TIÊU CHUẨN QUỐC GIA TCVN 9313:2012 (ISO 7345:1987) VỀ CÁCH NHIỆT – CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐỊNH NGHĨA

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 9313:2012

ISO 7345:1987

CÁCH NHIỆT – CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐỊNH NGHĨA

Thermal insulation – Physical quantities and definitions

Lời nói đầu

TCVN 9313 : 2012 hoàn toàn tương đương với ISO 7345 : 1987

TCVN 9313 : 2012 được chuyển đổi từ TCXDVN 299 : 2003 (ISO 7345 : 1987) theo quy định tại khoản 1 Điều 69 của Luật Tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật và điểm a), khoản 1, điều 7 Nghị định 127/2007/NĐ-CP quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật tiêu chuẩn và Quy chuẩn kỹ thuật.

TCVN 9313 : 2012 do Viện Kiến trúc, Quy hoạch Đô thị và Nông thôn biên soạn, Bộ Xây dựng đề nghị, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

TCVN 9313:2012

CÁCH NHIỆT – CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐỊNH NGHĨA

Thermal insulation – Physical quantities and definitions

1. Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này định nghĩa các đại lượng vật lý sử dụng trong lĩnh vực cách nhiệt và đưa ra các ký hiệu và đơn vị tương ứng.

CHÚ THÍCH: Do phạm vi của tiêu chuẩn này chỉ giới hạn trong lĩnh vực cách nhiệt nên một số định nghĩa đưa ra ở Điều 2 khác với những định nghĩa đưa ra trong TCVN 7870-5 : 2007. Để phân biệt sự khác nhau đó, trước các thuật ngữ có đánh dấu sao (*).

2. Các đại lượng vật lý và định nghĩa

Bảng 1 – Các đại lượng vật lý

3. Đặc tính năng lượng của công trình

Bảng 2 – Đặc tính năng lượng

4. Ký hiệu và đơn vị đo của các đại lượng khác

Bảng 3 – Ký hiệu và đơn vị đo các đại lượng khác

5. Các ký hiệu phụ

Để tránh nhầm lẫn, cần sử dụng những ký hiệu phụ hoặc các dấu hiệu nhận biết khác. Trong trường hợp đó ý nghĩa của chúng cần rõ ràng.

Những ký hiệu dưới đây được khuyến cáo sử dụng:

PHỤ LỤC

(Tham khảo)

KHÁI NIỆM VỀ ĐỘ DẪN NHIỆT

A.0. Giới thiệu

Để hiểu rõ thêm khái niệm độ dẫn nhiệt khi áp dụng, phụ lục này đưa ra cách giải thích theo toán học chính xác hơn.

A.1. Gradian nhiệt (grad T) tại điểm P

Đây là một véctơ theo hướng pháp tuyến n với mặt đẳng nhiệt chứa điểm P. Độ lớn của nó bằng đạo hàm của nhiệt độ T theo khoảng cách từ P dọc theo phương pháp tuyến n, véctơ đơn vị là .

Từ định nghĩa này có:

                      (A.1)

A.2. Cường độ dòng nhiệt bề mặt q, ở điểm P (bề mặt có dòng nhiệt được truyền qua)

Được xác định như sau:

                   (A.2)

Khi đề cập đến sự trao đổi nhiệt do dẫn nhiệt ở mỗi điểm của vật thể nơi tồn tại sự dẫn nhiệt thì đại lượng q phụ thuộc vào hướng của bề mặt (tức là phụ thuộc vào hướng pháp tuyến ở điểm P tới bề mặt diện tích A) và có thể tìm được hướng pháp tuyến n với bề mặt diện tích A_n chứa điểm P, nơi mà trị số q có giá trị lớn nhất và được ký hiệu bằng véctơ :

                        (A.3)

Đối với bề mặt bất kỳ diện tích A_s đi qua điểm P, cường độ dòng nhiệt bề mặt q là một thành phần của véctơ   theo hướng pháp tuyến tới bề mặt đó tại điểm P.

Véctơ  được gọi là “mật độ dòng nhiệt” (không phải cường độ dòng nhiệt). Bất kỳ khi nào véctơ  không thể xác định được (đối với truyền nhiệt đối lưu và hầu hết các trường hợp truyền nhiệt bức xạ), thì chỉ sử dụng thuật ngữ “lưu lượng dòng nhiệt” và “cường độ dòng nhiệt bề mặt”.

A.3. Nhiệt trở suất r tại điểm P

Đây là đại lượng cho phép tính toán véctơ grad T tại điểm P từ véctơ  tại điểm P bằng định luật Fourier. Trường hợp đơn giản nhất (vật liệu đẳng nhiệt) là khi grad T và  song song và ngược chiều, lúc đó r được xác định ở mỗi điểm như hệ số tỷ lệ giữa các véctơ grad T và .

                         (A.4)

Trong trường hợp này r cũng là hệ số tỷ lệ nghịch giữa các thành phần của grad T và  tại cùng một điểm dọc theo hướng s bất kỳ và không phụ thuộc vào hướng s đã chọn.

Trong trường hợp chung (vật liệu đẳng hướng hoặc dị hướng), một trong ba thành phần xác định grad T là đại lượng tỷ lệ tuyến tính của các thành phần của véctơ . Do đó nhiệt trở suất được xác định thông qua tenxơ [] của chín hệ số của các đại lượng tỷ lệ tuyến tính đó theo hệ thức dưới đây:

                    (A.5)

Nếu nhiệt trở suất r hoặc [] không đổi theo tọa độ và thời gian, có thể xem nó như là một đặc tính nhiệt ở nhiệt độ đã cho.

