Tepelný tok. Hustota tepelného toku. Fourierův zákon. Měření hustoty tepelného toku (tepelného záření) Pojmy a definice

GOST 25380-82

Skupina G19

STÁTNÍ NORMA SVAZU SSR

STAVBY A STAVBY

Metoda měření hustoty tepelných toků,

procházející obvodovým pláštěm budovy

Budovy a stavby.

Metoda měření hustoty tepelných toků

procházející ohradovými konstrukcemi

Datum představení 1983 - 01-01

SCHVÁLENO A ZAVEDENO usnesením č. 182 Státního výboru pro stavební záležitosti SSSR ze dne 14. července 1982

REPUBLIKACE. června 1987

Tato norma stanoví jednotnou metodu pro stanovení hustoty tepelných toků procházejících jednovrstvými a vícevrstvými obálkami budov obytných, veřejných, průmyslových a zemědělských budov a staveb při experimentální studii a za jejich provozních podmínek.

Měření hustoty tepelného toku se provádí při okolní teplotě od 243 do 323 K (od minus 30 do plus 50 °C) a relativní vlhkosti vzduchu do 85 %.

Měření hustoty tepelných toků umožňuje kvantifikovat tepelné vlastnosti obvodových konstrukcí budov a staveb a stanovit skutečnou spotřebu tepla vnějšími obvodovými konstrukcemi.

Norma neplatí pro průsvitné uzavírací konstrukce.

1. Obecná ustanovení

1.1. Metoda měření hustoty tepelného toku je založena na měření rozdílu teplot na "pomocné stěně" (desce) instalované na plášti budovy. Tento teplotní rozdíl, který je úměrný jeho hustotě ve směru tepelného toku, je převeden na emf. baterie termočlánků umístěné v "pomocné stěně" paralelně s tepelným tokem a zapojené do série podle generovaného signálu. "Pomocná stěna" a sestava termočlánků tvoří konvertor tepelného toku

1.2. Hustota tepelného toku se měří na stupnici specializovaného zařízení, jehož součástí je převodník tepelného toku, nebo se vypočítává z výsledků měření emf. na předem kalibrovaných převodnících tepelného toku.

Schéma měření hustoty tepelného toku je na výkresu.

Schéma měření hustoty tepelného toku

1 - uzavírací konstrukce; 2 - měnič tepelného toku; 3 - emf metr;

Teplota vnitřního a vnějšího vzduchu; , , - venkovní teplota,

vnitřní povrchy uzavírací struktury v blízkosti a pod měničem;

Tepelný odpor pláště budovy a měniče tepelného toku;

Hustota tepelného toku před a po upevnění převodníku.

2. Hardware

2.1. Pro měření hustoty tepelných toků se používá zařízení ITP-11 (je povoleno používat předchozí model zařízení ITP-7) dle specifikací.

Technické charakteristiky zařízení ITP-11 jsou uvedeny v referenčním dodatku 1.

2.2. Při tepelném testování obvodových konstrukcí je povoleno měřit hustotu tepelných toků pomocí samostatně vyrobených a kalibrovaných konvertorů tepelného toku s tepelným odporem do 0,025-0,06 (m2) / W a zařízení, která měří emf generované konvertory .

Je povoleno použít převodník použitý v instalaci pro stanovení tepelné vodivosti v souladu s GOST 7076-78.

2.3. Převodníky tepelného toku podle bodu 2.2 musí splňovat následující základní požadavky:

materiály pro "pomocnou stěnu" (desku) si musí zachovat své fyzikální a mechanické vlastnosti při okolní teplotě 243 až 323 K (od minus 30 do plus 50 °C);

materiály by neměly být smáčeny a navlhčeny vodou v kapalné a parní fázi;

poměr průměru převodníku k jeho tloušťce musí být alespoň 10;

převodníky musí mít kolem termočlánkové baterie ochrannou zónu, jejíž lineární velikost by měla být alespoň 30 % poloměru nebo polovina lineární velikosti převodníku;

každý vyrobený konvertor tepelného toku musí být kalibrován v organizacích, které předepsaným způsobem získaly oprávnění tyto konvertory vyrábět;

za výše uvedených podmínek prostředí musí být kalibrační charakteristiky převodníku zachovány po dobu alespoň jednoho roku.

2.4. Kalibraci převodníků podle bodu 2.2 je povoleno provádět na zařízení pro stanovení tepelné vodivosti v souladu s GOST 7076-78, ve kterém se hustota tepelného toku vypočítává z výsledků měření teplotního rozdílu na referenčních vzorcích certifikovaných materiálů v souladu s GOST 8.140-82 a instalovány místo testovaných vzorků. Způsob kalibrace měniče tepelného toku je uveden v doporučené příloze 2.

2.5. Převodníky se kontrolují nejméně jednou ročně, jak je uvedeno v odstavcích. 2,3, 2,4.

2.6. Pro měření emf. převodník tepelného toku, je povoleno používat přenosný potenciometr PP-63 podle GOST 9245-79, digitální voltampérmetry V7-21, F30 nebo jiné měřiče emf, ve kterých je vypočtená chyba v oblasti měřeného emf. převodník tepelného toku nepřesahuje 1% a vstupní odpor je minimálně 10x vyšší než vnitřní odpor převodníku.

Při tepelném testování obvodových plášťů budov pomocí samostatných snímačů je vhodnější použít automatické záznamové systémy a zařízení.

3.Příprava na měření

3.1. Měření hustoty tepelného toku se provádí zpravidla z vnitřní strany obvodových konstrukcí budov a staveb.

Je povoleno měřit hustotu tepelných toků z vnější strany obvodových konstrukcí, pokud je nelze měřit zevnitř (agresivní prostředí, kolísání parametrů vzduchu), za předpokladu udržení stabilní teploty na povrchu. Kontrola podmínek přenosu tepla se provádí pomocí teplotní sondy a prostředků pro měření hustoty tepelného toku: při měření po dobu 10 minut by jejich hodnoty měly být v rámci chyby měření přístrojů.

3.2. Plochy povrchů se vybírají specifické nebo charakteristické pro celý testovaný plášť budovy v závislosti na potřebě měření místní nebo průměrné hustoty tepelného toku.

Oblasti vybrané na uzavírací konstrukci pro měření musí mít povrchovou vrstvu ze stejného materiálu, stejné zpracování a stav povrchu, mít stejné podmínky pro přenos sálavého tepla a neměly by být v těsné blízkosti prvků, které mohou měnit směr a hodnotu tepelných toků.

3.3. Povrchy obvodových konstrukcí, na kterých je instalován konvertor tepelného toku, se čistí, dokud nejsou odstraněny viditelné a hmatatelné nerovnosti.

3.4. Snímač je celou svou plochou pevně přitlačen k uzavírací konstrukci a v této poloze zafixován, čímž je zajištěn stálý kontakt snímače tepelného toku s povrchem studovaných oblastí během všech následujících měření.

Při montáži převodníku mezi převodník a obvodovou konstrukci není dovoleno vytváření vzduchových mezer. K jejich odstranění se na povrch v místech měření nanese tenká vrstva technické vazelíny, která překryje nerovnosti povrchu.

Snímač lze upevnit podél jeho boční plochy pomocí roztoku stavební sádry, technické vazelíny, plastelíny, tyče s pružinou a dalších prostředků, které vylučují zkreslení tepelného toku v zóně měření.

3.5. Při provozním měření hustoty tepelného toku je volný povrch snímače polepen vrstvou materiálu nebo přelakován barvou se stejným nebo podobným stupněm emisivity s rozdílem 0,1 jako má materiál povrchové vrstvy obklopující konstrukce.

3.6. Čtecí zařízení je umístěno ve vzdálenosti 5-8 m od místa měření nebo v přilehlé místnosti, aby se eliminoval vliv pozorovatele na hodnotu tepelného toku.

3.7. Při použití zařízení pro měření emf, která mají omezení okolní teploty, se umístí do místnosti s teplotou vzduchu přijatelnou pro provoz těchto zařízení a převodník tepelného toku se k nim připojí pomocí prodlužovacích vodičů.

Při měření přístrojem ITP-1 jsou převodník tepelného toku a měřící přístroj umístěny ve stejné místnosti bez ohledu na teplotu vzduchu v místnosti.

3.8. Zařízení podle bodu 3.7 je připraveno k provozu v souladu s návodem k obsluze příslušného zařízení, včetně zohlednění potřebné doby expozice zařízení pro nastavení nového teplotního režimu v něm.

4. Provádění měření

4.1. Měření hustoty tepelného toku se provádí:

při použití zařízení ITP-11 - po obnovení podmínek přenosu tepla v místnosti v blízkosti řídicích částí obvodových konstrukcí, zkreslených během přípravných operací a po obnovení přímo na zkušebním místě předchozího režimu přenosu tepla, který byl narušen když byl připojen převodník;

při tepelných zkouškách pomocí měničů tepelného toku podle bodu 2.2 - po nástupu nového ustáleného stavu přenosu tepla pod měničem.

Po provedení přípravných operací podle odstavců. 3.2-3.5 při použití zařízení ITP-11 se režim přenosu tepla v místě měření obnoví přibližně po 5 - 10 minutách, při použití převodníků tepelného toku podle bodu 2.2 - po 2-6 hodinách.

Za ukazatel dokončení přechodového režimu přenosu tepla a možnosti měření hustoty tepelného toku lze považovat opakovatelnost výsledků měření hustoty tepelného toku v rámci stanovené chyby měření.

4.2. Při měření tepelného toku v plášti budovy s tepelným odporem menším než 0,6 (m2) / W je současně měřena teplota jejího povrchu pomocí termočlánků ve vzdálenosti 100 mm od měniče, pod ním a teplota vnitřního a vnějšího vzduchu ve vzdálenosti 100 mm od stěny .

5. Zpracování výsledků

5.1. Při použití zařízení ITP-11 se hodnota hustoty tepelného toku (W / m2) získává přímo z měřítka zařízení.

5.2. Při použití samostatných převodníků a milivoltmetrů k měření emf. hustota tepelného toku procházejícího konvertorem, , W/m2, se vypočítá podle vzorce

(1)

5.3. Stanovení kalibračního koeficientu převodníku s přihlédnutím ke zkušební teplotě se provádí podle doporučeného dodatku 2.

5.4. Hodnota hustoty tepelného toku W / m2 při měření podle bodu 4.3 se vypočítá podle vzorce

(2)

kde -

a -

teplota venkovního vzduchu před měničem, K (°С);

povrchová teplota v oblasti měření v blízkosti převodníku a pod převodníkem, K (°С).

5.5. Výsledky měření se zaznamenávají ve formě uvedené v doporučené příloze 3.

5.6. Výsledek stanovení hustoty tepelného toku se bere jako aritmetický průměr výsledků pěti měření na jedné pozici snímače na plášti budovy.

Dodatek 1

Odkaz

Technické vlastnosti zařízení ITP-11

Zařízení ITP-11 je kombinací převodníku tepelného toku na elektrický stejnosměrný signál s měřicím zařízením, jehož stupnice je odstupňována v jednotkách hustoty tepelného toku.

