Protok topline. Gustoća toplinskog toka. Fourierov zakon. Mjerenje gustoće toplinskog toka (toplinskog zračenja) Pojmovi i definicije

GOST 25380-82

Grupa G19

DRŽAVNI STANDARD SAVEZA SSR

ZGRADE I GRAĐEVINE

Metoda za mjerenje gustoće toplinskih tokova,

prolazeći kroz ovojnicu zgrade

Zgrade i građevine.

Metoda mjerenja gustoće toplinskih tokova

prolazeći kroz ograđene strukture

Datum uvođenja 1983 - 01-01

ODOBRENO I Uvedeno Rezolucijom br. 182 Državnog komiteta SSSR-a za građevinska pitanja od 14. srpnja 1982.

REPUBLIKACIJA. lipnja 1987. godine

Ova norma uspostavlja jedinstvenu metodu za određivanje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz jednoslojne i višeslojne omote zgrada stambenih, javnih, industrijskih i poljoprivrednih zgrada i građevina tijekom eksperimentalnog istraživanja iu uvjetima njihovog rada.

Mjerenja gustoće toplinskog toka provode se pri temperaturi okoline od 243 do 323 K (od minus 30 do plus 50°C) i relativnoj vlažnosti zraka do 85%.

Mjerenja gustoće toplinskih tokova omogućuju kvantificiranje toplinskih svojstava ogradnih konstrukcija zgrada i građevina i utvrđivanje stvarne potrošnje topline kroz vanjske ogradne konstrukcije.

Norma se ne odnosi na prozirne ograđene strukture.

1. Opće odredbe

1.1. Metoda mjerenja gustoće toplinskog toka temelji se na mjerenju temperaturne razlike na "pomoćnom zidu" (ploči) ugrađenom na ovojnici zgrade. Ta temperaturna razlika, koja je proporcionalna njegovoj gustoći u smjeru toka topline, pretvara se u emf. baterije termoelementa smještene u "pomoćnom zidu" paralelno s toplinskim tokom i spojene u seriju prema generiranom signalu. "Pomoćni zid" i snop termoelementa čine pretvarač toplinskog toka

1.2. Gustoća toplinskog toka mjeri se na skali specijaliziranog uređaja, koji uključuje pretvarač toplinskog toka, ili se izračunava iz rezultata mjerenja emf. na unaprijed kalibriranim pretvaračima toplinskog toka.

Shema za mjerenje gustoće toplinskog toka prikazana je na crtežu.

Shema za mjerenje gustoće toplinskog toka

1 - ogradna konstrukcija; 2 - pretvarač toplinskog toka; 3 - mjerač emf;

Temperatura unutarnjeg i vanjskog zraka; , , - vanjska temperatura,

unutarnje površine ogradne strukture u blizini i ispod pretvarača;

Toplinski otpor ovojnice zgrade i pretvarač toplinskog toka;

Gustoća toplinskog toka prije i nakon fiksiranja sonde.

2. Hardver

2.1. Za mjerenje gustoće toplinskih tokova koristi se uređaj ITP-11 (dopušteno je koristiti prethodni model uređaja ITP-7) prema specifikacijama.

Tehničke karakteristike uređaja ITP-11 dane su u referenci Dodatka 1.

2.2. Tijekom toplinskog ispitivanja ogradnih konstrukcija dopušteno je mjerenje gustoće toplinskih tokova pomoću zasebno proizvedenih i kalibriranih pretvarača toplinskog toka s toplinskim otporom do 0,025-0,06 (sq.m) / W i uređaja koji mjere emf koji stvaraju pretvarači. .

Dopušteno je koristiti pretvarač koji se koristi u instalaciji za određivanje toplinske vodljivosti u skladu s GOST 7076-78.

