تبدیل ضریب انتقال حرارت
ضریب انتقال حرارت (که با نماد U-value شناخته می شود) نشان می دهد چه مقدار گرما از واحد سطح و به ازای هر درجه اختلاف دما عبور می کند. این مفهوم در طراحی عایق ساختمان، پنجرهٔ دوجداره و مبدل های حرارتی اهمیت زیادی دارد.
واحد استاندارد آن وات بر متر مربع کلوین W/(m²·K) است، اما در منابع آمریکایی Btu/(hr·ft²·°F) و در برخی متون قدیمی cal/(s·cm²·°C) دیده می شود. هرچه این ضریب کمتر باشد، عایق بندی بهتر است.
این مبدل ضریب انتقال حرارت بین همهٔ این واحدها به صورت دقیق تبدیل می کند؛ ابزاری تخصصی برای مهندسان مکانیک و ساختمان.
تبدیل های پرکاربرد انتقال حرارت
ضریب انتقال حرارت (U) یا ضریب هدایت حرارتی (k)؟
این دو زیاد با هم اشتباه گرفته می شوند و واحدشان هم فرق دارد، پس با این مبدل قابل تبدیل به هم نیستند:
k خاصیت خودِ ماده است و به ضخامت کاری ندارد؛ مثلاً پشم سنگ در هر ضخامتی همان k را دارد. اما U خاصیت یک جزء ساختمانی کامل با ضخامت مشخص است. رابطهٔ این دو برای یک لایهٔ همگن به ضخامت d برابر U = k ÷ d است. این صفحه فقط واحدهای U را تبدیل می کند؛ اگر عدد شما بر حسب W/(m·K) است، با ضریب هدایت حرارتی سروکار دارید نه U.
تبدیل U به R (مقاومت حرارتی)
مقاومت حرارتی دقیقاً وارونهٔ ضریب انتقال حرارت است: R = 1 ÷ U. هرچه U کمتر و R بیشتر باشد، عایق بندی بهتر است. یک نکتهٔ مهم: R در سیستم متریک بر حسب m²·K/W است ولی «R-value» آمریکایی واحد دیگری دارد و برای تبدیلشان باید عدد متریک را در ۵٫۶۷۸ ضرب کنید:
پس اگر جایی نوشته «عایق R-13»، آن عدد آمریکایی است و معادل متریکش حدود ۲٫۲۹ می شود؛ مستقیم با اعداد متریک مقایسه اش نکنید.
محاسبه اتلاف حرارت از روی ضریب U
کاربرد اصلی این ضریب، برآورد میزان گرمای تلف شده است: Q = U × A × ΔT؛ که در آن A مساحت بر حسب مترمربع و ΔT اختلاف دمای داخل و بیرون بر حسب درجه است. نتیجه بر حسب وات به دست می آید.
مثال: دیواری به مساحت ۱۰ مترمربع با ضریب U برابر ۲، وقتی اختلاف دمای داخل و بیرون ۲۰ درجه باشد، حدود ۴۰۰ وات گرما از دست می دهد. اگر همان دیوار عایق شود و U به ۱٫۶ برسد، در سطح ۱۵ مترمربع و اختلاف ۲۵ درجه، اتلاف ۶۰۰ وات خواهد بود. برای تبدیل این خروجی به واحدهای دیگر توان از مبدل توان استفاده کنید.
با این ابزار می توانید
- ضریب U ساختمان و پنجره را بین واحد متری و انگلیسی تبدیل کنید.
- داده های استاندارد آمریکایی (Btu) را به W/(m²·K) برگردانید.
- عملکرد عایق ها را روی یک مقیاس مشترک مقایسه کنید.
- مقادیر منابع قدیمی (cal) را به واحد امروزی ببرید.
مثال کاربردی
فرض کنید مشخصات یک دیوار می گوید ضریب انتقال حرارت آن ۲ وات بر متر مربع کلوین است و می خواهید آن را با استانداردهای آمریکایی مقایسه کنید. کافی است ۲ را در واحد «W/(m²·K)» وارد و مقصد را «Btu/(hr·ft²·°F)» بگذارید؛ نتیجه ۲ × ۰٫۱۷۶ ≈ ۰٫۳۵ Btu/(hr·ft²·°F) می شود.