Căile de transfer ale căldurii și utilizarea eficientă a energiei termice și solare

Cand conditiile de clima nu se potrivesc cu parametrii de confort fiziologic, casa trebuie sa regleze acesti parametrii, sa fie astfel construita incat sa se apropie de parametrii de confort fiziologic.

Diferentele de temperatura intre interior si exterior sunt mult atenuate intr-o casa care are o anumita inertie termica.

Transferul caldurii este un proces prin care energia sub forma de caldura este schimbata intre corpuri sau parti ale aceluiasi corp aflate la temperaturi diferite.Caldura este in general transferata prin convectie, radiatie sau conductie. Desi aceste trei procese se pot produce simultan, nu este neobisnuit ca unul dintre mecanisme sa le eclipseze pe celelalte.

partea dinspre vant paretea dinspre vant

aer rece

pereti de zidarie

aer cald turbina de vant aer cald

aer rece aer rece aer rece

Conductia

Coductia reprezinta singura metoda de transfer al caldurii in cazul solidelor opace.Daca temperatura la un capat al unei baghete de metal este crescuta prin incalzire, caldura este condusa spre capatul rece, dar mecanismul exact al procesului nu este cunoscut pe de-a intregul.Se crede totusi ca se datoreaza intr-o anumita masura miscarii electronilor liberi in materia solida, care la

aplicarea unei diferente de temperatura, transporta energie. Aceasta teorie poate explica de ce materialele bune conducatoare de energie electrica sunt in acelasi timp si bune conducatoare de caldura. Desi acest fenomen a fost observat de secole, abia in 1882 matematicianul francez Jean Baptiste Fourier a dat ecuatia matematica precisa, ceea ce acum reprezinta legea Fourier a conducerii caldurii;expresia matematica acestei legi este:

H=xSxdT/dX

unde H este viteza de transfer a caldurii,conductibilitatea termica a materialului, S suprafata prin care se transmite caldura, X directia perpendiculara pe suprafata si T temperatura. In cazul particular al unui perete omogen de grosime s cu temperatura constanta pe suprafat a externa ecuatia devine:

H=/sxSxT

unde T este diferenta de temperatura dintre suprafetele externe.

Materiale ca aurul,argintul si cuprul au conductivitati termice mari si conduc caldura rapid,in timp ce materiale cum sunt sticla si azbestul au valori ale conductivitatii termice de sute si mii de ori mai mici si conduc greu caldura.Aceste din urma sunt cunoscute si sub denumirea de izolatoare.

Radiatii solare spre perete

aer cald transferul de caldura prin pereti

peretii

aer rece pereti de zidarie radiaza caldura

catre spatiu

Convectia

Conductia nu se produce numai in interiorul unui corp,ci si intre doua corpuri daca sunt aduse in contact, iar daca una dintre substante este un lichid sau un gaz se va produce aproape cu siguranta miscarea fluidului. Acest proces de conductie dintre o suprafata solida si un lichid sau gaz care se misca se numeste convectie.

Convectia este guvernata de legea lui Newton:

H=hxSxT

unde h este un coeficient de schimb,iar T este diferenta dintre temperatura nucleului fluidului si temperatura suprafetei, adica dintre straturile termice limita.Coeficientul h depinde de parametri fizici.

Astfel se poate face o deosebire intre convectia naturala si convectia fortata, aceasta din urma datorandu-se atat diferentei de temperatura cat si actiunii unor factori externi.