VÄRMEÖVERFÖRING

Swegon Vattenburna klimatsystem 2007
www.swegon.se

VÄRMEÖVERFÖRING

VÄRMEÖVERFÖRING

Människans värmeutbyte med omgivningen sker i huvudsak på tre sätt, nämligen som:

värmeavgivning genom strålning till omgivande ytor eller till fri rymd.
värmeavgivning genom konvektion till omgivande luft.
värmeavgivning genom avdunstning av vätska, vilken sker i huvudsak genom att vi svettas.

Även en fjärde form av värmeutbyte kan förekomma genom ledning till fasta eller flytande föremål i direkt kontakt med kroppsytan. I normala fall är dock denna del så liten att den är helt försumbar.

Strålningsvärme

Strålningsvärme avges ständigt från varmare till kallare ytor och ökar med temperaturskillnaden mellan dessa. Strålningsvärmeutbytet är sammanfattningsvis beroende av följande faktorer:

ytornas storlek och placering = rymdvinkelförhållande till varandra
ytornas skilda temperaturer
ytornas beskaffenhet som bestämmer emissions- och absorptionstalen, d.v.s. förmåga att avge resp. mottaga strålningsvärme

Man skiljer på två typer av strålningsvärme:

Högtemperaturstrålning från kroppar med temperaturer över ca +500°C
Lågtemperaturstrålning från kroppar med temperatur under ca +250°C

Ovanstående temperaturgränser är endast ungefärliga angivelser. Eftersom rumsytor och konventionella värmare har, relativt sett, låga temperaturer, sker människans värmeutbyte med omgivande ytor inomhus i form av långvågig lågtemperaturstrålning. Vid lågtemperaturstrålning har ytornas struktur och kulör praktiskt sett ingen betydelse för dess förmåga att avge resp. uppta värmestrålning med undantag för rena obehandlade metallytor. Exempel på lågtemperaturstrålkällor är panelradiatorer och tak- resp. golvvärmesystem.

Vid beräkningar av rumsklimat inom temperaturintervallet – 50 till + 100°C utgörs värmeutbytet mellan rummets ytor av osynlig långvågig lågtemperaturstrålning. Man kan också helt försumma strålningsutbyte genom emission och absorption från resp. till rumsluften. Vid rumsvärmebalansberäkningar skall således endast hänsyn tas till lågtemperaturstrålning mellan rummets olika ytor, väggar, golv, tak, möbler, värmare etc. samt den från solen eventuellt inkommande högtemperaturstrålningen. Värmeutbytet via strålning mellan rumsskilda ytor uttrycks vanligen med nedanstående ekvation. P_s = a_S · A₁ · (t₁ - t_m) [W] P_S = utbyte av värmeeffekt i W mellan ytan A₁ i m² som har temperaturen t₁ med samtliga övriga rumsytor vilka tillsammans har en medelyttemperatur t_m
a_s = värmeövergångstal för strålning i W/m² K Med god noggrannhet, (avvikelse mindre än ca 2,5 %) kan a_s inom temperaturintervallet 0 till + 100°C för t₁ och t_m tecknas. a_s= e₀ · (4,38 + 0,034 · (t₁ + t_m)) [W/m² K] e₀ = emissionstalet

Figur 4.Strålningsutbyte sker mellan alla ytor som har olika temperatur oberoende av riktning.

Konvektion

Om en yta är varmare än rumsluften avger den värme till rumsluften. På samma sätt avger rumsluften värme till en yta som är kallare än rumsluften. Denna form av värmeöverföring kallas konvektion och indelas i:

Egenkonvektion
Forcerad konvektion

Egenkonvektion erhålls av skillnader i densitet i olika skikt av luften vilket skapats av temperaturskillnaden mellan luften och olika kroppar som luften strömmar mot eller kring. Luften närmast kroppsytan får en annan temperatur än luften utanför dess gränsskikt vilket härigenom ger de skilda skikten olika densitet och skilda typer av strömningar uppstår med avseende till kropparnas form, temperaturavvikelse och belägenhet. Forcerad konvektion erhålls vid exempelvis påblåsning med hjälp av en fläkt, d.v.s. fläkten bestämmer luftens strömning. I detta fall drivs luften kring kroppars ytor av andra krafter än skillnader i densitet. Sammanfattningsvis påverkas den konvektiva värmeöverföringen av luftens strömning utefter kroppsytan, ytans storlek och temperaturskillnaden mellan kropp och luft. Värmeutbytet per ytenhet ökar med ökad hastighet på luften, minskad storlek på ytan och ökad temperaturskillnad mellan kroppsytan och luften.

Induktion

Induktion är en form av forcerad konvektion som uppstår när en luftstråle med hög hastighet passerar stillastående luft som då dras med luftstrålen. Luftstrålen växer då i volym. Induktionsprincipen utnyttjas i såväl aktiva klimatbafflar (klimatbafflar med integrerad tilluft) som i induktionsapparater, se avsnitt KYLNING AV LOKALER.

Avdunstning

Då vätska övergår till gasform åtgår ångbildningsvärme. När en människa svettas tas denna ångbildningsvärme till stor del från kroppsytan som därmed kyls. Människan avger värme genom avdunstning. Värmeutbytet genom avdunstning och konvektion sker även via andningen. Värmeavgivningen till följd av avdunstning beror av rumsluftens relativa fuktighet. Vid normala rumstemperaturer mellan ca +18°C till +25°C och normal relativ fuktighet ca 20-50% är denna påverkan dock ringa. Om inte fuktnivån hålls på en bra nivå, max 45% vid 25°C, utan stiger uppåt 60% RH och och däröver blir hudytan fuktig. När detta inträffar försvåras ångbildningen. Det är därför viktigt att klimatanläggningen är dimensionerad för att hålla en inte alltför hög fukthalt i byggnaden. Detta görs genom att det centrala tilluftsaggregatet och komfortkylanläggningen förses med tillräcklig kylkapacitet för att kunna avfukta tilluften innan den tillförs lokalerna, se vidare avsnittet Kondensskydd.