Soojusülekanne tehnikas

Soojusülekande olemust mõistes on lihtne aru saada nii mitmestki loodusnähtusest ja sellest, kuidas rakendatakse soojusülekannet tehnikas. Kuigi vahel on hea, kui soojusülekannet ei toimu, on meile teinekord sellest jälle palju kasu.

Päikeseküte

Päikeseküte on kütmisviis, mille puhul kasutatakse päikesekiirgust. Päikesekiirgust neelavad ja muudavad soojuseks päikesekollektorid[mõiste: päikesekollektor – seade, milles olev vedelik soojeneb neelduva päikesekiirguse toimel ja see vedelik võib kütta ruume või soojendada tarbevett], mis asuvad tavaliselt majade katustel. Kollektoris olev vesi kuumeneb, see suunatakse küttesüsteemi ning selle asemele tuleb külm vesi. Vee paneb ringlema pump. Neis piirkondades, kus välisõhu temperatuur võib langeda alla 0°C, kasutatakse vee asemel mittekülmuvaid vedelikke, näiteks antifriisi[joonealune: vedelik, mille külmumistemperatuur on alla 0 °C ning mis koosneb peamiselt alkoholidest ja soolade lahustest]. Tänapäevased kollektorid muudavad soojuseks kuni 95% neile langevast päikesekiirgusest. Peale toasooja saadakse nii ka sooja vett.

Kollektor on seda võimsam, mida tugevam on päikesekiirgus ja mida suurem on kollektori päikesele avatud pind. Näiteks võib suvel Eestis 1 m2 pindalaga kollektor anda võimsuseks kuni 0,7 kW

Päikesekollektor koosneb torudest, milles on vesi või antifriis, mis päikesekiirguse toimel soojeneb
Päikesekollektoriga saab hoonet kütta ja ka sooja tarbeveega varustada
Esimese päikesekollektori leiutas 1767. aastal aristokraadist Šveitsi teadlane Horace de Saussure (1740–1799), kes sai oma kollektoriga kätte temperatuuri 110 °C

Mõtle!

  • Miks paigutatakse Eestis päikesekollektorid u 45° nurga alla, mitte horisontaalselt?

Päikesekollektoris muundub

  • mehaaniline energia soojusenergiaks.
  • soojusenergia valgusenergiaks.
  • valgusenergia soojusenergiaks.
  • valgusenergia keemiliseks energiaks.

Päikesekollektori vett sisaldavad torud on tumedad, sest

  • nii peegeldavad nad rohkem valgust.
  • nii neelavad nad rohkem valgust.
  • nii paistavad nad kõige vähem silma.

Termos

Termos[mõiste: termos – anum ainete hoidmiseks ümbritseva keskkonna temperatuurist erineval temperatuuril] on selline anum, milles saab aineid hoida teisel temperatuuril, kui on ümbritseva keskkonna temperatuur. Näiteks saab termoses hoida kuuma kohvi või vedelat lämmastikku (‒196 °C). Termose kahekordsete klaasist või metallist seinte vahel on vaakum[mõiste: vaakum – õhutühi või väga hõreda gaasiga täidetud ruum], mis vähendab soojusjuhtivust anuma sisemise ja välimise seina vahel. Kiirguse teel toimuva soojusülekande vähendamiseks on seinad kaetud soojuskiirgust peegeldava metallikihiga.

Termose osad
Tänapäevase termose töötas 1898. aastal välja Inglise füüsik ja keemik James Dewar (1842–1923). Seetõttu kutsutakse termosanumaid vahel ka Dewari anumateks

Mõtle!

  • Kui paneme käe tühja termoskotti, hakkab käel soe. Miks see nii on? Kas termoskotis on soojem õhk kui sellest väljaspool? 

Soojustusmaterjal

Soojustusmaterjal on ehitusmaterjal, mis takistab soojusenergia levimist eluruumide ja väliskeskkonna vahel. Sellega isoleeritakse majade välisseinad, vundamendid, katused, vee- ja küttetorud. Hea soojustusmaterjal tagab selle, et talvel on toas soojem ja suvel jahedam kui väljas. Ehitaja eesmärk on aidata kokku hoida kütte- ja jahutuskulusid ning suurendada elanike mugavust. Sellise materjali soojusjuhtivus peab olema väike ning see peab olema tule- ja helikindel.

