Гігієнічні вимоги до теплового режиму житла залежно від вікової групи

Вікові групи	Призначення кімнат	Температура, °С	Вологість, %	Швидкість руху повітря, м/сек
12 - 13   20 - 30   55 - 60	Загальні Покої Загальні Покої Загальні Покої	20 - 22 16 - 17 18 - 20 14 - 15 20 - 22 16 - 17	45 - 50 38 - 50 45 - 50 38 - 50 45 - 50 38 - 50	0,10 - 0,15 0,08 - 0,10 0,10 - 0,15 0,08 - 0,10 0,10 - 0,15 0,08 - 0,10

Іі основи тепломасообміну

             Теплообмін (теплопередача) – наука про самочинні незворотні процеси розповсюдження тепла в просторі. Поширення тепла відбувається трьома основними способами: теплопровідністю, конвекцією і тепловим випромінюванням.

2.1. Теплопередача

  Зазвичай процеси поширення тепла (теплопровідність, конвекція, теплове випромінювання) відбуваються разом. Процес передачі тепла від гарячої рідини до холодної через розділяючу їх стінку називається теплопередачею.

               Теплопередача складається із тепловіддачі від більш нагрітої рідини до стінки, теплопередача в стінці, тепловіддача від стінки до більш холодного середовища.

Теплопровідність – це молекулярне перенесення тепла в тілах, а також між ними, яке зумовлене різницею температур.

Перенесення тепла теплопровідністю – це результат теплового руху мікрочастинок речовини (молекул, атомів, електронів). Це характерно для твердих тіл, а також газів і рідин у яких відсутнє перенесення маси.

Теплопровідність пов'язна із перенесенням температур всередині тіла. Сукупність миттєвих значень температури у всіх точках тіла – це температурне поле.Температура в загальному випадку є функцією координат і часу . Якщо температура змінюється з часом, то температурне поле є нестаціонарне, а якщо не змінюється то – стаціонарне. В залежності від кількості розглянутих координат поле може бути одно-, дво-, і трьохмірним.

Ізотермічна поверхня – це геометричне місце точок з однаковою температурою. Ізотермічні поверхні не перетинаються. Границя відношення зміни температури до відстані між ізотермами називається градієнтом температур:

Градієнт температур – це вектор, що направлений в бік збільшення температури.

Відповідно до закону Фурє, густина теплового потоку q в тілі, де передача  тепла проходить шляхом теплопровідності, пропорційна  градієнту температури , ⁰С/м:

, Вт/м².

 У випадку передачі тепла в стаціонарних умовах через плоску однорідну стінку в напрямку перпендикулярному її поверхні, рівняння теплопровідності запишеться в наступному вигляді:

,

 

де Q – тепловий потік, Вт; - товщина стінки, м; t – температура, К; F – площа стінки, м².

Коефіцієнт теплопровідності  – це кількість тепла, що переноситься через 1 м² ізотермічної поверхні в одиницю часу при градієнті температури рівному одиниці.

Теплопровідність в чистому вигляді відбуваєтья у твердих тілах.

Конвекція – це перенесення тепла за переміщення об'ємів рідини, або газу, в просторі із зони однієї температури у зону з іншою температурою.

Перенесення конвекцією пов’язано із перенесенням маси рухомого середовища. Рух в рідинах або газах виникає або за рахунок різниці густин холодних і нагрітих мас середовища (вільна, природна конвекція), або за допомогою сторонніх збуджувачів руху (вентиляторів, насосів).

 

Рис. 2. 1. Зміна температури в однорідній стінці

Перенесення конвекцією пов’язано із перенесенням маси рухомого середовища. Рух в рідинах або газах виникає або за рахунок різниці густин холодних і нагрітих мас середовища (вільна, природна конвекція), або за допомогою сторонніх збуджувачів руху (вентиляторів, насосів).

Конвекція тепла завжди супроводжується теплопровідністю (конвективний теплообмін). Конвективний теплообмін між потоком рідини (газу) і поверхнею твердого тіла називається конвективною тепловіддачею.

Конвективний теплообмін описується законом Ньютона, згідно якому тепловий потік Q_к , що передається конвекцією, рівний:

 

,

 

де  – коефіцієнт конвективного теплообміну, Вт/(м²∙К); t₁, t₂ – температури на поверхнях стінки.

 Коефіцієнт конвективного теплообміну (коефіцієнт тепловіддачі) – це кількість тепла, яким обмінюється середовище і 1 м² поверхні твердого тіла за різниці температур між ними в один градус за одиницю часу. Також він характеризує інтенсивність перенесення тепла.

На теплообмін впливають режими течії: ламінарний і турбулентний. Ламінарний режим характеризується спокійним, струминним рухом, а турбулентний – вихровим, невпорядкованим. Зміна режиму течії відбувається в перехідній області за деякої критичної швидкості. Встановлено, що один режим переходить в інший за певного критичного числа Рейнольда.

За будь-якого режиму течії біля поверхні тіла, що обтікається сили в’язкого тертя знижують швидкість середовища до нуля. Таким чином утворюється пограничний шар.

                              Процеси теплопередачі можна розділити на дві категорії. Перша визначається тим, що структурні елементи середовища, що знаходяться на шляху перенесення тепла, приймають участь у процесі переносу (теплопровідність, конвекція). Друга категорія характерна тим, що середовище може не приймати участі у перенесенні тепла (теплове випромінювання).

 Теплове випромінювання – це процес розповсюдження тепла за допомогою електромагнітних хвиль. Теплова енергія перетворюється на поверхні тіла в променисту енергію, передається крізь променепрозоре середовище на поверхню іншого тіла і перетворюється у теплову.

Кількість енергії, що випромінюється в одиницю часу довільною поверхнею називається потоком випромінювання Q, Вт, а одиницею поверхні – густиною потоку випромінювання Е, Вт/м².

Енергетичний баланс падаючого випромінювання складається із поглинутого Q_A, відбитого Q_R і пропущеного тілом Q_D випромінювання:

Якщо поділити обидві частини рівняння на Q і позначивши:

 отримується: A + R + D = 1. 

Якщо А = 1, то тіло повністю поглинає променисту енергію (абсолютно чорне тіло). Якщо R = 1, то тіло повністю відбиває падаюче на нього випромінювання. Якщо D = 1, то тіло повністю пропускає енергію, тобто тіло абсолютно прозоре (діатермічне).

Величини А, R, D залежать від природи тіл, їх температури і довжини хвиль випромінювання. Наприклад, віконне скло прозоре для видимого проміння, а для ультрафіолетового і інфрачервоного – непрозоре. Тому сонячна енергія, що попадає всередину приміщення не може випромінюватись назовні, чим пояснюється парниковий ефект.

Закон Стефана-Больцмана:

,

де с – приведений коефіцієнт випромінювання системи тіл, Вт/(м^2∙К⁴);  – коефіцієнт опромінення.

Як правило процеси поширення тепла (теплопровідність, конвекція, теплове випромінювання) відбуваються разом. Процес передачі тепла від гарячої рідини до холодної через розділяючу їх стінку називається теплопередачею.

Розрахункова формула теплопередачі має наступний вигляд: 

де К – коефіцієнт теплопередачі, Вт(м²∙К).