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 200oCwynosi 0,07 W/mK,
a w temperaturze 1000oC już 0,45 W/mK
(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
300oC λ=5,1,
a w temperaturze 1000oC
- 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 >>