Способ определения временного интервала при проведении натурных теплофизических исследований наружных стен зданий, выполненных из кирпича, при котором в толще стенового ограждения возникают условия квазистационарного режима теплопередачи

Использование в строительстве для оценки теплозащитных свойств по результатам теплофизических испытаний в натурных условиях. Сущность способа определения временного интервала при проведении натурных теплофизических исследований наружных стен зданий, выполненных из кирпича, при котором в толще стенового ограждения возникают условия квазистационарного режима теплопередачи, включает измерение температуры наружного и внутреннего воздуха, температуры внутренней и наружной поверхности стены, температуры в 5 точках путем размещения датчиков на равных расстояниях в толще стены. По результатам измерений строится график, на котором выделяются промежутки времени tстац, в период которых амплитуда колебаний температуры наружного воздуха не более 2°С и длительность которых не менее времени тепловой инерции стены. Находится время прохождения tν ближайшего локального экстремума температур от наружной до внутренней поверхности стены. Исключается из начала выделенного промежутка tстац период времени, равный tν. Дальнейшие операции проводятся с оставшимся промежутком tстац 1. В случае, если tν>tстац, данный интервал исключается из рассмотрения. Задаемся допустимой погрешностью Δtтреб. Проверяется условие Δt≤Δtтреб для каждого результата измерения. Если условие не выполняется, данный результат исключается из временного интервала tстац 1. Если доля исключенных результатов превышает значение Δtтреб, данный интервал tстац 1 не подходит для определения сопротивления теплопередаче, рассматривается следующий интервал. Технический результат - расширение диапазона определения теплофизических характеристик ограждающих конструкций. 5 ил.

 

Изобретение относится к области определения теплофизических характеристик ограждающих конструкций и может быть использовано в строительстве для оценки теплозащитных свойств по результатам испытаний в натурных условиях.

Хорошо известен и широко используется на практике способ определения качества объектов по анализу их сопротивления теплопередаче - см. ГОСТ 26254-84. «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций». Введен постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 02 августа 1984 года № 127, УДК 624.01.001.006.354. Описанный здесь способ заключается в измерении плотности теплового потока (q) через контролируемое ограждение и температуры сред около ее поверхностей (Тн) и (Тв) в течение не менее 15 суток при достижении в контролируемом ограждении стационарного или близкого ему теплового режима. Достижение данного режима определяется по поведению измеряемой температуры наружной (Тпн) и внутренней (Тпв) поверхности ограждения.

Согласно ГОСТ 26254-84 в наружных ограждающих конструкциях стационарный процесс теплопередач и в зависимости от их тепловой инерции устанавливается через 1,5-7,5 суток. Однако на практике при контроле строительных конструкций разница температуры наружного воздуха в ночное и дневное время, например, достигает 10-15 градусов. Это вызывает нестационарные процессы теплопередачи в исследуемых конструкциях и делает метод неприменимым.

Известен способ, которым определяют локальные термические сопротивления обследуемых участков при нестационарном режиме теплопередачи (см. патент № 2219534, кл. G01N 25/72, от 12.09.02 г.). Согласно известному способу определяют временной интервал, необходимый и достаточный для получения достоверного результата. В течение всего временного интервала измеряют периодически температуру и плотность теплового потока на наружной и внутренней поверхностях исследуемого ограждения.

Необходимо сказать, что определение временного интервала, при котором обеспечиваются условия стационарной теплопередачи, являются главным условием необходимым для определения термического сопротивления исследуемого ограждения. В то же время обеспечение в течение выбранного временного интервала постоянства температуры на внутренних и наружных поверхностях не может являться необходимым и достаточным условием стационарности режима теплопередачи (см. патент на изобретение № 2454659, кл. G01N 25/28 от 02.08.2010 г.) или возникновение температурных экстремумов по толщине стены (рис. 5), что приводит к некорректным значениям определяемого термического сопротивления.

Известен способ, в котором определяют термическое сопротивление при нестационарном режиме теплопередачи (см. патент РФ № 2316760, кл. G01N 25/72, от 22.08.05 г.). Согласно известному способу выделяют не менее двух термически однородных зон на термограмме внутренней поверхности объекта. На выделенных участках измеряют и рассчитывают температуры их наружной и внутренней поверхностей при задаваемых значениях теплопроводности (λ). Сравнивают эти температуры в одной системе координат. Задают погрешность между сравниваемыми температурами δ±8,5%. Определяют временные интервалы и на выбранных временных интервалах определяют термическое сопротивление всех участков.