Väike soojusjuhtivus saavutatakse sellega, et soojustusmaterjal tehakse poorne, st paljude õhuga täidetud tühimikega. Kuna õhk on väikese tiheduse tõttu halb soojusjuht, siis on seda ka poorne materjal. Pealegi hajutavad poorid ka hästi heli.

Soojustusmaterjal peab takistama ka õhu konvektsiooni, st kinni pidama tuult. Samuti peab see vähendama soojuse levikut kiirgusena. Soojustusmaterjale on väga mitmesuguseid. Tutvume ainult mõne üldkasutatavamaga.

Klaasvill on klaaskiududest soojustusmaterjal, mida toodetakse peamiselt klaasijäätmetest, kvartsliivast, soodast ja lubjakivist. See segu sulatatakse temperatuuril üle 1400 °C. Sulanud segu suunatakse tsentrifuugi, kus tekib suhkruvatisarnane kiudude segu. Ühe kiu läbimõõt on palju väiksem inimese juuksekarva läbimõõdust. Kiudude vahel oleval õhul ei ole ruumi liikuda ja see teeb klaasvillast hea isolatsioonimaterjali.

Tselluvill on tehtud vanapaberist. Sobivaim algmaterjal on ajalehepaber. Töötlemisel saadakse kätte tselluloosikiud, millele lisatakse tulekindluse saavutamiseks pisut boorhapet[joonealune: nõrk hape, mille valem on H₃BO₃] ja booraksit[joonealune: nõrk alus, mille valem on Na₂B₄O₇]. Tselluvilla heaks omaduseks on võime imada endasse niiskust ning seda taas aja jooksul loovutada, see hoiab niisketel aastaaegadel hoone konstruktsioonid kuivad.

Klaasvilla tekstuur on kiuline, mistõttu on õhul selles raske liikuda. Seetõttu on klaasvill väga hea isolatsioonimaterjal
Klaasvillaga soojustatakse hoonete seinu, põrandaid ja katuseid
Villa võib paigaldada nii plaatidena kui ka väiksemate osakestena (puistevill). Tselluvill on toodetud vanapaberist
Soojusülekande kaudu kaotab soojust nii inimkeha kui ka elumaja

Vahtplast ehk penoplast koosneb plastmassi paisutatud terakestest, mis on kuumutamise käigus omavahel kokku kleepunud. Terakeste läbimõõt on mõni millimeeter. Vahtplast on väga kerge, sest kogu selle ruumalas on tahket ainet ainult 2–3%. Vahtplastist on lihtne plaate lõigata, seda saab teha näiteks käsisaega.

Foolium on mõne kümnendiku millimeetri paksune õhuke lehtmetall, tavaliselt alumiinium, mis peegeldab hästi soojuskiirgust ja on ka hea tuuletõke. Seda kasutatakse iseseisvalt või kaetakse sellega mõnd teist soojustusmaterjali (nt klaasvilla- või vahtplastplaate).

Vahtplast on kerge, mistõttu on seda lihtne kasutada
Fooliumit pannakse tihti sauna seintesse, et see takistaks soojuskiirguse levimist saunast väljapoole

Soojustusmaterjalide väike soojusjuhtivus saavutatakse sellega, et materjalid tehakse võimalikult . Siis sisaldab materjal palju . Poorides olev aine on  soojusjuht. Soojustusmaterjalid peavad takistama . Vanapaberist toodetakse , mida kasutatakse hoonete soojustamiseks. Nii klaas- kui ka tselluvill on kiulised materjalid, mis tagab selle, et õhk liigub nendes . Vahtplast sisaldab umbes  õhku. Fooliumit kasutatakse eelkõige kohtades, kus on vaja takistada soojuse levikut  teel.

Uuri!

  • Milliseid soojustusmaterjale on veel olemas?

Jätan meelde

  • Päikeseküte on selline kütmisviis, kus hooneid köetakse või tarbevett soojendatakse päikesekiirgusega.
  • Termos on kahekordse seinaga anum selles oleva aine temperatuuri säilitamiseks.
  • Soojustusmaterjal on ehitusmaterjal, mis takistab soojusenergia levimist eluruumide ja väliskeskkonna vahel.