Перевести одиниці кілокалорія (між
Перевести одиниці: кілокалорія (між.) за годину на кв. метр на ° C ват на кв. метр на °С [Вт/м²·°С]
Робота та замовлення
Загальні відомості
Якщо температура двох тіл відрізняється, тепло передається від теплого до холоднішого тіла. Якщо всередині тіла чи речовини різні температури, відбувається той самий процес. Такий обмін теплом описаний у другому законі термодинаміки і називаєтьсятеплопередачею.Коефіцієнт тепловіддачіпредставляє інтенсивність процесу теплопередачі для певного матеріалу. Цей коефіцієнт впливає загальну теплопередачу тіла чи речовини. У системі СІ коефіцієнт тепловіддачі вимірюють у ВАТ на квадратний метр кельвін, або Вт/(м²•К). Іноді він вимірюється в рівноцінних одиницях, ватах на квадратний метр градусів Цельсія, або Вт/(м²•°C).
Зазвичай така теплопередача відбувається за зміни агрегатного стану речовини, наприклад при переході рідини в газ. Зміна агрегатного стану речовини називаєтьсяфазовим переходом. Для того щоб цей процес відбувся, необхідно тепло. Так, наприклад, якщо навколишня температура досить висока, то крига тане і перетворюється на воду, а вода випаровується і стає газом. У цьому випадку тепло з навколишнього середовища, наприклад теплове випромінювання вогню, передається льоду або воді. Теплова енергія передається молекулам речовини і змушує їх коливатися чи рухатися швидше. Якщо ця енергія досить велика, і вони рухаються досить швидко, агрегатний стан речовини змінюється. Коефіцієнт тепловіддачі часто обчислюють у цьому контексті теплопередачі.
Теплопередача також відбувається під часконвекціївсередині рідини або газу. Конвекція - це рух маси теплих молекул речовини в більш холодну частину цієї речовини.Деякі приклади конвекції - рух гарячої води в каструлі вгору від дна, під яким знаходиться нагрівальний елемент. Гаряча вода витісняє холодну і холодна опускається вниз, де нагрівається від дна каструлі, і знову піднімається вгору. Таким чином, поступово нагрівається вся вода в каструлі. У невагомості вода таким чином не перемішується, тому для повного нагрівання її доводиться автоматично перемішувати або вручну.
Нагрівання повітря в кімнаті від радіатора опалення відбувається схожим чином. Гаряче повітря рухається вгору від радіатора, витісняючи холодне повітря вниз. Це холодне повітря нагрівається від радіатора і знову піднімається вгору.
Завдяки цьому руху гарячого повітря вгору, у пожежників та рятувальників зазвичай є можливість проникнути під час пожежі в палаючу будівлю та врятувати людей усередині. Вони можуть просуватися в кімнаті по підлозі, де повітря не настільки гаряче, в порівнянні з повітрям біля стелі. Якби гаряче повітря опускалося вниз, то пожежникам було б набагато важче працювати.
Для того щоб підняти вгору повітряну кулю, її оболонка має бути наповнена гарячим повітрям. Так як оболонка зроблена з нейлонової тканини, яка добре проводить тепло, повітря в кулі швидко остигає. Цю проблему можна було б вирішити за допомогою гарної теплоізоляції оболонки, але це збільшить об'єм кулі у складеному вигляді, і її буде важче перевозити. Наприклад, для перевезення знадобиться вже не легковий, а вантажний автомобіль. У зв'язку з цим ціни на польоти збільшаться, і цілком імовірно, що багато людей не зможуть собі цього дозволити і в результаті польоти стануть невигідними для їхніх організаторів. Тому теплоізоляцію оболонки кулі не виконують.
Коефіцієнт тепловіддачі для різних матеріалів
Теплообмін у матеріалах звисоким коефіцієнтом тепловіддачі відбувається інтенсивніше, ніж у матеріалах з низьким коефіцієнтом. Величина коефіцієнта залежить від властивостей матеріалу, його температури, площі, яка передає тепло, та інших умов.
Коефіцієнт тепловіддачі залежить також від кількості нашарувань, нальоту та осадових матеріалів на поверхні – зазвичай зовні та всередині труб теплообмінників. Це може бути просто забрудненням, у випадку з нальотом, абообрастанням— при біологічному обростанні об'єкта мікроорганізмами або молюсками. Наліт зазвичай утворюється через корозію, або коли розчинений у рідині осад осідає на поверхні теплообмінників. Іноді ці домішки рідини обумовлені її забрудненням, а іноді вони є частиною рідини, наприклад, це можуть бути розчинені у воді солі.