Известен способ (см. патент РФ № 2383008, кл. G01N 25/18, от 19.12.08 г.), позволяющий определить состояние конструкций и их теплопотери при исследовании нестационарных процессов. Известный способ включает измерение средних значений температуры и теплового потока на наружной и внутренней поверхностях в течение нескольких интервалов времени, последовательное изменение величины и начальных значений временных интервалов, фиксацию тех временных интервалов и измеренных средних значений температуры и теплового потока, в которых данные величины отличаются на величину, не превышающую величину заранее заданной погрешности.

Известен способ (см. патент РФ № 2262686, кл. G01N 25/72, от 23.04.04 г.), который используется для технической диагностики неоднородных конструкций по термическому сопротивлению.

В известном способе из нестационарного процесса теплопередачи в течение времени (t) определяют интервал времени, в течение которого в исследуемом объекте реализуется квазистационарный процесс. Для этого рассматривают тепловые потоки qн(t), qв(t) и определяют моменты времени, в которые величины плотности тепловых потоков на противоположных поверхностях ограждения равны с погрешностью Δq≤Δqmax.

Во всех перечисленных способах из нестационарного процесса теплопередачи в течение времени (Т) определяют интервал времени, в течение которого процесс теплопередачи становится стационарным или с небольшой погрешностью, близкой к стационарному. В то же время не учитываются те процессы, которые происходят в толще стены (возникновение физического эффекта встречных тепловых потоков или возникновение локальных температурных экстремумов, которые могут иметь место в выбранном интервале времени и характеризуемый как стационарный по условиям теплопередачи, что и приводит к некорректным значениям определения термического сопротивления.

Ближайшим техническим решением (прототипом) является способ определения термического сопротивления участка элемента конструкции при нестационарном режиме теплопередачи (см. патент РФ № 2457471, кл. G01N 25/18, от 27.07.2012 г.), используется в области измерительной техники. Сущность заключается в определении условий существования квазистационарного режима теплопередачи и его критерия . Из определенных условий квазистационарного режима для конкретного участка выбирают продолжительность временного интервала измерений τmin в зависимости от времени тепловой инерционности участка τин и общую продолжительность интервала измерений τ≥τmin≥3τин. Определяют предельную величину критерия квазистационарности , произвольно выделяют временные промежутки τi и из множества значений (τi) выделяют те временные промежутки τij, где критерий квазистационарности меньше . Эти временные промежутки τij и будут близки к стационарным. При этом сложный для диагностики и обсчета нестационарный режим исключается и известный стационарный способ находит свое применение при определении термического сопротивления участка конструкции.

Общие признаки прототипа и заявленного способа состоят в том, что определяют временной интервал измерений, необходимый и достаточный для обеспечения требуемого уровня достоверности результата. В течение этого временного интервала непрерывно регистрируют на поверхностях исследуемого участка мгновенные значения температур и плотности тепловых потоков, из полученных значений определяют термическое сопротивление участка.

Недостатком прототипа является то, что в изобретении определенный интервал времени, в течение которого процесс теплопередачи определяется условиями существования квазистационарного режима теплопередачи, в то же время не учитываются при выборе временного интервала с квазистационарными условиями существования процессов, которые происходят в толще стены (возникновение эффекта встречных тепловых потоков, возникновение локальных температурных экстремумов), которые могут привести к некорректным значениям определения термического сопротивления.

Техническим результатом является определение при проведении натурных теплофизических исследований натурных наружных стен зданий, выполненных из кирпича, временного интервала, при котором в толще наружной стены возникают квазистационарные условия теплопередачи.

Технический результат достигается тем, что в качестве контролируемых величин принимаются: температура и влажность наружного и внутреннего воздуха; температура наружной и внутренней поверхностей наружной стены; температура и влажность в 5 точках, расположенных на равных расстояниях в толще стены; величина теплового потока, проходящего через толщу стены, данные по указанным величинам через адаптеры поступают в центр управления, а затем на ПК с интервалом измерений - 1 мин (рис. 1).

На рис. 1 показана схема лабораторной установки для определения фактического сопротивления теплопередаче; на рис. 2 - график распределения температур на поверхности и в толще стенового ограждения (01.11.14-25.04.15 г.); на рис. 3 - распределение значений относительной влажности по сечениям толщи стенового ограждения; на рис. 4 - возможное фактическое и теоретическое распределение температуры в толще стены; на рис. 5 - распределение температуры в толще стенового ограждения по времени с выделением временных промежутков со стационарным режимом теплопередачи.

На рисунке 1 показана принципиальная схема установки: 1-5 - датчики температуры и влажности материала, расположенные в толще ограждающей конструкции через 110 мм; 6 - датчик температуры и влажности воздуха в помещении; 7 - датчик температуры и влажности наружного воздуха; 8 - датчик температуры внутренней поверхности; 9 - датчик температуры наружной поверхности; 10 - датчик теплового потока; 11 - адаптеры; 12 - центр управления (теплограф).