1. Meze měření hustoty tepelného toku: 0-50; 0-250 W/m2

2. Cenové rozdělení stupnice přístroje: 1; 5 W/m2

3. Hlavní chyba zařízení v procentech při teplotě vzduchu 20 °C.

4. Dodatečná chyba způsobená změnami teploty vzduchu obklopujícího měřící zařízení nepřesahuje 1 % na každých 10 K (°C) teplotní změny v rozsahu od 273 do 323 K (od 0 do 50°C).

Dodatečná chyba v důsledku změny teploty měniče tepelného toku nepřesahuje 0,83 % na 10 K (°C) změny teploty v rozsahu od 273 do 243 K (od 0 do minus 30 °C).

5. Tepelný odpor měniče tepelného toku - ne více než 3·10 (kv/m·K)/W.

6. Čas pro stanovení indikací není delší než 3,5 minuty.

7. Celkové rozměry pouzdra - 290x175x100 mm.

8. Celkové rozměry měniče tepelného toku: průměr 27 mm, tloušťka 1,85 mm.

9. Celkové rozměry měřícího zařízení - 215x115x90 mm.

10 Délka připojovacího elektrického vodiče - 7m.

11. Hmotnost zařízení bez pouzdra - ne více než 2,5 kg.

12. Napájení - 3 prvky "316".

Dodatek 2

Metoda kalibrace převodníku tepelného toku

Vyrobený převodník tepelného toku je v zařízení podroben kalibraci pro stanovení tepelné vodivosti stavebních materiálů podle GOST 7076-78, ve které je místo zkušebního vzorku instalován kalibrovaný převodník a vzorek referenčního materiálu podle GOST 8.140-82. .

Při kalibraci musí být prostor mezi termoregulační deskou instalace a referenčním vzorkem vně konvertoru vyplněn materiálem podobným termofyzikálním vlastnostem jako materiál konvertoru, aby byla zajištěna jednorozměrnost procházejícího tepelného toku v pracovní části instalace. měření E.m.f na převodníku a referenční vzorek se provádí jedním ze zařízení uvedených v článku 2.6 této normy.

Kalibrační koeficient převodníku W / (m2 mV) při dané průměrné teplotě experimentu se zjistí z výsledků měření hustoty tepelného toku a emf. podle následujícího poměru

Hustota tepelného toku se vypočítá z výsledků měření rozdílu teplot na referenčním vzorku podle vzorce


kde		tepelná vodivost referenčního materiálu, W/(m.K);
		teplota horního a spodního povrchu standardu K(°С);
		standardní tloušťka, m

Při kalibraci převodníku se doporučuje volit průměrnou teplotu v experimentech v rozsahu od 243 do 323 K (od minus 30 do plus 50 °C) a udržovat ji s odchylkou maximálně ±2 K (°C) .

Výsledek stanovení koeficientu převodníku se bere jako aritmetický průměr hodnot vypočítaných z výsledků měření alespoň 10 experimentů. Počet platných číslic v hodnotě kalibračního koeficientu převodníku se bere v souladu s chybou měření.

Teplotní koeficient převodníku K () se zjistí z výsledků měření emf. v kalibračních experimentech při různých průměrných teplotách převodníku podle poměru


kde,	Průměrné teploty převodníku ve dvou experimentech, K (°C);
	Kalibrační koeficienty převodníku při průměrné teplotě, respektive , W/(sq.m V).

Rozdíl mezi průměrnými teplotami a musí být alespoň 40 K (°C).

Výsledek stanovení teplotního koeficientu převodníku se bere jako aritmetický průměr hustoty vypočtený z výsledků alespoň 10 experimentů s různou průměrnou teplotou převodníku.

Hodnotu kalibračního koeficientu měniče tepelného toku při zkušební teplotě W / (m2 mV) zjistíme podle následujícího vzorce

kde

(Hodnota kalibračního koeficientu převodníku při zkušební teplotě

W/(sq.m.mV)

Typ a číslo měřicího zařízení


Typ plotu		Přístrojové čtení, mV		Hodnota hustoty tepelného toku
zelňačka konst-	Číslo šarže	Číslo měření	Průměr webu	zmenšený	platný
ructions

Podpis provozovatele ____________________

Datum měření ____________

Text dokumentu je ověřen:

oficiální publikace

Gosstroy SSSR -

M.: Nakladatelství norem, 1988

20.03.2014

Měření hustoty tepelných toků procházejících obvodovým pláštěm budovy. GOST 25380-82

Tepelný tok - množství tepla přeneseného přes izotermický povrch za jednotku času. Tepelný tok se měří ve wattech nebo kcal / h (1 W \u003d 0,86 kcal / h). Tepelný tok na jednotku izotermického povrchu se nazývá hustota tepelného toku nebo tepelné zatížení; obvykle se označuje q, měřeno ve W / m 2 nebo kcal / (m 2 × h). Hustota tepelného toku je vektor, jehož libovolná složka je číselně rovna množství tepla přeneseného za jednotku času přes jednotkovou plochu kolmou ke směru odebrané složky.

Měření hustoty tepelných toků procházejících pláštěm budovy se provádí v souladu s GOST 25380-82 „Budovy a konstrukce. Metoda měření hustoty tepelných toků procházejících obvodovým pláštěm budovy“.

Tento GOST zavádí metodu měření hustoty tepelného toku procházejícího jednovrstvými a vícevrstvými uzavíracími konstrukcemi budov a staveb - veřejných, obytných, zemědělských a průmyslových.

V současné době je při výstavbě, přejímce a provozu budov, jakož i v bytovém a komunálním sektoru věnována velká pozornost kvalitě dokončené stavby a interiérové výzdoby, zateplování bytových domů a také úsporám energií.

Důležitým hodnotícím parametrem je v tomto případě spotřeba tepla z izolačních konstrukcí. Zkoušky kvality tepelné ochrany obvodových plášťů budov lze provádět v různých fázích: při uvádění budov do provozu, na dokončených stavbách, při výstavbě, při generálních opravách konstrukcí a při provozu budov k vypracování energetického pasportu budov. a o stížnostech.

Měření hustoty tepelného toku by mělo být prováděno při okolní teplotě -30 až +50 °C a relativní vlhkosti nejvýše 85 %.

Měření hustoty tepelného toku umožňuje odhadnout tepelný tok obvodovým pláštěm budovy a tím určit tepelné vlastnosti budov a obvodových plášťů budovy.

Tato norma není použitelná pro posuzování tepelných vlastností obvodových konstrukcí, které propouštějí světlo (sklo, plast atd.).

Uvažujme, na čem je založena metoda měření hustoty tepelného toku. Na obvodovou konstrukci budovy (konstrukce) je instalována deska (tzv. „pomocná stěna“). Teplotní spád vytvořený na této „pomocné stěně“ je úměrný její hustotě ve směru tepelného toku. Teplotní rozdíl se převádí na elektromotorickou sílu termočlánkových baterií, které jsou umístěny na "pomocné stěně" a jsou orientovány rovnoběžně s tepelným tokem a jsou zapojeny do série podle generovaného signálu. Společně tvoří „pomocná stěna“ a sestava termočlánků měřicí převodník pro měření hustoty tepelného toku.

Na základě výsledků měření elektromotorické síly termočlánkových baterií je vypočtena hustota tepelného toku na předem kalibrovaných měničích.

Schéma měření hustoty tepelného toku je na výkresu.

1 - uzavírací konstrukce; 2 - měnič tepelného toku; 3 - emf metr;

t in, t n- teplota vnitřního a vnějšího vzduchu;

τ n, τ in, τ’ in- teplota vnějších, vnitřních povrchů uzavírací konstrukce v blízkosti a pod konvertorem;

R 1 , R 2 - tepelný odpor obálky budovy a měniče tepelného toku;

q 1, q 2- hustota tepelného toku před a po upevnění konvertoru

Zdroje infračerveného záření. Infračervená ochrana na pracovištích

Zdrojem infračerveného záření (IR) je jakékoli zahřáté těleso, jehož teplota určuje intenzitu a spektrum vyzařované elektromagnetické energie. Vlnová délka s maximální energií tepelného záření je určena vzorcem:

λ max = 2,9-103 / T [µm] (1)

kde T je absolutní teplota vyzařujícího tělesa, K.

Infračervené záření je rozděleno do tří oblastí:

krátké vlny (X \u003d 0,7 - 1,4 mikronů);
střední vlna (k \u003d 1,4 - 3,0 mikronů):
dlouhovlnná délka (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

Na lidské tělo mají elektrické vlny v IR oblasti hlavně tepelný účinek. Při hodnocení tohoto dopadu se bere v úvahu následující:

délka a intenzita vlny s maximální energií;

plocha vyzařovaného povrchu;

trvání expozice během pracovního dne;

trvání nepřetržité expozice;

intenzita fyzické práce;

intenzita pohybu vzduchu na pracovišti;

Typ látky, ze které jsou kombinézy vyrobeny;

individuální vlastnosti těla.

Krátkovlnný rozsah zahrnuje paprsky s vlnovou délkou λ ≤ 1,4 µm. Vyznačují se schopností pronikat do tkání lidského těla do hloubky několika centimetrů. Tento dopad způsobuje vážné poškození různých lidských orgánů a tkání s přitěžujícími následky. Dochází ke zvýšení teploty svalů, plic a dalších tkání. Specifické biologicky aktivní látky se tvoří v oběhovém a lymfatickém systému. Práce centrálního nervového systému je narušena.

Střední vlnový rozsah zahrnuje paprsky s vlnovou délkou λ = 1,4 - 3,0 μm. Pronikají pouze do povrchových vrstev kůže, a proto je jejich působení na lidský organismus omezeno na zvýšení teploty exponovaných kožních oblastí a zvýšení tělesné teploty.

Dlouhovlnný rozsah - paprsky s vlnovou délkou λ > 3 μm. Ovlivňují lidské tělo a způsobují nejsilnější zvýšení teploty v exponovaných oblastech kůže, což narušuje činnost dýchacího a kardiovaskulárního systému a narušuje tepelnou rovnováhu orgasmu, což vede k úpalu.

Podle GOST 12.1.005-88 by intenzita tepelné expozice pracovníků z vyhřívaných ploch technologických zařízení a osvětlovacích zařízení neměla překročit: 35 W / m 2 při ozáření více než 50 % povrchu těla; 70 W/m 2 při vystavení 25 až 50 % povrchu těla; 100 W / m 2 s ozářením maximálně 25 % > povrchu těla. Z otevřených zdrojů (zahřátý kov a sklo, otevřený plamen) by intenzita tepelného záření neměla překročit 140 W/m 2 při expozici nejvýše 25 % povrchu těla a povinném používání osobních ochranných pracovních prostředků včetně obličeje a ochrana očí.

Normy také omezují teplotu vyhřívaných povrchů zařízení v pracovním prostoru, která by neměla překročit 45 °C.

Povrchová teplota zařízení, uvnitř kterého se teplota blíží 100 °C, by neměla překročit 35 °C.

