TCXDVN 299 2003 cách nhiệt các đại lượng vật lý và định nghĩa

tiªu chn viƯt nam

tcvn 299 : 2003

Cách nhiệt - Các đại lượng vật lý và đònh nghóa
Thermal insulation - physical quantities and definitions

Tiªu chn nµy ®Þnh nghÜa c¸c ®¹i l|ỵng vËt lý sư dơng trong lÜnh vùc c¸ch
nhiƯt vµ ®|a ra c¸c ký hiƯu vµ ®¬n vÞ t|¬ng øng.
Ghi chó: Do ph¹m vi cđa tiªu chn nµy chØ giíi h¹n trong lÜnh vùc c¸ch
nhiƯt nªn mét sè ®Þnh nghÜa ®|a ra ë mơc 2 kh¸c víi nh÷ng ®Þnh nghÜa ®|a ra ë
ISO 31/4- C¸c ®¹i l|ỵng vËt lý vµ c¸c ®¬n vÞ nhiƯt. §Ĩ ph©n biƯt sù kh¸c nhau ®ã,
tr|íc c¸c tht ng÷ cã ®¸nh dÊu sao (*) .
2. C¸c ®¹i l|ỵng vËt lý vµ ®Þnh nghÜa

§¹i
l|ỵng

2.2 L|u l|ỵng dßng nhiƯt: NhiƯt l|ỵng trun

§¬n vÞ

W

gian:
dQ
= -----dt
2.3 C|êng ®é dßng nhiƯt: L|u l|ỵng dßng
nhiƯt chia cho diƯn tÝch:

q

W/m2

q = --------dA
Ghi chó: Tõ c|êng ®é cã thĨ ®|ỵc thay thÕ
b»ng tht ng÷ c|êng ®é bỊ mỈt khi nã cã thĨ
dµi (2.4)

Tài liệu này được lưu trữ tại />

tiêu chuẩn việt nam

tcvn 299 : 2003

2.4. C|ờng độ theo chiều dài của dòng
nhiệt: L|u l|ợng dòng nhiệt chia cho chiều dài:

W/m

d
1

dl
Đại l|ợng đ|ợc xác định

W/(m.K)

theo biểu thức d|ới đây:
Ghi chú: Khái niệm chính xác về hệ số dẫn
nhiệt cho ở phần phụ lục. Khái niệm này cũng

nhiệt cho vật liệu xốp đẳng h|ớng hoặc dị
h|ớng, ảnh h|ởng của nhiệt độ và các điều kiện

2.6 Nhiệt trở suất: Đại l|ợng đ|ợc xác định
grad T =

r

(m.K)/W

rq

Ghi chú: Khái niệm chính xác về nhiệt trở suất

1)

R

2

c|ờng độ dòng nhiệt trong trạng thái ổn định

Ti liu ny c lu tr ti />

tiêu chuẩn việt nam

tcvn 299 : 2003

T1 - T2
q

Ghi chú:
1. Đối với một lớp phẳng khi sử dụng khái niệm
hệ số dẫn nhiệt và khi tính chất này không đổi
d
R = -----Trong đó d là chiều dày của lớp.
Các định nghĩa này giả thiếtt định nghĩa hai
nhiệt độ tham chiếu T1, T2 và một diện tích mà
c|ờng độ dòng nhiệt truyền qua đó là đồng nhất
1) Theo ISO 31/4 thì nhiệt trở còn gọi là vật cách nhiệt hoặc hệ số cách
nhiệt , ký hiệu là M
mặt. Nếu T1 hoặc T2 không phải là nhiệt độ của bề mặt
chất rắn mà của bề mặt chất lỏng, thì nhiệt độ tham
(có tham chiếu với sự truyền nhiệt đối l|u tự do hay
c|ỡng bức và bức xạ nhiệt từ các vật xung quanh, v.v...)
Khi xác định giá trị nhiệt trở thì phải biết T1 và T2
2. Nhiệt trở có thể đ|ợc thay thế bằng thuật ngữ
Nhiệt trở bề mặt khi nó có thể nhầm lẫn với thuật
ngữ Nhiệt trở theo chiều dài (2.8).

