Способ оценки теплозащитных свойств наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений в условиях нестационарной теплопередачи по результатам испытаний в натурных условиях

Изобретение относится к области определения теплофизических характеристик изделий. В способе для учета направления теплового потока через наружную ограждающую конструкцию (ОК) и нестационарности теплопередачи в ней в течение требуемого нормативного периода до момента начала испытаний осуществляют моделирование процесса нестационарной теплопередачи с использованием уравнения теплопередачи через многослойные ОК при начальных и граничных условиях, приведенных в соответствие направлению теплового потока, с использованием данных независимого мониторинга параметров наружной окружающей среды. Технический результат - изобретение позволяет осуществить оценку теплозащитных свойств наружных ОК наземных, подземных и подводных зданий и сооружений при различных направлениях теплового потока через них в условиях нестационарой теплопередачи при различных теплофизических характеристиках сред, разделяемых ОК, сократить затраты времени на проведение такой оценки. 1 ил.

 

Изобретение относится к области определения теплофизических характеристик изделий и может быть использовано в строительстве для оценки теплозащитных свойств (например, термического сопротивления Rt, приведенного сопротивления теплопередаче Roпр) находящихся в условиях нестационарной теплопередачи ограждающих конструкций (ОК) (или их элементов) как наземных и подземных зданий и сооружений различного назначения, эксплуатируемых или сдаваемых в эксплуатацию после окончания строительства или реконструкции, так и подводных сооружений по результатам испытаний в натурных условиях.

Известен способ определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций наземных зданий и сооружений по результатам испытаний в натурных условиях [1], заключающийся в создании в ОК условий стационарной теплопередачи, измерении температур их внутренней и наружной поверхностей, внутреннего и наружного воздуха, а также плотности теплового потока через ОК с последующим расчетом на основе полученных экспериментальных данных величин, характеризующих теплозащитные свойства ОК. Недостатком способа является невозможность его использования в условиях нестационарной теплопередачи, а также его применимость только для оценки теплозащитных свойств наружных ОК наземных зданий и сооружений без теплопроводных включений.

Известен также способ определения приведенного коэффициента теплопередачи наружных ОК наземных зданий и сооружений по результатам испытаний в натурных условиях [2], являющийся наиболее близким аналогом предлагаемому способу, суть которого аналогична способу, описанному в [1], за исключением определения плотности теплового потока, который усредняют по поверхности ОК с учетом участков с теплопроводными включениями.

Недостатком указанного способа является невозможность его использования в условиях нестационарной теплопередачи, а также его применимость только для оценки теплозащитных свойств наружных ОК наземных объектов.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение возможности оценки теплозащитных свойств ограждающих конструкций при изменяющихся условиях наружной среды.

Решение задачи предлагается на основе моделирования нестационарных теплофизических процессов в ограждающих конструкциях в течение требуемого нормативными документами периода до момента начала испытаний с использованием уравнения (1) теплопередачи через многослойные наружные ограждающие конструкции и данных независимого мониторинга параметров состояния наружной окружающей среды за указанный период для приближения расчетного профиля температур в ОК к реальному:

где сi - удельная теплоемкость i-го слоя ограждения, кДж/кг К;

γi -плотность i-го слоя материала ограждения, кг/м3;

λi - коэффициент теплопроводности i-го слоя материала ограждения, Вт/м К;

ti - температура i-го слоя ограждения, ti=t(z,х), °С;

х - координата, м;

z - время, ч;

i=1...............n.

Решение уравнения (1) предполагается известными, например, конечно-разностными методами при начальных условиях

где х∈0÷L; L - толщина конструкции, м.

Граничные условия при этом задают в зависимости от направления теплового потока Q через ОК (профиля температур в ОК):

1) при направлении Q от внутренней поверхности ОК к наружной:

а) для условий tв>tн при tв=const, tн=tн(z) (конвективный нагрев внутренней поверхности ОК от внутренней среды),

где tв - температура внутренней среды; tн - температура наружной среды,

где αн - коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности ограждения к наружной среде, Вт/м2К;

τн - температура наружной поверхности ограждения, К;

αв - коэффициент теплоотдачи от внутренней среды к внутренней поверхности ограждения, Вт/м2К;

τв - температура внутренней поверхности ограждения, К;

б) для условий tв≈tн, при tв=const (для создания локального температурного напора на ОК Δτ=(τнв) используется конвективный или радиационный нагрев внутренней поверхности ОК от постороннего источника):

где q′ - плотность теплового потока, Вт/м2К, от источника нагрева;

2) при направлении Q от наружной поверхности ОК к внутренней:

а) для условий tв<tн при tв=const (конвективное охлаждение внутренней поверхности ОК внутренней средой):

б) для условий τн>>tн; tв<tн при tв=const (радиационный нагрев наружной поверхности ОК от постороннего источника - солнца, источника инфракрасного излучения и т.п.):

где - эквивалентная температура наружной среды, К;

S - интенсивность излучения, действующего на ограждение, Вт/м2;

ρ - коэффициент поглощения излучения от источника излучения наружной поверхностью ограждения.

