otwórz w nowym oknie / strona główna / oferta

Przewodzenie ciepła przez materiały ogniotrwałe.

Przenoszenie ciepła przez ścianę-przegrodę opisuje prosta zależność. Ilość przenoszonej energii zależy od różnicy temperatur po dwóch stronach ściany i od własności tej przegrody. Wiadomo, że nawet przy tej samej różnicy temperatur ściany zbudowane z różnych materiałów, o różnej grubości, przeniosą inną ilość ciepła. Pojawia się tu więc współczynnik przenoszenia ciepła, w którym zawarte są wszystkie składowe stałe i zmienne materiałowe – na pewno znany z budownictwa i oznaczany w tym przypadku literą U (ogólnie natomiast literą k). Przenoszenie ciepła przez ścianę składa się z trzech etapów: przejmowanie ciepła przez powierzchnię po gorętszej stronie, przewodzenia ciepła przez materiał ściany (tu pojawia się znany z tabel współczynnik przewodności „lambda”) i oddawania ciepła po stronie chłodniejszej. Często przytaczana jest przy okazji tego procesu analogia elektryczna. Po prostu są to trzy oporniki połączone w szeregu. Ich opory sumują się. Przez każdy z nich musi przepłynąć ta sama ilość prądu-ciepła, bo ten-to ani zniknąć nigdzie po drodze nie może, ani przybrać na natężeniu też nie ma możliwości.
Ponieważ we wspomnianej na początku zależności współczynnik przenoszenia ciepła nie jest oporem, a jego odwrotnością (przy rosnącym oporze ciepła płynęłoby mniej, a przy rosnącym współczynniku k tegoż przybywa), nie można oczywiście już poszczególnych współczynników zsumować – wiadomo: dokładanie kolejnych warstw lub zwiększanie ich grubości nie zwiększy ilości przenoszonego ciepła – wręcz przeciwnie (z pewnym wyjątkiem). To można z kolei porównać do rury ze stopniowaną średnicą – dokładnie z trzema stopniami. Natężenie przepływu wody będzie zależało głównie od średnicy najmniejszej. Pozostałe stopnie najwyżej mogą go, choć nieznacznie, ale tylko pomniejszyć. Z ciepłem przepływającym przez ścianę jest podobnie – jego ilość będzie zależała od tego „wąskiego gardła” i sumaryczny współczynnik przenoszenia ciepła może być tylko mniejszy od najmniejszej składowej – czyli: zdolności przejmowania ciepła przez ścianę, jej zdolności do przewodzenia lub zdolności do oddawania zimniejszemu ośrodkowi. W szczególnym przypadku ścian ogniotrwałych, czyli, z definicji, podlegających dużym obciążeniom cieplnym po jednej stronie (przypadek elementów nieprzenoszących ciepła – wewnętrznych, nas w tym temacie nie interesuje), tym decydującym o wielkości strumienia cieplnego „wąskim gardłem” jest zdolność przewodzenia materiału ściany i zdolność do rozpraszania ciepła.
Oczywiście w ogólnym przypadku nie możemy zaniedbywać żadnego ze współczynników. Zupełnie inaczej, będzie na przykład w przypadku przenoszenia ciepła przez stalową ściankę rury dymowej lub wymiennika. Tam mniejsze znaczenie będzie miało przewodzenie ciepła przez ściankę z powodu dużego współczynnika przewodności stali. Tam trzeba przyjrzeć się raczej powierzchni przejmującej ciepło od spalin – reszta tu, dla odmiany, nie ma większego znaczenia.
Współczynniki przewodzenia i przejmowania ciepła nie mają stałych wartości – te zmieniają się wraz z temperaturą. W przypadku materiałów zwartych (ceramicznych i betonowych) te zmiany nie są bardzo znaczące. Im bardziej zwarty, masywny materiał, tym bardziej cechuje go w wyższych temperaturach spadek zdolności do przewodzenia. W przypadku tworzyw z dużym udziałem otwartych porów wypełnionych powietrzem, przewodność wraz z temperaturą rośnie, i to w tym akurat przypadku, dość znacznie.
Na przykład: współczynnik przewodności λ (lambda) maty włóknistej o gęstości 64 kg/m³ w temperaturze 200^oCwynosi 0,07 W/mK, a w temperaturze 1000^oC już 0,45 W/mK (ponad sześciokrotny wzrost przewodności!), maty o gęstości 128 kg/m³ już „tylko” odpowiednio 0,06 i 0,27.
Dla jednego z gatunków wypalanego wyrobu magnezytowego natomiast (gęstość 3000kg/m³), przewodność w temperaturze 300^oC λ=5,1, a w temperaturze 1000^oC - 3,8. Widać więc znaczące różnice zachowania tych dwóch skrajnie różniących się zwartością materiałów ogniotrwałych i wpływ gęstości na parametry cieplne.
Przyczyną tego zjawiska jest to, że naturalna skłonność materiałów krystalicznych do coraz większego „blokowania” ciepła wraz ze wzrostem temperatury, w przypadku materiałów mocno porowatych jest zakłócana przez rosnącą rolę powietrza (zawartego w porach) w konwekcyjnym przenoszeniu energii. Własności cieplne samego tworzywa wyrobu porowatego schodzą jakby na drugi plan.

cdn.

reframat.pl

Tematy powiązane:
Izolacja ogniotrwała >>
Akumulowanie ciepła >>
Zasady budowy wymurówek ogniotrwałych >>

Pytanie?

Powrót do strony głównej