Сопротивление теплопередаче строительных материалов

Строительство зданий требует соблюдения большого количества нюансов, факторов, способных повлиять на качество постройки. Существуют стандарты, нормы, от которых отходить не рекомендуется. До начала строительства необходимо создать план, произвести расчеты. Коэффициент сопротивления теплопередаче показывает, насколько быстро материалы пропустят холод с улицы в жилье.

Правильно рассчитать теплопередачу приведенного материала так же важно, как и другие данные. От полученных результатов зависит то, насколько жилище будет теплым, какие в нем показатели экономии тепла. Можно примерно рассчитать расход на энергию, затрачиваемую на отопление дома. Кроме того, будет ясна прочность, надежность сооружения.

Стенам и иным частям дома свойственно при больших морозах промерзание. Если не учитывать правила теплопередачи, дом может промерзнуть насквозь. Заморозка-размораживание приводит к скорейшему износу частей жилища, они ветшают, после чего здание может стать аварийным. Высокое сопротивление теплопроводности наружных стен и дверей помогает справиться с проникновением холода.

Содержание

1. Показатели теплопроводности
2. Как применяются показатели в строительстве
3. Термическое сопротивление
4. Как рассчитывается тепловое сопротивление
5. Теплые конструкции
6. Важные моменты для применения утеплительных материалов

Показатели теплопроводности

Любой элемент в природе имеет различную степень проводимости. Тепло проходит сквозь него в зависимости от скорости движения частиц, которые способны передать температурные колебания. Чем частицы ближе находятся одна к другой, тем теплообмен будет проходить быстрее. Получается, что чем более плотный материал, тем быстрее он будет нагреваться или остывать. Плотность является основным фактором теплопередачи, показывая ее интенсивность.
Таблица с данными для камня

Выражается данный показатель коэффициентом теплопроводности. Обозначение буквенное производится символом «λ». Единица измерения Вт/(м*С^о). Чем больше численные данные этого коэффициента, тем лучше материал проводит тепло. Существует величина, обратная проводимости тепла, которая называется тепловое термическое сопротивление. Единица измерения: м²*С^о/Вт. Буквенное обозначение «R».

Данные по регионамЗначения по регионам

Как применяются показатели в строительстве

Для каждого материала, используемого в строительстве, важно определить степень проводимости тепла. Теплоизоляционные свойства влияют на скорость промерзания стен, насколько материал подвержен воздействию холода. Показатель сопротивления при теплопередаче для любого современного материала уже вписан в справочники.

Современные технологии предполагают использование нескольких слоев для стен, дверей, поэтому показатели тепловой проводимости в них могут объединяться. Для показа общей степени проводимости принята величина «приведенное сопротивление теплопередаче».
Таблица с данными для стеклопакетов

Рассчитать ее можно точно так же, как и предыдущие данные. Но учитывать следует несколько показателей теплопроводности. Второй вариант произведения расчетов теплоотдачи – использование однородного аналога многослойной стенки. Он должен пропускать такое же количество тепла за равный промежуток времени. Разница в температурах для внутренней части помещения и внешней должна быть одинаковой.

Термическое сопротивление

Любая стена, дверь, окно служит для ограждения от внешних природных воздействий. Они способны в разной степени защитить жилище от холодов, так как коэффициент проводимости у них отличается. Для каждого ограждения коэффициент рассчитываться должен по-разному. Точно так же ведется расчет для внутренних перегородок, стен, дверей, неотапливаемых частей дома.