Ti liu ny c lu tr ti />

tiêu chuẩn việt nam

tcvn 299 : 2003

2.8 * Nhiệt trở theo chiều dài1): Chênh lệch nhiệt độ

R1

(m.K)/W

kiện ổn định:
T1 - T2
1

=- --------q1

Ghi chú: Giả thiết hai nhiệt độ tham chiếu là T T2 và
chiều dài mà c|ờng độ theo chiều dài của dòng nhiệt là
đồng nhất
độ của bề mặt chất rắn mà là của bề mặt chất lỏng thì
nhiệt độ tham chiếu đó phải đ|ợc xác định trong từng
hay c|ỡng bức và bức xạ nhiệt từ các mặt xung quanh,
v.v...)
biết T1 và T2
2

: C|ờng độ dòng nhiệt
tại bề mặt trong điều kiện ổn định chia cho chênh lệch
nhiệt độ giữa bề mặt đó và môi tr|ờng xung quanh:
h = --------T S - Ta
Ghi chú: Giả thiết bề mặt truyền nhiệt, nhiệt độ bề mặt
Ts , nhiệt độ không khí là Ta là xác định (có sự tham
chiếu với sự truyền nhiệt đối l|u tự do hay c|ỡng bức
và bức xạ nhiệt từ các mặt xung quanh, v.v...)

Ti liu ny c lu tr ti />

tiêu chuẩn việt nam
2.10 Độ dẫn nhiệt: Số nghịch đảo của nhiệt trở từ bề

tcvn 299 : 2003
A

W/(m2.K)

nhiệt là đồng nhất.
1
R
Ghi chú: Độ dẫn nhiệt đ|ợc thay thế bằng độ dẫn
nhiệt bề mặt khi nó có thể bị nhầm lẫn với thuật ngữ
độ dẫn nhiệt theo chiều dài (2.11).
A
nhiệt trở theo chiều dài từ bề mặt này tới bề mặt kia
trong điều kiện c|ờng độ dòng nhiệt là đồng nhất.
A1 = -----R1
1

kiện ổn định chia cho tích số của diện tích và chênh
lệch nhiệt độ của môi tr|ờng ở hai phía của hệ thống:
U1 = ---------Ghi chú:
1. Giả thiết hệ thống, hai nhiệt độ tham chiếu T1, T2 và
2.

Độ truyền nhiệt đ|ợc thay thế bằng thuật ngữ
Độ truyền nhiệt bề mặt khi nó có thể nhầm lẫn
(2.13).

3. Số nghịch đảo của độ truyền nhiệt là tổng nhiệt trở
của môi tr|ờng ở hai phía của hệ thống:

Ti liu ny c lu tr ti />

tiêu chuẩn việt nam

tcvn 299 : 2003
U1

W/(m.K)

C

J/K

2.15 Nhiệt dung riêng: Nhiệt dung chia cho khối

c

J/(kg.K)

2.15.1 Nhiệt dung riêng ở áp suất không đổi.

cp

J/(kg.K)

2.15.2 Nhiệt dung riêng ở thể tích không đổi.

cv

J/(kg.K)

2.16 *Hệ số dẫn nhiệt độ:Độ dẫn nhiệt chia cho tích

a

m2/s

2.13 Độ truyền nhiệt theo chiều dài: L|u l|ợng dòng
và chênh lệch nhiệt độ của môi tr|ờng ở hai phía của
hệ thống:
U1 = ------------(T1

T2 )l

Ghi chú:
1. Giả thiết hệ thống, hai nhiệt độ tham chiếu T1, T2 và
2. Số nghịch đảo của độ truyền nhiệt theo chiều dài là
tổng nhiệt trở theo chiều dài giữa môi tr|ờng ở hai
2.14 Nhiệt dung: Đại l|ợng đ|ợc xác định bằng đẳng
thức sau:
C = -----dT
Ghi chú: Khi nhiệt độ của hệ thống tăng lên một
l|ợng dT do sự tăng thêm một l|ợng nhỏ nhiệt dQ thì

a

= -----------c

Ti liu ny c lu tr ti />

tiêu chuẩn việt nam

tcvn 299 : 2003

Ghi chú:
.