Схема процесса теплопередачи для варианта 1a (tв>tн при tв=const, tн=tн(z)) представлена на чертеже.

Оценку теплового состояния наружных ограждающих конструкций в начальный момент проведения измерений их теплотехнических параметров в натурных условиях осуществляют расчетным методом с использованием экспериментальных данных о следующих параметрах в суточном цикле:

- значениях температуры наружной и внутренней поверхностей ОК, τн, τв, К;

- значениях температуры наружного и внутреннего воздуха, tн, tв, K.

В качестве расчетных характеристик материалов наружных ограждающих конструкций в первом приближении принимают данные Приложения «Д» «Свода правил по проектированию и строительству» СП 23-101-2004.

Новым в заявляемом изобретении является определение интенсивности излучения, действующего на наружную поверхность ограждения, для расчета величины эквивалентной температуры наружной среды либо замер плотности теплового потока, действующего на внутреннюю поверхность ОК от источника радиационного нагрева, математическое моделирование процесса нестационарной теплопередачи через многослойные наружные ограждающие конструкции при начальных и граничных условиях с учетом характера теплообмена между внутренней и наружной средами и соответствующими поверхностями ограждающих конструкций с использованием эквивалентной температуры наружной среды либо плотности теплового потока от источника радиационного нагрева для формирования граничных условий и расчет по экспериментальным данным и результатам моделирования величин, характеризующих теплозащитные свойства ОК. Причем эквивалентную температуру наружной среды в граничные условия вводят в случае радиационного нагрева наружной поверхности и конвективного охлаждения внутренней поверхности при направлении теплового потока от наружной поверхности к внутренней, а плотность теплового потока от источника радиационного нагрева - при конвективном охлаждении наружной поверхности и радиационном нагреве внутренней поверхности при направлении теплового потока от внутренней поверхности к наружной.

Указанные новые признаки не выявлены из существующего уровня развития техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».

Реализация предлагаемого способа может быть осуществлена следующим образом.

Создают нормативный перепад температур на ОК путем нагрева (за счет конвекции от отопительных приборов работающей системы отопления или источника радиационного нагрева при неработающей системе отопления и направлении теплового потока через ОК от внутренней поверхности к наружной) или охлаждения (при работающем в помещении кондиционере и направлении теплового потока от наружной поверхности к внутренней) ее внутренней поверхности и оценивают тепловое состояние ОК (профиль температур) в начальный момент проведения измерений, для чего контактными и/или бесконтактными методами определяют значения температур их наружной и внутренней поверхностей - τн, τв, К и наружной и внутренней сред - tн, tв, К, а также контактным методом - среднюю плотность теплового потока через OK q=Q/FΔτ (где Q - тепловой поток через ОК, Вт; F - площадь поверхности ОК, м2; Δτ - перепад температур на ОК, К). С использованием полученных экспериментальных данных определяют текущий профиль температур в ОК. Используя данные мониторинга параметров состояния наружной окружающей среды за нормативный период, решают уравнение теплопередачи через плоскую стенку известными методами при граничных условиях, определяемых направлением теплового потока через ОК, и способом нагрева (охлаждения) ее внутренней и наружной поверхностей для приведения текущего профиля температур в соответствие с «температурной» историей здания или сооружения. При конвективном охлаждении наружной поверхности и конвективном нагреве внутренней поверхности ОК в качестве граничных условий используют уравнения (3), (4); при конвективном нагреве наружной поверхности и конвективном охлаждении внутренней поверхности - уравнения (7), (8); при конвективном охлаждении наружной поверхности и радиационном нагреве внутренней поверхности - уравнения (5), (6). При радиационном нагреве наружной поверхности ОК и конвективном охлаждении ее внутренней поверхности в качестве граничных условий используют уравнения (9), (10). Для формирования граничного условия по уравнению (6) дополнительно определяют контактным методом плотность теплового потока от источника радиационного нагрева q′, Вт/м2К, а по уравнению (10) - интенсивность излучения, действующего на ограждение, S, Вт/м2, с использованием которой определяют эквивалентную температуру наружной среды, .

С использованием частного решения дифференциального уравнения теплопередачи определяют требуемые теплотехнические характеристики ОК и сравнивают их с нормативными. По результатам сравнения делают вывод о соответствии теплозащитных свойств ОК требованиям нормативов.