Частини теплообмінника, які мають добре або, навпаки, погано проводити тепло, виготовлені з матеріалів, які зазвичай підбирають за їх теплопровідністю. У деяких випадках теплопровідність – не найголовніший критерій, за яким вибирають ці матеріали. Іноді ціна і легкість виготовлення деталей того чи іншого матеріалу відіграють велику роль у виборі. Так, наприклад, незважаючи на те, що алюміній має нижчу теплопровідність, ніж мідь, радіатори в автомобілях зараз в основному виготовляють з алюмінію, завдяки його низькій ціні. Так було не завжди — раніше радіатори робили із міді, і зараз такі радіатори досі можна замовити в деяких виробників.
Крім ціни, незручність у використанні міді ще й у тому, що вироби з неї важчі, ніж вироби з алюмінію. Це має значення, наприклад, для автомобілів. При прийнятті рішення про те, з чого робити радіатор, варто зважити всі переваги алюмінію та міді, а не ґрунтуватися тількиз їхньої теплопровідності.
Застосування
Іноді корисно визначити загальний коефіцієнт тепловіддачі для виробу, і протестувати як вибір інших матеріалів впливає цей показник. Наприклад, іноді має сенс перевірити, з якого матеріалу вийде труба з більш ефективною теплопровідністю, і де буде вищий коефіцієнт тепловіддачі — труба зі сталі або міді. Також, іноді необхідно перевірити як впливає на коефіцієнт тепловіддачі циркулююча в трубі газоподібне або рідке середовище.
Теплообмінники
Теплообмінники- це пристрої, які здійснюють тепловий обмін між двома матеріалами. Для них важливим є високий коефіцієнт теплопередачі. Типові приклади теплообмінників - обігрівачі та радіатори, наприклад, в автомобілях та кондиціонерах. До речі, усталена назва радіаторів опалення - батарея пов'язана з тим, що радіатори традиційної конструкції виконувалися з кількох однотипних елементів. Форма теплообмінників впливає їх властивості. Форми бувають різні, наприклад це може бути ряд пластин або система труб.Радіатор опалення- приклад саме такого теплообмінника. Він складається з вигнутої кілька разів труби, а іноді конструкція також включає насос. Навколишнє повітря нагрівається поточною по трубах гарячою водою або, у деяких випадках, пором. Пара в трубах використовувати легше і, на відміну води, йому не потрібен насос. До того ж, парові радіатори надійніші в багатоповерхових будинках, але втрати тепла при їх використанні набагато більші, ніж у радіаторах з водою.
Радіатори зазвичай прикріплюють до стіни або влаштовують у конструкції підлоги. В останньому випадку таке опалення називається підлоговим панельним опаленням, або просто теплою підлогою. З ним втрати тепла набагато нижчі, але його встановлення частодорожче, і його нелегко встановити у вже збудованому будинку. Такий вид опалення широко використовується в Центральній та Північній Європі та деяких країнах Азії, наприклад, у Кореї. У Північній Америці у зв'язку з поширеністю легких каркасних індивідуальних житлових будинків, що опалюються і охолоджуються відповідно гарячим або холодним повітрям, що циркулює в повітроводах, цей вид опалення непопулярний.
Зазвичай під опалювальні труби встановлюють ізоляцію, щоб зменшити втрати тепла. Весь будинок також має бути добре ізольований. Зверху на шар теплоізолюючого матеріалу укладають бетон чи стяжку. У опаленні підлоги в основному використовують воду, а не пару. Іноді замість води використовують антифриз, щоб узимку щоб уникнути замерзання води в трубах її не треба було зливати, якщо будинок не опалюється. Систему опалення підлоги можна також використовувати і для охолодження приміщень влітку, якщо подавати по трубах холодну воду замість гарячої.
Настінні радіатори опалення зручні тим, що їх можна використовувати у будинку з будь-якою підлогою. Підлогове опалення, навпаки, працює лише з певними видами покриття. Наприклад, деякі види дерев'яної підлоги або вінілового покриття погано сумісні з опаленням для підлоги. Ідеальне покриття - керамічна плитка або кам'яна підлога, хоча випускають ряд дерев'яних та вінілових покриттів, які можна ефективно та безпечно використовувати з підлоговим опаленням.
