Isolation thermique

L'isolation thermique de limite peut se rapporter à des matières employées pour réduire le taux du transfert de chaleur , ou les méthodes et les processus employés pour réduire le transfert de chaleur.

De l'énergie de la chaleur peut être transférée par la conduction , la convection , le rayonnement ou en subissant un changement de phase . Aux fins de cette discussion seulement les trois premiers mécanismes doivent être considérés.

L'écoulement de la chaleur peut être retardé en adressant un ou plusieurs de ces mécanismes et dépend des propriétés physiques du matériel utilisé pour faire ceci.

Transfert de chaleur

Rayonnement thermique et barrières radiantes

Le rayonnement thermique est composé de la longueur d'onde infrarouge du du spectre électromagnétique . Et comme tout le rayonnement électromagnétique n'exige aucun milieu dans lequel pour voyager. La quantité d'énergie rayonnée par un objet est proportionnelle sa température de surface et son émissivité . N'importe quel objet au-dessus du zéro absolu rayonne un certain degré de rayonnement thermique. Car tous les objets rayonnent l'énergie vers une une autre, la considération importante est la direction nette de l'écoulement d'énergie.

Les barrières radiantes thermiques possèdent les caractéristiques de la basse émissivité , de la basse absorptivité et de la réflectivité élevée dans le spectre infrarouge. Elles peuvent également montrer ceci pour d'autres longueurs d'onde comprenant la lumière visible mais ce n'est pas nécessaire pour sa fonction en tant que barrière thermique. Seulement une petite fraction d'énergie radiante est absorbée par un tel matériel (les la plupart qui sont reflétées en arrière loin) et donc seulement une petite fraction re-est émise. Les métaux fortement polished sont un tel exemple. Réciproquement, les matériaux foncés avec la basse réflectivité absorberont une grande fraction d'énergie et émettront pareillement une grande fraction. (voir le corps noir , le corps gris )

Conduction thermique et barrières conductrices

La conduction se produit quand la chaleur voyage par un milieu. Le taux auquel ceci se produit est proportionnel à l'épaisseur du matériel, la section au-dessus duquel elle voyage, les gradients de température entre ses surfaces et sa conductivité thermique .

La plupart des gaz comprenant l'air sont les conducteurs pauvres. Les barrières conductrices incorporent souvent une couche ou des poches d'air pour retarder le transfert de chaleur. Les exemples incluent la mousse de styrol ou les doubles fenêtres vitrées. Le transfert de chaleur conducteur est en grande partie réduit par la présence des espaces air-remplis (qui a la basse conductivité thermique) plutôt que par le matériel lui-même. D'une part, metal la conductivité thermique élevée d'objet exposé et permettre à la conduction de chaleur de se produire aisément.

L'efficacité d'une barrière radiante est niée si elle aboute n'importe quel matériel avec la conductivité thermique élevée. Par exemple le clinquant r3fléchissant doit être fourni à entrefer proportionné à fonctionner en juste proportion.

Transfert convecteur et barrières convectrices

Le transfert de chaleur de convection se produisent entre deux objets séparés par une interface mobile de fluide ou de gaz. Les courants convecteurs conduits par énergie calorifique se produisent entre les objets. Les propriétés physiques du fluide ou le gaz et la vitesse auxquels les molécules voyagent influence le taux de transfert. La convection peut réduit en divisant le milieu convecteur en petits compartiments pour empêcher de grands courants de former.

Barrières combinées

Les matériaux qui sont employés souvent pour réduire la conduction également diminuent la convection. Les petits espaces aériens retardent le mouvement convecteur. Il y a une densité idéale du matériel qui maximise les deux effets simultanément.

Un autre exemple où différents systèmes sont combinés sont les surfaces et le vide r3fléchissants dans un flacon de vide , ou navire du vase Dewar .

Le transfert de chaleur d'arrangement est important en prévoyant comment isoler un objet ou une personne de la chaleur ou froid, par exemple avec le choix correct de l'habillement isolé, ou d'étendre des matériaux d'isolation sous le dans-plancher chauffer les câbles ou les pipes afin de diriger autant la chaleur comme possible vers le haut dans la surface de plancher et ramener la perte de chaleur à la terre dessous.

Facteurs qui compromettent l'isolation

Humidité

Les matériaux humides peuvent perdre la plupart de leurs propriétés isolantes. Le choix de l'isolation dépend souvent des moyens employés pour contrôler l'humidité et la condensation sur un côté ou l'autre de l'isolateur thermique. L'isolation d'habillement et de bâtiment dépendent de cet aspect pour fonctionner comme prévu.

Transition de la chaleur

Comparativement plus de débits calorifiques par un chemin de moindre résistance que par les chemins isolés. Ceci est connu en tant qu'un pont thermique , la fuite de la chaleur, ou court-circuit. L'isolation autour d'un pont est de peu d'aide en empêchant la perte ou le gain de chaleur dû à la transition thermique ; la transition doit être reconstruite avec de plus petits ou insulative matériaux. Un exemple commun de ceci est un mur isolé qui a une couche de matériel d'isolation rigide entre les goujons et la couche de finition. Quand un pont thermique est désiré, ce peut être une source de chaleur , le radiateur ou un caloduc .