A.4. Độ dẫn nhiệt l tại điểm P

Đây là đại lượng cho phép để tính toán véctơ  tại điểm P từ véctơ grad T tại điểm P, có nghĩa là bằng tích số của độ dẫn nhiệt với nhiệt trở suất bằng một hoặc bằng một đơn vị tenxơ.

Nếu  và grad T song song và ngược chiều thì:

lr = 1    (A.6)

Giống như nhiệt trở suất, độ dẫn nhiệt trong hầu hết các trường hợp là một tenxơ [] của chín hệ số của các đại lượng tỷ lệ tuyến tính thuộc các thành phần của grad T mà các hệ số này xác định mỗi thành phần của  theo hệ thức dưới đây:

          (A.7)

Như vậy [] có thể được xác định được bằng cách đảo ngược [] và ngược lại. Nếu độ dẫn nhiệt l hoặc [] không đổi theo tọa độ và thời gian, nó có thể được xem như là một đặc tính nhiệt ở nhiệt độ đã cho.

Độ dẫn nhiệt có thể là một hàm số của nhiệt độ và của hướng (vật liệu dị hướng). Do đó cần biết mối quan hệ của các thông số này.

Hãy xem xét một vật thể có chiều dày d được giới hạn bằng hai mặt phẳng song song và đẳng nhiệt, có nhiệt độ T₁ và T­₂, mỗi mặt có diện tích A.

Các mép bên bao quanh các mặt chính của vật thể này được giả thiết là đoạn nhiệt và thẳng góc với chúng. Giả thiết rằng vật thể được tạo bởi vật liệu ổn định, đồng nhất và đẳng hướng (hoặc không đẳng hướng – dị hướng – với một trục đối xứng vuông góc với các mặt chính). Trong điều kiện như vậy các hệ thức dưới đây = đạo hàm từ định luật Fourier trong các trạng thái ổn định sẽ được áp dụng nếu hệ số dẫn nhiệt l hoặc [], hoặc nhiệt trở suất r hoặc [] không phụ thuộc nhiệt độ:

         (A.8)

Nếu tất cả các điều kiện trên được đáp ứng (ngoại trừ hệ số dẫn nhiệt l hoặc [] là hàm số tuyến tính của nhiệt độ) thì vẫn áp dụng các hệ thức trên nhưng hệ số dẫn nhiệt được tính ở nhiệt độ trung bình.

Tương tự, nếu một vật thể có chiều dài l được giới hạn bởi hai mặt đẳng nhiệt, hình lăng trụ, đồng trục có nhiệt độ T₁ và T₂ và đường kính D_i và D_e tương ứng, và nếu hai đầu của vật thể là các mặt đoạn nhiệt phẳng vuông góc với hình lăng trụ, và các vật liệu là ổn định, đồng nhất và đẳng hướng, thì các hệ thức dưới đây bằng đạo hàm từ định luật Fourier trong các điều kiện ổn định sẽ được áp dụng nếu độ dẫn nhiệt l hoặc nhiệt trở suất r không phụ thuộc vào nhiệt độ:

         (A.10)

       (A.11)

Trong đó D có thể là đường kính bên ngoài hoặc bên trong hoặc đường kính xác định khác.

Nếu tất cả các điều kiện trên đều được đáp ứng ngoại trừ hệ số dẫn nhiệt l một hàm số tuyến tính của nhiệt độ thì các hệ thức trên vẫn được áp dụng nhưng hệ số dẫn nhiệt được tính theo nhiệt độ trung bình qua biểu thức sau:

Với những giới hạn trên, công thức (8) và (10) thường được sử dụng để xác định hệ số dẫn nhiệt của môi trường không trong suốt, đồng nhất từ các đại lượng đã đo được ở nhiệt độ trung bình T­_­m.

Tương tự, công thức (A.8) và (A.10) còn thường được dùng để xác định đặc tính nhiệt của các môi trường xốp từ các đại lượng đo được mà đối với chúng quá trình truyền nhiệt tổng hợp bao gồm ba phương thức: bức xạ, dẫn nhiệt và đôi khi cả đối lưu nhiệt.

Đặc tính nhiệt đo được đại diện cho tất cả các phương thức truyền nhiệt nêu trên được gọi là độ dẫn nhiệt (đôi khi còn gọi là độ dẫn nhiệt biểu kiến, tương đương hoặc hiệu quả) của môi trường xốp đồng nhất khi nó không phụ thuộc vào kích thước hình học của mẫu đo, tính chất bức xạ nhiệt của các bề mặt giới hạn của mẫu đo và chênh lệch nhiệt độ (T­₁ – T₂).

Khi các điều kiện đó không thỏa mãn, nhiệt trở bề mặt phải được sử dụng để biểu thị đặc tính của mẫu đo với các kích thước hình học, chênh lệch nhiệt độ (T₁ – T₂) và với độ bức xạ nhiệt đã cho của các mặt bên của mẫu đo.

THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] TCVN 7870-5 : 2007, Đại lượng và đơn vị – Phần 5: Nhiệt động lực học.

MỤC LỤC

1. Phạm vi áp dụng

2. Các đại lượng vật lý và định nghĩa

3. Đặc tính năng lượng của công trình

4. Ký hiệu và đơn vị đo của các đại lượng khác

5. Các ký hiệu phụ

Phụ lục A