Šíření tepla. Obecnéprincipy

Podobné dokumenty
TERMOMECHANIKA 15. Základy přenosu tepla

Stavební tepelná technika 1 - část A Jan Tywoniak ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE Fakulta stavební. Stavební fyzika (L)

Výpočtové nadstavby pro CAD

TERMIKA II. Stacionární vedení s dokonalou i nedokonalou izolací; Obecná rovnice vedení tepla; Přestup a prostup tepla;

Technologie a procesy sušení dřeva

BH059 Tepelná technika budov přednáška č.1 Ing. Danuše Čuprová, CSc., Ing. Sylva Bantová, Ph.D.

N_SFB. Stavebně fyzikální aspekty budov. Přednáška č. 3. Vysoká škola technická a ekonomická V Českých Budějovicích

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123TVVM tepelně-fyzikální parametry

U218 Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. Seminář z PHTH. 3. ročník. Fakulta strojní ČVUT v Praze

PROCESY V TECHNICE BUDOV 12

1 Zatížení konstrukcí teplotou

Termomechanika 9. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

102FYZB-Termomechanika

KATEDRA MATERIÁLOVÉHO INŽENÝRSTVÍ A CHEMIE. 123MAIN tepelně-fyzikální parametry

ZÁKLADY STAVEBNÍ FYZIKY

133PSBZ Požární spolehlivost betonových a zděných konstrukcí. Přednáška A3. ČVUT v Praze, Fakulta stavební katedra betonových a zděných konstrukcí

Stanovení požární odolnosti. Přestup tepla do konstrukce v ČSN EN

U218 - Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. ! t 2 :! Stacionární děj, bez vnitřního zdroje, se zanedbatelnou viskózní disipací

Úloha č. 1 pomůcky Šíření tepla v ustáleném stavu základní vztahy

Termomechanika 10. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

Měření prostupu tepla

M T I B A ZÁKLADY VEDENÍ TEPLA 2010/03/22

Vnitřní energie. Teplo. Tepelná výměna.


Termomechanika 11. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 8

Energetická náročnost budov

MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMODYNAMIKA

Vnitřní energie, práce a teplo


Tepelná vodivost pevných látek

Základem molekulové fyziky je kinetická teorie látek. Vychází ze tří pouček:

VÝUKOVÝ MATERIÁL Ing. Yvona Bečičková Tematická oblast

Molekulová fyzika a termika:

Teplota jedna ze základních jednotek soustavy SI, vyjadřována je v Kelvinech (značka K) další používané stupnice: Celsiova, Fahrenheitova

VYBRANÉ STATĚ Z PROCESNÍHO INŢENÝRSTVÍ cvičení 9

Lineární činitel prostupu tepla

Řešené příklady ze stavební fyziky

SDÍLENÍ TEPLA A ÚSPORY ZATEPLENÍM I.

Počítačová dynamika tekutin (CFD) Základní rovnice. - laminární tok -

Vnitřní energie, práce, teplo.

Školení CIUR termografie

Praktikum III - Optika

VNITŘNÍ ENERGIE. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - 2. ročník - Termika

Téma sady: Všeobecně o vytápění. Název prezentace: základní pojmy 3

Přenos tepla 1: ustálený stav, okrajové podmínky, vliv vlhkosti. Ing. Kamil Staněk, Ph.D. 124XTDI TERMOVIZNÍ DIAGNOSTIKA.

MIKROPORÉZNÍ TECHNOLOGIE

TEPELNÉ JEVY. Mgr. Jan Ptáčník - GJVJ - Fyzika - Tercie

Ročník: 1. Mgr. Jan Zmátlík Zpracováno dne:

U218 Ústav procesní a zpracovatelské techniky FS ČVUT v Praze. Seminář z PHTH. 3. ročník. Fakulta strojní ČVUT v Praze

PROCESY V TECHNICE BUDOV 11

Posouzení konstrukce podle ČS :2007 TOB v PROTECH, s.r.o. Nový Bor Datum tisku:

Identifikátor materiálu: ICT 2 54

TERMOFYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI. Radek Vašíček

Od kvantové mechaniky k chemii

VI. Nestacionární vedení tepla

BH059 Tepelná technika budov

ZÁŘENÍ V ASTROFYZICE

Teplota je nepřímo měřená veličina!!!

