Как приходит и уходит тепло

Из курса физики известно, что передача тепла происходит:

посредством излучения - передача теплоты через электромагнитные волны;
посредством конвекции - передача теплоты через движение газа;
через теплопроводность, т.е. передача теплоты от одного тела к другому при их контакте или от одной более нагретой части тела к другой, менее нагретой.

С тепловыми излучениями мы сталкиваемся летом, загорая под лучами солнца или зимой у костра. Сидя у костра, мы чувствуем, что нагревается только та часть тела, которая обращена к огню. Это объясняется тем, что тепловое или световое излучение распространяются прямолинейно и, поставив преграду на их пути, можно защититься от их воздействия.

Конвекция или движение воздуха в быту имеет другое название – сквозняк, ветер. Мы не говорим «конвекция», мы говорим: «Закройте дверь, дует ». Причина движения воздуха заложена в стремлении природы к равновесию. И если где-то тепло, а где-то холодно, то тёплый и холодный воздух начнут двигаться навстречу друг другу так, чтобы уравнять образовавшуюся разницу в температуре.

Также часто человек сталкивается и с теплопроводностью. Мы точно знаем, что не надо дотрагиваться до раскаленной печки или утюга, и надеваем теплые вещи, когда выходим на мороз. Ярким примером использования знаний механизма передачи тепла является термос.

Если вы попробуете надолго сохранить воду горячей в стеклянной колбе, то у вас ничего не выйдет. Замотав колбу в толстое полотенце или поставив её в ещё одну колбу так, чтобы боковые поверхности не соприкасались, вы сохраните воду горячей гораздо дольше. Внешняя колба затрудняет доступ холодного воздуха к внутренней колбе и уменьшает передачу тепла за счет конвекции. Если поверхность внутренней колбы сделать зеркальной, то зеркало будет отражать тепло, уходящее из колбы посредством излучения, и такие две колбы образуют термос, в котором горячая вода сохраняется очень долго.

Какая же тут может быть аналогия между термосом и окном?

Окно с одним стеклом будет лучше отдавать тепло комнаты, чем окно с двумя стеклами. Сделав внутреннее стекло, как в термосе, зеркальным», мы получим «окно-термос», которое не будет выпускать тепло из комнаты. Разница между термосом и окном состоит лишь в том, что окно, в отличии от термоса, должно оставаться прозрачным и пропускать свет, не пропуская при этом тепло.

Решая эту задачу, ученые и инженеры разработали покрытия про«зрачные и почти невидимые для человеческого глаза. Через стекло с таким «зеркалом» проходит в достаточном количестве свет, но не проходит тепло, и такое стекло называют «тепловым зеркалом», селективным, низкоэмисионным (английское название - Low E ) или энергосберегающим стеклом.

Если принять за 100% тепло, уходящее через окно с одним стеклом, то через окно с двумя стеклами тепла уйдет в два раза меньше. Окно с энергосберегающим стеклом пропускает через себя тепла в 3-9 раза меньше, чем через окно с одним стеклом. В окне с обычными стеклами передача тепла происходит следующим образом: 70% тепла уходит посредством излучения и 30%-путём конвекции и теплопроводности.

Численно выражение количества тепла, уходящего, или приходящего через окно, характеризуется величиной R, называемой «сопротивление теплопередаче», и измеряется в м ? ?С / Вт. Величина k=1/R, называемая коэффициентом теплопередачи, показывает, какое количество тепла проходит через один квадратный метр окна при разности температур между внутренней и внешней его поверхностью, равной одному градусу Цельсия.

Например, R=0,5 м??С/Вт. Это означает, что при разнице температур с двух сторон стеклопакета, равно й одному градусу, через один квадратный метр уходит 2 Вт тепла. Если разница температур достигает 10 ?С, то через стеклопакет уходит 20 Вт. Если площадь окна равна 2м?, то через него уходит 40Вт.

Чем больше R, тем меньше тепла проходит через окно. Практика показывает, что установка энергосберегающего стеклопакета в окно сокращает затраты на отопление и кондиционирование в три-пять раз в сравнении с обычным остеклением.

Существует мнение, что, увеличивая расстояние между стеклами в раме, можно достичь высокого сопротивления теплопередаче окна. Действительно, увеличение ширины газового пространства между стеклами в окне или стеклопакете увеличивает величину R до определенной максимальной величины. Затем сопротивление стабилизируется, приближаясь к предельному значению, и начинает понижаться по мере того, как увеличивается ширина газового пространства. Когда внутренняя полость стеклопакета заполняется газом с более низкой удельной теплопроводностью, например, аргоном или криптоном, то естественная конвекция уменьшается, увеличивая общую величину R. Причиной ограничения роста величины теплопроводности с увеличением размера газового пространства является естественная конвекция, вызванная в стеклопакете разностью температур между «теплым» и «холодным» стеклом.

Если бы естественная конвекция отсутствовала, то величина R стеклопакета продолжала бы увеличиваться по мере увеличения газового пространства.

Однако, в связи с тем, что газовое пространство увеличивается. Повышается температура «теплого» стекла. Газ, граничащий с «теплым» стеклом, нагревается и поднимается вверх. Его место занимает, более холодный газ. В результате происходит непрерывное круговое движение газа. Такое движение газа естественная конвекция – способствует теплообмену между «теплым» и «холодным» стеклом.

«Стекло в вопросах и ответах», методическое пособие

Как приходит и уходит тепло

Окна. Металлопластиковые окна. Металопластикові вікна. Окна ПВХ. Изготовление. Установка окон. Окна металлопластиковые являются украшением Вашего дома.