Если в здании имеются части, которые не протапливаются, необходимо утеплять стены между ними и другими помещениями так же качественно, как и внешние. Воздух – плохой переносчик тепла, потому что там частицы находятся на значительном отдалении друг от друга. Выходит, что если изолировать некоторые воздушные массы герметично, получится неплохая изоляция от холода. Для уточнения данных производится расчет приведенного сопротивления. Данные показывают, насколько хорошо утеплено жилище, нет ли необходимости в дополнительном утеплении.
Современные материалы

В старых домах делали всегда по две рамы, чтобы между ними находилось некоторое количество воздушных масс. Теперь по такому же принципу делаются стеклопакеты, но воздух между стеклами откачивается полностью, чтобы частиц, проводящих тепло, вообще не было. Термическое сопротивление в них значительно превышает показатели старых окон. Входные двери делаются по такому же принципу. Стараются сделать небольшой коридор, предбанник, который сохранит тепло в доме.

Если в жилище установить дополнительные резиновые уплотнители в несколько слоев, это позволит повысить теплоизоляционные свойства. Современные входные двери создаются многослойными, там помещается несколько разных слоев утеплительного материала. Конструкция становится практически герметичной, дополнительное утепление часто не требуется. Сопротивление теплопередаче стен обычно не такое хорошее, потому используются дополнительные материалы для утепления.

Как рассчитывается тепловое сопротивление

Данные после расчета теплового сопротивления помогут показать, насколько хорошо утеплен дом, какое количество тепла теряется в процессе. Таким образом, можно точно подобрать оборудование для утепления, правильно рассчитать мощность. Для примера будет произведен расчет одной из стен и дверей каркасного дома с керамическим кирпичом, что поможет понять, насколько хороши данные материалы для строительства и утепления.
Утепление изнутри

Класс сопротивления для каждого материала разный. С обратной стороны он утеплен экструдированным пенополистиролом, толщина которого составляет 100 мм. Стены по толщине будут в два кирпича, что равняется 500 мм. Формула для вычисления сопротивления:

R = d/λ, где d – толщина компонентов стены, λ – коэффициент теплопроводности.

По справочнику необходимо посмотреть данные λ. Это число 0,56 для кирпича и 0,036 – для полистирола.

R = 0,5 / 0,56 = 0,89 – для кирпича.

R = 0,1 / 0,036 = 2,8 – для полистирола.

Теплые конструкции

Для увеличения теплового термического сопротивления следует использовать современные материалы, в которых показатели проводимости тепла максимально низкие. Количество таких материалов сейчас увеличивается. Популярными стали:

1. Деревянные конструкции. Считаются экологически чистым материалом, потому многие предпочитают вести строительство, используя именно этот компонент. Использоваться может любой вид окультуренной древесины: сруб, бревно, брус. Чаще применяют сосну, ель или кедр, показатели проводимости которых по сравнению с другими материалами достаточно низкие. Необходимо произвести защиту от атмосферных воздействий, вредителей. Материал покрывается дополнительным слоем, защищающим от негативных факторов.
2. Керамические блоки.

Пример защиты от внешнего воздуха

3. Сэндвич-панели. В последнее время этот материал становится все более популярным. Основные преимущества: дешевизна, высокие показатели сопротивляемости холоду. В материале имеется множество воздушных ячеек, иногда делают «пенную» структуру. Например, некоторые типы панелей имеют вертикальные воздушные каналы, которые неплохо защищают от холода. Другие компоненты делаются пористыми, чтобы большое количество заключенного воздуха помогло справиться с поступающим холодом.
4. Керамзитобетонные материалы. Их использование также позволит надежно защитить жилище от холода.
5. Пеноблоки. Конструкция делается пористой, но достигается это не простым вклиниванием воздушных прослоек, а путем произведения химической реакции. Иногда в цемент добавляется пористый материал, который поверху покрывается застывшим раствором.

