سیستمهای كنترل محیط زیست

گرما و دما واژگانی هستند كه اغلب با هم اشتباه می‌شوند گرما انرژی جنبشی مولكولها در یك ماده است و دما مقدار متوسط انرژی جنبشی در هر كدام از مولكولهای یك ماده می‌باشد بنابراین دما مقدار تمركز گرما در یك ماده است

سیستم ها کنترل محیط زیست

گرما و دما واژگانی هستند كه اغلب با هم اشتباه می‌شوند. گرما انرژی جنبشی مولكولها در یك ماده است و دما مقدار متوسط انرژی جنبشی در هر كدام از مولكولهای یك ماده می‌باشد. بنابراین دما مقدار تمركز گرما در یك ماده است.

تقریباً تمامی اجسام مادی دارای گرما می‌باشند و این امر بدان جهت است كه مولكولهای آنها در حال حركت می‌باشند. طبق تعریف، صفر مطلق (F ْ 69/459- ، Cْ15/273- ، و یا K ْ0) دمایی است كه در آن تمامی حركتهای مولكولی متوقف می‌شود. هر چه جنبش مولكولها زیادتر باشد، دما بیشتر خواهد بود. بسیاری از مردم بواسطه تجربه روزمره خود، با دما (كه به صورت فارنهایت با سلسیوس اندازه‌گیری می‌شود)آشنا می‌باشند. امّا واحد اندازه‌گیری گرما- واحد حرارتی انگلیسی (Btu) یا كالری- كمتر شناخته شده است. یك Btu ، طبق تعریف مقدار گرمای مورد نیاز برای افزایش دمای یك پوند آب به اندازه یك درجه فارنهایت می‌باشد.

گركا همیشه از مواد گرمتر به مواد سردتر در جریان است. اگر هیچ تفاوت دمایی وجود نداشته باشد هیچ انتقال گرمایی نیز بوجود نخواهد آمد.

هدایت گرمایی

هدایت، انتقال انرژی جنبشی بین مولكول‌های مجاور می‌باشد. این نوع انتقال همیشه از نقطه گرمتر- یعنی منطقه دارای جنبش مولكولی سریعتر- به نقطه سردتر- یعنی منطقه دارای جنبش مولكولی كندتر- صورت می‌گیرد. این انتقال به طور مساوی و در تمام جهات (بالا، پایین و اطراف) به آسانی انجام می‌گیرد و مستقل از نیروی گرانش زمین می‌باشد. یك نمونه روشن از انتقال هدایتی گرما، نگهداشتن قاشق فلزی در كاسه محتوی سوپ داغ می‌باشد.

برای موادی كه درمحیطهای معماری قرار گرفته‌اند قانون عمومی وجود دارد؛ بدین صور كه هر قدر چگالی یك ماده بیشتر باشد انتقال گرمااز طریق هدایت در آن راحت‌تر خواهد بود. فلزات (آلومینیوم، فولاد، مس) هادیهای بسیار خوبی می‌باشند. بتون و مصالح سنگی نیز هادیهای خوبی هستند. چوب در مرتبه بعدی قرار دارد. هوا و دیگر گازهای رایج هادیهای ضعیفی هستند و بنابراین عایق‌های خوبی می‌باشند. مواد متخلخل (مانند پشم، عایق فایبر گلاس و فومهای سفت) كه فضاهای پراز هوای زیادی در خود دارند نیز عایق‌های خوبی هستند و اغلب در ساختمانها به منظور كاهش دفع و جذب گرما از آنها استفاده می‌شود.

از آنجا كه هدایت گرمایی به انتقال انرژی جنبشی بین مولكولها بستگی دارد، در نبود مولكولها (یعنی در خلأ) هیچ انتقالی از طریق هدایت انجام نمی‌شود.

اندازه‌گیری هدایت

امكان انتقال گرما به صورت هدایت به چند عامل بستگی دارد:

امكان انتقال از طریق هدایت در خود ماده (عموماً هر قدر چگالی زیادتر و ماده دارای هوای كمتری باشد، هدایت بیشتر خواهد بود).

اختلاف دما( هر چه اختلاف دما در دو طرف ماده زیادتر باشد، هدایت بیشتر خواهد بود).

