TIÊU CHUẨN XÂY DỰNG VIỆT NAM TCXDVN 299:2003 VỀ CÁCH NHIỆT – CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐỊNH NGHĨA DO BỘ XÂY DỰNG BAN HÀNH

TIÊU CHUẨN XÂY DỰNG VIỆT NAM

TCXDVN 299: 2003

(ISO 7345: 1987)

CÁCH NHIỆT – CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐỊNH NGHĨA

Thermal insulation- physical quantities and definitions

Lời nói đầu

TCXDVN 299: 2003 (ISO 7345:1987)- Cách nhiệt- Các đại lượng vật lý và định nghĩa được chấp nhận từ ISO 7345:1987- Cách nhiệt- Các đại lượng vật lý và định nghĩa.

TCXDVN 299: 2003 (ISO 7345:1987)- Cách nhiệt- Các đại lượng vật lý và định nghĩa do Viện Nghiên cứu Kiến trúc chủ trì biên soạn, Vụ Khoa học Công nghệ- Bộ Xây dựng đề nghị và được Bộ Xây dựng ban hành.

Phần giới thiệu

TIÊU CHUẨN NÀY LÀ MỘT TRONG CÁC TIÊU CHUẨN VỀ THUẬT NGỮ LIÊN QUAN ĐẾN CÁCH NHIỆT, BAO GỒM:

– TCXDVN 300: 2003 (ISO 9251-1987). CÁCH NHIỆT – CÁC ĐIỀU KIỆN TRUYỀN NHIỆT VÀ CÁC ĐẶC TÍNH CỦA VẬT LIỆU – THUẬT NGỮ.

– ISO 9346. CÁCH NHIỆT- TRUYỀN NHIỆT KHỐI- CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐỊNH NGHĨA.

– ISO 9288. CÁCH NHIỆT- TRUYỀN NHIỆT BẰNG BỨC XẠ – CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐỊNH NGHĨA

CÁCH NHIỆT – CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ ĐỊNH NGHĨA

Thermal insulation- physical quantities and definitions

1. Phạm vi và lĩnh vực 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.

GHI CHÚ: DO PHẠM VI CỦA TIÊU CHUẨN NÀY CHỈ GIỚI HẠN TRONG LĨNH VỰC CÁCH NHIỆT NÊN MỘT SỐ ĐỊNH NGHĨA ĐƯA RA Ở MỤC 2 KHÁC VỚI NHỮNG ĐỊNH NGHĨA ĐƯA RA Ở ISO 31/4- CÁC ĐẠI LƯỢNG VẬT LÝ VÀ CÁC ĐƠN VỊ NHIỆT. ĐỂ PHÂN BIỆT SỰ KHÁC NHAU ĐÓ, TRƯỚC CÁC THUẬT NGỮ CÓ ĐÁNH DẤU SAO (*) .

2. Các đại lượng vật lý và định nghĩa

5. Các ký hiệu phụ:

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

Những ký hiệu phụ dưới đây khuyến cáo sử dụng:

– bên trong (interior).                                          i

– bên ngoài (exterior)                                         e

– bề mặt (surface)                                              s

– mặt trong (interior surface)                               si

– mặt ngoài (exterior surface)                             se

– dẫn truyền (conduction)                                   cd

– đối lưu (convection)                                        cv

– bức xạ (radiation)                                            r

– tiếp xúc (contact)                                            c

– không gian khí (không khí) (gas (air) space)       g

– môi trường xung quanh (ambient)                    a

PHỤ LỤC

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 EN

Từ định nghĩa này có:

grad T.en =                                                                                     (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:

                                                                                 (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 An chứa điểm P, nơi mà trị số q có giá trị lớn nhất và được ký hiệu bằng véctơ q:

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

Véctơ q được gọi là “mật độ dòng nhiệt” (không phải cường độ dòng nhiệt). Thuật ngữ “dòng nhiệt” và “lưu lượng dòng nhiệt” là cách nói tương đương khi đề cập tới dẫn nhiệt. Bất kỳ khi nào véctơ q 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 q tại điểm P bằng định luật Fourier. Trường hợp đơn giản nhất (vật liệu đẳng nhiệt) là khi grad T và q 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 q:

grad T = – rq                                                                  (4)

Trong trường hợp này r cũng là hệ số tỷ lệ nghịch giữa các thành phần của grad T và q 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 q. Do đó nhiệt trở suất được xác định thông qua tenxơ [r] của chín hệ số của các đại lượng tỷ lệ tuyến tính đó theo hệ thức dưới đây :

grad T = – [r] q                                                  (5)

Nếu nhiệt trở suất r hoặc [r] không đổi theo toạ 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 ở điểm P

Đây là đại lượng cho phép để tính toán véctơ q 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 q và grad T song song và ngược chiều thì:

q = – l grad T                                                    (6)

lr = 1

Giống như nhiệt trở suất, độ dẫn nhiệt trong hầu hết các trường hợp là một tenxơ [l ] 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 q theo hệ thức dưới đây:

q = – lgrad T                                         (7)

Như vậy [l ] có thể được xác định được bằng cách đảo ngược [r ] và ngược lại. Nếu độ dẫn nhiệt l hoặc [l ] không đổi theo toạ 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 [l ], hoặc nhiệt trở suất r hoặc [r] không phụ thuộc nhiệt độ:

                           (8)

                            (9)

Nếu tất cả các điều kiện trên được đáp ứng (ngoại trừ hệ số dẫn nhiệt l hoặc [l] 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 D₁ và D₂ 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 = 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 :

                  (10)

   (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 là 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:

Tm = 

Với những giới hạn trên, công thức (8), (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 Tm.

Tương tự, công thức (8) và (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 thoả 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.