Varmeovergangskoefficienter

Varmeovergangskoefficienter er størrelser som beskriver hastigheten av varmeutveksling per areal og per temperaturforskjell mellom to medier, for eksempel mellom en fast flate og en strøm av væske eller gass, eller mellom to faste flater med et mellomrom. De vanligste situasjonene er konvektiv varmeovergang mellom en væske/gass og en overflate, samt radiativ varmeovergang mellom overflater. I praksis brukes ofte individuelle konveksjonskoeffisienter eller en samlet (overall) varmeovergangskoeffisient, U, for flerskikts-konstruksjoner.

Enheten for varmeovergangskoefficienter er watt per kvadratmeter kelvin (W/m^2K). For en rett flate gir formelen q = h ΔT varmestrømmen per areal, hvor h er konveksjonskoeffisienten og ΔT er temperaturforskjellen. I flerlagssystemer brukes ofte q = U ΔT_lm, der ΔT_lm er den logaritmiske middeltemperaturdifferansen. Radiativ varmeovergang kan også bidra og beskrives gjennom radiative koeffisienter eller ved hjelp av overflatens emisivitet og temperaturer.

Verdier for varmeovergangskoeffisienter avhenger av fluidets egenskaper (termiske ledningsevne, viskositet, tetthet, spesifikk varme), strømningsregime (laminar eller turbulent), geometrien og overflateforholdene, samt temperatur og omgivelsestilstand. Generelt ligger naturlig konveksjon i luft ofte i området 5–25 W/m^2K, mens tvangsløp eller høyere flyt kan gi betydelig høyere verdier (omtrent noen titalls til flere hundre W/m^2K). For væsker som vann er h ofte mye høyere enn i luft. Koeffisientene estimeres ofte ved empiriske korrelasjoner basert på Nusselt-, Reynolds- og Prandtl-tall.

Varmeovergangskoefficienter brukes i beregninger av varmeutveksling i bygg, ventilasjonssystemer og varmevekslere, og de inngår i uttrykk som q = h A ΔT eller q = U A ΔT_lm for å vurdere varmetap og varmegevinst i ulike konstruksjoner.