तापीय संप्रेषण

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ऊष्मीय संप्रेषण पदार्थ के माध्यम से ऊष्मा के हस्तांतरण की दर है। किसी सामग्री (जैसे इन्सुलेशन या कंक्रीट) या असेंबली (जैसे दीवार या खिड़की) का थर्मल ट्रांसमिटेंस आर-वैल्यू (इन्सुलेशन)#यू-फैक्टर.2एफयू-वैल्यू|यू-वैल्यू के रूप में व्यक्त किया जाता है। किसी संरचना का आर-मान (इन्सुलेशन) उसके तापीय संप्रेषण का व्युत्क्रम होता है।

यू-वैल्यू

हालांकि यू-वैल्यू (या यू-फैक्टर) की अवधारणा सार्वभौमिक है, यू-वैल्यू को विभिन्न इकाइयों में व्यक्त किया जा सकता है। अधिकांश देशों में, यू-मूल्य एसआई इकाइयों में प्रति वर्ग मीटर-केल्विन वाट के रूप में व्यक्त किया जाता है:

डब्ल्यू / (एम2⋅के)

युनाइटेड स्टेट्स में, यू-वैल्यू को ब्रिटिश थर्मल यूनिट (बीटीयू) प्रति घंटा-वर्ग फुट-डिग्री फ़ारेनहाइट के रूप में व्यक्त किया जाता है:

Btu/(h⋅ft2⋅°F)

इस आलेख के भीतर, यू-वैल्यू एसआई में व्यक्त किए जाते हैं जब तक कि अन्यथा ध्यान न दिया जाए। एसआई से यूएस प्रथागत मूल्यों में बदलने के लिए, 5.678 से विभाजित करें।[1] इमारत के अच्छी तरह से इंसुलेटेड हिस्सों में कम थर्मल ट्रांसमिटेंस होता है, जबकि बिल्डिंग के खराब इंसुलेटेड हिस्सों में हाई थर्मल ट्रांसमिटेंस होता है। यू-वैल्यू में ऊष्मीय विकिरण , थर्मल संवहन और तापीय चालकता के कारण होने वाले नुकसान को ध्यान में रखा जाता है। यद्यपि इसमें ऊष्मा अंतरण गुणांक के समान इकाइयाँ हैं, तापीय संप्रेषण इस मायने में भिन्न है कि ऊष्मा अंतरण गुणांक का उपयोग केवल तरल पदार्थों में ऊष्मा हस्तांतरण का वर्णन करने के लिए किया जाता है, जबकि तापीय संप्रेषण का उपयोग एक समीकरण को सरल बनाने के लिए किया जाता है जिसमें तापीय प्रतिरोध के कई अलग-अलग रूप होते हैं।

यह समीकरण द्वारा वर्णित है:

Φ = ए × यू × (टी1- टी2)

जहां Φ वाट में गर्मी हस्तांतरण है, यू थर्मल ट्रांसमिशन है, टी1संरचना के एक तरफ का तापमान है, टी2संरचना के दूसरी तरफ का तापमान है और ए वर्ग मीटर में क्षेत्र है।

ज़्यादातर दीवारों और छतों के of थर्मल ट्रांसमिटेंस की गणना ISO 6946 का उपयोग करके की जा सकती है, जब तक कि इंसुलेशन पर मेटल ब्रिजिंग न हो, ऐसे मामले में इसकी गणना ISO 10211 का उपयोग करके की जा सकती है। अधिकांश भूतल के लिए इसकी गणना ISO 13370 का उपयोग करके की जा सकती है। अधिकांश खिड़कियों के लिए थर्मल ट्रांसमिशन की गणना आईएसओ 10077 या आईएसओ 15099 का उपयोग करके की जा सकती है। आईएसओ 9869 वर्णन करता है कि प्रयोगात्मक रूप से संरचना के थर्मल ट्रांसमिशन को कैसे मापें। सामग्री की पसंद और स्थापना की गुणवत्ता का खिड़की के इन्सुलेशन परिणामों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है। विंडो सिस्टम का फ्रेम और डबल सीलिंग खिड़की का इन्सुलेशन में वास्तविक कमजोर बिंदु हैं।

सामान्य भवन संरचनाओं के लिए विशिष्ट तापीय संप्रेषण मूल्य इस प्रकार हैं:[citation needed]