Mezi hlavní typy ochrany proti infračervenému záření patří:

1. časová ochrana;

2. ochrana na dálku;

3. stínění, tepelná izolace nebo chlazení horkých povrchů;

4. zvýšení přenosu tepla lidského těla;

5. osobní ochranné prostředky;

6. odstranění zdroje tepla.

Existují tři typy obrazovek:

neprůhledný;

· transparentní;

průsvitný.

V neprůhledných obrazovkách, když energie elektromagnetických kmitů interaguje s látkou obrazovky, je přeměněna na tepelnou energii. V důsledku této přeměny se obrazovka zahřívá a sama se stává zdrojem tepelného záření. Záření z povrchu obrazovky protilehlého ke zdroji se běžně považuje za záření přenášené ze zdroje. Je možné vypočítat hustotu tepelného toku procházejícího jednotkovou plochou obrazovky.

S průhlednými obrazovkami je to jinak. Záření dopadající na povrch obrazovky je v ní distribuováno podle zákonů geometrické optiky. To vysvětluje jeho optickou průhlednost.

Průsvitné obrazovky mají průhledné i neprůhledné vlastnosti.

· odrážející teplo;

· pohlcování tepla;

rozptylující teplo.

Ve skutečnosti všechny obrazovky, do té či oné míry, mají vlastnost absorbovat, odrážet nebo rozptylovat teplo. Definice obrazovky ke konkrétní skupině proto závisí na tom, která vlastnost je nejsilněji vyjádřena.

Teplo odrážející clony se vyznačují nízkým stupněm černosti povrchu. Odrážejí proto většinu paprsků dopadajících na ně.

Mezi teplo pohlcující síta patří síta, u kterých má materiál, ze kterého jsou vyrobeny, nízký koeficient tepelné vodivosti (vysoký tepelný odpor).

Transparentní fólie nebo vodní clony fungují jako zástěny odvádějící teplo. Lze použít i zástěny uvnitř skleněné nebo kovové ochranné kontury.

E \u003d (q - q 3) / q (3)

E \u003d (t - t 3) / t (4)

q 3 - hustota toku IR záření s použitím ochrany, W / m 2;

t je teplota IR záření bez použití ochrany, °С;

t 3 - teplota IR záření s použitím ochrany, ° С.

Použité přístrojové vybavení

Pro měření hustoty tepelných toků procházejících obvodovým pláštěm budov a pro kontrolu vlastností tepelných štítů vyvinuli naši specialisté přístroje řady .

Rozsah měření hustoty tepelného toku: od 10 do 250, 500, 2000, 9999 W/m2

Oblast použití:

· stavebnictví;

objekty energie;

vědecký výzkum atd.

Měření hustoty tepelného toku, jako ukazatele tepelně izolačních vlastností různých materiálů, se provádí přístroji řady na adrese:

· tepelnětechnické zkoušky obvodových konstrukcí;

stanovení tepelných ztrát v sítích ohřevu vody;

provádění laboratorních prací na univerzitách (katedra "Bezpečnost života", "Průmyslová ekologie" atd.).

Na obrázku je prototyp stojanu "Stanovení parametrů vzduchu v pracovním prostoru a ochrana před tepelnými vlivy" BZhZ 3 (výrobce Intos + LLC).

Na stojanu je zdroj tepelného záření (domácí reflektor). Před zdroj jsou umístěny clony z různých materiálů (kov, látka atd.). Za obrazovkou uvnitř modelu místnosti je zařízení umístěno v různých vzdálenostech od obrazovky. Nad modelem místnosti je upevněn digestoř s ventilátorem. Zařízení je kromě sondy pro měření hustoty tepelného toku vybaveno sondou pro měření teploty vzduchu uvnitř modelu. Obecně je stojan vizuálním modelem pro hodnocení účinnosti různých typů tepelné ochrany a místního ventilačního systému.

Pomocí stojanu se zjišťuje účinnost ochranných vlastností clon v závislosti na materiálech, ze kterých jsou vyrobeny, a na vzdálenosti clony ke zdroji tepelného záření.

Princip činnosti a konstrukce zařízení IPP-2

Konstrukčně je zařízení vyrobeno v plastovém pouzdře. Na předním panelu přístroje je čtyřmístný LED indikátor, ovládací tlačítka; na boční ploše jsou konektory pro připojení zařízení k počítači a síťový adaptér. Na horním panelu je konektor pro připojení primárního převodníku.

Vzhled zařízení

1 - LED stavu baterie

2 - Indikace překročení prahu LED

3 - Indikátor naměřené hodnoty

4 - Konektor pro měřicí sondu

5 , 6 - Ovládací tlačítka

7 - Konektor pro připojení k počítači

8 - Konektor pro síťový adaptér

Princip činnosti

Princip činnosti zařízení je založen na měření teplotního rozdílu na „pomocné stěně“. Velikost teplotního rozdílu je úměrná hustotě tepelného toku. Měření teplotního rozdílu se provádí pomocí páskového termočlánku umístěného uvnitř desky sondy, který funguje jako „pomocná stěna“.

Indikace měření a provozních režimů zařízení

Zařízení se dotazuje měřicí sondy, vypočítá hustotu tepelného toku a její hodnotu zobrazí na LED indikátoru. Interval dotazování sondy je asi jedna sekunda.

Registrace měření

Data přijatá z měřicí sondy se zapisují do energeticky nezávislé paměti jednotky s určitou periodou. Nastavení periody, čtení a prohlížení dat se provádí pomocí softwaru.

Komunikační rozhraní

Pomocí digitálního rozhraní lze z přístroje číst aktuální hodnoty měření teploty, nashromážděná naměřená data, měnit nastavení přístroje. Měřicí jednotka může spolupracovat s počítačem nebo jinými ovladači přes digitální rozhraní RS-232. Směnný kurz přes rozhraní RS-232 je uživatelsky konfigurovatelný v rozsahu od 1200 do 9600 bps.

Vlastnosti zařízení:

schopnost nastavit prahové hodnoty pro zvukové a světelné alarmy;
přenos naměřených hodnot do počítače přes rozhraní RS-232.

Výhodou zařízení je možnost k zařízení střídavě připojit až 8 různých sond tepelného toku. Každá sonda (senzor) má svůj vlastní individuální kalibrační faktor (konverzní faktor Kq), který ukazuje, jak moc se mění napětí ze senzoru vzhledem k tepelnému toku. Tento koeficient používá přístroj ke konstrukci kalibrační charakteristiky sondy, která určuje aktuální naměřenou hodnotu tepelného toku.

Úpravy sond pro měření hustoty tepelného toku:

Sondy tepelného toku jsou určeny k měření povrchové hustoty tepelného toku podle GOST 25380-92.

Vzhled sond tepelného toku

1. Lisovací sonda tepelného toku PTP-ХХХП s pružinou je k dispozici v následujících modifikacích (v závislosti na rozsahu měření hustoty tepelného toku):

PTP-2.0P: od 10 do 2000 W / m 2;

PTP-9.9P: od 10 do 9999 W/m2.

2. Sonda tepelného toku v podobě "mince" na flexibilním kabelu PTP-2.0.

Rozsah měření hustoty tepelného toku: od 10 do 2000 W/m 2 .

Úpravy teplotní sondy:

Vzhled teplotních sond

1. Ponorné termočlánky TPP-A-D-L na bázi termistoru Pt1000 (odporové termočlánky) a termočlánky ТХА-А-D-L na bázi termočlánků XА (elektrické termočlánky) jsou určeny pro měření teploty různých kapalných a plynných médií, ale i sypkých materiálů.

Rozsah měření teploty:

Pro CCI-A-D-L: od -50 do +150 °С;

Pro THA-A-D-L: od -40 do +450 °C.

Rozměry:

D (průměr): 4, 6 nebo 8 mm;

L (délka): od 200 do 1000 mm.

2. Termočlánek ТХА-А-D1/D2-LП na bázi termočlánku ХА (elektrický termočlánek) je určen k měření teploty rovného povrchu.

Rozměry:

D1 (průměr "kovového kolíku"): 3 mm;

D2 (průměr základny - "záplata"): 8 mm;

L (délka "kovového kolíku"): 150 mm.

3. Termočlánek ТХА-А-D-LC na bázi termočlánku ХА (elektrický termočlánek) je určen k měření teploty válcových ploch.

Rozsah měření teploty: od -40 do +450 °С.

Rozměry:

D (průměr) - 4 mm;

L (délka "kovového kolíku"): 180 mm;

Šířka pásky - 6 mm.

Dodávací sada zařízení pro měření hustoty tepelného zatížení média obsahuje:

1. Měřič hustoty tepelného toku (měřicí jednotka).

2. Sonda pro měření hustoty tepelného toku.*

3. Teplotní sonda.*

4. Software.**

5. Kabel pro připojení k osobnímu počítači. **

6. Osvědčení o kalibraci.

7. Návod k obsluze a pas pro zařízení.

8. Pas pro termoelektrické měniče (teplotní sondy).

9. Pas pro sondu hustoty tepelného toku.

10. Síťový adaptér.

* – Rozsahy měření a konstrukce sondy jsou určeny ve fázi objednávky

** – Položky jsou dodávány na zvláštní objednávku.

Příprava přístroje k provozu a provádění měření

1. Vyjměte zařízení z obalu. Pokud je přístroj přenesen do teplé místnosti z chladné, je nutné nechat přístroj alespoň 2 hodiny ohřát na pokojovou teplotu.

2. Nabijte baterie připojením AC adaptéru k zařízení. Doba nabíjení zcela vybité baterie je minimálně 4 hodiny. Aby se prodloužila životnost dobíjecí baterie, doporučuje se jednou za měsíc plně vybít, dokud se zařízení automaticky nevypne a poté plně nabije.

3. Připojte měřicí jednotku a měřicí sondu propojovacím kabelem.

4. Při doplnění zařízení diskem se softwarem jej nainstalujte do počítače. Připojte zařízení k volnému COM portu počítače pomocí vhodných propojovacích kabelů.

5. Zapněte zařízení krátkým stisknutím tlačítka "Vybrat".

6. Po zapnutí zařízení se po dobu 5 sekund provede autotest zařízení. V případě vnitřních poruch signalizuje zařízení na indikátoru číslo poruchy doprovázené zvukovým signálem. Po úspěšném otestování a dokončení stahování se na indikátoru zobrazí aktuální hodnota hustoty tepelného toku. Vysvětlení neúspěchů zkoušek a jiných chyb v provozu zařízení je uvedeno v části 6 tohoto návodu k použití.

7. Po použití vypněte zařízení krátkým stisknutím tlačítka "Vybrat".

8. Pokud budete zařízení skladovat po delší dobu (více než 3 měsíce), vyjměte baterie z přihrádky na baterie.

Níže je schéma přepínání v režimu „Provoz“.

Příprava a provádění měření při tepelných zkouškách obvodových plášťů budov.

1. Měření hustoty tepelného toku se provádí zpravidla z vnitřní strany obvodových konstrukcí budov a staveb.

Je povoleno měřit hustotu tepelných toků z vnější strany obvodových konstrukcí, pokud je nelze měřit zevnitř (agresivní prostředí, kolísání parametrů vzduchu), za předpokladu udržení stabilní teploty na povrchu. Kontrola podmínek přenosu tepla se provádí pomocí teplotní sondy a prostředků pro měření hustoty tepelného toku: při měření po dobu 10 minut. jejich údaje musí být v mezích chyby měření přístrojů.

