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] Тепловая инерция иногда в научной литературе называется тепловой активностью или термической активностью.

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] По другим источникам: тепловая инерция (условная толщина, массивность) — способность ограждающей конструкции сопротивляться изменению температурного поля при перемененных тепловых воздействиях. Она определяет количество волн температурных колебаний, располагающихся (затухающих) в толще ограждения. При D приблизительно равной 8,5 в ограждении располагается одна температурная волна.'^[4],^[5]

Тепловая инерция

Характеристика тепловой инерции D приближенно, без учета порядка слоев в конструкции, определяется по формуле^[6]:

D=R_{1}s_{1}+R_{2}s_{2}+...+R_{n}s_{n}

,

где $R_{1},R_{2},R_{n}$ — термические сопротивления слоёв ограждения, a $s_{1},s_{2},s_{n}$ — коэффициенты теплоусвоения материалов отдельных слоёв за период в 24 часа.

Для конструкции:

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

Зависимость расчетной зимней температуры наружного воздуха от тепловой инерции отменена еще в 1996 г. Сейчас для конструкции с любой тепловой инерцией принимается в качестве расчетной температура наиболее холодной пятидневки обеспеченностью 0,92 (см. СП 50.13330.2012 Тепловая защита зданий).