  • एकल ग्लेज़िंग (खिड़की): 5.7 W/(m2⋅के)
  • सिंगल ग्लेज्ड विंडो, फ्रेम के लिए अनुमति: 4.5 W/(m2⋅के)
  • दोगुना चमकता हुआ विंडो, फ्रेम के लिए अनुमति: 3.3 W/(m2⋅के)
  • उन्नत कोटिंग्स के साथ डबल ग्लेज्ड खिड़कियां: 2.2 W/(m2⋅के)
  • उन्नत कोटिंग्स और फ्रेम के साथ डबल ग्लेज्ड विंडो: 1.2 W/(m2⋅के)
  • ट्रिपल ग्लेज्ड विंडो, फ्रेम के लिए अनुमति: 1.8 W/(m2⋅के)
  • ट्रिपल ग्लेज्ड विंडो, उन्नत कोटिंग्स और फ्रेम के साथ: 0.8 W/(m2⋅के)[2]
  • अच्छी तरह से इंसुलेटेड छतें: 0.15 W/(m2⋅के)
  • खराब इंसुलेटेड छतें: 1.0 W/(m2⋅के)
  • अच्छी तरह से इंसुलेटेड दीवारें: 0.25 W/(m2⋅के)
  • खराब इंसुलेटेड दीवारें: 1.5 W/(m2⋅के)
  • अच्छी तरह से अछूता फर्श: 0.2 W/(m2⋅के)
  • खराब इंसुलेटेड फर्श: 1.0 W/(m2⋅के)

व्यावहारिक रूप से थर्मल ट्रांसमिटेंस कारीगरी की गुणवत्ता से दृढ़ता से प्रभावित होता है और यदि इन्सुलेशन खराब तरीके से लगाया जाता है, तो इन्सुलेशन अच्छी तरह से फिट होने से थर्मल ट्रांसमिटेंस काफी अधिक हो सकता है।[3]


तापीय संप्रेषण की गणना

तापीय संप्रेषण की गणना करते समय इसकी विभिन्न परतों के संदर्भ में भवन के निर्माण पर विचार करना सहायक होता है। उदाहरण के लिए एक गुहा दीवार को निम्न तालिका में वर्णित किया जा सकता है:

Thickness Material Conductivity Insulance = thickness / conductivity
— Outside surface — 0.04 K⋅m2/W
0.10 m (0.33 ft) Clay bricks 0.77 W/(m⋅K) 0.13 K⋅m2/W
0.05 m (0.16 ft) Glasswool 0.04 W/(m⋅K) 1.25 K⋅m2/W
0.10 m (0.33 ft) Concrete blocks 1.13 W/(m⋅K) 0.09 K⋅m2/W
— Inside surface — 0.13 K⋅m2/W

इस उदाहरण में कुल इंसुलेंस 1.64 K⋅m है2/डब्ल्यू. संरचना का तापीय संप्रेषण कुल तापीय रोधन का गुणात्मक प्रतिलोम है। इस संरचना का तापीय संप्रेषण इसलिए 0.61 W/(m2⋅के)।

(ध्यान दें कि यह उदाहरण सरलीकृत है क्योंकि यह ईंटों और ठोस ब्लॉकों के बीच इन्सुलेशन या मोर्टार संयुक्त को बाधित करने वाले किसी भी धातु कनेक्टर, वायु अंतराल को ध्यान में नहीं रखता है।)

निम्नलिखित तालिका में दीवार के थर्मल ट्रांसमिशन की गणना में मोर्टार जोड़ों की अनुमति देना संभव है। चूंकि मोर्टार जोड़ हल्के कंक्रीट ब्लॉकों की तुलना में गर्मी को अधिक आसानी से पारित करने की अनुमति देते हैं, मोर्टार (चिनाई) को हल्के कंक्रीट ब्लॉकों को पाटने के लिए कहा जाता है।

Thickness Material Conductivity Insulance = thickness / conductivity
— Outside surface — 0.04 K⋅m2/W
0.10 m (0.33 ft) Clay bricks 0.77 W/(m⋅K) 0.13 K⋅m2/W
0.05 m (0.16 ft) Glasswool 0.04 W/(m⋅K) 1.25 K⋅m2/W
0.10 m (0.33 ft) Light concrete blocks 0.30 W/(m⋅K) 0.33 K⋅m2/W
(Bridge, 7%) Mortar between concrete blocks 0.88 W/(m⋅K) 0.11 K⋅m2/W
0.01 m (0.033 ft) Plaster 0.57 W/(m⋅K) 0.02 K⋅m2/W
— Inside surface — 0.13 K⋅m2/W

ब्रिज्ड लेयर का औसत थर्मल इंसुलेशन मोर्टार (चिनाई) द्वारा उठाए गए क्षेत्र के अंश पर निर्भर करता है, जिसकी तुलना हल्के कंक्रीट ब्लॉकों द्वारा लिए गए क्षेत्र के अंश से होती है। थर्मल ट्रांसमिशन की गणना करने के लिए जब ब्रिजिंग मोर्टार जोड़ होते हैं तो दो मात्राओं की गणना करना आवश्यक होता है, जिसे 'आर' के रूप में जाना जाता हैmaxऔर आरmin. आरmaxकुल तापीय रोधन के बारे में सोचा जा सकता है यदि यह मान लिया जाए कि ऊष्मा का कोई पार्श्व प्रवाह नहीं है और आरminकुल तापीय रोधन के बारे में सोचा जा सकता है यदि यह मान लिया जाए कि ऊष्मा के पार्श्व प्रवाह का कोई प्रतिरोध नहीं है। उपरोक्त निर्माण का यू-मूल्य लगभग 2/(आरmax+ आरmin) ब्रिजिंग से निपटने के तरीके के बारे में अधिक जानकारी ISO 6946 में दी गई है।

