، y، z) یک تابع شناخته شده است.

در بسیاری از مسائل، توزیع یکنواخت دما در زمان اولیه فرض می شود. سپس

T (x، y، z، 0) = T o = ثابت.

شرط مرزی را می توان به روش های مختلفی مشخص کرد.

1. شرط مرزی نوع اول شامل مشخص کردن توزیع دما در سطح بدن در هر زمان است.

تی s(τ) = f(τ),

کجا تی s (τ) - درجه حرارت در سطح بدن.

شرایط مرزی همدمانشان دهنده یک مورد خاص از شرایط از نوع 1 است. در یک مرز همدما، دمای سطح بدن ثابت فرض می شود تی s = const، به عنوان مثال، هنگام شستن شدید سطح با مایع در دمای معین.

2. شرط مرزی نوع دوم شامل تعیین چگالی شار حرارتی برای هر نقطه از سطح بدن به عنوان تابعی از زمان است.یعنی

qس (τ) = f(τ).

شرط نوع دوم، بزرگی جریان گرما را در مرز مشخص می‌کند، یعنی منحنی دما می‌تواند هر اردیتی داشته باشد، اما باید یک گرادیان معین داشته باشد. ساده ترین موردشرط مرزی نوع دوم ثبات چگالی شار حرارتی است:

qس (τ) = q c= ثابت

مرز آدیاباتیکیک مورد خاص از یک حالت از نوع دوم را نشان می دهد. در شرایط آدیاباتیک، شار گرما در سراسر مرزها صفر است. اگر تبادل حرارت جسم با محیط در مقایسه با جریان گرما در داخل بدن ناچیز باشد، می توان سطح بدن را عملاً در برابر گرما غیر قابل نفوذ دانست. واضح است که در هر نقطه از مرز آدیاباتیک سشار حرارتی ویژه و گرادیان متناسب با آن در امتداد نرمال به سطح برابر با صفر است.

3. به طور معمول، یک شرط مرزی از نوع سوم، قانون تبادل حرارت همرفتی بین سطح جسم و محیط را در جریان گرمای ثابت (میدان دمای ثابت) مشخص می‌کند.در این حالت مقدار گرمای منتقل شده در واحد زمان از یک واحد سطح جسم به محیط با درجه حرارت تی اسدر طول فرآیند خنک سازی (T s> تی اس)،به طور مستقیم با اختلاف دمای بین سطح بدن و محیط، یعنی

q s = α(تی اس - تی اس), (2)

که α ضریب تناسب است که ضریب انتقال حرارت نامیده می شود (vm/m 2 deg).

ضریب انتقال حرارت از نظر عددی برابر با مقدار گرمایی است که توسط یک واحد سطح بدن در واحد زمان زمانی که اختلاف دما بین سطح و محیط 1 درجه است، منتشر می شود (یا دریافت می شود).

رابطه (2) را می توان از قانون هدایت حرارتی فوریه به دست آورد، با این فرض که وقتی گاز یا مایعی در اطراف سطح جسم جریان دارد، انتقال گرما از گاز به جسم نزدیک سطح آن مطابق قانون فوریه اتفاق می افتد:

qs=-λ g ·(∂T g /∂n) s · 1n= λ g (Ts -T c) 1n/∆ =α·(T s -T c)· 1n,

که در آن λ g ضریب هدایت حرارتی گاز است، ∆ ضخامت شرطی لایه مرزی است، α = λ g /Δ.

بنابراین، بردار جریان گرما q s در امتداد عادی هدایت می شود nدر یک سطح همدما، مقدار اسکالر آن برابر است با qس .

ضخامت شرطی لایه مرزی ∆ به سرعت حرکت گاز (یا مایع) و آن بستگی دارد خواص فیزیکی. بنابراین، ضریب انتقال حرارت به سرعت حرکت گاز، دمای آن و تغییرات در طول سطح بدن در جهت حرکت بستگی دارد. به طور تقریبی، ضریب انتقال حرارت را می توان ثابت، مستقل از دما و برای کل سطح بدن یکسان در نظر گرفت.

از شرایط مرزی نوع سوم نیز می توان برای در نظر گرفتن گرمایش یا سرد شدن اجسام توسط تشعشع استفاده کرد . طبق قانون استفان بولتزمن، شار گرمای تابشی بین دو سطح برابر است

q s (τ) = σ*،

که در آن σ* ضریب انتشار کاهش یافته است، T a- دمای مطلق سطح جسم دریافت کننده گرما.

