Как было установлено ранее, разностью потенциалов переноса тепла в материальной среде является разность температур в отдельных зонах, сечениях или точках этой среды.
Тепло распространяется от более высокой температуры к более низкой; распространение может происходить теплопроводностью, конвекцией и излучением. Как известно, теплопроводностью называется теплообмен между частицами или элементами структуры материальной среды, находящимися в непосредственном соприкосновении друг с другом. Передача тепла в ограждающих конструкциях, выполненных из твердых материалов, от более теплой поверхности конструкции к более холодной, происходит главным образом путем теплопроводности.
В общем виде количество тепла Q1, передаваемого теплопроводностью, выражается как
где ? — коэффициент теплопроводности материала конструкции, ккал/м·ч·град; grad t — градиент температуры в направлении л, обратном потоку тепла,°С; F — площадь, м2; ? — время, ч. Знак минус соответствует тому положению, что поток тепла всегда направлен в сторону понижения температур.
Конвекция — это распространение тепла, происходящее в результате перемещения в пространстве воздуха (в общем виде жидкости или газа), обладающего определенным теплосодержанием. Распространение тепла конвекцией происходит, например, в отапливаемых или имеющих тепловыделения помещениях, а также в конструкциях с воздушными прослойками, в которых возникают потоки воздуха под влиянием неравномерного нагрева отдельных участков и поверхностей.
Количество тепла, передаваемого конвекцией, является функцией от разности температур ?t, скорости потока воздуха v, площади F и времени передачи ?, т. е.
Излучение — это теплообмен, происходящий между различно нагретыми поверхностями твердых тел, разделенными лучепрозрачной средой, например, воздухом. Излучение является преобладающим видом общего переноса тепла при действии солнечной радиации, а также при процессах теплообмена в металлургических и других цехах, где происходит плавка металла и остывание раскаленных изделий.
Количество тепла Q3, передаваемого излучением, при разности абсолютных температур Т1—Т2 между излучающей и облучаемой поверхностями, устанавливается в соответствии с законом Стефана — Больцмана, как
где С = (?н·4,96 ккал/м2·ч·град — относительная излучательная способность поверхности (ан — коэффициент теплопоглощения, выраженный в долях единицы от излучательной способности абсолютно черного тела, т. е. степень черноты поверхности).
Процессы передачи тепла в зданиях и их ограждающих конструкциях связаны со всеми тремя видами теплообмена. Однако в воздушной среде у поверхностей конструкции, а также в воздушных прослойках и пустотах преобладает теплообмен конвекцией и излучением, тогда как в твердых материалах конструкций основным видом передачи тепла является теплопроводность. Включающий все виды теплообмена перенос тепла из одной более нагретой воздушной среды в другую более охлажденную, через разделяющую эти среды ограждающую конструкцию, называется теплопередачей. Процесс теплообмена между поверхностью ограждающей конструкции и прилегающей к ней нагретой или охлажденной воздушной средой, называют соответственно тепловосприятием или теплоотдачей.