Вважається, що тепла підлога економічна і втрати тепла з нею невеликі, так як тепле повітря піднімається від підлоги вгору, і температура води в нагрівачі, при якій комфортно перебувати в кімнаті, може бути нижчою, ніж, наприклад, температура води в радіаторі опалення. Висока температура підлоги також сприяє знищенню мікробів, кліщів, плісняви, татак далі, роблячи будинок чистішим. Незважаючи на всі переваги, у такого опалення є один великий недолік - у порівнянні з іншими видами опалення потрібно набагато більше часу, щоб прогріти холодний будинок з опаленням для підлоги.
Кріоконсервація
Коефіцієнт тепловіддачі - важлива величина в медицині, особливо в кріоконсервації - у галузі збереження клітин людей та тварин. Під час цього процесу важливо уникнути утворення льоду, щоб не пошкодити мембрани клітин під час заморожування. Вчені, які займаються кріоконсервацією клітин та тканин, постійно шукають нові способи заморожування з високою теплопередачею, щоб забезпечити швидке заморожування без утворення льоду всередині клітин та міжклітинному просторі. Для цього експериментують з використанням різного середовища для заморожування та різними процесами заморожування, наприклад, застосовуючи суміш рідкого та твердого охолоджувача. При вітрифікації, одному із способів кріоконсервації, рідини перетворюють на аморфний лід. Це напіврідкий лід, який кристалізується і може змінювати свою форму набагато легше, ніж звичайний лід. Завдяки цим властивостям не завдає клітинам механічні ушкодження. Кріоконсервація представляє особливий інтерес в області збереження яйцеклітин, сперми, та ембріонів, які потім використовують для заплідненняin vitro.
Коефіцієнт тепловіддачі використовують також при теплотехнічних розрахунках в електротехніці. Електронні компоненти та прилади зазвичай сильно нагріваються під час роботи, але, знаючи загальний коефіцієнт тепловіддачі системи та самих електронних компонентів окремо, а також пристроїв, призначених для їх охолодження, можна визначити, яким чином найкраще охолоджувати ці елементи та прилади. Дуже важливо правильно виконати тепловий розрахунок, інакшепристрої можуть перегрітися та вийти з ладу.
В будівництві
У будівництві у багатьох випадках важливо зменшити теплопередачу між внутрішніми приміщеннями будівлі та довкіллям. Будівельні матеріали часто вибирають, ґрунтуючись на цій необхідності, і велику популярність користуються ізолюючі матеріали, які погано проводять тепло. Раніше для ізоляції використовували натуральні матеріали, наприклад, камінь. Зараз широкого поширення набули штучні матеріали, такі як покритий скловолокном гіпсокартон. Особливо часто їх використовують у каркасних будинках, популярних у Північній Америці та Скандинавських країнах.
Гіпсокартонні панелі часто облицьовують пінопластом. Під панелями зазвичай поміщають додаткову ізоляцію, наприклад, скловату або мінеральну вату. Теплоізоляційні властивості стін такої конструкції кращі, ніж виконані з каменю, тому такі стіни добре ізолюють приміщення. У той же час, жарким літом каркасні будинки необхідно охолоджувати, тоді як у будинках з каменю влітку комфортно навіть без кондиціонера, оскільки потрібно набагато більше часу, щоб їх нагріти або охолодити, порівняно з каркасними будинками. Внаслідок цього кам'яні будинки добре тримають середньодобову температуру. З іншого боку, в тому, що каркасні будинки швидко нагріваються і охолоджуються, є свої переваги для господарів — такі будинки приємно повертатися після довгої відсутності в холодну або, навпаки, в спекотну погоду, оскільки їх можна швидко прогріти або охолодити.
Виробництво каркасних будинків з улаштуванням стін із гіпсокартону та аналогічних матеріалів дуже дешево та вигідно для будівельників та власників. Невелика вага, в порівнянні з будинками з каменю, також допомагає запобігти ряду проблем, наприклад осідання ґрунту під будинком і,відповідно, осідання самого будинку. З іншого боку, такі будинки менш надійні у сильний буревій у порівнянні з важкими будинками з каменю; при урагану каркас будинку, а також теплоізоляція легко ушкоджуються.