2.3. Pretvarači toplinskog toka prema točki 2.2 moraju ispunjavati sljedeće osnovne zahtjeve:

materijali za "pomoćni zid" (ploču) moraju zadržati svoja fizikalna i mehanička svojstva pri temperaturi okoline od 243 do 323 K (od minus 30 do plus 50°C);

materijali se ne smiju kvasiti i vlažiti vodom u tekućoj i parnoj fazi;

omjer promjera pretvarača i njegove debljine mora biti najmanje 10;

pretvarači moraju imati zaštitnu zonu smještenu oko baterije termoelementa, čija linearna veličina treba biti najmanje 30% polumjera ili polovica linearne veličine pretvarača;

svaki proizvedeni pretvarač toplinskog toka mora biti baždaren u organizacijama koje su na propisani način dobile pravo na proizvodnju tih pretvarača;

u gore navedenim uvjetima okoline, kalibracijske karakteristike sonde moraju se održavati najmanje jednu godinu.

2.4. Kalibracija pretvarača prema točki 2.2 dopuštena je na instalaciji za određivanje toplinske vodljivosti u skladu s GOST 7076-78, u kojoj se gustoća toplinskog toka izračunava iz rezultata mjerenja temperaturne razlike na referentnim uzorcima certificiranih materijala u skladu s GOST 8.140-82 i instaliran umjesto ispitanih uzoraka. Metoda kalibracije za pretvarač toplinskog toka data je u preporučenom dodatku 2.

2.5. Pretvarači se provjeravaju najmanje jednom godišnje, kako je navedeno u paragrafima. 2.3, 2.4.

2.6. Za mjerenje emf. pretvarač toplinskog toka, dopušteno je koristiti prijenosni potenciometar PP-63 prema GOST 9245-79, digitalne voltampermetre V7-21, F30 ili druge emf mjerače, u kojima je izračunata pogreška u području izmjerene emf. pretvarač toplinskog toka ne prelazi 1% i ulazni otpor je najmanje 10 puta veći od unutarnjeg otpora pretvarača.

U toplinskom ispitivanju ovojnica zgrada korištenjem zasebnih pretvarača, poželjno je koristiti automatske sustave i uređaje za snimanje.

3.Priprema za mjerenje

3.1. Mjerenje gustoće toplinskog toka provodi se u pravilu s unutarnje strane ogradnih konstrukcija zgrada i građevina.

Dopušteno je mjerenje gustoće toplinskih tokova s vanjske strane ogradnih konstrukcija ako ih je nemoguće izmjeriti iznutra (agresivna okolina, fluktuacije parametara zraka), pod uvjetom da se održava stabilna temperatura na površini. Kontrola uvjeta prijenosa topline provodi se pomoću temperaturne sonde i sredstva za mjerenje gustoće toplinskog toka: kada se mjere tijekom 10 minuta, njihova očitanja trebaju biti unutar mjerne pogreške instrumenata.

3.2. Površine se biraju specifične ili karakteristične za cijelu ispitanu ovojnicu zgrade, ovisno o potrebi mjerenja lokalne ili prosječne gustoće toplinskog toka.

Područja odabrana na ogradnoj konstrukciji za mjerenja moraju imati površinski sloj od istog materijala, istu obradu i stanje površine, imati iste uvjete za prijenos topline zračenja i ne smiju biti u neposrednoj blizini elemenata koji mogu promijeniti smjer i vrijednost toplinskih tokova.

3.3. Površine ogradnih konstrukcija, na koje je ugrađen pretvarač toplinskog toka, čiste se dok se ne uklone vidljive i opipljive hrapavosti.

3.4. Sonda je cijelom svojom površinom čvrsto pritisnuta na ogradnu konstrukciju i fiksirana u tom položaju, osiguravajući stalan kontakt pretvarača toplinskog toka s površinom proučavanih područja tijekom svih narednih mjerenja.

Prilikom ugradnje pretvarača između njega i ogradne konstrukcije nije dopušteno stvaranje zračnih praznina. Kako bi se oni uklonili, na površinu na mjestima mjerenja nanosi se tanak sloj tehničkog vazelina koji pokriva površinske nepravilnosti.

Sonda se može pričvrstiti duž svoje bočne površine pomoću otopine građevinskog gipsa, tehničkog vazelina, plastelina, šipke s oprugom i drugih sredstava koja isključuju izobličenje toplinskog toka u zoni mjerenja.

