तापीय संप्रेषण

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तापीय संप्रेषण पदार्थ के माध्यम से ऊष्मा के स्थानान्तरण की दर है एक पदार्थ (जैसे ऊष्मा रोधी या ठोस) या एक असेंबली (जैसे दीवार या खिड़की) का तापीय संप्रेषण यू-मान के रूप में व्यक्त किया जाता है किसी संरचना का तापीय रोधन उसके तापीय संप्रेषण का व्युत्क्रम होता है।

यू-मान

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

W/(m2⋅K)

संयुक्त राज्य अमेरिका में यू-मान को ब्रिटिश तापीय इकाई (बीटीयू) प्रति घंटा-वर्ग फुट-डिग्री फ़ारेनहाइट के रूप में व्यक्त किया जाता है:

Btu/(h⋅ft2⋅°F)

इस आलेख के भीतर यू-मान एसआई में व्यक्त किए जाते हैं जब तक कि ध्यान नही दिया जाता है एसआई से यूएस विशिष्ट मानों के रूपान्तरण के लिए 5.678 से विभाजित किया जाता है।[1]

एक भवन मे अपेक्षाकृत रूप से ऊष्मारोधी भागों में कम तापीय संप्रेषण होता है जबकि भवन के नष्ट ऊष्मारोधी भागों में उच्च तापीय संप्रेषण होता है यू-मान में तापीय विकिरण, तापीय संवहन और तापीय चालकता के कारण होने वाली हानि को ध्यान में रखा जाता है। यद्यपि इसमें ऊष्मा अंतरण गुणांक के समान इकाइयाँ हैं तो तापीय संप्रेषण इस प्रकार से 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 = A × U × (T1 - T2)

जहां Φ वाट में ऊष्मा हस्तांतरण है U तापीय संप्रेषण है T1 संरचना के एक भाग का तापमान है, T2 संरचना के दूसरे भाग तापमान है और A वर्ग मीटर में क्षेत्रफल है।

अधिकांश दीवारों और छतों के तापीय संप्रेषण की गणना आईएसओ 6946 का उपयोग करके की जा सकती है जब तक कि ऊष्मारोधी में धात्विक सेतु न हो, इस स्थिति में इसकी गणना आईएसओ 10211 का उपयोग करके की जा सकती है अधिकांश भूतल के लिए इसकी गणना आईएसओ 13370 का उपयोग करके की जा सकती है आईएसओ 10077 या आईएसओ 15099 का उपयोग करके गणना की जा सकती है आईएसओ 9869 वर्णन करता है कि प्रयोगात्मक रूप से संरचना के तापीय संप्रेषण को कैसे मापें। पदार्थ की रुचि और स्थापना की गुणवत्ता का खिड़की के ऊष्मारोधी परिणामों पर महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है खिड़की की संरचना और छतों के तापीय संप्रेषण वास्तविक दुर्बल बिंदु हैं।

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

  • एकल काँच (खिड़की) के लिए 5.7 W/(m2⋅K)
  • फ्रेम के लिए स्वीकृति देने वाली एकल खिड़कियों के लिए 4.5 W/(m2⋅K)
  • फ्रेम के लिए स्वीकृति देने वाली दोहरी खिड़कियों के लिए: 3.3 W/(m2⋅K)
  • उन्नत लेपन के साथ दोहरी ग्लेज्ड खिड़कियों के लिए: 2.2 W/(m2⋅K)
  • उन्नत लेपन और फ्रेम के साथ दोहरी ग्लेज्ड खिड़कियों के लिए: 1.2 W/(m2⋅K)
  • फ्रेम के लिए स्वीकृति देने वाली त्रिपक्षीय ग्लेज्ड खिड़कियों के लिए: 1.8 W/(m2⋅K)
  • उन्नत लेपन और फ्रेम के साथ त्रिपक्षीय ग्लेज्ड खिड़कियों के लिए: 0.8 W/(m2⋅K)[2]
  • संतोषजनक ऊष्मारोधी छत के लिए 0.15 W/(m2⋅K)
  • असंतोषजनक ऊष्मारोधी छत के लिए : 1.0 W/(m2⋅K)
  • संतोषजनक ऊष्मारोधी दीवारों के लिए: 0.25 W/(m2⋅K)
  • असंतोषजनक ऊष्मारोधी दीवारों के लिए 1.5 W/(m2⋅K))
  • अपेक्षाकृत अच्छी ऊष्मारोधी सतह के लिए : 0.2 W/(m2⋅K)
  • असंतोषजनक ऊष्मारोधी सतह के लिए: 1.0 W/(m2⋅K)