Важные моменты для применения утеплительных материалов

При проектировании жилища необходимо учитывать погодные условия местности. Если данные не учтены, термическое сопротивление теплопередаче может быть недостаточным, что позволит холоду проникать сквозь стены. Обычно, если такое происходит, используются утеплители. Иногда утепление производится внутри дома, но обычно оно проводится по наружным стенам. Утепляются несущие элементы и части, расположенные в непосредственном контакте с улицей.
Утепление жилища

Показатели современных теплоизоляционных материалов очень высокие, потому их не нужно использовать в большом количестве. Обычно для утепления хватает толщины до 10 мм. Не стоит забывать о паропроницаемости стен, дверей и утеплительных компонентов. Правила строительства требуют, чтобы этот показатель повышался из внутренних частей к внешним. Потому утеплять газобетонные или пенобетонные стены можно только минеральной ватой, показатели которой верны для приведенных требований.
Внутреннее утепление

Кроме потерь тепла через стены дома оно может уходить через кровлю. Поэтому важно утеплять не только наружные элементы, но и уложить материал над потолком, чтобы жилье было надежно утеплено. Если нет возможности применять необходимый материал, можно сконструировать зазор для вентиляции. В любом случае не стоит забывать, что теплосопротивление для материалов является одной из важнейших величин. Обязательно учитывайте его при возведении нового дома.

Изменение нормативов по коэффициентам сопротивления теплопередаче в регионах

Валерий Козионов, технический эксперт ООО «Декёнинк РУС», комментирует изменение нормативов в обновленной редакции основополагающего документа в области энергосбережения зданий СП 50.13330 «Тепловая защита зданий» и новые требования к энергоэффективности светопрозрачных конструкций.

Для чего нужны более теплые стены и более теплые окна, зачем повышать нормативный коэффициент сопротивления теплопередаче конструкции? На первый взгляд – всё очевидно. Тем не менее, давайте разберемся.

Для начала, немного основ строительной физики. Если наружная стена (или ограждающая конструкция в виде окна) в течении продолжительного времени подвержена действию постоянных температур, но со стороны помещения и со стороны улицы температуры различные (стационарное состояние), то благодаря разности температур (градиенту температур) через строительную конструкцию образуется тепловой поток от высшего энергетического уровня к низшему. Тепловая энергия течет от тепла к холоду.

В зависимости от теплотехнических характеристик системы наружной стены , выраженной через коэффициент теплопроводности материала стены l (лямбда), Вт/(м °С) в поперечном сечении стены устанавливается характерное распределение температур.

В более сложных ситуациях (многомерные тепловые потоки) по сравнению с невозмущенной зоной стены (одномерные тепловые потоки) как, например, область присоединения окна к наружной стене, изображение распределения температур может быть представлено только частично. Поэтому предлагается изображение изотерм. Изотерма – это линия, образованная точками с одинаковой температурой. Изотермы рассчитываются и изображаются с помощью программ по методу конечного элемента. На основании расчета изотерм могут быть определены тепловые потоки и распределение температур в поперечном сечении строительной конструкции.

Повышая нормативный коэффициент сопротивления теплопередаче R₀ (м²°С/Вт), законодатели предписывают архитекторам, проектировщикам и строителям применять материалы и конструкции с более низкой теплопроводностью, которые с одной стороны сохраняют все более ценную энергию для подогрева помещения зимой или для охлаждения их летом, а с другой – повышают температуру на поверхности ограждающих конструкций со стороны помещения, предотвращая риск образования конденсата и грибка и связанные с ними проблемы.

Немного о конденсате и грибке. Воздух обладает свойством в зависимости от своей температуры максимально насыщаться определенным количеством воды в форме водяного пара (объем насыщения). При этом тёплый воздух может насытиться большим количеством воды, чем холодный.

Относительная влажность воздуха обозначает содержание влаги в воздухе по отношению к объему насыщения (= максимально возможное количество). Например, содержание влаги в количестве 8,65 г/м³ при 20°С соответствует относительной влажности 50%. Для воздуха помещения с температурой 20°С и относительной влажностью 50% это означает, что в воздухе содержится 50% максимально возможного количества воды (17,3 г/м³) в форме водяного пара.

Конденсат образуется в том случае, если воздух из-за охлаждения более не в состоянии сохранять первоначальное количество воды. Температура, при которой начинается этот процесс, называется температурой точки росы или точкой росы.