2. Plochy povrchů se vybírají specifické nebo charakteristické pro celý zkoušený plášť budovy v závislosti na potřebě měření místní nebo průměrné hustoty tepelného toku.

3. Povrchy obvodových konstrukcí, na kterých je instalován konvertor tepelného toku, se čistí, dokud se neodstraní drsnost viditelná a hmatatelná na dotek.

4. Snímač je po celé ploše pevně přitlačen k uzavírací konstrukci a v této poloze zafixován, čímž je zajištěn stálý kontakt snímače tepelného toku s povrchem studovaných oblastí během všech následujících měření.

5. Při provozních měřeních hustoty tepelného toku se volný povrch snímače polepí vrstvou materiálu nebo přetře barvou se stejným nebo podobným stupněm emisivity s rozdílem Δε ≤ 0,1, jako je materiál snímače. povrchová vrstva uzavírací konstrukce.

6. Odečítací zařízení je umístěno ve vzdálenosti 5-8 m od místa měření nebo v přilehlé místnosti, aby se vyloučil vliv pozorovatele na hodnotu tepelného toku.

7. Při použití zařízení pro měření emf, která mají omezení okolní teploty, se umístí do místnosti s teplotou vzduchu přijatelnou pro provoz těchto zařízení a připojí se k nim převodník tepelného toku pomocí prodlužovacích vodičů.

8. Zařízení podle nároku 7 je připraveno k provozu v souladu s návodem k obsluze příslušného zařízení, včetně zohlednění potřebné doby expozice zařízení pro nastavení nového teplotního režimu v něm.

Příprava a měření

(při laboratorní práci na příkladu laboratorní práce „Zkoumání prostředků ochrany před infračerveným zářením“)

Připojte zdroj IR do zásuvky. Zapněte zdroj IR záření (horní část) a měřič hustoty tepelného toku IPP-2.

Nainstalujte hlavici měřiče hustoty tepelného toku ve vzdálenosti 100 mm od zdroje IR záření a určete hustotu tepelného toku (průměrná hodnota ze tří až čtyř měření).

Ručně pohybujte stativem po pravítku, nastavte měřicí hlavu na vzdálenosti od zdroje záření uvedené v tabulce 1 a opakujte měření. Zadejte naměřená data ve formě tabulky 1.

Sestrojte graf závislosti hustoty toku IR na vzdálenosti.

Opakujte měření podle odstavců. 1 - 3 s různými ochrannými clonami (hliník odrážející teplo, tkanina pohlcující teplo, kov s černěným povrchem, smíšený - řetězová pošta). Zadejte naměřená data ve formě tabulky 1. Vykreslete grafy závislosti hustoty toku infračerveného záření na vzdálenosti pro každou obrazovku.

Formulář tabulky 1

Odhadněte účinnost ochranného působení clon podle vzorce (3).

Nainstalujte ochrannou clonu (dle pokynů učitele), na ni umístěte široký kartáč vysavače. Zapněte vysavač v režimu nasávání vzduchu simulujícím odsávací ventilační zařízení a po 2-3 minutách (po nastavení tepelného režimu obrazovky) určete intenzitu tepelného záření ve stejných vzdálenostech jako v odstavci 3. Vyhodnoťte účinnost kombinované tepelné ochrany podle vzorce (3 ).

Závislost intenzity tepelného záření na vzdálenosti pro danou obrazovku v režimu odsávání by měla být vynesena do obecného grafu (viz bod 5).

Určete účinnost ochrany měřením teploty pro danou clonu s odsávací ventilací a bez ní pomocí vzorce (4).

Sestrojte grafy účinnosti ochrany odsávání a bez něj.

Přepněte vysavač do režimu foukání a zapněte jej. Nasměrováním proudu vzduchu na povrch dané ochranné zástěny (režim sprchování) opakujte měření podle odstavců. 7 - 10. Porovnejte výsledky měření v odstavcích. 7-10.

Upevněte hadici vysavače na jeden ze stojanů a zapněte vysavač v režimu „foukání“, přičemž proud vzduchu nasměrujte téměř kolmo k tepelnému toku (mírně k) – imitace vzduchové clony. Pomocí měřiče změřte teplotu infračerveného záření bez a s „foukačem“.

Sestrojte grafy účinnosti ochrany "dmychadla" podle vzorce (4).

Výsledky měření a jejich interpretace

(na příkladu laboratorní práce na téma „Výzkum prostředků ochrany před infračerveným zářením“ na jedné z technických univerzit v Moskvě).

Stůl.
Elektrokrb EXP-1,0/220.
Regál pro umístění výměnných zástěn.
Rack pro instalaci měřicí hlavy.
Měřič hustoty tepelného toku.
Pravítko.
Vysavač Typhoon-1200.

Intenzita (hustota toku) IR záření q je určena vzorcem:

q \u003d 0,78 x S x (T 4 x 10 -8 - 110) / r 2 [W / m 2]

kde S je plocha vyzařující plochy, m 2 ;

T je teplota vyzařujícího povrchu, K;

r - vzdálenost od zdroje záření, m.

Jedním z nejběžnějších typů ochrany před IR zářením je stínění vyzařujících ploch.

Existují tři typy obrazovek:

neprůhledný;

průhledný;

průsvitný.

Podle principu činnosti jsou obrazovky rozděleny na:

odrážející teplo;

pohlcující teplo;

odvádějící teplo.

Účinnost ochrany před tepelným zářením pomocí štítů E je určena vzorcem:

E \u003d (q - q 3) / q

kde q je hustota toku IR záření bez použití ochrany, W/m 2;

q3 - hustota toku IR záření s použitím ochrany, W/m 2 .

Typy ochranných clon (neprůhledné):

1. Obrazovka smíšená - řetězová pošta.

E-mailová řetězová pošta \u003d (1550–560) / 1550 \u003d 0,63

2. Kovová zástěna s černěným povrchem.

E al+kryt \u003d (1550–210) / 1550 \u003d 0,86

3. Hliníková obrazovka odrážející teplo.

E al \u003d (1550–10) / 1550 \u003d 0,99

Nakreslete závislost hustoty toku IR na vzdálenosti pro každou obrazovku.

Jak vidíme, účinnost ochranného působení obrazovek se liší:

1. Minimální ochranný účinek smíšeného síta - řetězové pošty - 0,63;

2. Hliníková obrazovka s černěným povrchem - 0,86;

3. Hliníková clona odrážející teplo má největší ochranný účinek - 0,99.

Normativní odkazy

Při posuzování tepelných vlastností obvodových plášťů a konstrukcí budov a stanovení skutečné spotřeby tepla prostřednictvím vnějších obvodových plášťů budov se používají tyto hlavní regulační dokumenty:

· GOST 25380-82. Metoda měření hustoty tepelných toků procházejících obálkami budov.

Při hodnocení tepelného výkonu různých prostředků ochrany před infračerveným zářením se používají následující hlavní regulační dokumenty:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Vzduch v pracovní oblasti. Všeobecné hygienické a hygienické požadavky.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Prostředky ochrany proti infračervenému záření. Klasifikace. Všeobecné technické požadavky.

· GOST 12.4.123-83 „Systém norem bezpečnosti práce. Prostředky kolektivní ochrany před infračerveným zářením. Všeobecné technické požadavky“.

I. Měření hustoty tepelných toků procházejících obvodovým pláštěm budovy. GOST 25380-82.

Tepelný tok - množství tepla přeneseného přes izotermický povrch za jednotku času. Tepelný tok se měří ve wattech nebo kcal / h (1 W \u003d 0,86 kcal / h). Tepelný tok na jednotku izotermického povrchu se nazývá hustota tepelného toku nebo tepelné zatížení; obvykle se označuje q, měřeno ve W / m2 nebo kcal / (m2 × h). Hustota tepelného toku je vektor, jehož libovolná složka je číselně rovna množství tepla přeneseného za jednotku času přes jednotkovou plochu kolmou ke směru odebrané složky.

Měření hustoty tepelných toků procházejících obvodovým pláštěm budovy se provádí v souladu s GOST 25380-82 "Budovy a konstrukce. Metoda měření hustoty tepelných toků procházejících obvodovým pláštěm budovy".

Hustota tepelného toku se měří na stupnici specializovaného zařízení, jehož součástí je převodník tepelného toku, nebo se vypočítává z výsledků měření emf. na předem kalibrovaných převodnících tepelného toku.

Schéma měření hustoty tepelného toku je na výkresu.

1 - uzavírací konstrukce; 2 - převodník tepelného toku; 3 - emf metr;

tv, tn - teplota vnitřního a vnějšího vzduchu;

τн, τв, τ"в — teplota vnějších a vnitřních povrchů uzavírací konstrukce v blízkosti a pod konvertorem;

R1, R2 - tepelný odpor obálky budovy a měniče tepelného toku;

q1, q2 jsou hustota tepelného toku před a po upevnění převodníku

II. Infračervené záření. Prameny. Ochrana.

Ochrana před infračerveným zářením na pracovišti.

λmax = 2,9-103 / T [µm] (1)

kde T je absolutní teplota vyzařujícího tělesa, K.

Infračervené záření je rozděleno do tří oblastí:

krátkovlnné (X = 0,7 - 1,4 mikronů);

střední vlna (k \u003d 1,4 - 3,0 mikronů):

dlouhovlnná délka (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

Elektrické vlny infračerveného rozsahu mají především tepelný účinek na lidské tělo. V tomto případě je nutné vzít v úvahu: intenzitu a vlnovou délku s maximální energií; vyzařovaná plocha povrchu; trvání expozice za pracovní den a trvání nepřetržité expozice; intenzita fyzické práce a vzdušné mobility na pracovišti; kvalita kombinéz; individuální vlastnosti pracovníka.

Paprsky krátkovlnného rozsahu s vlnovou délkou λ ≤ 1,4 μm mají schopnost proniknout do tkáně lidského těla na několik centimetrů. Takové IR záření snadno proniká kůží a lebkou do mozkové tkáně a může ovlivnit mozkové buňky a způsobit vážné poškození mozku, jehož příznaky jsou zvracení, závratě, rozšíření krevních cév na kůži, pokles krevního tlaku a zhoršený krevní oběh. a dýchání, křeče, někdy ztráta vědomí. Při ozařování krátkovlnnými infračervenými paprsky je také pozorováno zvýšení teploty plic, ledvin, svalů a dalších orgánů. Specifické biologicky aktivní látky se objevují v krvi, lymfě, mozkomíšním moku, jsou pozorovány metabolické poruchy a mění se funkční stav centrálního nervového systému.

Paprsky středního vlnového rozsahu o vlnové délce λ = 1,4 - 3,0 mikronů jsou zadržovány v povrchových vrstvách kůže v hloubce 0,1 - 0,2 mm. Proto se jejich fyziologický účinek na organismus projevuje především zvýšením teploty kůže a prohřátím organismu.