तापीय संप्रेषण मापना

मानकीकरण के लिए अंतर्राष्ट्रीय संगठन की योजना और एएसटीएम अंतर्राष्ट्रीय अनुरूप तापीय संप्रेषण मापन प्रणाली।

जबकि थर्मल ट्रांसमिटेंस की गणना आसानी से सॉफ्टवेयर की मदद से की जा सकती है जो आईएसओ 6946 के अनुरूप है, एक थर्मल ट्रांसमिशन गणना पूरी तरह से कारीगरी को ध्यान में नहीं रखती है और यह हवा के बीच, माध्यम से और आसपास के वर्गों के बीच हवा के संचलन की अनुमति नहीं देती है। इन्सुलेशन। कारीगरी से संबंधित कारकों के प्रभाव को पूरी तरह से ध्यान में रखने के लिए थर्मल ट्रांसमिशन मापन करना आवश्यक है।[4]

ISO 9869 और ASTM C1155, मॉडल TRSYS के अनुसार थर्मल ट्रांसमिशन के लिए माप प्रणाली का उदाहरण।

आईएसओ 9869 बताता है कि हीट फ्लक्स सेंसर का उपयोग करके छत या दीवार के थर्मल ट्रांसमिशन को कैसे मापना है। इन हीट फ्लक्स मीटर में आमतौर पर थर्मोपाइल्स होते हैं जो एक विद्युत संकेत प्रदान करते हैं जो हीट फ्लक्स के सीधे अनुपात में होता है। आमतौर पर वे लगभग हो सकते हैं 100 mm (3.9 in) व्यास में और शायद लगभग 5 mm (0.20 in) मोटी और उन्हें छत या दीवार पर मजबूती से लगाने की जरूरत है जो अच्छा थर्मल संपर्क सुनिश्चित करने के लिए परीक्षण के अधीन है। जब पर्याप्त रूप से लंबे समय तक गर्मी के प्रवाह की निगरानी की जाती है, तो थर्मल संप्रेषण की गणना इमारत के अंदर और बाहर के तापमान में औसत अंतर से औसत गर्मी प्रवाह को विभाजित करके की जा सकती है। अधिकांश दीवार और छत के निर्माण के लिए हीट फ्लक्स मीटर को आईएसओ 9869 मानकों के अनुरूप होने के लिए 72 घंटे की अवधि के लिए लगातार गर्मी प्रवाह (और आंतरिक और बाहरी तापमान) की निगरानी करने की आवश्यकता होती है।

आम तौर पर, थर्मल ट्रांसमिशन मापन सबसे सटीक होते हैं जब:

  • इमारत के अंदर और बाहर के तापमान में कम से कम अंतर होता है 5 °C (9.0 °F).
  • मौसम धूप के बजाय बादलदार है (इससे तापमान का सटीक मापन आसान हो जाता है)।
  • गर्मी प्रवाह मीटर और परीक्षण की जा रही दीवार या छत के बीच अच्छा थर्मल संपर्क है।
  • गर्मी के प्रवाह और तापमान की निगरानी कम से कम 72 घंटों में की जाती है।
  • बिल्डिंग एलिमेंट पर अलग-अलग स्पॉट्स को मापा जाता है या बिल्डिंग एलिमेंट की एकरूपता को सुरक्षित करने के लिए थर्मोग्राफिक कैमरा का इस्तेमाल किया जाता है।

जब संवहन धाराएं किसी इमारत के घटक में गर्मी संचारित करने में एक भूमिका निभाती हैं, तो तापमान अंतर बढ़ने पर तापीय संप्रेषण बढ़ जाता है। उदाहरण के लिए, के आंतरिक तापमान के लिए 20 °C (68 °F) और का बाहरी तापमान −20 °C (−4 °F), एक डबल ग्लेज्ड विंडो में पैन के बीच का इष्टतम अंतर बाहरी तापमान के लिए इष्टतम अंतर से छोटा होगा 0 °C (32 °F).

सामग्रियों का निहित तापीय संप्रेषण भी तापमान के साथ भिन्न हो सकता है—इसमें शामिल तंत्र जटिल हैं, और तापमान बढ़ने पर संप्रेषण बढ़ या घट सकता है।[5]


संदर्भ

  1. ↑ Holladay, Martin. "मीट्रिक और इंपीरियल". Green Building Advisor. Retrieved 25 March 2019.
  2. ↑ Passivhaus Institute's thermal testing results for Rehau Geneo 'PHZ' triple glazed window [1]
  3. ↑ Field investigations of the thermal performance (U-values) of construction elements as built [2]
  4. ↑ "greenTEG Application Note Building Physics" (PDF).
  5. ↑ Thermal conductivity of some common materials and gases
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