Seminář pro gestory a členy pracovních skupin pro TN

Fyzika, maturitní okruhy (profilová část), školní rok 2014/2015 Gymnázium INTEGRA BRNO

TZB Městské stavitelsví

TEPLOTNÍ ODEZVA. DIF SEK Part 2: Thermal Response 0/ 44

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Vlnění

Vibrace atomů v mřížce, tepelná kapacita pevných látek

ZKUŠEBNÍ ZAŘÍZENÍ PRO HODNOCENÍ SKRÁPĚNÝCH TRUBKOVÝCH SVAZKŮ

FBI nevratné procesy Nevratný proces Nevratný proces nevratný ireverzibilní děj relaxační procesy Fickův zákon Fourierův zákon Ohmův zákon

Světlo x elmag. záření. základní principy

Protokol pomocných výpočtů

OPTIMALIZACE PROVOZU OTOPNÉ SOUSTAVY BUDOVY PRO VZDĚLÁVÁNÍ PO JEJÍ REKONSTRUKCI

Tepelná technika 1D verze TEPELNĚ TECHNICKÉ POSOUZENÍ KONSTRUKCE - Dle českých technických norem

Vnitřní energie, práce a teplo

15. Elektrický proud v kovech, obvody stejnosměrného elektrického proudu

ELEKTRICKÉ ZDROJE TEPLA

OPERATIVNÍ TEPLOTA V PROSTORU S CHLADICÍM STROPEM

18/04/2014. KP5C / KP7A Požární bezpečnost staveb PPRE Požární prevence. Cvičení č. 5 Odstupové vzdálenosti a požárně nebezpečný prostor.

Vliv kapilární vodivosti na tepelně technické vlastnosti stavební konstrukce

AKADEMIE ZATEPLOVÁNÍ. Není izolace jako izolace, rozdělení minerálních izolací dle účelu použití. Marcela Jonášová Asociace výrobců minerální izolace

BH059 Tepelná technika budov Konzultace č.1

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE H A B I L I T A Č N Í. Veličiny charakterizující sálavé vlastnosti. neprůteplivých stavebních materiálů

TEPELNĚIZOLAČNÍ VLASTNOSTI V TEORII I V PRAXI

TEPELNĚ TECHNICKÉ POSOUZENÍ KONSTRUKCE - Dle českých technických norem

Část 5.2 Lokalizovaný požár

Teplotní roztažnost Přenos tepla Kinetická teorie plynů

Protokol č. V- 213/09

4. Stanovení teplotního součinitele odporu kovů

ČVUT v Praze Fakulta stavební Katedra Technických zařízení budov. Modelování termohydraulických jevů 3.hodina. Hydraulika. Ing. Michal Kabrhel, Ph.D.

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK (ZÁKLADY SPEKTROSKOPIE)

T E C H N I C K Á Z P R Á V A

Reflexní parotěsná fólie SUNFLEX Roof-In Plus v praktické zkoušce

Přehled základních fyzikálních veličin užívaných ve výpočtech v termomechanice. Autor Ing. Jan BRANDA Jazyk Čeština

SF2 Podklady pro cvičení

LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY

NUMERICKÝ MODEL NESTACIONÁRNÍHO PŘENOSU TEPLA V PALIVOVÉ TYČI JADERNÉHO REAKTORU VVER 1000 SVOČ FST 2014

Vysoké učení technické v Brně Fakulta stavební Ústav pozemního stavitelství. BH059 Tepelná technika budov Konzultace č.1

Tepelně vlhkostní bilance budov

2. Elektrotechnické materiály

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE II

1 Vedení tepla stacionární úloha

Laserové technologie v praxi I. Přednáška č.1. Fyzikální princip činnosti laserů. Hana Chmelíčková, SLO UP a FZÚ AVČR Olomouc, 2011

Transkript:

Šíření tepla Obecnéprincipy

Šíření tepla Obecně: Šíření tepla je výměna tepelné energie v tělese nebo mezi tělesy, která nastává při rozdílu teplot. Těleso s vyšší teplotou má větší tepelnou energii. Šíření tepla probíhá vždy z míst o vyšší teplotě do míst o teplotě nižší.