K nejintenzivnějšímu zahřívání povrchu lidské kůže dochází při IR záření s λ > 3 µm. Pod jeho vlivem je narušena činnost kardiovaskulárního a dýchacího systému a také tepelná rovnováha těla, což může vést až k úpalu.

Intenzita tepelného záření je regulována na základě subjektivního vjemu energie záření člověkem. Podle GOST 12.1.005-88 by intenzita tepelné expozice pracovníků z vyhřívaných ploch technologických zařízení a svítidel neměla překročit: 35 W / m2 při expozici více než 50 % povrchu těla; 70 W/m2 při vystavení 25 až 50 % povrchu těla; 100 W/m2 při ozáření maximálně 25 % povrchu těla. Z otevřených zdrojů (zahřátý kov a sklo, otevřený plamen) by intenzita tepelné expozice neměla překročit 140 W/m2 při expozici maximálně 25 % povrchu těla a povinném používání osobních ochranných prostředků včetně ochrany obličeje a oko.

Normy také omezují teplotu vyhřívaných povrchů zařízení v pracovním prostoru, která by neměla překročit 45 °C.

Povrchová teplota zařízení, uvnitř kterého se teplota blíží 100 0C, by neměla překročit 35 0C.

q = 0,78 x S x (T4 x 10-8 - 110) / r2 [W/m2] (2)

Mezi hlavní typy ochrany proti infračervenému záření patří:

1. časová ochrana;

2. ochrana na dálku;

3. stínění, tepelná izolace nebo chlazení horkých povrchů;

4. zvýšení přenosu tepla lidského těla;

5. osobní ochranné prostředky;

6. odstranění zdroje tepla.

Časová ochrana zajišťuje omezení času stráveného zářením působícím v oblasti záření. Bezpečná doba pobytu člověka v zóně působení IR záření závisí na jeho intenzitě (hustotě toku) a určuje se podle tabulky 1.

stůl 1

Doba bezpečného pobytu osob v zóně IR záření

Bezpečná vzdálenost je určena vzorcem (2) v závislosti na délce pobytu v pracovním prostoru a dovolené hustotě IR záření.

Sílu IR záření lze snížit konstrukčním a technologickým řešením (náhrada režimu a způsobu ohřevu produktů apod.), stejně jako potažením topných ploch tepelně izolačními materiály.

Existují tři typy obrazovek:

neprůhledný;

· transparentní;

průsvitný.

V neprůhledných obrazovkách se energie elektromagnetických kmitů, interagujících s látkou obrazovky, mění v teplo. V tomto případě se obrazovka zahřeje a jako každé zahřáté těleso se stane zdrojem tepelného záření. Záření povrchu obrazovky protilehlého ke zdroji je podmíněně považováno za přenášené záření zdroje. Mezi neprůhledné obrazovky patří: kovové, alfa (z hliníkové fólie), porézní (pěnový beton, pěnové sklo, keramzit, pemza), azbest a další.

V průhledných clonách se uvnitř nich šíří záření podle zákonů geometrické optiky, což zajišťuje viditelnost skrz clonu. Tyto zástěny jsou vyrobeny z různých druhů skla, používají se i filmové vodní clony (volné i stékající po skle).

Průsvitné zástěny kombinují vlastnosti průhledných a neprůhledných zástěn. Patří sem kovová pletiva, řetízkové závěsy, skleněné zástěny vyztužené kovovou síťovinou.

· odrážející teplo;

· pohlcování tepla;

rozptylující teplo.

Toto rozdělení je spíše libovolné, protože každá obrazovka má schopnost odrážet, absorbovat a odvádět teplo. Přiřazení obrazovky k té či oné skupině je dáno tím, která z jejích schopností je výraznější.

Teplo odrážející clony mají nízký stupeň černosti povrchu, v důsledku čehož odrážejí značnou část na ně dopadající sálavé energie v opačném směru. Jako materiály odrážející teplo se používá Alfol, hliníkový plech, pozink.

Teplo pohlcující clony se nazývají clony vyrobené z materiálů s vysokým tepelným odporem (nízká tepelná vodivost). Jako materiály pohlcující teplo se používají žáruvzdorné a tepelně izolační cihly, azbest a strusková vlna.

Jako clony odvádějící teplo se nejvíce používají vodní clony, volně padající ve formě fólie nebo zavlažující jinou stínící plochu (například kovovou), nebo uzavřené ve speciálním plášti ze skla nebo kovu.

E \u003d (q – q3) / q (3)

E \u003d (t – t3) / t (4)

q3 je hustota toku IR záření s použitím ochrany, W/m2;

t je teplota IR záření bez použití ochrany, °C;

t3 je teplota IR záření s použitím ochrany, °С.

Proud vzduchu nasměrovaný přímo na pracovníka umožňuje zvýšit odvod tepla z jeho těla do okolí. Volba rychlosti proudění vzduchu závisí na náročnosti prováděné práce a intenzitě infračerveného záření, ale neměla by překročit 5 m/s, protože v tomto případě pracovník pociťuje nepohodlí (například tinnitus). Účinnost vzduchových sprch se zvyšuje, když se vzduch vysílaný na pracoviště ochladí nebo se do něj přimíchá jemně rozprášená voda (sprcha voda-vzduch).

Jako osobní ochranné prostředky se používají kombinézy z bavlněných a vlněných tkanin, tkaniny s kovovým povlakem (odrážející až 90 % IR záření). K ochraně očí jsou určeny brýle, štíty se speciálními brýlemi - světelné filtry žlutozelené nebo modré barvy.

Terapeutická a preventivní opatření zajišťují organizaci racionálního režimu práce a odpočinku. Délka přestávek v práci a jejich četnost jsou dány intenzitou IR záření a náročností práce. Spolu s periodickými prohlídkami jsou prováděny lékařské prohlídky k prevenci nemocí z povolání.

III. Použité nástroje.

Pro měření hustoty tepelných toků procházejících obvodovým pláštěm budov a pro kontrolu vlastností tepelných štítů vyvinuli naši specialisté přístroje řady .

Oblast použití:

Zařízení řady IPP-2 jsou široce používána ve stavebnictví, vědeckých organizacích, v různých energetických zařízeních a v mnoha dalších průmyslových odvětvích.

Měření hustoty tepelného toku, jako indikátoru tepelně izolačních vlastností různých materiálů, se provádí pomocí zařízení řady IPP-2 na:

Testování obvodových konstrukcí;

Stanovení tepelných ztrát v sítích ohřevu vody;

Provádění laboratorních prací na vysokých školách (katedry "Bezpečnost života", "Průmyslová ekologie" atd.).

Na obrázku je prototyp stojanu "Stanovení parametrů vzduchu v pracovním prostoru a ochrana před tepelnými vlivy" BZhZ 3 (výrobce Intos + LLC).

Stojan obsahuje zdroj tepelného záření v podobě domovního reflektoru, před kterým je instalován tepelný štít z různých materiálů (látka, plech, sada řetězů atd.). Za zástěnou v různých vzdálenostech od ní uvnitř modelu místnosti je umístěno zařízení IPP-2, které měří hustotu tepelného toku. Nad modelem místnosti je umístěn digestoř s ventilátorem. Měřicí přístroj IPP-2 má přídavné čidlo, které umožňuje měřit teplotu vzduchu v místnosti. Stojan BZhZ 3 tak umožňuje kvantifikovat účinnost různých typů tepelné ochrany a místního ventilačního systému.

Stojan umožňuje měřit intenzitu tepelného záření v závislosti na vzdálenosti zdroje, zjišťovat účinnost ochranných vlastností clon z různých materiálů.

IV. Princip činnosti a konstrukce zařízení IPP-2.

Konstrukčně je měřicí jednotka přístroje vyrobena v plastovém pouzdře.

Princip činnosti zařízení je založen na měření rozdílu teplot na "pomocné stěně". Velikost teplotního rozdílu je úměrná hustotě tepelného toku. Teplotní rozdíl se měří pomocí páskového termočlánku umístěného uvnitř destičky sondy, který funguje jako "pomocná stěna".

V provozním režimu zařízení provádí cyklické měření zvoleného parametru. Přechází se mezi režimy měření hustoty tepelného toku a teploty a také indikace nabití baterie v procentech 0 % ... 100 %. Při přepínání mezi režimy se na indikátoru zobrazí odpovídající nápis zvoleného režimu. Zařízení může také provádět periodický automatický záznam naměřených hodnot do energeticky nezávislé paměti s odkazem na čas. Povolení/zakázání záznamu statistik, nastavení parametrů záznamu, čtení nashromážděných dat se provádí pomocí softwaru dodaného na objednávku.

zvláštnosti:

Možnost nastavení prahových hodnot pro zvukové a světelné alarmy. Mezní hodnoty jsou horní nebo dolní meze přípustné změny odpovídající hodnoty. Pokud je překročena horní nebo dolní prahová hodnota, zařízení tuto událost detekuje a na indikátoru se rozsvítí LED. Pokud je zařízení správně nakonfigurováno, je překročení prahových hodnot doprovázeno zvukovým signálem.

· Přenos naměřených hodnot do počítače na rozhraní RS 232.

Úpravy sond pro měření hustoty tepelného toku:

Sondy tepelného toku jsou určeny k měření povrchové hustoty tepelného toku podle GOST 25380-92.

Vzhled sond tepelného toku

1. Lisovací sonda tepelného toku PTP-ХХХП s pružinou je k dispozici v následujících modifikacích (v závislosti na rozsahu měření hustoty tepelného toku):

— PTP-2.0P: od 10 do 2000 W/m2;

— PTP-9.9P: od 10 do 9999 W/m2.

2. Sonda tepelného toku v podobě "mince" na flexibilním kabelu PTP-2.0.

Rozsah měření hustoty tepelného toku: od 10 do 2000 W/m2.

Úpravy teplotní sondy:

Vzhled teplotních sond

Rozsah měření teploty:

- pro Obchodní a průmyslovou komoru-A-D-L: od -50 do +150 °С;

- pro ТХА-А-D-L: od -40 do +450 °С.

Rozměry:

- D (průměr): 4, 6 nebo 8 mm;

- L (délka): od 200 do 1000 mm.

2. Termočlánek ТХА-А-D1/D2-LП založený na termočlánku XА (elektrický termočlánek) je určen k měření teploty rovného povrchu.

Rozměry:

- D1 (průměr "kovového kolíku"): 3 mm;

- D2 (průměr základny - "záplata"): 8 mm;

- L (délka "kovového kolíku"): 150 mm.

3. Termočlánek ТХА-А-D-LC na bázi termočlánku ХА (elektrický termočlánek) je určen k měření teploty válcových ploch.

Rozsah měření teploty: od -40 do +450 °С.

Rozměry:

- D (průměr) - 4 mm;

- L (délka "kovového kolíku"): 180 mm;

- šířka pásky - 6 mm.

