Тепловая инерция

Тепловая инерция — это термин, используемый в основном в инженерном и научном моделировании теплопередачи, и обозначающий совокупность свойств материала, связанных с теплопроводностью и объёмной теплоёмкостью. Например, можно встретить выражения этот материал обладает большой тепловой инерцией, или Тепловая инерция играет важную роль в этой системе, которые обозначают то, что эффекты в динамике являются определяющими для данной модели, и расчёты в стационарном состоянии могут дать неточные результаты. Иными словами тепловая инерция характеризует способность сопротивляться изменению температуры за определённое время.

Этот термин отражает научную аналогию и не связан напрямую с термином инерция, используемым в механике.

Тепловая инерция материала может быть определена по формуле:

${\displaystyle I={\sqrt {k\rho c}},}$

где

${\displaystyle k}$ – теплопроводность (англ. bulk thermal conductivity),

${\displaystyle \rho }$ – плотность материала,

${\displaystyle c}$ – удельная теплоёмкость материала.

Произведение ${\displaystyle \rho c}$ представляет собой объёмную теплоёмкость.

В системе СИ единицей измерения тепловой инерции является Дж м${\displaystyle ^{-2}}$ K${\displaystyle ^{-1}}$ с${\displaystyle ^{-1/2}}$, иногда называемая Киффер (англ. Kieffer),^[1] или более редко, тью (англ. tiu).^[2] Тепловая инерция иногда в научной литературе называется тепловой активностью или термической активностью.

Для материалов на поверхности планеты, тепловая инерция является ключевым свойством, определяющим сезонные и суточные колебания температур, и обычно зависит от физических свойств горных пород, находящихся возле поверхности. В дистанционном зондировании тепловая инерция зависит от сложного сочетания гранулометрического состава, богатства горных пород, выхода на поверхность тех или иных пластов и от степени отвердевания. Грубую оценку величины тепловой инерции иногда можно получить, исходя из амплитуды суточных колебаний температуры (то есть, из максимальной температуры вычесть минимальную температуру поверхности). Температура поверхностей с низкой тепловой инерцией значительно изменяется в течение дня, в то время как температура поверхностей с высокой тепловой инерцией не претерпевает радикальных изменений. В сочетании с другими данными тепловая инерция может помочь охарактеризовать материалы поверхности и геологические процессы, ответственные за формирование этих материалов.

Тепловая инерция океанов является основным фактором, влияющим на изменение климата в отдалённой перспективе (англ. climate commitment) и на степень глобального потепления.

В строительстве

Тепловая инерция в строительстве — это свойство ограждения сохранять относительно постоянную температуру внутренней поверхности при периодических изменениях внешних тепловых воздействий (колебания температуры наружного воздуха и солнечной радиации).^[3] По другим источникам: тепловая инерция (условная толщина, массивность) — способность ограждающей конструкции сопротивляться изменению температурного поля при перемененных тепловых воздействиях. Она определяет количество волн температурных колебаний, располагающихся (затухающих) в толще ограждения. При D приблизительно равной 8,5 в ограждении располагается одна температурная волна.'^[4],^[5]

Тепловая инерция

Характеристика тепловой инерции D приближенно, без учета порядка слоев в конструкции, определяется по формуле^[6]:

${\displaystyle D=R_{1}s_{1}+R_{2}s_{2}+...+R_{n}s_{n}}$,

где ${\displaystyle R_{1},R_{2},R_{n}}$ — термические сопротивления слоёв ограждения, a ${\displaystyle s_{1},s_{2},s_{n}}$ — коэффициенты теплоусвоения материалов отдельных слоёв за период в 24 часа.

Для конструкции:

• малой инерционности 4 > D > 1,5 (t_нар = средняя температура наиболее холодных суток - t_хол^сут)
• средней инерционности 4 < D < 7 (t_нар = среднюю температуру этих величин = (t_хол^сут + t_min + t_хол^5сут)/3)
• безинерционных D < 1,5 (t_нар = абсолютная минимальная температура наружного воздуха - t_min)
• большой инерционности D > 7 (t_нар = температура наиболее холодной пятидневки - t_хол^5сут)

Зависимость расчетной зимней температуры наружного воздуха от тепловой инерции отменена еще в 1996 г. Сейчас для конструкции с любой тепловой инерцией принимается в качестве расчетной температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 (см. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий).

Тепловая инерция атмосферы

См. Парниковый эффект

См. также

• Мера теплосопротивления

Примечания

1. Eric Weisstein's World of Science - Thermal Inertia  (неопр.). Дата обращения: 2 мая 2011. Архивировано 22 сентября 2018 года.
2. Thermal inertia and surface heterogeneity on Mars, N. E. Putzig, University of Colorado Ph. D. dissertation, 2006, 195 pp.  (неопр.) Дата обращения: 2 мая 2011. Архивировано 29 июля 2015 года.
3. Тепловая инерция Архивная копия от 6 декабря 2013 на Wayback Machine // ГорАрхиСтрой
4. Л.Б. Великовский, Н.Ф. Гуляницкий, В.М. Ильинский и др. Архитектура гражданских и промышленных зданий. Том 2. Основы проектирования. / под общ. ред. В.М. Предтеченского. — 2-е, перераб.. — Москва: Стройиздат, 1976.
5. К.Ф. Фокин. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. — 4-е, переработанное и дополненное. — Москва: Стройиздат, 1973. — С. 117. — 287 с.
6. Маклакова Т.Г. Архитектура. 2004. Учебник Часть 1. Страница 66  (неопр.). Дата обращения: 9 марта 2012. Архивировано из оригинала 17 декабря 2011 года.

Литература

• СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника». - отменен. См. СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий"

http://www.science-education.ru/106-7725

http://www.science-education.ru/106-7730

http://www.science-education.ru/108-8621