Šíření tepla Mechanismy šíření tepla: - vedení/kondukce (conduction) - proudění/konvekce (convection) - sálání/radiace (radiation)

Šířen ení tepla Mechanismy šíření tepla: - vedení/kondukce (conduction) - proudění/konvekce Projevuje se: (convection) - sálání/radiace (radiation) V pevných látkách a tekutinách Princip: Částice Výjimka: v oblasti látky s s volnými vyšší elektrony střední (hlavně kinet. kovy). energií předávají část Elektrony své energie na teplé srážkami straně se pohybují částicím rychleji s a nižší předávají energií. energii náhodnými Částice srážkami přitom ostatním. jen kmitají. Jde o kolize částic. Rychlé šíření tepla. Princip: Molekuly v oblasti s vyšší střední kinet. energií předávají část své energie srážkami částicím s nižší energií. Molekuly se přitom pohybují (obdoba kolizí částic). Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu atomová mřížka ohřev kmitající atomy

Šíření tepla Mechanismy šíření tepla: - vedení/kondukce (conduction) - proudění/konvekce (convection) Výskyt vedení v konstrukcích: - sálání/radiace (radiation)

Šířen ení tepla Mechanismy šíření tepla: - vedení/kondukce (conduction) - proudění/konvekce (convection) - sálání/radiace (radiation) Projevuje se: V tekutinách (kapaliny, plyny) Princip: Teplo se šíří přímo pohybem hmoty z teplejších míst do studenějších. Během děje dochází k promíchávání částí tekutiny. Typy:. volné proudění Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu teplý povrch vzduch stoupá nahrazení cirkulace 2. nucené proudění + kombinace obou

Šíření tepla Mechanismy šíření tepla: - proudění/konvekce (convection) Výskyt v budovách: ) uvnitř konstrukcí:

Šíření tepla Mechanismy šíření tepla: - proudění/konvekce (convection) Výskyt v budovách: 2) přes konstrukce: Výskyt v budovách:. uvnitř konstrukcí: - ve struktuře V menších dutinách stavebních proudění materiálů méně intenzivní. - v uzavřených dutinách Vliv na návrh nových stav. materiálů.

Šíření tepla Mechanismy šíření tepla: - proudění/konvekce (convection) Výskyt v budovách: 3) ve vzduchu kolem konstrukcí

Šířen ení tepla Mechanismy šíření tepla: - vedení/kondukce (conduction) - proudění/konvekce (convection) - sálání/radiace (radiation) Projevuje se: V prostorách mezi tělesy (vzduch, plyn. vakuum) Princip: Typ záření závisí značně na teplotě tělesa. Tělesa na Zemi: infračervené záření. Tepelná energie se šíří formou elektromagnetického záření (fotony, rychlost světla) emitovaného každým tělesem s teplotou nad 0 K (-273 C). Přenos Slunce tepla sáláním (5800 K) nastane emituje při i světlo pohlcení a UV. této energie jiným tělesem. Druhy elmag. záření se liší vlnovou délkou. Elmag. spektrum Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty 0 3 m na 0 webu -5 0-8 0-2 Proniká pevnými látkami 0-2 0,5.0-6 Nebezpečné pro člověka 0-0 max. vln. délka min. vln. délka málo energie (tepla) mnoho energie

Šíření tepla Mechanismy šíření tepla: - sálání/radiace (radiation) Výskyt v budovách: ) uvnitř konstrukcí:

Šíření tepla Mechanismy šíření tepla: - sálání/radiace (radiation) Výskyt v budovách: 2) uvnitř budov:

Šíření tepla Mechanismy šíření tepla: - sálání/radiace (radiation) Výskyt v budovách: 3) mezi budovou a okolím:

Šíření tepla Mechanismy šíření tepla: - sálání/radiace (radiation) Výskyt v budovách: 3) mezi budovou a okolím:

Šíření tepla Řídícírovnice

Šíření tepla vedením Řídící rovnice:. Hustota tepelného toku (Fourierův zákon): q cd θ θ λ θ λx, λy, λz x y θ z

Definiční přestávka Součinitel tepelné vodivosti (thermal conductivity) [W/(m.K)] Veličina vyjadřující schopnost materiálu vést teplo (tj. rychlost šíření tepla λ vedením). Stanovuje se experimentálně, obvykle v laboratořích. Čím je součinitel tepelné vodivosti vyšší, tím lépe vede materiál teplo (tj. je horší izolant). Hustota tepelného toku (heat flux) [W/m 2 ] q Množství tepla, které prochází jednotkovou plochou. Může se jednat o hustotu tepelného toku vedením, prouděním nebo sáláním a nebo o souhrnný tepelný tok. Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu

Šíření tepla vedením Řídící rovnice: 2. Rovnice vedení tepla: t c Q z z y y x x + + + θ ρ θ λ θ λ θ λ

Šíření tepla vedením Řídící rovnice: 2. Rovnice vedení tepla: x θ λ + x y θ λ + y z θ λ + Q z ρ c θ t Vyjadřuje zákon zachování energie: Pro šíření tepla v konstrukcích:

Šířen ení tepla vedením Řídící rovnice: 2. Rovnice vedení tepla: θ θ θ θ λ + λ + λ + Q ρ c x x y y z z t 2D θ a 3D stavební θ detaily θ 3 D : λ + + 0 x nelze λ λ x yřešit analyticky, z z Ve stavební fyzice většinou stacionární vedení: Charakterizuje prostorovou a časovou změnu θteploty. θ θ 2 D : λ + λ 0 x x y y teplotní Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích a vodivost pro studenty na webu 2 d θ λ dx používá se numerické řešení (metoda sítí, MKP) 2 0 pro tuto rovnici existuje analytické řešení θ d ( θ θ ) θ2 x Nestacionární jen výjimečně (obvykle D): λ x x θ ρ c t 2 θ θ 2 x t 2 θ( x) θ x d teplota se mění ve vrstvě lineárně

Šíření tepla prouděním Teplo je šířeno tekutinou ve SF jde většinou o vzduch. Řídící rovnice: Obecný popis proudění v prostoru je velmi složitý. Při posuzování konstrukcí se lze omezit na přestup tepla prouděním mezi povrchem a vzduchem. 6 neznámých v 6 vzájemně θ závislých s rovnicích nutná iterace. q θ θ θ a c h c CFD modelování ( ) s a q c

Definiční přestávka Souč. přestupu tepla prouděním (convective heat transfer coeff.) [W/(m2K)] h c Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu

Šířen ení tepla prouděním Teplo je šířeno tekutinou ve SF jde většinou o vzduch. Řídící rovnice: Kolem konstrukcí existuje tzv. mezní vrstva, v níž se mění rychlost proudění z 0 (povrch) na v (okolí). 2 typy: θ a Ludwig Prandtl Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu θ s (875-953)

Šířen ení tepla prouděním Šíření tepla prouděním ve vzduchových dutinách v konstrukcích: θ d λ a θ 2 souč. tep. vodivosti vzduchu 2 přestupy prouděním se shrnují do hodnoty: Do tl. 0-20 mm dominuje vedení tepla. Dále pak proudění směr tep. q q c h c c+ cd a přidává se vliv vedení: h c ( θ θ 2 ) + λa d Při θ do (hdetaily 5 C se v tech. toku c+cd konst.). k tématu jsou k dispozici v prezentacích Výjimka: výpočtech tok používají dolů (vedení pro studenty na webu smluvní hodnoty EN ISO 6946: dominuje do cca 300 mm). součinitel přestupu tepla prouděním a vedením ( ) θ θ 2 maximum z hodnot: (,25 ; 0,025/d) maximum z hodnot: (,95 ; 0,025/d) maximum z hodnot: (0,2 d -0,44 ; 0,025/d)

Šíření tepla prouděním Srovnání vzduchových dutin od nejlépe k nejhůře izolující:

Šíření tepla sáláním Řídící rovnice: Hustota tep. toku sáláním emitovaného tělesem (Stefanův-Boltzmannův zákon): q r ε σ T 4

Šíření tepla sáláním Řídící rovnice: ε ε 0, α α tj. ε α ρ τ α + ρ + τ Kirchhoffův zákon (0 s výjimkou skla)

Šíření tepla sáláním Řídící rovnice: Výměna tepla sáláním mezi tělesy: A Φ Φ ( 4 4 T ) 2 ( 4 4 T ),2 σ ε,2 F,2 A T 2, σ ε 2, F2, A2 2 T A 2 Φ,2 teplo emitované plochou A ε,2 ε 2, + F,2 ε + F 2, ε 2