При температуре воздуха 20 °С и относительной влажности 50 % температура точки росы составляет 9,3 °С или округлённо 10 °С (→ 10 °С – изотерма для оценки опасности образования конденсата на поверхности конструкции).

Во избежание конденсата, 10°С — изотерма должна находиться внутри конструкции.

Образование грибка является не только следствием образования конденсата. Исследования показывают, что при условиях благоприятных для роста грибка вследствие капиллярной конденсации грибок может образовываться уже ранее. Благоприятные условия – это относительная влажность воздуха ок. 80% установившаяся в течении длительного времени в приповерхностной зоне с подходящей питательной средой (например, домашняя пыль) для грибка.

Как видим из вышесказанного, необходимость повышать теплозащитные свойства ограждающих конструкций — это жизненная необходимость, особенно для стран с таким климатом, как в России.

14.12.2018 Минстрой РФ подписал приказ о введении обновленной редакции основополагающего нормативного документа в области энергосбережения зданий СП 50.13330 «Тепловая защита зданий». Редакция была разработана Научно-исследовательским институтом строительной физики РААСН совместно с рядом представителей строительной индустрии, научно-исследовательскими институтами и содержит новые требования к энергоэффективности светопрозрачных конструкций, основанные на длительном цикле натурных испытаний.

Требования к сопротивлению теплопередаче светопрозрачных ограждающих конструкций в России устарели по отношению к качеству продукции, представленной на современном рынке остеклений. Окна, выбранные по старым нормам, не могут обеспечить нужный уровень температур внутренней поверхности, не позволяют эффективно сохранять тепло, применять широкие стеклопакеты для повышения шумоизоляции, создать надежный монтажный шов с перекрытием зон холодных изотерм и тепловых мостов.

Новая редакция учитывает современные материалы, методы остекления и дает возможность экономии энергии за счет новых технологий. Были определены новые требования к сопротивлению теплопередаче светопрозрачных конструкций для всех климатических зон России.

ГСОП рассчитываются по прежней формуле (5.2) СП 50.13330.2012. Базовые значения требуемого сопротивления теплопередаче при ГСОП в интервалах от 2000 до 12000 (°С×сут/год)  следует определять методом линейной интерполяции.

Так, согласно изменённому СП 50. 13330 требуемое приведенное сопротивление теплопередаче светопрозрачной конструкции R_{0 тр.} (м^2°С/Вт), например, для Краснодара (ГСОП = 2538 сут.) составит 0,53 (ранее 0,34).

Приказ об утверждении изменений подписан Министром строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации Владимиром Якушевым 14 декабря 2018 г., а обновлённый СП 50.13330.2012 «СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий» вступит в силу уже через 6 месяцев со дня публикации на сайте Росстандарта.

Новые требования идут в ногу с трендом энергосбережения, позволяют строить более комфортные жилые и административные здания и вступят в силу уже в середине 2019 года, заменив устаревшие нормы 20 летней давности.

Российские производители оконных профилей и стеклопакетов готовы поставлять комплектующие для окон и дверей по новым нормам.

Новые строительные правила предписывают строителям приобретать более дорогие окна и двери и при этом не увеличить стоимость жилья.

Фолькер Гут, генеральный директор Deceuninck в России

— Современные технологии позволяют изготовить доступные по цене окна из многокамерных ПВХ профилей, с 3-мя контурами уплотнителей, увеличенным до 25 мм заглублением стеклопакета и с двухкамерными стеклопакетами с многофункциональными стеклами. Приведенный коэффициент сопротивления такого окна в районе единицы. Одно из таких решений — инновационный профиль Deceuninck «Фаворит Спэйс», который неоднократно отмечался профессиональным сообществом и экспертами как энергоэффективный. Увеличенная ширина профиля 76 мм, 6 воздушных камер и дополнительный 3-й контур уплотнителя в окне «Фаворит Спэйс» надежно сохраняют тепло и спасают от сквозняков. В дополнение ко всему окна «Фаворит Спэйс» экологичны и надежны: их профиль производится без использования свинца и рассчитан на 60 лет эксплуатации.

