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:

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

где

$k$ – теплопроводность (англ. bulk thermal conductivity),

$\rho$ – плотность материала,

$c$ – удельная теплоёмкость материала.

Произведение $\rho c$ представляет собой объёмную теплоёмкость.

В системе СИ единицей измерения тепловой инерции является Дж м$^{-2}$ K$^{-1}$ с$^{-1/2}$, иногда называемая Киффер (англ. Kieffer),^[1] или более редко, тью (англ. tiu).^[2]

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]

Характеристика тепловой инерции D определяется по формуле^[4]:

$D=R_1s_1+R_2s_2+...+R_ns_n$,

где $R_1, R_2, R_n$ — сопротивление теплопередаче слоёв ограждения, a $s_1, s_2, s_n$ — ко­эффициенты теплоусвоения материалов отдельных слоёв за период в 24 ч.

Для конструкции:

• малой инерционности 4 > D > 1,5 (t_нар = средняя температура наиб. 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 наиб. холодной пятидневки - t_хол^5сут)

См. также

• Мера теплосопротивления

Примечания

1. ↑ Eric Weisstein's World of Science - Thermal Inertia
2. ↑ Thermal inertia and surface heterogeneity on Mars, N. E. Putzig, University of Colorado Ph. D. dissertation, 2006, 195 pp.
3. ↑ Тепловая инерция // ГорАрхиСтрой
4. ↑ Маклакова Т.Г. Архитектура. 2004. Учебник Часть 1. Страница 66

Литература

• СНиП II-3-79* «Строительная теплотехника».