ضریب تناسب σ* به وضعیت سطح بدن بستگی دارد. برای یک جسم کاملا سیاه، یعنی جسمی که توانایی جذب تمام تشعشعات وارده بر آن را دارد، σ* = 5.67 10 -12 W/cm 2درجه K 4. برای بدن های خاکستری σ* = ε·σ , که در آن ε ضریب انتشار است که از 0 تا 1 متغیر است سطوح فلزیضرایب انتشار در است دمای معمولیاز 0.2 تا 0.4 و برای سطوح اکسید شده و خشن آهن و فولاد - از 0.6 تا 0.95. با افزایش دما، ضرایب ε افزایش می یابد و در دمای بالانزدیک به نقطه ذوب، به مقادیر 0.9 تا 0.95 می رسد.

برای یک اختلاف دما کوچک (T p - T a)، رابطه را می توان تقریباً به صورت زیر نوشت:

q s (τ) = σ*(·)·[ Ts (τ) –T a ] = α(T)· [Ts (τ) –T a] (3)

جایی که α (T)- ضریب انتقال حرارت تابشی که ابعادی مشابه با ضریب انتقال حرارت همرفتی دارد و برابر است با

α (T) =σ*=σ*ν(T)

این رابطه بیانی از قانون نیوتن برای خنک کردن یا گرم کردن یک جسم است، در حالی که T a نشان دهنده دمای سطح بدن است که گرما را دریافت می کند. اگر درجه حرارت تی اس(τ) کمی تغییر می کند، سپس ضریب α (T) را می توان تقریباً ثابت در نظر گرفت.

اگر دمای محیط (هوا). تی اسو دمای جسم گیرنده گرما T a یکسان است و ضریب جذب تشعشع محیط بسیار کم است، پس در رابطه با قانون نیوتن به جای T a می توانیم بنویسیم. تی اس.در این حالت، کسری کوچک از شار گرمایی که توسط جسم از طریق همرفت خارج می شود را می توان برابر α تا ·∆T قرار داد. , کجا یک به- ضریب انتقال حرارت همرفتی

ضریب انتقال حرارت همرفتی α بهبستگی دارد:

1) در شکل و اندازه سطحی که گرما می دهد (توپ، استوانه، صفحه) و در موقعیت آن در فضا (عمودی، افقی، مایل).

2) در مورد خواص فیزیکی سطح انتقال حرارت؛

3) در مورد خواص محیط (چگالی آن، هدایت حرارتی).
و ویسکوزیته، به نوبه خود به دما بستگی دارد)، و همچنین

4) در اختلاف دما تی اس - تی اس.

در این مورد، در نسبت

q s =α·[Т s (τ) - تی اس], (4)

ضریب α کل ضریب انتقال حرارت خواهد بود:

α = α k + α(T) (5)

در ادامه، انتقال حرارت ناپایدار جسمی که مکانیسم آن در رابطه (5) توضیح داده شده است، طبق قانون نیوتن، انتقال حرارت نامیده می شود.

طبق قانون بقای انرژی، مقدار گرمای q s (τ) منتشر شده از سطح بدن برابر با مقدار گرمایی است که از داخل به سطح بدن در واحد زمان در واحد سطح وارد می شود. منطقه توسط هدایت حرارتی، یعنی

q s (τ) = α·[Т s (τ) - تی اس(τ)] = -λ(∂T/∂n) s , (6)

که در آن، برای کلیت بیان مسئله، دما تی اسمتغیر در نظر گرفته می شود و ضریب انتقال حرارت α (T)تقریباً ثابت [α (T)= α = ثابت].

معمولاً شرط مرزی به این صورت نوشته می شود:

λ(∂T/∂n) s + α·[Т s (τ) - تی اس(τ)] = 0. (7)

از یک شرط مرزی از نوع سوم، به عنوان یک مورد خاص، می توان یک شرط مرزی از نوع اول را به دست آورد. اگر نسبت α /λ به بی نهایت میل می کند [ضریب انتقال حرارت بزرگ است (α→∞) یا ضریب هدایت حرارتی کوچک است (λ→0)]، سپس

T s (τ) - تی اس(τ) = lim = 0، از آنجا T s (τ) = تی اس(τ),

α ∕ λ →∞

یعنی دمای سطح جسم آزاد کننده حرارت برابر با دمای محیط است.