КОЭФФИЦИЕНТ ТЕПЛООТДАЧИ

Коэффициент теплоотдачи – количественная характеристика конвективного теплообмена между текучей средой (жидкостью) и поверхностью (стенкой), обтекаемой жидкостью. Эта характеристика появляется как коэффициент пропорциональности a в соотношении Ньютона-Рихмана

где – плотность теплового потока на стенке, T _w температура стенки, T _t характерная температура жидкости, например, температура T _e вдали от стенки во внешнем потоке, температура объемного потока Т _б в трубах и т. д. Единицей измерения в международной системе единиц (СИ) (см. Международная система единиц) является Вт/(м ² К), 1 Вт/(м ² К) = 0,86 ккал/(м ² ч°C) = 0,1761 БТЕ/(hft ² °F) или 1 ккал/(м ² ч° C) = 1,1630 Вт/(м ² К), 1 БТЕ/(hft ² °F) = 5,6785 Вт/(м ² К). Коэффициент теплоотдачи получил широкое распространение в расчетах конвективного теплообмена и при решении задач внешнего теплообмена между теплопроводной твердой средой и окружающей ее средой. Коэффициент теплоотдачи зависит как от тепловых свойств среды, гидродинамических характеристик ее течения, так и от гидродинамических и тепловых граничных условий. Используя методы теории подобия, зависимость коэффициента теплоотдачи от многих факторов во многих практически важных случаях может быть представлена ​​в виде компактных соотношений между безразмерными параметрами, известных как критерии подобия. Эти соотношения называются обобщенными или уравнениями подобия (формулами). В качестве безразмерного числа для теплообмена в этих уравнениях используется число Нуссельта Nu = αl/λf или число Стентона St =, где 1 – характерный размер поверхности в потоке, массовая скорость потока жидкости, λ _f и C _pf теплопроводность и теплоемкость жидкости. При решении задач теплопроводности в твердом теле часто в качестве граничного условия задается распределение коэффициента теплоотдачи α между телом и окружающей его средой. Здесь полезно использовать безразмерный независимый параметр — число Био Bi = αl/λ _s , где λ _s — теплопроводность твердого тела, а 1 — его характерный размер. Зависимость чисел Nu и St от чисел Re и Pr играет существенную роль в переносе тепла принудительной конвекцией. В случае полностью развитого теплообмена в круглой трубе с ламинарным течением жидкости число Нуссельта является константой, а именно Nu = 3,66 при постоянной температуре стенки и 4,36 при постоянном тепловом потоке (см. Трубы (однофазный теплообмен в ) ). В случае свободной конвекции число Nu зависит от чисел Gr и Pr. Когда теплоемкость жидкости существенно меняется, коэффициент теплопередачи часто определяют через разность энтальпий (h _w – h _f ). Понятие коэффициента теплоотдачи используется также при теплообмене с фазовыми превращениями в жидкости (кипение, конденсация). В этом случае температура жидкости характеризуется температурой насыщения T _s . Порядок величины коэффициента теплоотдачи для различных случаев теплообмена представлен в таблице 1.

При анализе внутреннего теплообмена в пористых телах, т. е. конвективного теплообмена между жесткой матрицей и проницаемой через нее жидкостью, часто используют объемный коэффициент теплоотдачи

где qv — тепловой поток, переходящий от жесткой матрицы к жидкости в единице объема пористого тела, T _w — локальная температура матрицы, T _f — локальная объемная температура жидкости.