p

2. Định nghĩa này giả thiết môi tr|ờng đồng nhất,
không trong suốt.
3. Hệ số dẫn nhiệt độ có liên quan tới trạng thái không
ổn định và có thể đo trực tiếp hoặc tính toán bằng công
thức trên từ các đại l|ợng đ|ợc đo riêng rẽ
4. Ngoài ra, hệ số dẫn nhiệt độ có kể đến sự thay đổi
nhiệt độ ở bên trong khối vật liệu khi nhiệt độ ở bề mặt
nhiệt độ bên trong vật liệu càng nhạy cảm với sự thay
đổi của nhiệt độ bề mặt.
2

1/2

độ dẫn nhiệt, khối l|ợng riêng và nhiệt dung riêng
b=

c

1. Đối với chất lỏng, nhiệt dung riêng thích hợp là cp.
2. Đặc tính này liên quan tới điều kiện không ổn định.

Nó có thể đ|ợc đo hoặc tính toán bằng công thức trên
từ các đại l|ợng đo riêng rẽ. Ngoài ra, hệ số hàm nhiệt
c|ờng độ dòng nhiệt đi qua bề mặt thay đổi. Hệ số hàm
nhiệt của vật liệu càng thấp thì nhiệt độ bề mặt càng
3. Đặc tính năng l|ợng của công trình:
3.1 Hệ số tổn thất nhiệt theo thể tích: L|u l|ợng dòng FV

W/(m3.K)

lệch nhiệt độ giữa môi tr|ờng bên trong và bên ngoài:
FV = ------V T
động truyền nhiệt qua vỏ bao che của công trình, hệ

Ti liu ny c lu tr ti />

tiêu chuẩn việt nam

tcvn 299 : 2003

thống thông gió, bức xạ mặt trời, v.v...Trong đó đại
Khi áp dụng hệ số tổn thất nhiệt theo thể tích chấp
nhận các định nghĩa về nhiệt độ bên trong, nhiệt độ
l|u l|ợng dòng nhiệt .
3.2 Hệ số tổn thất nhiệt theo diện tích: L|u l|ợng

FS

W/(m2.K)

n

h-1

chênh lệch nhiệt độ giữa môi tr|ờng bên trong và bên
ngoài:

F = -----A T
Ghi chú: L|u l|ợng dòng nhiệt có thể bao gồm các
hệ thống thông gió, bức xạ mặt trời,v.v...Diện tích có
thể là diện tích vỏ bao che, diện tích sàn...
nhận các định nghĩa về nhiệt độ bên trong, nhiệt độ
bên ngoài, thể tích và các tác động nhiệt khác gây ra
3.3 Bội số trao đổi không khí: Số lần thay đổi không
khí trong một thể tích xác định chia cho thời gian:
Ghi chú: Đơn vị của bội số trao đổi không khí (h-1)
không phải là đơn vị đo trong hệ SI. Tuy vậy, số lần
nhận để thể hiện bội số trao đổi không khí
4. Ký hiệu và đơn vị đo của các đại l|ợng khác:
0

4.2 Nhiệt độ bách phân

C

4.3 Chiều dày

d

M

4.4 Chiều dài

l

M

Ti liu ny c lu tr ti />

tiêu chuẩn việt nam

tcvn 299 : 2003

4.5 Chiều rộng

b

M

4.7 Thể tích

V

m3

4.8 Đ|ờng kính

D

M

4.9 Thời gian

t

S

4.10 Khối l|ợng

M

Kg
3

5. Các ký hiệu phụ:
Để tránh nhầm lẫn cần phải sử dụng những ký hiệu phụ hoặc các dấu hiệu
nhận biết khác. Trong các tr|ờng hợp đó ý nghĩa của chúng cần phải rõ ràng.
- bên trong (interior).