Подтверждением достижения решения поставленной задачи является следующее:

применение предлагаемого способа позволяет обеспечить оценку теплозащитных свойств наружных ОК наземных, подземных и подводных зданий и сооружений в условиях нестационарой теплопередачи при различных направлениях теплового потока через ограждения и при различных теплофизических характеристиках сред, разделяемых ОК.

Вышеуказанное позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию «промышленная применимость».

Библиография

1. ГОСТ 26254-84 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций».

2. ГОСТ 31166-2003 «Конструкции ограждающие зданий и сооружений. Метод калориметрического определения коэффициента теплопередачи».

Способ оценки теплозащитных свойств наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений в условиях нестационарной теплопередачи по результатам испытаний в натурных условиях, включающий создание нормативного перепада температур между их внутренней и наружной поверхностями, измерения температур внутренней и наружной поверхностей конструкций контактным или бесконтактным методом, температур внутренней и наружной сред контактным методом и определение плотности теплового потока через наружные ограждающие конструкции контактным методом с усреднением его величины по всей поверхности с последующим расчетом по экспериментальным данным величин, характеризующих теплозащитные свойства, и их сравнение с нормативными значениями, отличающийся тем, что определяют эквивалентную температуру наружной среды с учетом величины интенсивности излучения, действующего на ограждение, либо плотность теплового потока от источника радиационного нагрева и при расчете по экспериментальным данным величин, характеризующих теплозащитные свойства, моделируют процесс нестационарной теплопередачи с использованием уравнения теплопередачи через многослойные наружные ограждающие конструкции при начальных и граничных условиях, при этом учитывают характер теплообмена между внутренней и наружной средами и соответствующими поверхностями ограждающих конструкций и при конвективном охлаждении наружной поверхности и радиационном нагреве внутренней поверхности при направлении теплового потока от внутренней поверхности к наружной в граничные условия вводят плотность теплового потока от источника радиационного нагрева, а при радиационном нагреве наружной поверхности и конвективном охлаждении внутренней поверхности при направлении теплового потока от наружной поверхности к внутренней в граничные условия вводят эквивалентную температуру наружной среды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области изготовления изделия из высоконаполненной полимерной композиции, а конкретно к способу определения живучести полимерной композиции по динамике нарастания вязкости до ее предельно допустимого значения, обеспечивающего формование монолитного изделия.

Изобретение относится к испытательной технике. .

Изобретение относится к области физики грунтов. .

Изобретение относится к определению разновидностей слюд и может быть использовано в геологоразведочном производстве и горнодобывающей промышленности, а также в тех отраслях, которые используют слюды.
Изобретение относится к тепло-физическим испытаниям сплошных или с проемами панелей, проводимых в заводских, построечных и лабораторных условиях. .

Изобретение относится к области строительства, в частности к строительной физике, и может быть использовано для определения технических свойств испытуемых мобильных зданий.

Изобретение относится к биохимии и может быть использовано применено в медицинской промышленности. .
Изобретение относится к теплозащитным покрытиям

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для определения влажности льносырья методом высушивания образца

Изобретение относится к области анализа углеводородных топлив

Изобретение относится к строительной физике и может быть использовано для исследования процессов тепломассообмена и воздухопроницаемости строительной конструкции при различных температурных режимах

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

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, касающейся исследования, измерения и прогнозирования свойств полимерных материалов, включая композиционные материалы на полимерной основе. Заявляется термоаналитический способ определения энергии активации термодеструкции Е полимерного материала, который заключается в нагревании ряда идентичных образцов полимерного материала с разной скоростью нагрева, определении температуры, связанной с потерей массы каждого образца при нагревании, по полученным данным определяют энергию активации E1. Одновременно регистрируют тепловой поток для каждого образца полимерного материала, обусловленный процессами термодеструкции, по полученным данным определяют энергию активации Е2. За энергию активации термодеструкции полимерного материала принимают среднюю величину полученных энергий активации Е=(Е1+Е2)/2. Технический результат - повышение точности определения значения энергии активации в целях прогнозирования сроков хранения полимерных материалов; экспрессность анализа; незначительная трудоемкость. 7 ил., 1табл.