3.5. Tijekom operativnih mjerenja gustoće toplinskog toka, labava površina pretvarača se lijepi slojem materijala ili prefarba bojom s istim ili sličnim stupnjem emisivnosti s razlikom od 0,1 od materijala površinskog sloja ogradna konstrukcija.

3.6. Uređaj za očitavanje se nalazi na udaljenosti od 5-8 m od mjesta mjerenja ili u susjednoj prostoriji kako bi se eliminirao utjecaj promatrača na vrijednost toplinskog toka.

3.7. Kada se koriste uređaji za mjerenje emf, koji imaju ograničenja na temperaturu okoline, postavljaju se u prostoriju s temperaturom zraka prihvatljivom za rad ovih uređaja, a pretvarač toplinskog toka je spojen na njih pomoću produžnih žica.

Prilikom mjerenja uređajem ITP-1, pretvarač toplinskog toka i mjerni uređaj nalaze se u istoj prostoriji, bez obzira na temperaturu zraka u prostoriji.

3.8. Oprema prema točki 3.7 priprema se za rad u skladu s uputama za rad za odgovarajući uređaj, uključujući uzimanje u obzir potrebnog vremena izlaganja uređaja za uspostavljanje novog temperaturnog režima u njemu.

4. Mjerenje

4.1. Mjerenje gustoće toplinskog toka provodi se:

pri korištenju uređaja ITP-11 - nakon obnove uvjeta prijenosa topline u prostoriji u blizini kontrolnih dijelova ogradnih konstrukcija, iskrivljenih tijekom pripremnih radnji, i nakon obnove izravno na ispitnom mjestu prethodnog režima prijenosa topline koji je bio poremećen kada je pretvarač priključen;

tijekom toplinskih ispitivanja korištenjem pretvarača toplinskog toka prema točki 2.2 - nakon početka novog stabilnog stanja prijenosa topline ispod pretvarača.

Nakon izvođenja pripremnih radnji prema st. 3.2-3.5 kada se koristi uređaj ITP-11, način prijenosa topline na mjestu mjerenja vraća se otprilike nakon 5 - 10 minuta, kada se koriste pretvarači toplinskog toka prema točki 2.2 - nakon 2-6 sati.

Pokazatelj završetka prijelaznog načina prijenosa topline i mogućnosti mjerenja gustoće toplinskog toka može se smatrati ponovljivost rezultata mjerenja gustoće toplinskog toka unutar utvrđene pogreške mjerenja.

4.2. Prilikom mjerenja toplinskog toka u ovojnici zgrade s toplinskim otporom manjim od 0,6 (sq.m)/W, temperatura njezine površine istovremeno se mjeri termoelementima na udaljenosti od 100 mm od pretvarača, ispod njega i temperature unutarnjeg i vanjskog zraka na udaljenosti od 100 mm od zida.

5. Obrada rezultata

5.1. Pri korištenju uređaja ITP-11 vrijednost gustoće toplinskog toka (W / sq.m) dobiva se izravno iz skale uređaja.

5.2. Pri korištenju zasebnih pretvarača i milivoltmetara za mjerenje emf. gustoća toplinskog toka koji prolazi kroz pretvarač, , W/m2, izračunava se po formuli

(1)

5.3. Određivanje kalibracijskog koeficijenta sonde, uzimajući u obzir temperaturu ispitivanja, provodi se prema preporučenom Dodatku 2.

5.4. Vrijednost gustoće toplinskog toka, W / m2, kada se mjeri prema točki 4.3, izračunava se po formuli

(2)

gdje -

i -

temperatura vanjskog zraka ispred pretvarača, K (°S);

površinska temperatura u području mjerenja u blizini sonde, odnosno ispod sonde, K (°C).