Dodávací sada zařízení pro měření hustoty tepelného zatížení média obsahuje:

2. Sonda pro měření hustoty tepelného toku.*

3. Teplotní sonda.*

4. Software.**

5. Kabel pro připojení k osobnímu počítači. **

6. Osvědčení o kalibraci.

7. Návod k obsluze a pas pro zařízení IPP-2.

8. Pas pro termoelektrické měniče (teplotní sondy).

9. Pas pro sondu hustoty tepelného toku.

10. Síťový adaptér.

* - Rozsahy měření a konstrukce sondy jsou určeny ve fázi objednávky

** - Pozice jsou dodávány na zvláštní objednávku.

V. Příprava zařízení k provozu a provádění měření.

Příprava zařízení k práci.

Vyjměte zařízení z obalu. Pokud je zařízení přeneseno do teplé místnosti z chladné, je nutné nechat zařízení zahřát na pokojovou teplotu po dobu 2 hodin. Plně nabijte baterii do čtyř hodin. Umístěte sondu na místo, kde se budou provádět měření. Připojte sondu k přístroji. Pokud má být zařízení provozováno v kombinaci s osobním počítačem, je nutné připojit zařízení k volnému COM portu počítače pomocí propojovacího kabelu. Připojte síťový adaptér k zařízení a nainstalujte software podle popisu. Zapněte zařízení krátkým stisknutím tlačítka. V případě potřeby seřiďte zařízení podle bodu 2.4.6. Návody k obsluze. Při práci s osobním počítačem nastavte síťovou adresu a směnný kurz zařízení podle odstavce 2.4.8. Návody k obsluze. Začněte měřit.

Níže je schéma přepínání v režimu "Práce".

Příprava a provádění měření při tepelných zkouškách obvodových plášťů budov.

1. Měření hustoty tepelného toku se provádí zpravidla z vnitřní strany obvodových konstrukcí budov a staveb.

Je povoleno měřit hustotu tepelných toků z vnější strany obvodových konstrukcí, pokud je nelze měřit zevnitř (agresivní prostředí, kolísání parametrů vzduchu), za předpokladu udržení stabilní teploty na povrchu. Kontrola podmínek přenosu tepla se provádí pomocí teplotní sondy a prostředků pro měření hustoty tepelného toku: při měření po dobu 10 minut. jejich údaje musí být v mezích chyby měření přístrojů.

2. Plochy povrchů se vybírají specifické nebo charakteristické pro celý zkoušený plášť budovy v závislosti na potřebě měření místní nebo průměrné hustoty tepelného toku.

3. Povrchy obvodových konstrukcí, na kterých je instalován konvertor tepelného toku, se čistí, dokud se neodstraní drsnost viditelná a hmatatelná na dotek.

5. Při provozním měření hustoty tepelného toku se sypký povrch snímače polepí vrstvou materiálu nebo přetře barvou se stejným nebo podobným stupněm emisivity s rozdílem 0,1 jako má materiál povrchu. vrstva obvodové konstrukce.

6. Odečítací zařízení je umístěno ve vzdálenosti 5-8 m od místa měření nebo v přilehlé místnosti, aby se vyloučil vliv pozorovatele na hodnotu tepelného toku.

Příprava a měření

(při laboratorní práci na příkladu laboratorní práce „Výzkum prostředků ochrany před infračerveným zářením“).

Připojte zdroj IR do zásuvky. Zapněte zdroj IR záření (horní část) a měřič hustoty tepelného toku IPP-2.

Nainstalujte hlavici měřiče hustoty tepelného toku ve vzdálenosti 100 mm od zdroje IR záření a určete hustotu tepelného toku (průměrná hodnota ze tří až čtyř měření).

Ručně pohybujte stativem po pravítku, nastavte měřicí hlavu na vzdálenosti od zdroje záření uvedené v tabulce 1 a opakujte měření. Zadejte naměřená data ve formě tabulky 1.

Sestrojte graf závislosti hustoty toku IR na vzdálenosti.

Opakujte měření podle odstavců. 1 — 3 s různými Data měření zadejte ve formě tabulky 1. Sestrojte grafy závislosti hustoty toku IR záření na vzdálenosti pro každou obrazovku.

Formulář tabulky 1

Vyhodnoťte účinnost ochranného působení clon podle vzorce (3).

Závislost intenzity tepelného záření na vzdálenosti pro danou obrazovku v režimu odsávání by měla být vynesena do obecného grafu (viz bod 5).

Určete účinnost ochrany měřením teploty pro danou clonu s odsávací ventilací a bez ní pomocí vzorce (4).

Sestrojte grafy účinnosti ochrany odsávání a bez ní.

Upevněte hadici vysavače na jeden ze stojanů a zapněte vysavač v režimu „foukání“, přičemž proud vzduchu nasměrujte téměř kolmo k tepelnému toku (mírně k) – imitace vzduchové clony. Pomocí měřiče IPP-2 změřte teplotu infračerveného záření bez a s "foukačem".

Sestrojte grafy účinnosti ochrany "dmychadla" podle vzorce (4).

VI. Výsledky měření a jejich interpretace

(na příkladu laboratorní práce na téma „Výzkum prostředků ochrany před infračerveným zářením“ na jedné z technických univerzit v Moskvě).

Stůl. Elektrokrb EXP-1,0/220. Regál pro umístění výměnných zástěn. Rack pro instalaci měřicí hlavy. Měřič hustoty tepelného toku IPP-2M. Pravítko. Vysavač Typhoon-1200.

Intenzita (hustota toku) IR záření q je určena vzorcem:

q = 0,78 x S x (T4 x 10-8 - 110) / r2 [W/m2]

kde S je plocha vyzařující plochy, m2;

T je teplota vyzařujícího povrchu, K;

r je vzdálenost od zdroje záření, m.

Jedním z nejběžnějších typů ochrany před IR zářením je stínění vyzařujících ploch.

Existují tři typy obrazovek:

neprůhledný;

· transparentní;

průsvitný.

Podle principu činnosti jsou obrazovky rozděleny na:

· odrážející teplo;

· pohlcování tepla;

rozptylující teplo.

stůl 1

Účinnost ochrany před tepelným zářením pomocí clon E je určena vzorcem:

E \u003d (q - q3) / q

kde q je hustota toku infračerveného záření bez ochrany, W/m2;

q3 je hustota toku IR záření při použití ochrany, W/m2.

Typy ochranných clon (neprůhledné):

1. Obrazovka smíšená - řetězová pošta.

E-mail = (1550 – 560) / 1550 = 0,63

2. Kovová zástěna s černěným povrchem.

E al+kryt = (1550 - 210) / 1550 = 0,86

3. Hliníková obrazovka odrážející teplo.

E al \u003d (1550–10) / 1550 \u003d 0,99

Nakreslete závislost hustoty toku IR na vzdálenosti pro každou obrazovku.

Žádná ochrana

Jak vidíme, účinnost ochranného působení obrazovek se liší:

1. Minimální ochranný účinek smíšeného síta - řetězové pošty - 0,63;

2. Hliníková obrazovka s černěným povrchem - 0,86;

3. Hliníková clona odrážející teplo má největší ochranný účinek - 0,99.

· GOST 25380-82. Metoda měření hustoty tepelných toků procházejících obálkami budov.

Při hodnocení tepelného výkonu různých prostředků ochrany před infračerveným zářením se používají následující hlavní regulační dokumenty:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Vzduch v pracovní oblasti. Všeobecné hygienické a hygienické požadavky.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Prostředky ochrany proti infračervenému záření. Klasifikace. Všeobecné technické požadavky.

· GOST 12.4.123-83 „Systém norem bezpečnosti práce. Prostředky kolektivní ochrany před infračerveným zářením. Všeobecné technické požadavky“.

Množství tepla procházejícího daným povrchem za jednotku času se nazývá tepelný tok Q, W.

Množství tepla na jednotku plochy za jednotku času se nazývá hustota tepelného toku neboli měrný tepelný tok a charakterizuje intenzitu přenosu tepla.

Hustota tepelného toku q, směřuje podél normály k izotermickému povrchu ve směru opačném k teplotnímu gradientu, tj. ve směru klesající teploty.

Pokud je známa distribuce q na povrchu F, pak celkové množství tepla Qτ prošlo tímto povrchem v průběhu času τ , lze nalézt podle rovnice:

a tepelný tok:

Pokud je hodnota q je konstantní na uvažovaném povrchu, pak:

Fourierův zákon

Tento zákon nastavuje množství tepelného toku při přenosu tepla vedením tepla. Francouzský vědec J. B. Fourier v roce 1807 zjistil, že hustota tepelného toku přes izotermický povrch je úměrná teplotnímu gradientu:

Znaménko minus v (9.6) udává, že tepelný tok směřuje opačným směrem, než je teplotní gradient (viz obr. 9.1.).

Hustota tepelného toku v libovolném směru l představuje průmět do tohoto směru tepelného toku ve směru normály:

Součinitel tepelné vodivosti

Součinitel λ , W/(m·K), v rovnici Fourierova zákona se numericky rovná hustotě tepelného toku, když teplota klesne o jeden Kelvin (stupeň) na jednotku délky. Součinitel tepelné vodivosti různých látek závisí na jejich fyzikálních vlastnostech. U určitého tělesa závisí hodnota součinitele tepelné vodivosti na stavbě tělesa, jeho objemové hmotnosti, vlhkosti, chemickém složení, tlaku, teplotě. V technických výpočtech hodnota λ převzato z referenčních tabulek, přičemž je nutné zajistit, aby podmínky, pro které je v tabulce uvedena hodnota součinitele tepelné vodivosti, odpovídaly podmínkám vypočtené úlohy.

Součinitel tepelné vodivosti závisí zvláště silně na teplotě. U většiny materiálů, jak ukazuje zkušenost, lze tuto závislost vyjádřit lineárním vzorcem:

kde λ o - součinitel tepelné vodivosti při 0 °C;

β - teplotní koeficient.

Součinitel tepelné vodivosti plynů a zejména páry silně závisí na tlaku. Číselná hodnota součinitele tepelné vodivosti pro různé látky se pohybuje ve velmi širokém rozmezí - od 425 W / (m K) pro stříbro až po hodnoty řádově 0,01 W / (m K) pro plyny. To se vysvětluje skutečností, že mechanismus přenosu tepla vedením tepla v různých fyzikálních médiích je odlišný.

Kovy mají nejvyšší hodnotu tepelné vodivosti. Tepelná vodivost kovů klesá s rostoucí teplotou a prudce klesá v přítomnosti nečistot a legujících prvků. Tepelná vodivost čisté mědi je tedy 390 W / (m K) a mědi se stopami arsenu je 140 W / (m K). Tepelná vodivost čistého železa je 70 W / (m K), oceli s 0,5 % uhlíku - 50 W / (m K), legované oceli s 18 % chrómu a 9 % niklu - pouze 16 W / (m K).

Závislost tepelné vodivosti některých kovů na teplotě je znázorněna na Obr. 9.2.

Plyny mají nízkou tepelnou vodivost (řádově 0,01...1 W/(m K)), která se silně zvyšuje s rostoucí teplotou.

Tepelná vodivost kapalin se s rostoucí teplotou zhoršuje. Výjimkou je voda a glycerol. Obecně platí, že součinitel tepelné vodivosti kapající kapaliny (voda, olej, glycerin) je vyšší než u plynů, ale nižší než u pevných látek a pohybuje se v rozmezí 0,1 až 0,7 W/(m K).