Установка предназначена для определения показателей пожарной и транспортной опасности твердых дисперсных веществ и материалов, склонных к инициированному самонагреванию/самовозгоранию и выделению горючих и/или токсичных газов. Может быть применена в решении вопросов безопасности на транспорте, в сырьевой и добывающей промышленности, где обращаются самовозгорающиеся материалы (грузы). На известных установках невозможно получение сведений о взаимосвязи величины разогрева, интенсивности и объема выделения газов с концентрацией инициатора в дисперсном материале. Установка отличается от известных изобретений тем, что, использует многокамерный термостат, в цилиндрические реакционные камеры которого помещаются образцы испытуемого материала с различной концентрацией инициатора самовозгорания, контрольно-измерительная автоматическая система термостатирования камер обеспечивает проведение опыта при заданной температуре, компенсацию потерь тепла самонагревающейся массы через стенки камеры и измерение величины разогрева. При этом осуществляется контроль газового состава в слое дисперсного материала и в свободном пространстве каждой камеры. Одна из камер является контрольной и предназначена для образца пробы материала с исходной (безопасной) концентрацией инициатора. Все камеры обеспечены диаметрально расположенными штуцерами для отбора пробы их атмосферы по теплоизолированным линиям, содержащим фильтр-ловушку, на определение газового состава газоанализатором и ее возврата в камеру при помощи микрокомпрессора. Технический результат – обеспечение разработки безопасных технологий производства, хранения и транспортировки материалов, склонных к самовозгоранию, а также их классификации как опасных грузов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к методам определения свойств почвы. Предложен способ определения энергии активации десорбции обменных ионов почвы, заключающийся в ее определении по измеренным значениям электропроводности почвенного образца при различных температурах и фиксированной влажности. Расчет энергии активации десорбции обменных ионов производят одним из двух равноценных приемов:- по угловому коэффициенту наклона аппроксимирующей прямой зависимости электропроводности от температуры, построенной в координатах при этом угловой коэффициент прямой равен ;- по электропроводности почвенного образца, измеренной при двух значениях температуры по формуле где Еа - энергии активации десорбции обменных ионов Дж/моль;R - универсальная газовая постоянная Дж/(моль⋅K);T1 и T2 - абсолютные температуры, при которых проводится измерение, K;γ1 и γ2 - электропроводность почвенного образца при температурах;T1 и T2 соответственно, См/м;η1 и η2 - вязкость воды при температурах T1 и T2 соответственно, Па⋅с. Технический результат - повышение достоверности определения энергии активации десорбции обменных ионов почвы. 2 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний как объектов, содержащих взрывчатые и токсичные вещества, так и товаров народно-хозяйственного назначения на различные тепловые воздействия, включая воздействие открытого пламени очага пожара. Установка для испытаний объекта на температурные воздействия содержит установленную на фундаменте рабочую камеру с размещенными внутри устройством для крепления объекта испытаний и источником температурного воздействия в виде топливного коллектора, установленного под объектом испытаний, запальное устройство и вытяжное отверстие в крыше камеры с возможностью его перекрытия. Рабочая камера является сборной металлической конструкцией. Стенки камеры образованы установленными на фундаменте стойками, скрепленными поперечными балками с навешанными на них с возможностью съема металлическими модулями. Крыша камеры выполнена съемной, снаружи крыша и модули оснащены металлическим профилем. Модули приподняты над фундаментом с образованием воздушного зазора, снаружи прикрываемого отстоящими на некотором расстоянии от стенок камеры опорными модульными элементами. Каждая трубка топливного коллектора выполнена со сквозными резьбовыми отверстиями для распыления топлива, размещенными друг от друга на расстоянии, обеспечивающем условие перекрытия факелов распыляемого топлива, истекаемого из соседних отверстий, при этом устройство для крепления объекта испытаний выполнено в виде подставки из сварного металлического профиля. Технический результат - создание трансформируемой мобильной установки, допускающей ее разборку и сборку под широкий диапазон объектов испытаний при обеспечении создания равномерного температурного поля внутри камеры, увеличение ресурса и экономичности установки. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения избыточной длины оптического волокна в оптическом модуле оптического кабеля. Согласно способу измерения избыточной длины оптического волокна в модульной трубке оптического кабеля характеристики обратного релеевского рассеяния оптического волокна оптического кабеля модульной конструкции измеряют по крайней мере при двух значениях температуры среды, окружающей кабель, в том числе, при низкой отрицательной температуре. По данным характеристикам определяют оценки избыточной длины оптического волокна в модульной трубке оптического кабеля на регулярных участках при низкой отрицательной температуре, при этом характеристики обратного релеевского рассеяния оптического волокна оптического кабеля модульной конструкции измеряют при положительной и при низкой отрицательной температуре среды, окружающей кабель, а значение избыточной длины оптического волокна в модульной трубке оптического кабеля на регулярном участке при низкой отрицательной температуре, при которой были выполнены измерения, рассчитывают по формуле: ,где α(Т0) - коэффициент затухания оптического волокна, определенный для регулярного участка по характеристике обратного релеевского рассеяния, измеренной при положительной температуре; α(Ti) - коэффициент затухания оптического волокна, определенный для регулярного участка по характеристике обратного релеевского рассеяния, измеренной при i-й низкой отрицательной температуре; В - параметр, постоянный для заданной конструкции кабеля на длине волны, на которой были выполнены измерения. Технический результат - расширение области применения и уменьшение погрешности измерения избыточной длины оптического волокна в модульной трубке оптического кабеля. 1 ил.
Наверх