5.5. Rezultati mjerenja bilježe se u obrascu danom u preporučenom Dodatku 3.

5.6. Rezultat određivanja gustoće toplinskog toka uzima se kao aritmetička sredina rezultata pet mjerenja na jednom položaju pretvarača na ovojnici zgrade.

dodatak 1

Referenca

Tehničke karakteristike uređaja ITP-11

Uređaj ITP-11 kombinacija je pretvarača toplinskog toka u signal električne istosmjerne struje s mjernim uređajem čija je skala graduirana u jedinicama gustoće toplinskog toka.

1. Granice mjerenja gustoće toplinskog toka: 0-50; 0-250 W/m2.

2. Cjenovna podjela instrumentalne ljestvice: 1; 5 W/m2

3. Glavna pogreška uređaja u postocima pri temperaturi zraka od 20 °C.

4. Dodatna pogreška zbog promjene temperature zraka koji okružuje mjerni uređaj ne prelazi 1% za svakih 10 K (°C) promjene temperature u rasponu od 273 do 323 K (od 0 do 50°C).

Dodatna pogreška zbog promjene temperature pretvarača toplinskog toka ne prelazi 0,83% na 10 K (°C) promjene temperature u rasponu od 273 do 243 K (od 0 do minus 30 °C).

5. Toplinski otpor pretvarača toplinskog toka - ne više od 3·10 (kv/m·K)/W.

6. Vrijeme za utvrđivanje indikacija nije više od 3,5 minute.

7. Ukupne dimenzije kućišta - 290x175x100 mm.

8. Ukupne dimenzije pretvarača toplinskog toka: promjer 27 mm, debljina 1,85 mm.

9. Ukupne dimenzije mjernog uređaja - 215x115x90 mm.

10 Duljina priključne električne žice - 7 m.

11. Težina uređaja bez kućišta - ne više od 2,5 kg.

12. Napajanje - 3 elementa "316".

Prilog 2

Metoda kalibracije pretvarača toplinskog toka

Proizvedeni pretvarač toplinskog toka podvrgava se kalibraciji na instalaciji za određivanje toplinske vodljivosti građevinskih materijala prema GOST 7076-78, u kojem se umjesto ispitnog uzorka ugrađuju kalibrirani pretvarač i uzorak referentnog materijala prema GOST 8.140-82. .

Prilikom kalibracije, prostor između ploče za kontrolu temperature instalacije i referentnog uzorka izvan pretvarača mora biti ispunjen materijalom sličnim po termofizičkim svojstvima materijalu pretvarača kako bi se osigurala jednodimenzionalnost toplinskog toka koji prolazi kroz njega. to u radnom dijelu instalacije. E.m.f. mjerenje na pretvaraču i referentnom uzorku provodi se jednim od uređaja navedenih u točki 2.6. ove norme.

Koeficijent kalibracije pretvarača, W / (sq.m mV) pri zadanoj prosječnoj temperaturi pokusa nalazi se iz rezultata mjerenja gustoće toplinskog toka i emf. prema sljedećem omjeru

Gustoća toplinskog toka izračunava se iz rezultata mjerenja temperaturne razlike na referentnom uzorku prema formuli


gdje		toplinska vodljivost referentnog materijala, W/(m.K);
		temperatura gornje i donje površine standarda, K(°S);
		standardna debljina, m

Preporuča se odabrati prosječnu temperaturu u eksperimentima pri kalibraciji sonde u rasponu od 243 do 323 K (od minus 30 do plus 50 °C) i održavati je s odstupanjem ne većim od ±2 K (°C) .

Rezultat određivanja koeficijenta pretvarača uzima se kao aritmetička sredina vrijednosti izračunatih iz rezultata mjerenja najmanje 10 pokusa. Broj značajnih znamenki u vrijednosti kalibracijskog koeficijenta pretvarača uzima se u skladu s pogreškom mjerenja.

Temperaturni koeficijent pretvarača, K (), nalazi se iz rezultata mjerenja emf. u pokusima kalibracije pri različitim prosječnim temperaturama pretvarača prema omjeru


gdje ,	Prosječne temperature sonde u dva pokusa, K (°C);
	Kalibracijski koeficijenti pretvarača pri prosječnoj temperaturi, odnosno , W/(sq.m V).