سطح قرار گرفته در معرض گرما (هر چه مساحت سطح قرار گرفته در برابر اختلاف دما بیشتر باشد، هدایت بیشتر خواهد بود).

مدت زمان قرارگیری در معرض گرما (هرچه این مدت زمان بیشتر باشد، هدایت بیشتر خواهد بود).

ضخامت (اینكه گرما تا چه مسافتی در ماده جریان می‌یابد. هر چه ضخامت كمتر باشد، هدایت بیشتر خواهد بود).

ضریب هدایت حرارتی (k)، گرمای انتقال یافته به صورت هدایت می‌باشد كه از طریق یك ماده با ضخامت معین و در زمانی معین، هنگامی كه سطحی معین از آن در برابر اختلاف دمایی معین قرار رگفته است صورت می‌گیرد. این ضریب، مهمترین واحد اندازه‌گیری گرمای انتقال یافته از طریق هدایت در یك ماده می‌باشد.

ضریب هدایت ویژه شبیه به ضریب هدایت حرارتی می‌باشد با این تفاوت كه مقدار آن برای ضخامت خاصی از یك ماده تعریف می‌شود.

ضریب مقاومت حرارتی (R) برابر عكس ضریب هدایت ویژه می‌باشد و واحد آن (hr.ft2.0F)/Btu می‌باشد. این ضریب، واحد معمول‌تریجهت اندازه‌گیری و انتخاب عایق‌بندی برای اجزای ساختمان می‌باشد. هر چه مقدار R بیشتر باشد مقدار عایق‌كنندگی نیز بیشتر خواهد بود. این ضریب، واحد مناسبی بری محاسبه توانایی عایق‌كنندگی مجموعه‌ای تركیب شده از مصالح ساختمانی می‌باشد؛ مقاومت حرارتی مصالح به سادگی به همدیگر افزوده می‌شوند تا مقاومت حرارتی مجموعه تركیب شده مصالح بدست آید.

ضریب عبور حرارتی

ضریب عبور حرارتی (U)، واحد مقدار گرمای انتقال یافته از طریق یك ساختمان در واحد زمان در واحد سطح می‌باشد و مقدار آن برابر با عكس مقدار مجموع R می‌باشد. واحد ضریب عبور حرارتی (U) همانند ضریب هدایت ویژه، Btu/(hr.ft2.0F) می‌باشد. توجه داشته باشید كه اگر چه برای محاسبه مقدار R برای كل یك تركیب، مقدار R مربوط به هر یك از اجزاء را باهم می‌توان جمع نمود با این حال، مقادیر ضریب هدایت ویژه (C) را نمی‌توان باهم جمع نمود تا مقدار ضریب عبور حرارتی (U) محاسبه گردد بلكه به جای آن می‌بایست مقادیر معكوس ضرایب هدایت ویژه را باهم جمع نمود تا مقدار مقاومت حرارتی (R) برای كل تركیب بدست آید و رد پایان، مقدار معكوس R محاسبه شود تا ضریب عبور حرارتی (U) بدست آید.

ذخیره سازی حرارتی

شیوه بالا در محاسبه دفع هدایتی گرما، اختلاف دما را در مدت زمانی طولانی ثابت فرض می‌كند. اگرچه این مطلوب در عمل به ندرت اتفاق می‌افتد با این حال اگر گرمای نسبتاً كمی در مصالح ذخیره شود، این شیوه هنوز قابل اطمینان خواهد بود و این در حالتی اسن كه سازه ساختمان از لحاظ وزنی سبك باشد (برای مثال چوب، فولاد، شیشه). با این وجود مصالحی كه دارای جرم زیادی می‌باشند (مثل بتون یا آجر) مقدار زیادی گرما را در حرارتی جداره ساختمان می‌تواند تا حد زیادی عملكرد حرارتی آن را تحت تأثیر قرار دهد.

در مقیاس ساختمانی اگر دمای خارجی ساختمان نسبتاً ثابت باشد ویژگی ذخیره‌سازی حرارتی در مصالح ساختمانی تأثیر ناچیزی بر دمای داخلی ساختمان خواهد داشت. اگر نوسانات دمای روزانه زیاد باشد انتخاب مصالحی با ظرفیت ذخیره‌سازی حرارتی بالا می‌تواند در تثبیت دمای داخلی ساختمان موثر باشد.

تابش