Khái niệm cơ bản và quá trình trao đổi nhiệt của cơ thể con người với môi trường

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ
CÁC QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT
CHƯƠNG II


NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ CÁC QUÁ
TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT

¡ 2.1. Những khái niệm cơ bản về nhiệt
¡ 2.2. Trao đổi nhiệt bằng phương thức dẫn nhiệt
¡ 2.3. Trao đổi nhiệt bằng phương thức đối lưu
¡ 2.4. Trao đổi nhiệt bằng phương thức bức xạ
¡ 2.5. Quá trình sinh nhiệt và trao đổi nhiệt của cơ thể con người

với môi trường


2.1. NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ NHIỆT

¡ Nhiệt năng và nhiệt độ
¡ Nhiệt động lực học


NHIỆT NĂNG VÀ NHIỆT ĐỘ
¡ Nhiệt năng là một dạng năng lượng, có trong vật

chất dưới dạng chuyển động phân tử hoặc xuất
hiện dưới dạng bức xạ điện từ trong không gian.

¡ Nhiệt độ nhằm thể hiện sự hiện diện của nhiệt

trong vật chất.

¡ Thang đo nhiệt độ Celsius dựa trên nước: điểm

đóng băng 0◦C và điểm sơi ở áp suất khí quyển
bình thường 100◦C.

¡ Thang đo nhiệt độ Kelvin bắt đầu với độ 0 tuyệt

đối (hồn tồn khơng có nhiệt). 0◦C = 273,15◦K.

¡ Khoảng nhiệt độ là như nhau trong cả hai thang

đo.

¡ Theo quy ước, một điểm trên thang đo được ký

hiệu là ◦C (độ C) nhưng ký hiệu cho chênh lệch
nhiệt độ hoặc khoảng nhiệt độ là K (Kelvin).


¡ Định luật của nhiệt động lực học

NHIỆT ĐỘNG
LỰC HỌC

¡ Định luật 1: định luật bảo toàn năng

lượng
¡ Định luật 2: sự truyền nhiệt chỉ diễn ra

một cách tự nhiện theo một hướng: từ
nơi nóng hơn đến nơi mát hơn


NHIỆT ĐỘNG
LỰC HỌC

¡ Quá trình truyền nhiệt trên thực tế có

thể biến thiên theo thời gian.
1. Truyền nhiệt ổn định
2. Truyền nhiệt không ổn định


¡ Sự truyền nhiệt từ nơi có nhiệt độ cao

NHIỆT ĐỘNG
LỰC HỌC

sang nơi có nhiệt độ thấp có thể diễn ra
theo 3 phương thức:
1. Trao đổi nhiệt bằng phương thức dẫn

nhiệt
2. Trao đổi nhiệt bằng phương thức đối lưu
3. Trao đổi nhiệt bằng phương thức bức xạ

CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ SỰ PHÂN BỐ NHIỆT

¡ Trường nhiệt là sự phân bố nhiệt độ trong một kết cấu, một gian phịng

hay một mơi trường vật chất nào đó.
¡ Trường nhiệt có thể là 3 chiều, 2 chiều hay 1 chiều. VD: trường nhiệt của

tường thường là 1 chiều.


CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ SỰ PHÂN BỐ NHIỆT

¡ Đường đẳng nhiệt: là những đường chứa các điểm có cùng nhiệt độ.
¡ Mặt đẳng nhiệt: là những bề mặt chứa các điểm có cùng nhiệt độ.
¡ Gradient nhiệt độ: là sự biến thiên nhiệt độ theo một phương nào đó trong

khơng gian được xác định trên một đơn vị dài:
𝜕t
∆t
= lim
𝜕x ∆)→+ ∆x


2.2. TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC
DẪN NHIỆT

¡ Trao đổi nhiệt bằng phương thức dẫn nhiệt diễn ra trong một vật

thể hoặc nhiều vật thể tiếp xúc với nhau bằng cách lan truyền sự
chuyển động của các phân tử.

2.2. TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC
DẪN NHIỆT

Định luật Fourier:
Thông lượng nhiệt chảy qua một vật
liệu trong một đơn vị thời gian là tỷ
lệ thuận với trái dấu của gradien
nhiệt độ theo chiều dịng nhiệt và
với diện tích vng góc với dòng
nhiệt
𝜕t
q = −𝜆
𝜕x


2.2. TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC
DẪN NHIỆT
𝜕t
𝜕x
kcal⁄(m4 . h) , W/m4
q = −𝜆

¡ q: cường độ dòng nhiệt theo

phương x
¡ 𝜆: hệ số dẫn nhiệt của mội

trường vật chất

¡

;<

: gradient nhiệt độ của môi
trường theo phương x
;)


2.2. TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC
DẪN NHIỆT

𝜕t
𝜏> − 𝜏?
q = −𝜆
= −𝜆 −
𝜕x
d
𝜆
𝜏> − 𝜏?
= 𝜏> − 𝜏? =
d
R
(phương trình cơ bản của dẫn nhiệt)
¡ R=