Razlika između prosječnih temperatura i mora biti najmanje 40 K (°C).

Rezultat određivanja temperaturnog koeficijenta pretvarača uzima se kao srednja aritmetička vrijednost gustoće izračunata iz rezultata najmanje 10 pokusa s različitom prosječnom temperaturom pretvarača.

Vrijednost kalibracijskog koeficijenta pretvarača toplinskog toka na ispitnoj temperaturi, W / (sq.m mV), nalazi se sljedećom formulom

gdje

(Vrijednost kalibracijskog koeficijenta pretvarača na ispitnoj temperaturi

W/(sq.m.mV)

Vrsta i broj mjernog uređaja


Vrsta ograde		Očitavanje instrumenta, mV		Vrijednost gustoće toplinskog toka
juha od kupusa konst-	Broj lota	Broj mjerenja	Prosjek stranice	razmjeran	valjano
rukcije

Potpis operatera ___________________

Datum mjerenja ___________

Tekst dokumenta ovjerava:

službena publikacija

Gosstroy SSSR-a -

M.: Izdavačka kuća standarda, 1988

20.03.2014

Mjerenje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ovojnicu zgrade. GOST 25380-82

Toplinski tok - količina topline koja se prenosi kroz izotermnu površinu u jedinici vremena. Protok topline se mjeri u vatima ili kcal / h (1 W \u003d 0,86 kcal / h). Toplinski tok po jedinici izotermne površine naziva se gustoća toplinskog toka ili toplinsko opterećenje; obično se označava s q, mjereno u W / m 2 ili kcal / (m 2 × h). Gustoća toplinskog toka je vektor čija je svaka komponenta brojčano jednaka količini topline koja se prenosi u jedinici vremena kroz jediničnu površinu okomitu na smjer uzete komponente.

Mjerenja gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ovojnicu zgrade provode se u skladu s GOST 25380-82 „Zgrade i građevine. Metoda za mjerenje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ovojnicu zgrade”.

Ovaj GOST utvrđuje metodu za mjerenje gustoće toplinskog toka koji prolazi kroz jednoslojne i višeslojne ogradne strukture zgrada i građevina - javnih, stambenih, poljoprivrednih i industrijskih.

Trenutno se u izgradnji, prihvatu i pogonu zgrada, kao i u stambeno-komunalnom sektoru, velika pozornost pridaje kvaliteti završene gradnje i unutarnjeg uređenja, toplinskoj izolaciji stambenih zgrada, kao i uštedi energije.

Važan parametar procjene u ovom slučaju je potrošnja topline iz izolacijskih konstrukcija. Ispitivanja kvalitete toplinske zaštite ovojnica zgrada mogu se provoditi u različitim fazama: tijekom puštanja zgrada u pogon, na završenim gradilištima, tijekom izgradnje, tijekom remonta građevina, te tijekom rada zgrada za izradu energetskih putovnica zgrada , te o pritužbama.

Mjerenja gustoće toplinskog toka trebaju se provoditi pri temperaturi okoline od -30 do +50°C i relativnoj vlažnosti zraka ne većoj od 85%.

Mjerenja gustoće toplinskog toka omogućuju procjenu protoka topline kroz ovojnicu zgrade i na taj način određivanje toplinskih svojstava ovojnica zgrade i građevine.

Ovaj standard nije primjenjiv za procjenu toplinske učinkovitosti ograđenih struktura koje propuštaju svjetlost (staklo, plastika, itd.).

Razmotrimo na čemu se temelji metoda mjerenja gustoće toplinskog toka. Na ogradnu konstrukciju zgrade (građevine) postavlja se ploča (tzv. "pomoćni zid"). Pad temperature formiran na ovom "pomoćnom zidu" proporcionalan je njegovoj gustoći u smjeru toka topline. Temperaturna razlika se pretvara u elektromotornu silu baterija termoelementa, koje se nalaze na "pomoćnom zidu" i orijentirane su paralelno s protokom topline, a povezane su serijski prema generiranom signalu. Zajedno, "pomoćni zid" i snop termoelementa čine mjerni pretvarač za mjerenje gustoće toplinskog toka.

