Теплопередача и Теплообмен

Профессиональный инструмент для расчета тепловых потоков: теплопроводность, конвекция и излучение. Для инженеров, строителей и студентов.

Загрузка калькулятора...

ISO

Стандарты 6946

Механизма

Фурье

Модель

100%

Бесплатно

Физическая сущность теплопередачи

Теплопередача — это необратимый процесс переноса внутренней энергии от более нагретых областей к менее нагретым. Это фундаментальное явление, определяющее эффективность теплоизоляции зданий, работу радиаторов отопления и охлаждение электроники.

В инженерной практике мы всегда работаем с тремя механизмами, которые часто действуют одновременно:

🧱

Теплопроводность

Передача энергии при контакте частиц (в твёрдых телах).

💨

Конвекция

Перенос тепла движущимися потоками жидкости или газа.

☀️

Излучение

Электромагнитные волны, не требующие среды для распространения.

Механизм №1

Теплопроводность (Закон Фурье)

Основной способ передачи тепла в твердых телах. Способность материала проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности λ (Вт/м·К).

Чем ниже λ, тем лучше материал как теплоизолятор (например, минвата λ≈0.04). Чем выше — тем лучше проводник (медь λ≈390).

Закон Фурье:

Q = λ · A · ΔT / δ

Где Q — поток (Вт), A — площадь, ΔT — перепад температур, δ — толщина.

Теплопроводность материалов (λ)

Медь~390 Вт/м·К
Алюминий~205 Вт/м·К
Сталь~50 Вт/м·К
Бетон1.3–1.8 Вт/м·К
Кирпич0.5–0.8 Вт/м·К
Минвата (утеплитель)~0.04 Вт/м·К

Коэффициенты теплоотдачи (α)

Зависят от скорости потока и свойств среды.

Воздух (естеств.)

5–25

Вт/м²·К

Вода (течение)

500+

Вт/м²·К

Кипение воды

20k+

Вт/м²·К

Конденсация пара

100k

Вт/м²·К

Механизм №2

Конвекция

Процесс теплообмена между поверхностью твердого тела и омывающей его средой. Описывается законом Ньютона-Рихмана.

Формула:

Q = α · A · (T_пов - T_ср)

Где α — коэффициент теплоотдачи, зависящий от режима течения (ламинарный/турбулентный).

Механизм №3

Тепловое излучение

Все тела излучают энергию. При высоких температурах это становится основным способом теплоотдачи. Ключевой параметр — степень черноты ε (от 0 до 1).

Закон Стефана-Больцмана:

Q = ε · σ · A · (T₁⁴ - T₂⁴)

Важно: Температура должна быть в Кельвинах (K)! σ = 5.67×10⁻⁸.

Степень черноты (Emissivity ε)

Абсолютно черное тело1.0

Бетон / Кирпич0.90 - 0.93

Окрашенный металл0.80 - 0.90

Полированный алюминий0.04

Блестящие металлы плохо излучают тепло.

Инженерный подход

В реальных зданиях мы используем понятие термического сопротивления R.

1. Слой за слоем

Сопротивления слоев (кирпич + утеплитель + штукатурка) просто суммируются:
R_sum = R1 + R2 + ...

2. R = δ / λ

Чтобы увеличить теплосопротивление стены, нужно либо увеличивать толщину (δ), либо выбирать материал с меньшей теплопроводностью (λ).

3. U-Value

Обратная величина общему сопротивлению называется коэффициентом теплопередачи U (Вт/м²К). Чем меньше U, тем теплее дом.

Часто задаваемые вопросы

U-value (коэффициент теплопередачи) показывает, сколько тепла уходит через 1 м² конструкции при разнице температур в 1 градус. Это основной параметр энергоэффективности. Для пассивного дома U < 0.15 Вт/(м²·К).

Да, для большинства материалов λ растет с увеличением температуры. Однако в строительном диапазоне (-40...+50°C) для твердых тел её часто считают константой.

Теплопроводность и конвекция требуют наличия вещества (молекул) для передачи энергии. В вакууме (как в космосе или термосе) молекул нет, поэтому тепло передается только фотонами (излучением).

Очень сильно. Вода проводит тепло в 25 раз лучше воздуха. Если утеплитель (минвата) намокнет, его теплопроводность резко возрастет, и он перестанет «греть». Поэтому важна пароизоляция.

Это участок конструкции с высокой теплопроводностью (например, металлический крепеж, бетонная перемычка в кирпичной стене), через который происходит утечка тепла в обход основной изоляции.

Для плоской стенки — да. Для труб (цилиндрическая стенка) формулы сложнее (через логарифм диаметров). Наш калькулятор использует базовые формулы, для тонкостенных труб большого диаметра погрешность мала, но для толстой изоляции труб нужны специальные цилиндрические поправки.

Создатель

Лиана Арифметова

Миссия: Демократизировать сложные расчеты. Превратить страх перед числами в ясность и контроль. Девиз: «Любая повторяющаяся задача заслуживает своего калькулятора».