به طور مشابه، برای α → 0، از (6) یک مورد خاص از یک شرایط مرزی از نوع دوم به دست می آوریم - شرایط آدیاباتیک (شار گرما از سطح بدن برابر با صفر است). شرایط آدیاباتیک یک مورد محدود کننده دیگر از شرایط تبادل حرارت در مرز را نشان می دهد، زمانی که با ضریب انتقال حرارت بسیار کوچک و ضریب هدایت حرارتی قابل توجه، شار گرما از طریق سطح مرزی به صفر نزدیک می شود. سطح محصول فلزیدر تماس با هوای آرام، در طی یک فرآیند کوتاه، می توان آدیاباتیک فرض کرد، زیرا شار تبادل حرارت واقعی از طریق سطح ناچیز است. در طی یک فرآیند طولانی، تبادل حرارت سطحی موفق می شود مقدار قابل توجهی گرما را از فلز خارج کند و دیگر نمی توان از آن غافل شد.

4. شرط مرزی نوع چهارم مربوط به تبادل حرارت سطح جسم با محیط [تبدیل حرارت همرفتی جسم با مایع) یا تبادل حرارتی جامدات در تماس است، زمانی که دمای سطوح در تماس یکسان باشد. .هنگامی که یک مایع (یا گاز) در اطراف جسم جامد جریان دارد، انتقال حرارت از مایع (گاز) به سطح بدن در مجاورت سطح بدن (لایه مرزی آرام یا زیر لایه آرام) طبق قانون انجام می شود. هدایت حرارتی (انتقال حرارت مولکولی)، یعنی انتقال حرارت مربوط به شرایط مرزی نوع چهارم

تی اس(τ) = [ تی اس(τ)] s . (8)

علاوه بر برابری دما، برابری جریان گرما نیز وجود دارد:

-λ c (∂T c /∂n) s = -λ(∂T/∂n) s . (9)

اجازه دهید یک تفسیر گرافیکی از چهار نوع شرایط مرزی ارائه دهیم (شکل 1).

مقدار اسکالر بردار جریان گرما متناسب با مقدار مطلق گرادیان دما است که از نظر عددی برابر با مماس زاویه مماس بر منحنی توزیع دما در امتداد سطح نرمال به سطح همدما است.

(∂T/∂n) s = tan φ s

شکل 1 چهار عنصر سطحی روی سطح بدنه را نشان می دهد ∆Sبا یک نرمال به آن n (نرمال اگر به سمت بیرون باشد مثبت در نظر گرفته می شود). دما در امتداد اردین رسم می شود.

شکل 1. - راه های مختلفتنظیم شرایط روی سطح

شرط مرزی نوع اول این است که داده شده است تی اس(τ) در ساده ترین حالت تی اس(τ) = ثابت. شیب مماس بر منحنی دما در سطح بدن پیدا می‌شود، و بنابراین مقدار گرمای منتشر شده از سطح (شکل 1 را ببینید، الف).

مسائل مربوط به شرایط مرزی نوع دوم ماهیت مخالف دارند. مماس مماس بر منحنی دما در سطح بدن مشخص شده است (شکل 1 را ببینید، ب)؛دمای سطح بدن است.

در مسائل مربوط به شرایط مرزی نوع سوم، دمای سطح بدن و مماس مماس بر منحنی دما متغیر است، اما نقطه بر روی نرمال خارجی مشخص می شود. با،که تمام مماس های منحنی دما باید از آن عبور کنند (شکل 1 را ببینید، V).از شرط مرزی (6) به دست می آید

tg φ s = (∂T/∂n) s = (T s (τ) - تی اس)/(λ∕α). (10)

مماس زاویه میل مماس به منحنی دما در سطح بدن برابر است با نسبت پای مقابل [T s (τ) - T c ]

به سمت مجاور λ∕α مربوطه مثلث قائم الزاویه. پایه مجاور λ∕α یک مقدار ثابت است و پایه مقابل [Ts (τ) - Ts] به طور مداوم در طول فرآیند تبادل گرما در نسبت مستقیم با tg φ s تغییر می کند. نتیجه این است که نقطه راهنمای C بدون تغییر باقی می ماند.

در مسائل مربوط به شرایط مرزی از نوع چهارم، نسبت مماس های زاویه مماس به منحنی های دما در بدنه و در محیط در سطح مشترک آنها مشخص شده است (شکل 1 را ببینید، ز):

tan φ s /tg φ c = λ c ∕λ = const. (11)

با در نظر گرفتن تماس حرارتی کامل (مماس ها در رابط از همان نقطه عبور می کنند).

هنگام انتخاب نوع یک یا دیگری ساده ترین شرط مرزی برای محاسبه، باید به خاطر داشت که در واقع سطح یک جسم جامد همیشه گرما را با یک محیط مایع یا گاز مبادله می کند. در مواردی که شدت انتقال حرارت سطحی آشکارا زیاد است، تقریباً می‌توان مرز یک جسم را همدما در نظر گرفت و اگر این شدت آشکارا کم باشد، آدیاباتیک است.

اطلاعات مرتبط