Conditions calculatrices

Les standards industriels sont souvent " ; règles de thumb" ; développé sur beaucoup d'années, cet excentrage de nombreux buts contradictoires : quelles personnes payera, coût de fabrication, climat local, pratiques en matière de bâtiment traditionnel, et normes variables de confort. Chaleur-transférer l'analyse peut être exécuté dans de grandes applications industrielles, mais dans des situations de ménage (les appareils et l'isolation de bâtiment), l'herméticité est la clef en réduisant le transfert de chaleur dû à la convection (forcée ou normale) de fuite d'air. Une fois que l'herméticité est réalisée, il a souvent été suffisant de choisir l'épaisseur de la couche insulative basée sur des principes de base. Des retours de diminution sont réalisés avec chacun doublement successif de la couche insulative.

Il peut montrer que pour quelques systèmes, il y a une épaisseur minimum d'isolation exigée pour qu'une amélioration soit réalisée.

Applications

Habillement

L'habillement est choisi pour maintenir la température du corps humain.

Pour compenser la chaleur ambiante élevée, vêtant doit permettre à la sueur de s'évaporer (se refroidissant par évaporation). Quand nous prévoyons des températures et l'effort physique, se soulever du tissu pendant le mouvement crée les courants d'air qui augmentent l'évaporation et le refroidissement. Une couche de tissu isole légèrement et garde le refroidisseur des températures de peau qu'autrement.

Il est encore essentiel de combattre l'humidité froide et évacuante de peau tandis que plusieurs couches peuvent être nécessaires pour atteindre simultanément ce but tandis qu'assortissant sa production de chaleur interne aux pertes de chaleur devant s'enrouler, à la température ambiante, et au rayonnement de la chaleur dans l'espace. En outre, cruciale pour des chaussures, est l'isolation contre la conduction de la chaleur dans les matériaux pleins.

Bâtiments

voient également :

l'isolation de bâtiment de Le maintien des températures acceptables dans les bâtiments (par la chauffage et le refroidissement) emploie une grande proportion de consommation d'énergie totale dans le monde entier. Quand isolée bonne, un bâtiment :
est de rendement optimum, de ce fait épargnant l'argent de propriétaire.
fournit les températures plus uniformes dans tout l'espace. Il y a moins de gradient de température verticalement (entre la taille de cheville et la taille de tête) et horizontalement des murs extérieurs, des plafonds et des fenêtres aux murs intérieurs, de ce fait produisant un environnement plus confortable d'occupant quand les températures extérieures sont extrêmement froides ou chaudes.
a des dépenses périodiques minimales. À la différence de l'équipement de chauffage et de refroidissement, l'isolation est permanente et n'exige pas l'entretien, l'entretien, ou l'ajustement.

Beaucoup de formes d'isolations thermiques absorbent également le bruit et la vibration, toutes les deux qui viennent de l'extérieur et d'autres salles à l'intérieur de la maison, de ce fait produisant un environnement plus confortable d'occupant.

L'isolation de pipe de est également importante dans les bâtiments pour les pipes qui acheminent les fluides heated ou refroidis.

Voir également le Weatherization et la masse thermique ; tous les deux décrivent des méthodes importantes d'économiser l'énergie et de créer le confort.

Industrie

Dans l'industrie, de l'énergie doit être dépensée pour soulever, abaisser, ou maintenir la température des objets ou des fluides de processus. Si ceux-ci ne sont pas isolés, ceci augmente les conditions d'énergie calorifique d'un processus, et donc du coût et des incidences sur l'environnement.

Voyage dans l'espace

Le vaisseau spatial ont des conditions très exigeantes d'isolation. Les isolateurs légers sont une condition forte, car la masse supplémentaire sur un véhicule d'être lancée dans l'orbite terrestre ou sont là-bas extrêmement chers. Dans l'espace, il n'y a aucune atmosphère pour atténuer l'énergie rayonnée du soleil, ainsi la surface des objets dans l'espace réchauffe très rapidement. Dans l'espace, la chaleur ne peut pas être dégagée par transfert de chaleur de convection, ni être conduite à un autre objet. L'isolation multicouche , le clinquant de d'or souvent vu couvrir des satellites et des sondes d'espace, est employée pour commander le rayonnement thermique, de même que les peintures de spécialité.

Le lancement et la ré-entrée placent des efforts mécaniques graves sur le vaisseau spatial, ainsi la force d'un isolateur est en critique importante (comme vu par l'échec de la mousse isolante sur la navette spatiale de Colombie ). La ré-entrée par l'atmosphère produit très des températures, exigeant des isolateurs avec d'excellentes propriétés thermiques, par exemple le carbone renforcé - les tuiles composées de fibre de la silice d'ogive et de de carbone de la navette spatiale .

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