Rýže. 9.2. Vliv teploty na tepelnou vodivost kovů

1 Základní pojmy a definice - teplotní pole, gradient, tepelný tok, hustota tepelného toku (q, Q), Fourierův zákon.

teplotní pole– sada teplotních hodnot ve všech bodech studovaného prostoru pro každý časový okamžik..gif" width="131" height="32 src=">

Množství tepla W, které projde za jednotku času izotermickým povrchem o ploše F, se nazývá tepelný tok a je určeno z výrazu: https://pandia.ru/text/78/654/images/image004_12.gif" width="15" height="32">, W/m2, se nazývá hustota tepelného toku: .

Vztah mezi množstvím tepla dQ, J, které za čas dt projde elementární plochou dF, umístěnou na izotermické ploše, a teplotním gradientem dt/dn je stanoven Fourierovým zákonem: .

2. Rovnice vedení tepla, podmínky jednoznačnosti.

Diferenciální rovnice pro vedení tepla je odvozena s následujícími předpoklady:

Tělo je homogenní a izotropní;

Fyzikální parametry jsou konstantní;

Deformace uvažovaného objemu, spojená se změnou teploty, je ve srovnání s objemem samotným velmi malá;

Vnitřní zdroje tepla v těle, které lze v obecném případě uvést jako , jsou rovnoměrně rozloženy.

https://pandia.ru/text/78/654/images/image009_5.gif" width="195" height="45 src=">.

Diferenciální rovnice vedení tepla stanoví vztah mezi časovými a prostorovými změnami teploty v jakémkoli bodě v těle, kde dochází k procesu vedení tepla.

Pokud vezmeme konstantu termofyzikálních charakteristik, která byla předpokládaná při odvozování rovnice, pak difur má tvar: https://pandia.ru/text/78/654/images/image011_4.gif" width="51" height=" 44"> - koeficient tepelné difuzivity.

a , kde je Laplaceův operátor v kartézském souřadnicovém systému.

Pak .

Mezi podmínky jedinečnosti nebo okrajové podmínky patří:

geometrické pojmy,

3. Tepelná vodivost ve stěně (okrajové podmínky 1. druhu).

Tepelná vodivost jednovrstvé stěny.

Uvažujme homogenní plochou stěnu o tloušťce d. Na vnějších plochách stěny jsou udržovány teploty tc1 a tc2, které jsou v čase konstantní. Tepelná vodivost materiálu stěny je konstantní a rovná se l.

Ve stacionárním režimu se navíc teplota mění pouze ve směru kolmém k rovině zásobníku (osa 0x): ..gif" width="129" height="47">

Stanovme hustotu tepelného toku plochou stěnou. V souladu s Fourierovým zákonem, s přihlédnutím k rovnosti (*), můžeme psát: .

Proto (**).

Nazývá se teplotní rozdíl v rovnici (**). teplotní rozdíl. Z této rovnice je vidět, že hustota tepelného toku q se mění přímo úměrně s tepelnou vodivostí l a teplotním rozdílem Dt a nepřímo úměrně tloušťce stěny d.

Poměr se nazývá tepelná vodivost stěny a její převrácená hodnota je https://pandia.ru/text/78/654/images/image023_1.gif" width="213" height="25">.

Tepelnou vodivost l je třeba brát při průměrné teplotě stěny.

Tepelná vodivost vícevrstvé stěny.

Pro každou vrstvu: ; ; https://pandia.ru/text/78/654/images/image027_1.gif" width="433" height="87 src=">

Pro porovnání tepelně vodivých vlastností vícevrstvé ploché stěny s vlastnostmi homogenních materiálů je zaveden koncept ekvivalentní tepelná vodivost. Jedná se o tepelnou vodivost jednovrstvé stěny, jejíž tloušťka se rovná tloušťce uvažované vícevrstvé stěny, tj.gif" width="331" height="52">

Máme tedy:

4. Prostup tepla plochou stěnou (okrajové podmínky 3. druhu).

Přenos tepla z jednoho pohybujícího se média (kapaliny nebo plynu) do druhého skrz pevnou stěnu libovolného tvaru, která je odděluje, se nazývá přenos tepla. Vlastnosti procesu na hranicích stěny při přenosu tepla jsou charakterizovány okrajovými podmínkami třetího druhu, které jsou dány hodnotami teploty kapaliny na jedné a druhé straně stěny, jakož i odpovídající hodnoty součinitelů prostupu tepla.

Uvažujme stacionární proces přenosu tepla nekonečnou homogenní plochou stěnou o tloušťce d. Udává se tepelná vodivost stěny l, okolní teploty tl1 a tl2, součinitele prostupu tepla a1 a a2. Je nutné zjistit tepelný tok z horké kapaliny do studené a teploty na povrchu stěn tc1 a tc2. Hustota tepelného toku od horkého média ke stěně je určena rovnicí: . Stejný tepelný tok se přenáší vedením tepla pevnou stěnou: a z druhého povrchu stěny do chladného prostředí: DIV_ADBLOCK119">

Poté https://pandia.ru/text/78/654/images/image035_0.gif" width="128" height="75 src="> - součinitel prostupu tepla,číselná hodnota k vyjadřuje množství tepla procházející jednotkou povrchu stěny za jednotku času pr rozdíl teplot mezi teplým a studeným médiem je 1K a má stejnou jednotku měření jako součinitel prostupu tepla, J / (s * m2K) nebo W / (m2K).

Převrácená hodnota součinitele prostupu tepla se nazývá tepelná odolnost proti přenosu tepla:.

https://pandia.ru/text/78/654/images/image038_0.gif" width="37" height="25"> tepelný odpor tepelné vodivosti.

Pro sendvičovou stěnu .

Hustota tepelného toku vícevrstvou stěnou: .

Tepelný tok Q, W procházející plochou stěnou o ploše F se rovná: .

Teplotu na rozhraní libovolných dvou vrstev za okrajových podmínek třetího druhu lze určit rovnicí . Teplotu můžete určit i graficky.

5. Tepelná vodivost ve válcové stěně (okrajové podmínky 1. druhu).

Uvažujme stacionární proces vedení tepla homogenní válcovou stěnou (trubkou) délky l s vnitřním poloměrem r1 a vnějším poloměrem r2. Tepelná vodivost materiálu stěny l je konstantní hodnota. Na povrchu stěny jsou nastaveny konstantní teploty tc1 a tc2.

V případě (l>>r) budou izotermické povrchy válcové a teplotní pole bude jednorozměrné. To znamená, t=f(r), kde r je aktuální souřadnice válcového systému, r1£r£r2..gif" width="113" height="48">.

Zavedení nové proměnné nám umožňuje převést rovnici do tvaru: https://pandia.ru/text/78/654/images/image047.gif" width="107" height="25">, máme :

https://pandia.ru/text/78/654/images/image049.gif" width="253" height="25 src=">.

Dosazením hodnot C1 a C2 do rovnice , dostaneme:

https://pandia.ru/text/78/654/images/image051.gif" width="277" height="25 src=">.

Tento výraz je rovnicí logaritmické křivky. V důsledku toho se uvnitř homogenní válcové stěny při konstantní hodnotě tepelné vodivosti teplota mění podle logaritmického zákona.

Chcete-li zjistit množství tepla procházejícího povrchem válcové stěny F za jednotku času, můžete použít Fourierův zákon:

Dosazením do rovnice Fourierova zákona hodnotou teplotního gradientu podle rovnice dostaneme: (*) Hodnota ® Q nezávisí na tloušťce stěny, ale na poměru jejího vnějšího průměru k vnitřnímu.

Pokud odkazujete na tepelný tok na jednotku délky válcové stěny, pak rovnici (*) lze napsat jako https://pandia.ru/text/78/654/images/image056.gif" width="67" height ="52 src="> je tepelný odpor tepelné vodivosti válcové stěny.

Pro vícevrstvou válcovou stěnu https://pandia.ru/text/78/654/images/image058.gif" width="225" height="57 src=">.

6. Prostup tepla válcovou stěnou (okrajové podmínky 3. druhu).

Uvažujme stejnoměrnou válcovou stěnu velké délky s vnitřním průměrem d1, vnějším průměrem d2 a konstantní tepelnou vodivostí. Jsou uvedeny teplotní hodnoty horkého média tl1 a studeného média tl2 a součinitele prostupu tepla a1 a a2. pro stacionární režim můžeme napsat:

https://pandia.ru/text/78/654/images/image060.gif" width="116" height="75 src=">.gif" width="157" height="25 src=">

kde - lineární koeficient prostupu tepla, charakterizuje intenzitu přenosu tepla z jedné kapaliny do druhé přes stěnu, která je odděluje; číselně se rovná množství tepla, které projde z jednoho média do druhého stěnou potrubí dlouhého 1 m za jednotku času s rozdílem teplot mezi nimi 1 K.

Převrácená hodnota lineárního součinitele prostupu tepla se nazývá lineární tepelný odpor pro přenos tepla.

U vícevrstvé stěny je lineární tepelný odpor vůči přenosu tepla součtem lineárních tepelných odporů vůči přenosu tepla a součtem lineárních tepelných odporů vůči tepelné vodivosti vrstev.

Teploty na hranici mezi vrstvami: https://pandia.ru/text/78/654/images/image065.gif" width="145" height="29">; ; https://pandia.ru/text/78/654/images/image068.gif" width="160" height="25 src=">

kde – součinitel prostupu tepla pro stěnu koule.

Převrácená hodnota součinitele prostupu tepla kulové stěny se nazývá tepelný odpor pro přenos tepla kulové stěny.

Hraniční podmínkyjsem laskavý.

Nechť existuje koule s vnitřním a vnějším poloměrem povrchu r1 a r2, konstantní tepelnou vodivostí a danými rovnoměrně rozloženými povrchovými teplotami tc1 a tc2.

Za těchto podmínek závisí teplota pouze na poloměru r. Podle Fourierova zákona se tepelný tok kulovou stěnou rovná: .

Integrace rovnice dává následující rozložení teploty v kulové vrstvě:

https://pandia.ru/text/78/654/images/image073.gif" width="316" height="108">;

Proto , d - tl.

Rozložení teploty: ® při konstantní tepelné vodivosti se teplota v kulové stěně mění podle hyperbolického zákona.

8. Tepelný odpor.

Jednovrstvá plochá stěna:

Okrajové podmínky 1. druhu

Poměr se nazývá tepelná vodivost stěny a její převrácená hodnota je https://pandia.ru/text/78/654/images/image036_0.gif" width="349" height="55">.

Jednovrstvá válcová stěna:

Okrajové podmínky 1. druhu

Hodnota https://pandia.ru/text/78/654/images/image076.gif" width="147" height="56 src=">)

Okrajové podmínky 3. druhu

Lineární tepelný odpor vůči přenosu tepla: https://pandia.ru/text/78/654/images/image078.gif" width="249" height="53"> (vícevrstvá stěna)

9. Kritický průměr izolace.

Uvažujme případ, kdy je potrubí pokryto jednovrstvou tepelnou izolací o vnějším průměru d3. za předpokladu daných a konstantních součinitelů prostupu tepla a1 a a2, teplot obou kapalin tl1 a tl2, tepelné vodivosti potrubí l1 a izolace l2.

