Co to jest chłodzenie konwekcyjne?

Chłodzenie konwekcyjne to wszelkie przekazywanie ciepła, które zachodzi w wyniku ruchu płynu. Zarówno ciecze, jak i gazy mogą wykazywać chłodzenie konwekcyjne, a efekt może być naturalny lub wymuszony. Naturalne chłodzenie powstaje w wyniku wymiany ciepła w wyniku zmian gęstości płynu, takich jak wzrost gorącego powietrza i jego opadanie. Wymuszona konwekcja występuje, gdy do przemieszczenia płynu zostanie dodana jakakolwiek siła zewnętrzna, na przykład wentylator poruszający powietrze lub łyżka mieszająca ciecz.

Przenikanie ciepła następuje przede wszystkim z przewodzenia i konwekcji. Przewodnictwo to przenoszenie ciepła przez dowolny materiał, bez ruchu materiału. Przykładem przewodnictwa jest metalowa patelnia ogrzewana płomieniem na kuchence gazowej. Płomień gazowy ogrzewa spód naczynia, a przewodzenie przenosi ciepło do pozostałej części naczynia. Gdy ciepło zostanie wyłączone, konwekcja schłodzi miskę, gdy ciepło przenosi się i unosi ponad powietrze wokół miski.

Naturalne chłodzenie konwekcyjne zachodzi w ziemskiej atmosferze i oceanach. Powietrze jest ogrzewane przez ocieplenie ziemi i unosi się. Gdy powietrze unosi się, ochładza się i wraca na powierzchnię, tworząc globalną cyrkulację powietrza i wzorce pogodowe. Prądy oceaniczne przenoszą ciepłą wodę do chłodniejszych oceanów i chłodniejszych tonów wody i przenoszą się do cieplejszych regionów. Światło słoneczne dodaje energii, ogrzewając powietrze lub wodę, a obrót Ziemi nadaje pewną energię, ale ruch uważa się raczej za naturalny niż wymuszony.

Chłodzenie konwekcyjne występuje również wewnątrz Ziemi. Stopiony rdzeń, ogrzewany przez rozpad pierwiastków promieniotwórczych, unosi się w kierunku zewnętrznej skorupy naszej planety. Konwekcja chłodzi stopiony materiał rdzenia i powoli przesuwa się z powrotem do środka. Ten ruch powoduje, że nasze kontynenty powoli poruszają się na stopionym rdzeniu, zjawisko zwane ruchem płyty tektonicznej.

Wymuszone chłodzenie jest powszechne w domach i firmach. Systemy klimatyzacji i ogrzewania wykorzystywały wymuszoną konwekcję powietrza do odprowadzania ciepła do lub z budynku. Wentylatory w sprzęcie elektronicznym stosowały wymuszone chłodzenie konwekcyjne do przemieszczania powietrza nad elementami elektronicznymi. Systemy chłodnicze wykorzystują wentylatory zarówno do usuwania ciepła z cewek skraplacza, ale także do chłodzenia sprężarki i przemieszczania powietrza do chłodzonego przedziału.

Wentylatory chłodzące wykazują efekty konwekcji od stuleci. Dzięki wynalazkowi elektryczności silniki elektryczne mogłyby być stosowane do napędzania wentylatorów stołowych i sufitowych. Zaawansowane wentylatory sufitowe zawierające termostaty do automatycznej kontroli ich funkcji są dostępne od końca XX wieku. Wszystko opiera się na tej samej zasadzie chłodzenia ciała ludzkiego poprzez przemieszczanie powietrza po skórze.

Konwekcję można połączyć z parowaniem, aby poprawić wydajność chłodzenia. Systemy chłodzenia wyparnego, które wykorzystują wymuszone powietrze przepuszczane przez mokrą wkładkę parującą do chłodzenia pomieszczeń wewnętrznych, są popularne w obszarach o bardzo niskiej wilgotności. Systemy te chłodzą przestrzeń wewnętrzną, usuwając ciepło z dopływającego powietrza poprzez parowanie. Powstały strumień powietrza jest chłodniejszy, ale zawiera więcej wilgoci. Systemy wyparne nie działają dobrze w obszarach o podwyższonej wilgotności względnej, ponieważ nie nastąpi chłodzenie, a wnętrze może być dość wilgotne.