B
C

là nhiệt trở của kết cấu

HỆ SỐ DẪN NHIỆT 𝜆

¡ Hệ số dẫn nhiệt 𝜆 là lượng nhiệt truyền qua vật có bề dày 1 đơn vị theo

phương truyền nhiệt khi có sự chênh lệch 1 đơn vị nhiệt độ trong 1 đơn vị
diện tích thẳng góc với phương truyền nhiệt và trong 1 đơn vị thời gian.
¡ Đơn vị: kcal⁄(m . h. ℃) , W⁄(m . K)
¡ W⁄ m. K = 0.86 kcal/(m. h. ℃)


HỆ SỐ DẪN NHIỆT 𝜆

¡ Hệ số dẫn nhiệt 𝜆 thay đổi phụ thuộc vào:
1. Tỷ trọng (lỗ rỗng)
2. Độ ẩm
3. Nhiệt độ
4. Cấu trúc vật liệu


2.2. TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC
DẪN NHIỆT

Tính cường độ dịng nhiệt đi từ bề mặt ngồi (có nhiệt độ 30oC) vào bề mặt
trong (có nhiệt độ 25oC) của khối bê tông cốt thép dày 200mm?


Tên vật liệu
1.

Khối lượng đơn vị,
kg/m3

Hệ số dẫn nhiệt l,
W/(m.K)

2500
2400
2200
1500
1200
1000
1000
800
600
400
800
600
400

2,04
1,55
1,20
0,70
0,52
0,41
0,40
0,29
0,21

0,15
0,29
0,21
0,15

Bê tơng

Ngói xi măng lưới thép
Bê tơng cốt thép
Bê tơng nặng
Bê tơng nhẹ (bê tơng xỉ)

Bê tơng bọt hấp hơi nóng

Bê tơng bọt silicat hấp hơi
nóng

(QCVN 09:2017/BXD)

HỆ SỐ
DẪN
NHIỆT 𝜆


2.3. TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC
ĐỐI LƯU

¡ Trao đổi nhiệt bằng phương thức đối lưu diễn ra từ môi trường

rắn sang mơi trường lỏng (hoặc khí), hoặc ngược lại.

2.3. TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC
ĐỐI LƯU
q = 𝛼đ t K,L − 𝜏
kcal⁄(m4 . h) , W/m4
¡ q: cường độ dòng nhiệt trao đổi

bằng đối lưu
¡ t K,L : nhiệt độ mơi trường lỏng

hoặc khí tiếp xúc với bề mặt kết
cấu
¡ 𝜏: nhiệt độ của bề mặt kết cấu
¡ 𝛼đ : hệ số trao đổi nhiệt bằng đối

lưu


HỆ SỐ TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG ĐỐI LƯU

¡ Hệ số trao đổi nhiệt bằng đối lưu 𝛼đ biểu thị lượng nhiệt truyền qua 1 đơn

vị diện tích trong 1 đơn vị thời gian khi có sự chênh lệch 1 đơn vị nhiệt độ
giữa bề mặt kết cấu và khơng khí.

¡ Đơn vị: kcal/(m4 . h. ℃) , W⁄(m4 . K)
¡ Hệ số trao đổi nhiệt đối lưu phụ thuộc vào: tốc độ chuyển động của khơng

khí (đối lưu cưỡng bức), chênh lệch nhiệt độ khơng khí và nhiệt độ bề

mặt kết cấu (đối lưu tự do), vị trí và trạng thái bề mặt kết cấu.


2.4. TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC
BỨC XẠ

¡ Trao đổi nhiệt bằng phương thức bức xạ diễn ra từ vật thể có bề

mặt nóng hơn đến vật thể khác có nhiệt độ mát hơn.


2.3. TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC
BỨC XẠ

¡ Năng lượng bức xạ nhiệt truyền đến một vật bất kỳ có thể xảy ra các quá

trình:
1. Phản xạ
2. Hấp thụ
3. Xuyên qua


2.3. TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC
BỨC XẠ

¡ Nếu nhiệt năng bị phản xạ hồn tồn thì vật thể gọi là vật trắng tuyệt đối.
¡ Nếu nhiệt năng bị hấp thụ hồn tồn thì vật thể gọi là vật đen tuyệt đối.
¡ Nếu nhiệt năng hoàn toàn xuyên qua vật thể thì vật thể gọi là vật trong

suốt tuyệt đối.

¡ Vật chất thông thường ở dạng vật xám.


2.3. TRAO ĐỔI NHIỆT BẰNG PHƯƠNG THỨC
BỨC XẠ

¡ Công suất bức xạ nhiệt từ vật

đen tuyệt đối tuân theo định luật
Stefan-Boltzmann:
Q = 𝜎×T Q ×A
¡ Cơng suất bức xạ nhiệt từ vật

xám:
Q = 𝜀×𝜎×T Q ×A