Podle rovnice , výraz pro lineární tepelný odpor prostupu tepla přes dvouvrstvou válcovou stěnu má tvar: https://pandia.ru/text/78/654/images/image080.gif" width="72" height=" 52 src="> se zvýší a termín se sníží. Jinými slovy, zvětšení vnějšího průměru izolace znamená zvýšení tepelného odporu vůči tepelné vodivosti izolace a snížení tepelného odporu vůči přenosu tepla na jeho vnější povrch. Ten je způsoben zvětšením plochy vnějšího povrchu.

Funkční extrém Rl – – kritický průměr označeno jako dcr. Slouží jako indikátor vhodnosti materiálu pro použití jako tepelná izolace pro potrubí o daném vnějším průměru d2 při daném součiniteli prostupu tepla a2.

10. Volba tepelné izolace podle kritického průměru.

Viz otázka 9. Průměr izolace musí překročit kritický průměr izolace.

11. Prostup tepla žebrovanou stěnou. Finning faktor.

Uvažujme žebrovanou stěnu o tloušťce d a tepelné vodivosti l. Na hladké straně je plocha povrchu F1 a na žebrované straně F2. jsou nastaveny teploty tl1 a tl2 konstantní v čase a také součinitele prostupu tepla a1 a a2.

Označme teplotu hladkého povrchu jako tc1. Předpokládejme, že teploty povrchů žeber a samotné stěny jsou stejné a rovny tc2. Takovýto předpoklad, obecně řečeno, neodpovídá skutečnosti, ale zjednodušuje výpočty a je často používán.

Když tl1 > tl2, lze pro tepelný tok Q napsat následující výrazy:

;;https://pandia.ru/text/78/654/images/image086.gif" width="148" height="28 src=">

kde – součinitel prostupu tepla pro žebrovanou stěnu.

Při výpočtu hustoty tepelného toku na jednotku povrchu stěny bez žebrování získáme: . k1 je součinitel prostupu tepla vztažený k povrchu stěny bez žebrování.

Poměr plochy žebrovaného povrchu k ploše hladkého povrchu se nazývá F2/F1 koeficient žebrování.

12. Nestacionární tepelná vodivost. Vodicí bod. Fyzikální význam Bi, Fo.

Nestacionární tepelná vodivost je děj, při kterém se teplota v daném bodě pevné látky v čase mění a soubor indikovaných teplot tvoří nestacionární teplotní pole, jehož určení je hlavním úkolem nestacionárního tepelného vodivost. Přechodné procesy vedení tepla mají velký význam pro vytápění, ventilaci, klimatizaci, zásobování teplem a zařízení pro výrobu tepla. Skříně budov jsou vystaveny časově proměnným tepelným účinkům jak ze strany venkovního vzduchu, tak ze strany místnosti, proces nestacionárního vedení tepla tak probíhá v poli obálky budovy. Problém nalezení trojrozměrného teplotního pole lze formulovat v souladu s principy nastíněnými v části "matematická formulace úloh přenosu tepla". Formulace úlohy zahrnuje rovnici vedení tepla: , kde je tepelná difuzivita m2/s, stejně jako podmínky jednoznačnosti, které umožňují vyčlenit jediné řešení z množiny řešení rovnice, které se liší hodnotou. integračních konstant.

Podmínky jednoznačnosti zahrnují počáteční a okrajové podmínky. Počáteční podmínky nastavují hodnoty požadované funkce t v počátečním časovém okamžiku přes celou oblast D. Za oblast D, ve které je nutné najít teplotní pole, budeme uvažovat pravoúhlý rovnoběžnostěn o rozměrech 2d, 2ly, 2lz, například prvek stavební konstrukce. Potom lze počáteční podmínky zapsat jako: pro t =0 a - d£x£d; - ly£y£ly; -lz£z£lz máme t = t(x, y, z, 0) = t0(x, y, z). Z tohoto záznamu je vidět, že počátek kartézského souřadnicového systému je umístěn ve středu symetrie kvádru.

Okrajové podmínky formulujeme ve formě okrajových podmínek třetího druhu, se kterými se v praxi často setkáváme. Okrajové podmínky typu III nastavují pro libovolný časový okamžik na hranicích oblasti D součinitel prostupu tepla a okolní teplotu. V obecném případě se tyto hodnoty mohou lišit v různých částech povrchu S oblasti D. Pro případ stejného součinitele prostupu tepla a na celém povrchu S a všude stejné okolní teploty tzh lze okrajové podmínky třetího druhu při t > 0 zapsat jako: ; ;

kde . S je povrch ohraničující plochu D.

Teplota v každé ze tří rovnic se bere na odpovídající plochu kvádru.

Analytické řešení výše formulovaného problému uvažujme v jednorozměrné verzi, tedy za podmínky ly, lz »d. V tomto případě je potřeba najít teplotní pole ve tvaru t = t(x, t). Napišme prohlášení o problému:

rovnice ;

počáteční podmínka: v t = 0 máme t(x, 0) = t0 = konst;

okrajová podmínka: pro x = ±d, t > 0 máme https://pandia.ru/text/78/654/images/image095.gif" width="141" height="27">. Problém je v abychom získali specifický vzorec t = t(x, t), který umožňuje najít teplotu t v libovolném bodě desky v libovolném časovém okamžiku.

Formulujme problém v bezrozměrných proměnných, tím zredukujeme zadání a řešení bude univerzálnější. Bezrozměrná teplota je , bezrozměrná souřadnice je X = x/d..gif" width="149" height="27 src=">.gif" width="120" height="25">, kde – číslo biota.

Formulace problému v bezrozměrné podobě obsahuje jediný parametr - Biotovo číslo, které je v tomto případě kritériem, protože je složeno pouze z veličin zahrnutých do podmínky jednoznačnosti. Použití Biotova čísla je spojeno s nalezením teplotního pole v pevné látce, takže jmenovatelem Bi je tepelná vodivost pevné látky. Bi je předem stanovený parametr a je kritériem.

Uvažujeme-li 2 procesy nestacionárního vedení tepla se stejnými Biotovými čísly, pak jsou podle třetí věty o podobnosti tyto procesy podobné. To znamená, že v podobných bodech (tj. v X1=X2; Fo1=Fo2) budou bezrozměrné teploty číselně stejné: Q1=Q2. proto po provedení jednoho výpočtu v bezrozměrné formě získáme výsledek platný pro třídu podobných jevů, které se mohou lišit v rozměrových parametrech a, l, d, t0 a tl.

13. Nestacionární tepelná vodivost pro neomezenou plochou stěnu.

Viz otázka 12.

17. Energetická rovnice. podmínky pro jednoznačnost.

Energetická rovnice popisuje proces přenosu tepla v hmotném prostředí. Jeho distribuce je zároveň spojena s přeměnou na jiné formy energie. Zákon zachování energie ve vztahu k procesům její přeměny je formulován ve formě prvního termodynamického zákona, který je základem pro odvození energetické rovnice. Předpokládá se, že prostředí, ve kterém se teplo šíří, je spojité; může být stacionární nebo pohyblivý. Protože případ pohybujícího se prostředí je obecnější, použijeme pro proudění výraz pro první termodynamický zákon: (17.1) , kde q je vstupní teplo, J/kg; h je entalpie, J/kg; w je rychlost média v uvažovaném bodě, m/s; g je zrychlení volného pádu; z je výška, ve které se nachází uvažovaný prvek média, m; ltr je práce proti vnitřním třecím silám, J/kg.

V souladu s rovnicí 17.1 se příkon tepla vynakládá na zvýšení entalpie, kinematické energie a potenciální energie v gravitačním poli a také na práci proti viskózním silám..gif" width="265 height=28" height= "28"> (17.2) .

T. do. (17.3) .

Vypočítejme množství vstupního a výstupního tepla za jednotku času pro střední prvek ve formě pravoúhlého rovnoběžnostěnu, jehož rozměry jsou dostatečně malé na to, aby v jeho mezích předpokládaly lineární změnu hustoty tepelného toku..gif" šířka ="236" height="52 ">; jejich rozdíl je .

Provedením obdobné operace pro osu 0y a 0z získáme rozdíly, resp. rozdíl získáme výsledné množství tepla dodaného (nebo odebraného) prvku za jednotku času.

Omezíme se na případ proudění mírnou rychlostí, pak se množství dodaného tepla rovná změně entalpie. Pokud předpokládáme, že elementární rovnoběžnostěn je pevný v prostoru a jeho strany jsou propustné pro proudění, pak uvedený poměr může být reprezentován jako: https://pandia.ru/text/78/654/images/image114.gif" šířka ="18" height="31"> – rychlost změny entalpie v pevném bodě v prostoru ohraničeném elementárním rovnoběžnostěnem; znaménko mínus je zavedeno tak, aby odpovídalo přenosu tepla a změně entalpie: výsledný příliv tepla<0 должен вызывать увеличение энтальпии.

(17.10) .

Odvození energetické rovnice je dokončeno dosazením výrazů (17.6) a (17.10) do rovnice (17.4). protože tato operace je formální povahy, budeme provádět transformace pouze pro osu 0x: (17.11) .

Při konstantních fyzikálních parametrech média získáme pro derivaci následující výraz: (17.12) . Když jsme obdrželi podobné výrazy pro průměty na jiné osy, vytvoříme z nich součet uzavřený v závorkách na pravé straně rovnice (17.4). A po několika transformacích dostaneme energetická rovnice pro nestlačitelné médium při mírném průtoku:

(17.13) .

Levá strana rovnice charakterizuje rychlost změny teploty pohybující se částice tekutiny. Pravá strana rovnice je součtem derivací tvaru, a proto určuje výsledný přívod (nebo odvod) tepla vedením tepla.

Energetická rovnice má tedy jasný fyzikální význam: změna teploty pohybující se jednotlivé částice tekutiny (levá strana) je určena přítokem tepla do této částice z tekutiny, která ji obklopuje, v důsledku vedení tepla (pravá strana).

Pro stacionární prostředí, konvektivní členy https://pandia.ru/text/78/654/images/image128.gif" width="168" height="51">.gif" width="76" height="20 src= ">.

podmínky pro jednoznačnost.

Diferenciální rovnice mají nekonečný počet řešení, formálně se tato skutečnost projevuje přítomností libovolných integračních konstant. K vyřešení konkrétního inženýrského problému by měly být do rovnic přidány některé další podmínky související s podstatou a charakteristickými rysy tohoto problému.

Pole požadovaných funkcí - teplota, rychlost a tlak - se nacházejí v určité oblasti, pro kterou musí být specifikován tvar a rozměry, a v určitém časovém intervalu. Pro odvození jediného řešení problému z množiny možných je nutné nastavit hodnoty hledaných funkcí: v počátečním časovém okamžiku v celé uvažované oblasti; kdykoliv na hranicích posuzovaného území.