مقدمه ای بر انتقال حرارت

By | شهریور ۲۲, ۱۳۹۱

اهمیت صرفه جویی در مصرف انرژی و هزینه های سنگین انرژی بر کسی پوشیده نیست. به طور متوسط بیش از ۵۰% درآمد هر جامعه ای صرف تولید و یا خرید انرژی در آن جامعه شده و به طور متوسط ۴۰% کل انرژی مصرفی، صرف سیستم های گرمایش و حرارتی می شود. عایق کاری و فرهنگ آن، در کشورهای توسعه یافته یک اصل در طراحی و یک الزام در ساخت و ساز محسوب می شود، درحالی که اهمیت این اصل در کشور ایران جدی گرفته نشده است. لیکن در سال های اخیر، با توجه به هزینه های روز افزون انرژی در ایران و جهان و به خصوص پس از برداشته شدن یارانه های انرژی، این مهم در بخش صنعتی و ساختمانی رشد چشمگیری داشته و فرهنگ عایق کاری حرارتی در کنار عایق های صوتی و ضدآتش، آینده ای امیدوار کننده در این زمینه را نوید می دهد.

عایق های حرارتی

rockwool1 مقدمه ای بر انتقال حرارتعایق حرارتی عبارتند از موادی که از نرخ انتقال حرارت بین سیستم های فیزیکی مختلف می کاهند و به عبارت ساده تر از تلاف انرژی گرمایی یک سیستم تا حد امکان جلوگیری می کنند.

همواره گرما از سیستم هایی که دمای بالاتری دارند به سیستم های با دمای کمتر، جریان می یابد و این پدیده اجتناب ناپذیر است. اما می توان نرخ این جریان را به شدت کاهش داد و این هدف اصلی عایق های حرارتی است. عایق های حرارتی مختلف برای جلوگیری از مکانیزم های انتقال حرارت وجود دارند.

عایق کاری حرارتی، اتلاف انرژی حرارتی را در بناها، سازه ها و ساختمان ها و همچنین صنایع و تجهیزات به حداقل رسانده و پیرو آن، منجر به صرفه جویی در هزینه های انرژی می شود. معمولا مدت زمان بازگشت سرمایه گذاری در عایق کاری، کم تر از یک سال است.

همچنین، از طریق بهینه سازی مصرف انرژی و صرفه جویی در هزینه های انرژی از طریق عایق کاری، ظرفیت سیستم گرمایش و سرمایش مورد نیاز را نیز می توان کاهش داد و به این ترتیب از حجم سرمایه گذاری در سیستم های تهویه و گرمایش نیز کاسته می شود.

از دیگر مزایای عایق کاری می توان به کنترل دمایی بهتر، جلوگیری از یخ زدگی و شکست تجهیزات و بسته به نوع عایق، ایجاد مقاومت در مقابل صوت و آتش سوزی، اشاره کرد.

معمول است که در عایق کاری ساختمان و بناها، ضریب مقاومت گرمایی (R-value) عایق ها اهمیت دارد و بهینه بودن عایق با این پارامتر سنجیده می شود، در حالی که در عایق کاری تجهیزاتی چون اجاق ها، کوره ها، فرها و یا راکتورها، ضریب انتقال حرارت (k) و همچنین گرمای ویژه (C) پارامترهای مورد سنجش عایق ها محسوب می شوند، هرچند که ضریب انتقال حرارت (k) معکوس ضریب مقاومت حرارتی (R) می باشد.

عایق های حرارتی را می توان بر اساس شکل محصول نهایی، جنس ماده اولیه تشکیل دهنده عایق، ساختار مولکولی عایق و محدوده دمای کارکردی دسته بندی نمود.

مزایای عایق کاریgeneral%20chart%201 مقدمه ای بر انتقال حرارت

۱- صرفه جویی در مصرف انرژی

۲- کنترل دمای سطح برای حافظت و ایمنی

۳- کنترل دمای فرآیند و پروسه

۴- جلوگیری از میعان و یا تبرید برروی سطوح سرد

۵- کاهش خطرات و آسیب به تجهزات و مقابله با آتش سوزی، خوردگی و ضربه

۶- کاهش نویز

۷- کاهش مصرف منابع طبیعی

مقدمه ای بر انتقال حرارت

انرژی حرارتی: یک سیستم ترمودینامیکی می تواند انرژی های متنوعی را در خود داشته باشد. انرژی حرارتی بخشی از انرژی داخلی کل یک سیستم ترمودینامیکی است که با دمای سیستم خود را نشان می دهد. وقتی انرژی حرارتی، به هر روش یا مکانیزم ممکن، منتقل می شود اصطلاحا به آن انتقال حرارت می گویند. انتقال حرارت عبارت است از تبادل انرژی حرارتی درون یک سیستم و یا میان سیستم های فیزیکی مختلف که با هم اختلاف دما دارند.

حرارت از طریق سه مکانیزم مختلف انتقال می یابد: هدایت (Conduction) – همرفت (Convection) – تابش (Radiation)

هر سه مکانیزم انتقال حرارت ممکن است همزمان در یک سیستم اتفاق بیافتند. لازم به ذکر است که روش چهارمی نیز برای انتقال حرارت وجود دارد که عبارت است از انتقال جرم. مثلا اگر یک جسم گرم از جایی به جای دیگری منتقل شود، طبیعتا انرژی حرارتی آن نیز به همراهش منتقل می شود. این مکانیزم انتقال حرارت در مباحث عایق و عایق کاری، کابردی نداشته و به آن نیز پرداخته نمی شود. همچنین در مکانیزم های تبدیل انرژی نیز ممکن است انرژی حرارتی بدست آید ولی در علوم ترمودینامیک، به طور جداگانه بررسی شده و در انتقال حرارت دنبال نمی شود.

علت انتقال حرارت درون یک سیستم یا بین سیستم های مختلف، اختلاف دما و یا به عبارتی اختلاف در سطح انرژی حرارتی است. همواره حرارت از سطح انرژی بالاتر (دمای بالاتر) به سطح انرژی پایین تر (دمای پایین تر) جریان می یابد تا به تعادل حرارتی برسند (قانون دوم ترمودینامیک).

<<برگرفته از دانشنامه عایق ایران>>