Механизми за пренос на топлина: топлопроводимост, топлинно излъчване, конвекция

Както знаем, всяка термодинамична система се стреми към термодинамично равновесие. Тя се стреми да компенсира топлинната нехомогенност, като потокът на топлинен пренос е насочен от по-висока към по-ниска температура. Самият пренос може да се осъществи по различни начини: чрез топлопроводимост, топлино излъчване или конвекция.

В помещението, което се отоплява, топлината се предава на определен строителен компонент чрез излъчване с дълги вълни и конвекция на въздуха пред компонента. В самия компонент, който затваря отопляемата зона, протича топлопроводимост от по-високото към по-ниското температурно ниво. При хомогенни строителни материали като стоманен профил това става чрез топлопроводимост. Тъй като обаче строителните материали имат изпълнени с въздух камери, различните механизми за пренос на топлина се припокриват.

От външната страна на конструкцията топлообменът се влияе от излъчването на дълги вълни от компонента и конвекцията на вятъра. В допълнение, късо вълновото излъчване на слънчевата светлина води до нагряване на повърхността на даден елемент. В обичайните изчисления на строителната физика обаче това влияние не се взема предвид като печалба на топлина. Всъщност повърхностните температури на външните компоненти могат значително да се увеличат от слънчевите лъчи с къси вълни. Истинска печалба на топлината във вътрешната страна на помещението обаче не може да бъде постигната поради намаляване на температурната амплитуда.

Топлопроводимост
В твърдите строителни материали топлината се предава директно между съседните молекули. Броят на молекулите или обемната плътност [kg/m³] е определящ за преноса на топлина при топлопроводимостта. Високата обемна плътност може да се разглежда като характеристика на добра топлопроводимост [W/mK].

Топлинно излъчване
Топлината може да се предава и чрез излъчване. Правилото е, че всяко тяло имитира и излъчва електромагнитно излъчване. Разликата в температурата между засегнатите повърхности е важна. Топлопредаването при излъчване не е свързано с материята и може да се осъществи във вакуум. При изчисленията на строителната физика топлинното излъчване на повърхността на компонента не се балансира отделно, а по-скоро се оценява като термично съпротивление Rsi и Rse заедно с конвекцията пред компонента.

Конвекция
Докато топлопроводимостта в твърдите строителни материали се осъществява между съседните молекули в твърдото вещество, топлопредаването при газове и течности е динамичен процес. При конвекция топлопроводимостта се осъществява чрез движението на пренасящите енергия въздушни молекули в стаята. Топлообменът между въздуха и строителния материал зависи от скоростта на потока и температурата на въздуха, както и от естеството (грапавостта) и геометрията на повърхността. В зависимост от скоростта на потока на въздуха и наклона на компонента може да има съседен граничен слой на въздуха или отделящ граничен слой на въздуха.