Следует подчеркнуть, что постоянство α в широком диапазоне и ΔT (при прочих равных условиях) встречается только в случае конвективного теплообмена, когда физические свойства жидкости при теплообмене изменяются незначительно. При конвективном теплообмене в жидкости с переменными свойствами и при кипении коэффициент теплоотдачи может существенно зависеть от и ΔT . В этих случаях увеличение теплового потока может привести к опасным явлениям, таким как выгорание (переходный тепловой поток) и ухудшение турбулентного теплообмена в трубах. Если (ΔT) является нелинейным, представляется нецелесообразным представлять его через коэффициент α при анализе, например, стабильности кипения.

Общий коэффициент теплопередачи

где T _f1 и T _f2 – температуры нагрева и нагрева жидкости, используется при расчетах теплообмена между двумя жидкостями через разделяющую стенку. Значения U для наиболее часто используемых конфигураций стен определяются по формулам

для плоской многослойной стены,

для цилиндрической многослойной стенки и

для сферической многослойной стены.

Здесь D ₁ и D ₂ — внутренний и внешний диаметры стенки, D — опорный диаметр, по которому определяется эталонная поверхность теплообмена, S _i , D _i , D _i+1 и λ _i — толщина, внутренний и внешний диаметры, теплопроводность i-го слоя. Первое и третье слагаемые в скобках называются термическими сопротивлениями теплопередачи. Для их снижения стенки ребрятся и используются различные способы увеличения теплоотдачи. Второе слагаемое в скобках означает термическое сопротивление стены, которое может значительно увеличиться в результате загрязнения стены, например, отложениями накипи и золы, или плохой теплопередачи между слоями стены. Значения α и U для малого элемента поверхности теплообмена называются локальными. Если они не сильно различаются, то при практических расчетах теплообмена на поверхностях конечных размеров используются средние значения коэффициентов и уравнение теплопереноса

где A — эталонная поверхность теплопередачи и (часто среднее логарифмическое) падение температуры (см. « Средняя разница температур» ).
Таблица 1. Приблизительные значения коэффициента теплопередачи

Schneider, P.J. (1955) Кондуктивная теплопередача , Addison-Wesley Publ. Ко, Кембридж.

Адьютори, Э. Ф. (1974) Новая теплопередача, тома. 1,2, Ventuno Press, Цинциннати.

Каталожные номера

1. Джейкоб М. (1958) Heat Transfer , Wiley, New York, Chapman and Hall, London.
2. Schneider, P.J. (1955) Conductive Heat Transfer , Addison-Wesley Publ. Ко, Кембридж.
3. Adiutory, EF (1974) The New Heat Transfer, тт. 1,2, Ventuno Press, Цинциннати.

Общий коэффициент теплопередачи | ПДК

Общий коэффициент теплопередачи, или значение U, относится к тому, насколько хорошо проходит тепло через ряд устойчивых сред. Его единицами измерения являются Вт/(м ² °C) [БТЕ/(час-фут ² °F)].

В следующей статье показано, как рассчитать и сравнить значение U для теплопередачи пара и горячей воды через различные типы сред, включая коэффициенты пленки и фактический материал самой стены.

Общий коэффициент теплопередачи зависит от толщины и теплопроводности сред, через которые передается тепло. Чем больше коэффициент, тем легче передается тепло от его источника нагреваемому продукту. В теплообменнике взаимосвязь между общим коэффициентом теплопередачи (U) и скоростью теплопередачи (Q) можно продемонстрировать с помощью следующего уравнения:

где

Q = скорость теплопередачи, Вт=Дж/с [БТЕ/ч]
A = площадь поверхности теплопередачи, м ² [фут ² ]
U = общий коэффициент теплопередачи, Вт/(м ² °C) [БТЕ/(ч-фут ² °F)]
ΔTLM = среднелогарифмическая разность температур, °C [°F]

Из этого уравнения видно, что значение U прямо пропорционально Q, скорости теплопередачи. Предполагая, что поверхность теплопередачи и разность температур остаются неизменными, чем больше значение U, тем больше скорость теплопередачи. Другими словами, это означает, что для определенного теплообменника и продукта более высокое значение U может привести к сокращению времени партии и увеличению производства/дохода.

