Дом 2010-02, страница 43
Кондуктивная теплопередача обусловлена движением молекул. Она может наблюдаться и в подвижном (даже навстречу газовому потоку), и в абсолютно неподвижном воздухе в случае наличия зон воздуха с различной температурой. В горячих зонах молекулы более энергичны (имеют большую скорость), чем в холодных зонах. Поэтому в процессе взаимной диффузии (миграции) молекулы из горячих зон приносят добавочное тепло, а молекулы, прибывшие в горячие зоны из холодных, приносят холод. Величина кондуктивного теплового потока равна где X — коэффициент теплопроводности среды, AT — перепад температуры на слое среды толщиной 5. Величина ЛТ/б называется градиентом температуры в среде, величина ак = 1/з — коэффициентом кондук-тивной передачи. Для оценки можно принять ак= 10 Вт/(м2-град) для любых поверхностей (для раздетого ли человека, нагретых или охлаждённых стен, батарей отопления и других условно плоских поверхностей в неподвижном воздухе). Так, например, человек, выделяющий внутри себя в состоянии покоя 60 Вт тепла постоянно, сбрасывает это тепло излучением ал(Тк-Т) (где ая = 7 Вт/(м2 град) — коэффициент бытовой лучистой теплопередачи) и теплопроводностью воздуха ак(Тк-Т) (где а = 10 Вт/(м2-град)), вследствие чего раздетый человек с температурой кожи Тк = 30°С не мёрзнет в состоянии покоя при температуре воздуха и стен 26°С. Действительно, в соответствии с исследованиями Кричагина (1966 г.) термический комфорт раздетого лежащего человека достигается при 25-27°С. Если же человек находится на ярком солнце (например, в высокогорных Альпах), где уровень солнечного излучения достигает 1,05 кВт/м2 (причём за счёт отражения от снега излучение исходит со всех сторон), то раздетый человек с сухой кожей в окружении деревьев не мёрзнет в абсолютно полный штиль даже при температуре воздуха -30°С. Однако даже малейшие дуновения воздуха изменяют всю картину, поскольку добавляется теплоотвод за счёт конвекции (движения) воздуха. При скорости же ветра 3 м/сек человек с сухой кожей на солнце в условиях высокогорья мёрзнет уже при 0°С. А если вокруг нет деревьев, то заметными становятся и потери излучения в ясное небо (космос). Ещё серьёзней будут последствия увлажнения кожи раздетого человека. Конвективная теплопередача наблюдается только при движении воздуха. Если в случае кондуктивной теплопередачи каждая энергичная молекула с трудом мигрирует среди других молекул воздуха из горячей зоны в холодную, то при конвективной теплопередаче все энергичные молекулы могут разом «сдуться» ветром в составе всей массы воздуха из горячей зоны в холодную. Конвективный теплопоток (кВт/м2) равен Чконв= CpPV(T1-T2)=1,3V(T1-T2), где Ср — массовая теплоёмкость воздуха; Р — плотность воздуха; V — скорость перемещения воздуха (ветра); Т1 и Т2 — температуры горячей и холодной зон. Именно конвективную теплопередачу мы имели в виду при рассмотрении аэродинамики бани [2]. Так, металлическая печь нагревает вокруг себя воздух до температуры Тг Этот горячий воздух постоянно «сдувается» потоком ветра (конвективным потоком) и заменяется на холодный воздух с температурой Т2, который в свою очередь начинает нагреваться от стенки печи. При этом воздух, контактирующий с горячей поверхностью, вовсе не обязан успеть нагреться до температуры поверхности. Нагревается до температуры поверхности лишь тонкий пристеночный слой, причём скорость его скольжения вдоль поверхности может быть намного меньшей, чем скорость всего набегающего газового потока. Если горячий воздушный поток поступает, например, сверху вниз с потолка на холодный пол (или на тело человека), то лишь небольшая (по экспериментальным оценкам — примерно одна двухсотая) доля тепловой энергии горячего воздуха отдаётся самому полу. Это объясняется той банальной причиной, что не весь горячий воздух из набегающего потока может вступить в контакт с холодным полом, а лишь очень небольшая его доля. Если поток воздуха — ламинарный (не имеет завихрений, то есть турбулент-ностей), то теплоотдача (кВт/м2) от поверхности в набегающий поток воздуха в теории бассейнов численно равна <Ur0.006VAT, где V — скорость движения воздуха (м/сек), ДТ — разница температур воздуха и поверхности. Для ориентировки приведём характеристики силы ветра по шкале Бофорта [3].
«Дом» 2/2010 43 |