Данные, получаемые с экспериментальной установки, отслеживают изменения температуры и влажности снаружи, на поверхности и в толще стенового ограждения (Рис. 2, Рис. 3).

Выбираем для рассмотрения интервалы с постоянной температурой, тепловой поток будет постоянным, если разность tв-tн=const, но это не может быть достаточным условием стационарности режима теплопередачи (см. патент № 2454659, кл. G01N 25/58 от 02.08.2010 г.).

Для исключения временных интервалов с непостоянным тепловым потоком необходимо оставить лишь те интервалы, где распределение температур в толще стенового ограждения будет по прямой (рис. 4).

Среди всего периода измерений количество временных промежутков, удовлетворяющих этому требованию, будет мало или не будет совсем, введем коэффициент Δt:

,

где tф i - фактическое значение температуры в i-ом слое, °С,

tт i - теоретическое значение температуры в i-ом слое, °С, т.е. при линейном распределении температуры в толще стены.

Распределение температур будем считать линейным, если Δt≤Δtтреб, где Δtтреб - допустимая погрешность получения результатов измерения, возможен случай (рис. 4), когда локальные экстремумы будут располагаться не в точках контроля, а между ними, т.е. условие Δt≤Δtтреб будет выполняться, но распределение температур не будет линейным с заданной допустимой погрешностью Δtтреб.

Для нахождения длительности периода, в котором температура в толще стенового ограждения будет распределяться с заданной погрешностью Δtтреб по прямой, определяем время прохождения локального экстремума температуры от наружной поверхности до i-ой измеряемой плоскости, сумма этих временных интервалов tv будет временем прохождения локального экстремума до внутренней поверхности стены.

Выделяем промежутки времени tстац, в период которых амплитуда колебаний температуры наружного воздуха не более 2°С и длительность которых не менее времени тепловой инерции стены (рис. 5).

Находим время прохождения tν ближайшего локального экстремума температур от наружной до внутренней поверхности стены (рис. 5).

Исключаем из начала выделенного промежутка tстац период времени, равный tν. Дальнейшие операции проводим с оставшимся промежутком tстац 1. В случае если tν>tстац, данный интервал исключается из рассмотрения.

Задаемся допустимой погрешностью Δtтреб.

Проверяем условие Δt≤Δtтреб для каждого результата измерения. Если условие не выполняется, данный результат исключается из временного интервала tстац 1. Если доля исключенных результатов превышает значение Δtтреб, данный интервал tстац 1 не подходит для определения сопротивления теплопередаче, рассматривается следующий интервал.

Рассмотрим промежуток времени с 18 по 21 декабря 2014 года. Как видно из рисунка 19, промежуток времени с 18:00 18 декабря по 2:00 20 декабря длительностью 32 часа удовлетворяет условию 1 алгоритма, т.е. больше 24 часов, и амплитуда колебаний температуры не превышает 2°С. Принимаем этот промежуток за tстац (для стен из силикатного кирпича время тепловой инерции 24 часа).

Величина ближайшего локального экстремума температуры наружного воздуха составляет -1°С. Из рисунка 19 величина tv составляет 13 часов.

Исключаем из периода tстац с 18:00 18 декабря по 2:00 20 декабря промежуток времени tv длительностью 13 часов. Оставшийся промежуток времени с 7:00 19 декабря по 2:00 20 декабря принимаем за tстац 1. Длительность промежутка 32-13=19 часов.

Способ определения временного интервала при проведении натурных теплофизических исследований наружных стен зданий, выполненных из кирпича, при котором в толще стенового ограждения возникают условия квазистационарного режима теплопередачи, заключающийся в том, что для исследуемого участка элемента наружной стены по показаниям датчиков строим график распределения температуры в толще стены; определяем временной интервал измерений, обеспечивающий квазистационарные условия теплопередачи; на выбранном временном интервале выделяем промежутки времени tстац, в период которых амплитуда колебаний температуры наружного воздуха не более 2°C и длительность которых не менее времени тепловой инерции; находим время прохождения tv ближайшего локального экстремума температур от наружной до внутренней поверхности; исключаем из выделенного промежутка tстац период времени tv и дальнейшие вычисления проводим с оставшимся промежутком tстац 1, в случае если tv>tстац, то данный интервал исключается из рассмотрения и рассматривается следующий временной интервал.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерительной техники, предназначено для определения параметров стационарного и нестационарного теплообмена в системе «человек-одежда-окружающая среда».

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к тепловому неразрушающему контролю объектов, и может быть использовано для технической диагностики качества неоднородных конструкций, например зданий и сооружений, по сопротивлению теплопроводности в условиях нестационарных внешних воздействий.

Предлагаемый способ относится к области информационно-измерительной техники и может быть использован для предотвращения пожаров на объектах энергетики и других отраслей промышленности.

