Współczynnik konwekcji cieplnej i współczynniku przenikania przez konwekcję to współczynnik przenoszenia ciepła .
Umożliwia ilościowe określenie wymiany ciepła wytwarzanego przez zjawisko konwekcji w poruszającym się płynie (na przykład w stosunku do zimnej lub gorącej ściany lub nad zbiornikiem wodnym).
Współczynnik konwekcji cieplnej jest wyrażony w watach na metr kwadratowy w kelwinach ( W m -2 K -1 .)
Każdy płyn (na przykład powietrze) ma właściwości gęstości, które zmieniają się wraz z temperaturą i ciśnieniem. Tak więc powietrze o temperaturze 40 ° C jest mniej gęste niż powietrze o temperaturze 10 ° C , więc będzie się unosić. Płyn w kontakcie z gorącą lub zimną powierzchnią będzie zatem miał tendencję do odpowiednio unoszenia się lub opadania wzdłuż ściany, wytwarzając prądy konwekcyjne w objętości powietrza.
Konwekcje te powodują transport ciepła i, w stosownych przypadkach, przenoszenie wilgoci lub ruchy cząstek unoszących się w powietrzu (zapach, kurz itp.) i mogą być odczuwalne, gdy są znaczące, wewnątrz lub na zewnątrz budynku.
Współczynnik konwekcji cieplnej jest jednym z parametrów, które należy wprowadzić w niektórych narzędziach programowych do budowy dynamicznej symulacji komputerowej . Może mieć istotne znaczenie w konwekcyjnych systemach ogrzewania, odparowywania lub suszenia lub w zarządzaniu energią i oszczędzaniu lub w zarządzaniu problemami kondensacji.
Współczynnik ten reguluje wymianę ciepła przez konwekcję w pobliżu powierzchni wymiany .
Pozwala na ustalenie oporu cieplnego konwekcji
Współczynnik ten zależy od rodzaju płynu, jego temperatury i rodzaju przepływu.
Dlatego nie można go stosować do obliczania przenikania ciepła przez ścianę przez przewodzenie, które jest regulowane przez przewodność cieplną i które zależy od grubości ściany.
W przypadku przenoszenia przez kilka różnych elementów stosuje się ogólny współczynnik przenikania ciepła .
Przypadek graniczny to konwekcja (naturalna lub wymuszona) w warstwie porowatej, która wiąże się ze współczynnikiem przenikania ciał stałych i płynów
Należy zauważyć, że zgodnie z powyższą definicją użycie terminu „konwekcyjny” jest nadużyciem w tym sensie, że opisany transfer polega na przewodzeniu na poziomie cieczy znajdującej się w pobliżu ścianki, gdzie prędkość prostopadła do ścianki płynu wynosi zero.
Konwekcji cieplnej opisuje transfer ciepła w płynnych mediów związanego z materiału transferowego.
Opór cieplny konwekcji podaje się w stopniach Kelvina na wat
W kontakcie z litą ścianą przepływ ciepła pomiędzy płynem na powierzchni ścianki a resztą płynu jest określony wzorem:
z:
Dla ściany pionowej o naturalnym przepływie powietrza i temperaturze zbliżonej do temperatury otoczenia (300 K), rząd wielkości współczynnika konwekcji cieplnej dla powietrza wynosi 10 W m -2 K -1 .
Ponadto wzór aproksymacyjny podaje prawidłową wartość od 5 do 18 m s- 1 dla powietrza krążącego wokół obiektu:
gdzie jest prędkość powietrza wokół obiektu.
Na koniec kilka przykładów obliczeń (wartości z DTU STB):
Ściana pozioma lub pionowa o grubości e , wykonana z materiału o współczynniku przewodzenia ciepła λ (lambda). Jedna strona ściany ma współczynnik konwekcji h1, a druga współczynnik konwekcji h2 .
Jeżeli jedna ze stron nie ma wymiany konwekcyjnej (przykład po stronie wody ściany basenu), należy usunąć ten współczynnik z obliczeń h .
Określamy h w następujący sposób:
z:
Wartości różnią się w zależności od kierunku przepływu czy jest on pionowy, czy narażenia na konwekcję wymuszoną (wiatr):
Wartości te pochodzą z STB z 1995 roku. Nie ma powodu, aby zmieniały się one w czasie, jednak zaleca się przeprowadzanie testów indywidualnie, aby miały wartości reprezentatywne.