i

- bên ngoài (exterior)

e

- mặt trong (interior surface)

si

- mặt ngoài (exterior surface)

se

- dẫn truyền (conduction)

cd

- đối l|u (convection)

cv

- tiếp xúc (contact)

c

- không gian khí (không khí) (gas (air) space)

g

Ti liu ny c lu tr ti />

tiêu chuẩn việt nam

tcvn 299 : 2003
Phụ lục

Khái niệm về độ dẫn nhiệt
A.0. Giới thiệu
Để hiểu rõ thêm khái niệm độ dẫn nhiệt khi áp dụng, phụ lục này đ|a ra cách giải
thích theo toán học chính xác hơn.

Đây là một véctơ theo h|ớng pháp tuyến n với mặt đẳng nhiệt chứa điểm P.
ph|ơng pháp tuyến n, véctơ đơn vị là en

T
grad T.en =

(1)
n

A.2. C|ờng độ dòng nhiệt bề mặt, q, ở điểm P (bề mặt có dòng nhiệt đ|ợc
Đ|ợc xác định nh| sau:
d
q=(

)P

(2)

dA
tại sự dẫn nhiệt thì đại l|ợng q phụ thuộc vào h|ớng của bề mặt (tức là phụ thuộc
vào h|ớng pháp tuyến ở điểm P tới bề mặt diện tích A) và có thể tìm đ|ợc h|ớng
nhất và đ|ợc ký hiệu bằng véctơ q:

e

P n

An
mặt q là một thành phần của véc tơ q theo h|ớng pháp tuyến tới bề mặt đó tại
điểm P.

Ti liu ny c lu tr ti />

tiêu chuẩn việt nam

tcvn 299 : 2003

Véctơ q đ|ợc gọi là mật độ dòng nhiệt (không phải c|ờng độ dòng nhiệt).
cập tới dẫn nhiệt. Bất kỳ khi nào véctơ q không thể xác định đ|ợc (đối với truyền
nhiệt đối l|u và hầu hết các tr|ờng hợp truyền nhiệt bức xạ), thì chỉ sử dụng thuật

A.3. Nhiệt trở suất r tại điểm P
Đây là đại l|ợng cho phép tính toán véctơ grad T tại điểm P từ véctơ q tại
điểm P bằng định luật Fourier. Tr|ờng hợp đơn giản nhất (vật liệu đẳng nhiệt) là
hệ số tỷ lệ giữa các véctơ grad T và q:
grad T = - rq

(4)

Trong tr|ờng hợp này r cũng là hệ số tỷ lệ nghịch giữa các thành phần của
h|ớng s đã chọn.

thành phần xác định grad T là đại l|ợng tỷ lệ tuyến tính của các thành phần của
véctơ q. Do đó nhiệt trở suất đ|ợc xác định thông qua tenxơ r của chín hệ số của
grad T = - r q

(5)

Nếu nhiệt trở suất r hoặc r không đổi theo toạ độ và thời gian, có thể xem
nó nh| là một đặc tính nhiệt ở nhiệt độ đã cho.

A.4. Độ dẫn nhiệt

ở điểm P

Đây là đại l|ợng cho phép để tính toán véctơ q tại điểm P từ véctơ grad T
hoặc bằng một đơn vị tenxơ.

q =-

grad T

(6)

Ti liu ny c lu tr ti />

tiêu chuẩn việt nam

tcvn 299 : 2003

r=1
tenxơ
của chín hệ số của các đại l|ợng tỷ lệ tuyến tính thuộc các thành phần
của grad T mà các hệ số này xác định mỗi thành phần của q theo hệ thức d|ới
q = - grad T