Изобретение относится к термометрии, а именно к области измерения теплофизических свойств ограждающих конструкций зданий, строительных сооружений и других инженерно строительных объектов, где необходимо определение количественных теплофизических характеристик.

Изобретение относится к системам контроля эффективности работы систем отопления, вентиляции и кондиционирования жилых, общественных и административных зданий и может быть использовано при проектировании, реконструкции и оптимизации режимов работы указанных систем, а также при разработке и внедрении энергосберегающих мероприятий.

Изобретение относится к технологии измерения тепловых потоков между твердой поверхностью и текучей средой и может быть использовано в теплофизическом эксперименте при исследовании теплоотдачи.

Устройство для измерений теплопроводности относится к устройствам для измерений высоких значений теплопроводности стационарным методом, предусматривающим использование продольного теплового потока в образце исследуемого материала.

Использование: для качественного определения по меньшей мере одного физического и/или химического свойства ламинатной панели. Сущность изобретения заключается в том, что с помощью устройства мобильной радиосвязи выполняют следующие шаги: а) расположение устройства мобильной радиосвязи на поверхности ламинатной панели, б) измерение по меньшей мере одной физической и/или химической измеряемой величины посредством интегрированного в устройстве мобильной радиосвязи измерительного инструмента и в) по меньшей мере, качественное определение по меньшей мере одного физического и/или химического свойства из измеренной по меньшей мере одной физической и/или химической измеряемой величины.

Изобретение относится к теплофизическому приборостроению, а именно к приборам для измерения коэффициента теплопроводности волокнистых пищевых продуктов животного происхождения.
Настоящее изобретение относится к теплофизике и предназначено для определения теплопроводности снега в условиях естественного залегания снежного покрова и может быть использовано при изучении термических свойств снега разной структуры и плотности.

Изобретение относится к нестационарным способам определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных материалов. Разработанный способ может применяться в строительстве и теплоэнергетике для исследования теплопроводных качеств сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий. Сущность способа заключается в локальном нанесении на поверхность плоского источника теплоты слоя жидкой тепловой изоляции известной толщины. В режиме охлаждения поверхности плоского источника теплоты в произвольный момент времени по известным значениям температуры поверхности плоского источника теплоты, температуры поверхности теплоизолированного участка и температуры окружающей среды, а также по известной толщине слоя тепловой изоляции вычисляют по специальной расчетной формуле коэффициент теплопроводности жидкой тепловой изоляции. Технический результат - упрощение способа и повышение точности определения коэффициента теплопроводности жидкой тепловой изоляции. 5 ил.

Изобретение относится к области измерения параметров материалов, в частности термоЭДС. Устройство для измерения термоэлектродвижущей силы материалов содержит исследуемую и измерительную термопары, делитель напряжения и источник питания к нему в виде одной из термопар. Оно дополнительно снабжено петлей отрицательной обратной связи, состоящей из последовательно соединенных усилителя, генератора управляемой частоты и преобразователя частоты в напряжение, выход, которого подключен к потенциометру. Ползунок потенциометра со второй термопарой, а нижним вывод потенциометра (клемма) - с входом усилителя и через его входное сопротивление с общей точкой сопротивлений делителя напряжений. Выход генератора связан также с выходом устройства. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение быстродействия и точности измерений. 1 ил.

Использование в строительстве для оценки теплозащитных свойств по результатам теплофизических испытаний в натурных условиях. Сущность способа определения временного интервала при проведении натурных теплофизических исследований наружных стен зданий, выполненных из кирпича, при котором в толще стенового ограждения возникают условия квазистационарного режима теплопередачи, включает измерение температуры наружного и внутреннего воздуха, температуры внутренней и наружной поверхности стены, температуры в 5 точках путем размещения датчиков на равных расстояниях в толще стены. По результатам измерений строится график, на котором выделяются промежутки времени tстац, в период которых амплитуда колебаний температуры наружного воздуха не более 2°С и длительность которых не менее времени тепловой инерции стены. Находится время прохождения tν ближайшего локального экстремума температур от наружной до внутренней поверхности стены. Исключается из начала выделенного промежутка tстац период времени, равный tν. Дальнейшие операции проводятся с оставшимся промежутком tстац 1. В случае, если tν>tстац, данный интервал исключается из рассмотрения. Задаемся допустимой погрешностью Δtтреб. Проверяется условие Δt≤Δtтреб для каждого результата измерения. Если условие не выполняется, данный результат исключается из временного интервала tстац 1. Если доля исключенных результатов превышает значение Δtтреб, данный интервал tстац 1 не подходит для определения сопротивления теплопередаче, рассматривается следующий интервал. Технический результат - расширение диапазона определения теплофизических характеристик ограждающих конструкций. 5 ил.

Наверх