lämmönsiirtonopeutena

Lämmönsiirtonopeutena tarkoittaa lämpöenergian siirtymisen nopeutta kappaleiden tai rajapintojen välillä per ajan yksikkö. Se kuvaa, kuinka paljon energiaa siirtyy-ajassa, ja mitataan yleisimmin watteina (W). Käytännössä lämmönsiirtonopeus kertoo, kuinka nopeasti järjestelmä lämpenee tai jäähtyy, ja sitä käytetään suunnittelussa ja analyysissä energiankulutuksen sekä lämpötilojen hallinnan optimoimiseksi.

Lämmönsiirto voidaan jakaa kolmeen perusmekanismiin: johtuminen (conduction), konvektio (convection) ja säteily (radiation). Johtumisessa lämpö siirtyy materiaalin läpi lämpötilaeron perusteella kaavalla Q̇ = k·A·(ΔT)/L, missä k on materiaalin lämmönjohtavuus, A pinta-ala, ΔT lämpötilapoikkeama ja L paksuus. Konvektiossa siirto tapahtuu nesteen tai kaasun virtauksessa kaavalla Q̇ = h·A·(ΔT), jossa h on konvektiivinen siirtokerroin. Säteilyssä lämpö siirtyy mustan kappaleen kehieni kautta kaavalla Q̇ = ε·σ·A·(T1^4 − T2^4), missä ε emissiviteetti ja σ Stefan–Boltzmannin vakio. Usein käytetään kokonaislämmönsiirtoa kuvaavaa U-arvoa, Q̇ = U·A·(ΔT_lm), jossa ΔT_lm on lämpötilaero mukautettuja arvoja käyttäen; yksikkö on W/(m²·K).

Faktorit, jotka vaikuttavat lämmönsiirtonopeuteen, ovat materiaalin ominaisuudet (lämmönjohtavuus, paksuus), pinta-alue, tilan lämpötilat ja ilmankierrä, rajapintojen lämmöneristys sekä mahdollinen säteilylämpötilan vaikutus. Suunnittelussa lämmönsiirtonopeus määrittää eristystarpeet, jäähdytyksen koolla sekä energiatehokkuuden, esimerkiksi rakennusten ulo- ja sisäosan U-arvon sekä laitteiden jäähdytysratkaisut.

Esimerkkikohteita ovat rakennusten seinät ja ikkunat, lämpötilajärjestelmät, teollisuuden lämmönvaihtimet ja elektronikka, joissa oikea lämmönsiirtonopeus varmistaa toiminnan vakiona sekä energian talteenoton mahdollisuudet.