(7)

có thể đ|ợc xác định đ|ợc bằng cách đảo ng|ợc r và ng|ợc
Nh| vậy
lại. Nếu độ dẫn nhiệt hoặc

không đổi theo toạ độ và thời gian, nó có thể

Độ dẫn nhiệt có thể là một hàm số của nhiệt độ và của h|ớng (vật liệu dị

Hãy xem xét một vật thể có chiều dày d đ|ợc giới hạn bằng hai mặt phẳng
1

2

Các mép bên bao quanh các mặt chính của vật thể này đ|ợc giả thiết là
đoạn nhiệt và thẳng góc với chúng. Giả thiết rằng vật thể đ|ợc tạo bởi vật liệu ổn
định, đồng nhất và đẳng h|ớng (hoặc không đẳng h|ớng -dị h|ớng- với một trục
đối xứng vuông góc với các mặt chính). Trong điều kiện nh| vậy các hệ thức d|ới
đây = đạo hàm từ định luật Fourier tron
nếu hệ số dẫn nhiệt hoặc
, hoặc nhiệt trở suất r hoặc r không phụ thuộc
nhiệt độ:
1
=

d

d

=

=
1

A(T1 T2)

R=

(8)

2

d
=

= rd

(9)

Ti liu ny c lu tr ti />

tiêu chuẩn việt nam

tcvn 299 : 2003

Nếu tất cả các điều kiện trên đ|ợc đáp ứng (ngoại trừ hệ số dẫn nhiệt
hệ số dẫn nhiệt đ|ợc tính ở nhiệt độ trung bình

1

2

Tm =

.
2

T|ơng tự, nếu một vật thể có chiều dài l đ|ợc giới hạn bởi hai mặt đẳng
nhiệt, hình lăng trụ, đồng trục có nhiệt độ T1 và T2 và đ|ờng kính D1 và D2 t|ơng
ứng, và nếu hai đầu của vật thể là các mặt đoạn nhiệt phẳng vuông góc với hình
lăng trụ, và các vật liệu là ổn định, đồng nhất và đẳng h|ớng, thì các hệ thức d|ới
đây = đạo hàm từ định luật Fourier trong các điều kiện ổn định sẽ đ|ợc áp dụng
nếu độ dẫn nhiệt hoặc nhiệt trở suất r không phụ thuộc vào nhiệt độ :

1
=

De

D

De

Di

2

Di

=
r

=

(10)

2 l(T1- T2 )

1

R

2

R=

e

=

ln
2

= r
Di

ln
2

(11)
Di

Trong đó D có thể là đ|ờng kính bên ngoài hoặc bên trong hoặc đ|ờng kính
Nếu tất cả các điều kiện trên đều đ|ợc đáp ứng ngoại trừ hệ số dẫn nhiệt
là một hàm số tuyến tính của nhiệt độ thì các hệ thức trên vẫn đ|ợc áp dụng
T1 + T2

T =
2

Ti liu ny c lu tr ti />

tiêu chuẩn việt nam

tcvn 299 : 2003

Với những giới hạn trên, công thức (8), (10) th|ờng đ|ợc sử dụng để xác
đã đo đ|ợc ở nhiệt độ trung bình Tm.
T|ơng tự, công thức (8) và (10) c
nhiệt của các môi tr|ờng xốp từ các đại l|ợng đo đ|ợc mà đối với chúng quá trình
truyền nhiệt tổng hợp bao gồm ba ph|ơng thức : bức xạ, dẫn nhiệt và đôi khi cả
đối l|u nhiệt.

trên đ|ợc gọi là độ dẫn nhiệt (đôi khi còn gọi là độ dẫn nhiệt biểu kiến, t|ơng
đ|ơng hoặc hiệu quả) của môi tr|ờng xốp đồng nhất khi nó không phụ thuộc vào
của mẫu đo và chênh lệch nhiệt độ (T1 - T2)
Khi các điều kiện đó không thoả mãn, nhiệt trở bề mặt phải đ|ợc sử dụng
để biểu thị đặc tính của mẫu đo với các kích th|ớc hình học, chênh lệch nhiệt độ
-T

Ti liu ny c lu tr ti />