Для определения значения U можно использовать несколько уравнений, одно из которых:

где

h = коэффициент конвективной теплопередачи, Вт/(м ² °C) [БТЕ/(ч-фут ² °F)]
L = толщина стены, м [фут]
λ = теплопроводность, Вт/(м°C) [BTU/(час-фут°F)]

Например, в случае создания горячей воды передача тепла в основном происходит от жидкости 1 (источника тепла) через проводящее твердое тело (металлическую стенку) к жидкости 2 (вода, нагреваемый продукт). Однако необходимо также учитывать сопротивление пленки. Вот почему коэффициент конвективной теплопередачи (h), иногда называемый коэффициентом пленки, включается при расчете теплопередачи между жидкостью и проводящей стенкой.

Кроме того, в некоторых уникальных применениях, таких как нагрев в фармацевтических или биотехнологических процессах, передача тепла может происходить через несколько слоев материала стенки. В таких случаях приведенное выше уравнение можно адаптировать, включив в каждый слой толщину твердого тела (L), деленную на его теплопроводность (λ).

Для облегчения приведенных ниже расчетов в качестве примера можно использовать следующие значения коэффициентов конвективной теплопередачи:

Пример сравнения влияния на U различных источников тепла, пара или горячей воды

Два котла с рубашкой из углеродистой стали (λ = 50 Вт/(м °C) [28,9 БТЕ/(ч-фут °F)]) с толщиной внутренней стенки 15 мм [0,049 фута] используются для нагрева воды. Один использует горячую воду в качестве источника тепла, а другой использует пар. При коэффициенте теплопередачи 1000 Вт/м ²  °C [176 БТЕ/(ч-фут ²  °F)] для нагреваемой воды, 3000 Вт/м ²  °C [528 БТЕ/(ч-фут ²  °F)] для горячей воды и 10000 Вт/м ² °C [1761 БТЕ/(час-фут ²  °F)] для пара, рассчитаем значения U для обоих процессов нагрева.

Котел с рубашкой из углеродистой стали – сравнение горячей воды и пара Источник тепла

Горячая вода:

Пар:

В этом случае пар обеспечивает расчетное улучшение коэффициента теплопередачи на 17%.

Теперь представьте, что та же передающая стенка котла также облицована стеклом толщиной 1 мм [0,0033 фута] (λ = 0,9 Вт/(м °C) [0,52 БТЕ/(ч-фут °F)]). Включение этих значений в приведенное выше уравнение для коэффициента теплопередачи дает следующие результаты:

Чайник со стеклянной облицовкой – сравнение горячей воды и пара Источник тепла дополнительное сопротивление проводимости, значение U по-прежнему улучшается, но только на 9%; и это демонстрирует, как плохой проводник тепла, такой как стекло, может сильно мешать передаче тепла.

Таким образом, для определенного теплообменного оборудования, такого как котел из углеродистой стали, изменение источника тепла с горячей воды на пар потенциально может значительно улучшить коэффициент теплопередачи и теплопередачу, если материал стенок обладает высокой проводимостью. Однако такой же впечатляющий эффект не ожидается в случаях, когда используется теплообменник с несколькими слоями стенок, включая слои материала с низкой проводимостью (например, эмалированный котел).

Тем не менее, для некоторых процессов требуется определенный материал стенок, например, облицовка стеклом, для предотвращения реакции с продуктом. Тем не менее, в таких обстоятельствах скорость теплопередачи все еще может быть улучшена путем замены источника тепла с горячей воды на пар для оптимизации производства.

Загрязнение

Загрязнение поверхности стенового материала может стать дополнительным препятствием для теплопередачи. Эта проблема может возникать как на стороне теплоносителя, так и на стороне продукта по нескольким причинам.