Šířen ení tepla sáláníms Řídící rovnice: F,2 vyjadřuje podíl sálavého toku dopadajícího z plochy A přímo na plochu A 2. Pro obecnou situaci velmi obtížný výpočet. Vzorce pro jednoduché případy nebo numerický výpočet. Základní vztahy: plocha n j F, j okolní plochy ε,2 ε 2, + F ε + F Detaily k tématu jsou k dispozici,2 v prezentacích 2, platí v uzavřeném systému pro studenty na webu teplo emitované plochou A ε 2 poměr vzájemného sálání, úhlový součinitel sálání (shape/view factor)

Šířen ení tepla sáláníms Řídící rovnice: Výměna tepla sáláním mezi nekonečnými rovnoběžnými plochami: Φ Φ ( 4 4 T ) 2 ( 4 4 T ),2 σ ε,2 F,2 A T 2, σ ε 2, F2, A2 2 T ( 4 4 Φ ),2 σ ε,2 A T T2 teplo emitované plochou A ε,2 ε + ε 2 F A,2 F2, A 2 Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu

Šíření tepla sáláním Řídící rovnice: V technické praxi se výměna tepla sáláním vyjadřuje: Φ ( θ ),2 h r A θ2 h r σ ε,2 F,2 θ θ ( 4 4 T T ) 2 2

Šíření tepla sáláním Řídící rovnice: Pro tep. tech. výpočty (EN ISO 6946):. na povrchu kcí: h r σ ε 3 4 Tm 2.. na v dutinách: povrchu kcí: Obvyklá hodnota: h r 4,6 W/(m 2 K) hh ε r r 3 3 44 σ,2 Tm m ε,2 běžně 0,9 (s nižšími hodnotami opatrně: prach atd.) ε střední teplota povrchu a jeho okolí (obvykle 250 až 30 K) + ε 2

Definiční přestávka Souč. přestupu tepla sáláním (radiative heat transfer coeff.) [W/(m2K)] h r Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu

Šíření tepla Prostup tepla konstrukcí

Prostup tepla konstrukcí přestup vedení přestup Vnitřní povrch: q ( θ θ ) si h si ai si θ θ ai θ si h si hc, si + hr, si θ e θ se d

Prostup tepla konstrukcí přestup vedení přestup Vnitřní povrch: q ( θ θ ) si h si ai si θ Vnější povrch: q ( θ θ ) se h se se e θ ai θ si h se hc, se + hr, se θ e θ se d

Prostup tepla konstrukcí přestup θ θ ai θ si vedení přestup Vnitřní povrch: qsi h si ( θai θsi ) Vnější povrch: q ( θ θ ) se h se Uvnitř konstrukce: q ( θ θ ) cd λ d si se se e θ e θ se d Výsledek: q θai + h si θe d + λ h se

Prostup tepla konstrukcí přestup vedení přestup θ θ ai θ si R T h si d + + λ h se θ e θ se d Výsledek: q θai + h si θe d + λ h se

Prostup tepla konstrukcí přestup vedení přestup θ θ ai θ si R T h si + d + λ h se θ e R s h s θ se d Výsledek: q θai + h si θe d + λ h se

Prostup tepla konstrukcí přestup vedení přestup θ θ ai θ si R T h si + d + λ h se θ e R d λ θ se d Výsledek: q θai + h si θe d + λ h se

Prostup tepla konstrukcí Základní tepelně technické parametry konstrukce: Tepelný odpor: Tepelný odpor při prostupu tepla: R d λ R R + R + T si R se Součinitel prostupu tepla: U R T R si + R + R se Podrobnosti později

Výpočty šířen ení tepla Základní možnosti řešení fyzikálních rovnic : - přímé analytické řešení (jen nejjednodušší případy) - numerické řešení (počítače, profesionální řešení) - analogie s elektrickým obvodem (vhodné pro ruční analýzy teoreticky lze manuálně, prakticky se často výpočet naprogramuje např. v Excelu) Základní prvky: uzel: odpor: θ R i θ 2 q i 0 θ θ R 2 q,2 součet tep. toků v uzlu je nulový známá hodnota: θ 0 Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu Pro nestacionární analýzy: kapacita: C R d λ

Elektrická analogie Platí shodná pravidla jako pro elektrické obvody. Odpory: sériové zapojení: R R 2 R 3 výsledný odpor: R n i R i R n i R paralelní zapojení: Detaily k tématu jsou k dispozici v prezentacích pro studenty na webu R R 2 R 3 i

Rozložení teploty v konstrukci V bodě X musí platit např.: q x q θ θ ai q x θ x q θ e R R x si R R se R