कार्यरत रूप से तापीय संप्रेषण कार्यकुशलता की गुणवत्ता से अत्यधिक प्रभावित होता है और यदि ऊष्मा रोधन असंतोषजनक रूप से प्रयुक्त किया जाता है तो ऊष्मा रोधन अच्छी तरह से प्रयुक्त होने की तुलना में तापीय संप्रेषण अपेक्षाकृत 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 आवश्यक होता है उदाहरण के लिए एक छिद्रित दीवार को निम्न तालिका में वर्णित किया जा सकता है:

घनत्व पदार्थ चालकता ऊष्मा रोधन = घनत्व / चालकता
— बाहरी सतह — 0.04 K⋅m2/W
0.10 m (0.33 ft) मिट्टी की ईंटें 0.77 W/(m⋅K) 0.13 K⋅m2/W
0.05 m (0.16 ft) कांचतंतु 0.04 W/(m⋅K) 1.25 K⋅m2/W
0.10 m (0.33 ft) कंक्रीट ब्लॉक 1.13 W/(m⋅K) 0.09 K⋅m2/W
— आंतरिक सतह — 0.13 K⋅m2/W

इस उदाहरण में कुल ऊष्मा रोधन 1.64 K⋅m2/W है और संरचना का तापीय संप्रेषण कुल तापीय ऊष्मा रोधन का व्युत्क्रम है इस संरचना का तापीय संप्रेषण इसलिए 0.61 W/(m2⋅K) है।

ध्यान दें कि यह उदाहरण सरलीकृत है क्योंकि यह ईंटों और कंक्रीट ब्लॉकों के बीच ऊष्मा रोधन या मोर्टार (चूर्णलेप) जोड़ों को बाधित करने वाले किसी भी धातु संबंधक या वायु अंतराल को ध्यान में नहीं रखता है।

निम्नलिखित तालिका में दीवार के तापीय संप्रेषण की गणना में मोर्टार जोड़ों की स्वीकृति देना संभव है चूंकि मोर्टार जोड़ कंक्रीट ब्लॉकों की तुलना में ऊष्मा को अधिक आसानी से पारित करने की स्वीकृति देते हैं मोर्टार मे कंक्रीट ब्लॉकों को स्थापित करने के लिए कहा जाता है।

घनत्व पदार्थ चालकता ऊष्मा रोधन = घनत्व / चालकता
— बाहरी सतह — 0.04 K⋅m2/W
0.10 m (0.33 ft) मिट्टी की ईंटें 0.77 W/(m⋅K) 0.13 K⋅m2/W
0.05 m (0.16 ft) कांचतंतु 0.04 W/(m⋅K) 1.25 K⋅m2/W
0.10 m (0.33 ft) कंक्रीट ब्लॉक 0.30 W/(m⋅K) 0.33 K⋅m2/W
(Bridge, 7%) कंक्रीट ब्लॉकों के बीच मोर्टार 0.88 W/(m⋅K) 0.11 K⋅m2/W
0.01 m (0.033 ft) लेप 0.57 W/(m⋅K) 0.02 K⋅m2/W
— आंतरिक सतह — 0.13 K⋅m2/W

ब्रिज्ड (पाट) परत का औसत तापीय रोधन कंक्रीट ब्लॉकों द्वारा उठाए गए क्षेत्र की तुलना में मोर्टार द्वारा उठाए गए क्षेत्र पर निर्भर करता है तापीय संप्रेषण की गणना करने के लिए जब "ब्रिजिंग" मोर्टार जोड़ होते हैं तो दो राशियों की गणना करना आवश्यक होता है जिन्हें Rmax और Rmin के रूप में जाना जाता है। Rmax को कुल तापीय रोधी के रूप में माना जा सकता है यदि यह मान लिया जाए कि ऊष्मा का कोई पार्श्व प्रवाह नहीं है तब Rmin को कुल तापीय रोधी के रूप में माना जा सकता है यदि यह मान लिया जाए कि ऊष्मा के पार्श्व प्रवाह का कोई प्रतिरोध नहीं है तब उपरोक्त निर्माण का यू-मान लगभग 2/(Rmax + Rmin) के बराबर होता है आईएसओ 6946 में "ब्रिजिंग" से संरक्षण के विषय में अधिक जानकारी दी गई है।

