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 = √kρc,

где

k – теплопроводность (англ. bulk thermal conductivity),

ρ – плотность материала,

c – удельная теплоёмкость материала.

Произведение ρc 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), или более редко, тью (англ. tiu). 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). 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.',

Тепловая инерция

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

D = R₁s₁+R₂s₂+...+R_ns_n

где R₁,R₂,R_n — термические сопротивления слоёв ограждения, a s₁,s₂,s_n — коэффициенты теплоусвоения материалов отдельных слоёв за период в 24 часа.

Для конструкции:

малой инерционности 4 > D > 1,5 (tнар = средняя температура наиболее холодных суток - tхолсут)

средней инерционности 4 < D < 7 (tнар = среднюю температуру этих величин = (tхолсут + tmin + tхол5сут)/3)

безинерционных D < 1,5 (tнар = абсолютная минимальная температура наружного воздуха - tmin)

большой инерционности D > 7 (tнар = температура наиболее холодной пятидневки - tхол5сут)

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).

Тепловая инерция атмосферы

См. Парниковый эффект