तापीय संप्रेषण मापना

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

जबकि तापीय संप्रेषण की गणना आसानी से सॉफ्टवेयर की सहायता से की जा सकती है जो आईएसओ 6946 के अनुरूप है एक तापीय संप्रेषण की गणना पूरी तरह से कार्यकुशलता को ध्यान में नहीं रखती है और यह वायु के बीच, माध्यम से और आसपास के वर्गों के बीच वायु के संचलन की स्वीकृति नहीं देती है ऊष्मा रोधन कार्यकुशलता से संबंधी कारकों के प्रभावों को पूरी तरह से ध्यान में रखने के लिए तापीय संप्रेषण मापन करना आवश्यक होता है।[4]

आईएसओ 9869 और एएसटीएमसी 1155, मॉडल टीआरएसवाईएस के अनुसार तापीय संप्रेषण के लिए माप प्रणाली का उदाहरण।

आईएसओ 9869 बताता है कि तापीय प्रवाह संवेदक का उपयोग करके छत या दीवार के तापीय संप्रेषण को कैसे मापना है इन तापीय प्रवाह मीटर में सामान्यतः ताप विद्युत पुंज होते हैं जो एक विद्युत संकेत प्रदान करते हैं जो तापीय प्रवाह के प्रत्यक्ष अनुपात में होता है सामान्यतः वे व्यास में लगभग 100 मिमी (3.9 इंच) और लगभग 5 मिमी (0.20 इंच) मोटे हो सकते हैं और उन्हें अच्छी तापीय संपर्क सुनिश्चित करने के लिए परीक्षण के अंतर्गत छत या दीवार पर दृढ़ता से तय करने की आवश्यकता होती है जब पर्याप्त रूप से लंबे समय तक ताप के प्रवाह का संरक्षण किया जाता है तो तापीय संप्रेषण की गणना भवन के अंदर और बाहर के तापमान में औसत अंतर से औसत तापीय प्रवाह को विभाजित करके की जा सकती है अधिकांश दीवार और छत के निर्माण के लिए तापीय प्रवाह मीटर को आईएसओ 9869 मानकों के अनुरूप होने के लिए 72 घंटे की अवधि के लिए निरंतर तापीय प्रवाह (और आंतरिक और बाहरी तापमान) का संरक्षण करने की आवश्यकता होती है।

सामान्यतः तापीय संप्रेषण मापन सबसे उपयुक्त होते हैं जब:

  • भवन के अंदर और बाहर के तापमान में कम से कम 5 °C (9.0 °F) का अंतर होता है।
  • मौसम धूप के अतिरिक्त बादलदार होता है इससे तापमान का शुद्ध मापन आसान हो जाता है।
  • तापीय प्रवाह मीटर और परीक्षण की जा रही दीवार या छत के बीच अच्छा तापीय संपर्क होता है।
  • तापीय प्रवाह और तापमान का संरक्षण कम से कम 72 घंटों में किया जाता है।
  • भवन के विभिन्न स्थानों को मापा जाता है या भवन तत्व की एकरूपता को सुरक्षित करने के लिए थर्मोग्राफिक कैमरे का उपयोग किया जाता है।

जब संवहन धाराएं किसी भवन के घटक में ऊष्मा संचारित करने में एक भूमिका निभाती हैं तो तापमान अंतर बढ़ने पर तापीय संप्रेषण बढ़ जाता है उदाहरण के लिए आंतरिक तापमान 20 °C (68 °F) और का बाहरी तापमान −20 °C (−4 °F) हो जाता है एक दोहरी ग्लेज्ड खिड़की में फलकों के बीच का इष्टतम अंतर बाहरी तापमान के लिए इष्टतम अंतर से अपेक्षाकृत 0 °C (32 °F) कम होता है विभिन्न सामग्रियों का अंतर्निहित तापीय संप्रेषण भी तापमान के साथ भिन्न हो सकता है 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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