Na temelju rezultata mjerenja elektromotorne sile baterija termoelementa izračunava se gustoća toplinskog toka na prethodno kalibriranim pretvaračima.

Shema za mjerenje gustoće toplinskog toka prikazana je na crtežu.

1 - ogradna konstrukcija; 2 - pretvarač toplinskog toka; 3 - mjerač emf;

t u, t n- temperatura unutarnjeg i vanjskog zraka;

τ n, τ in, τ’ in- temperatura vanjske, unutarnje površine ogradne konstrukcije u blizini i ispod pretvarača;

R 1 , R 2 - toplinski otpor ovojnice zgrade i pretvarača toplinskog toka;

q 1 , q 2- gustoća toplinskog toka prije i nakon fiksiranja pretvarača

Izvori infracrvenog zračenja. Infracrvena zaštita na radnim mjestima

Izvor infracrvenog zračenja (IR) je svako zagrijano tijelo čija temperatura određuje intenzitet i spektar emitirane elektromagnetske energije. Valna duljina s maksimalnom energijom toplinskog zračenja određena je formulom:

λ max = 2,9-103 / T [µm] (1)

gdje je T apsolutna temperatura tijela koje zrači, K.

Infracrveno zračenje je podijeljeno u tri područja:

kratkovalni (X \u003d 0,7 - 1,4 mikrona);
srednji val (k \u003d 1,4 - 3,0 mikrona):
dugovalna (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

Na ljudsko tijelo električni valovi u IR rasponu uglavnom imaju toplinski učinak. Prilikom procjene ovog utjecaja uzima se u obzir sljedeće:

duljina i intenzitet vala s maksimalnom energijom;

površina emitirane površine;

trajanje izloženosti tijekom radnog dana;

trajanje kontinuiranog izlaganja;

intenzitet fizičkog rada;

intenzitet kretanja zraka na radnom mjestu;

Vrsta tkanine od koje je izrađen kombinezon;

individualne karakteristike tijela.

Kratkovalni raspon uključuje zrake valne duljine λ ≤ 1,4 µm. Karakterizira ih sposobnost prodiranja u tkiva ljudskog tijela do dubine od nekoliko centimetara. Ovaj utjecaj uzrokuje teška oštećenja različitih ljudskih organa i tkiva s otežavajućim posljedicama. Dolazi do povećanja temperature mišića, pluća i drugih tkiva. U krvožilnom i limfnom sustavu nastaju specifične biološki aktivne tvari. Rad središnjeg živčanog sustava je poremećen.

Srednji valni raspon uključuje zrake valne duljine λ = 1,4 - 3,0 μm. Prodiru samo u površinske slojeve kože, pa je stoga njihov učinak na ljudski organizam ograničen na povećanje temperature izloženih područja kože i povećanje tjelesne temperature.

Dugovalno područje – zrake valne duljine λ > 3 μm. Utječući na ljudski organizam, izazivaju najjače povišenje temperature na izloženim dijelovima kože, što narušava rad dišnog i kardiovaskularnog sustava te narušava toplinsku ravnotežu orgazma, što dovodi do toplinskog udara.

Prema GOST 12.1.005-88, intenzitet toplinske izloženosti radnika s grijanih površina tehnološke opreme i rasvjetnih uređaja ne smije prelaziti: 35 W / m 2 pri zračenju više od 50% površine tijela; 70 W/m 2 kada je izloženo 25 do 50% površine tijela; 100 W / m 2 uz zračenje ne više od 25%> površine tijela. Iz otvorenih izvora (zagrijani metal i staklo, otvoreni plamen), intenzitet toplinskog zračenja ne smije biti veći od 140 W/m 2 uz izlaganje ne više od 25% površine tijela i obvezno korištenje osobne zaštitne opreme, uključujući lice i zaštita za oči.

Standardi također ograničavaju temperaturu grijanih površina opreme u radnom području, koja ne smije prelaziti 45 °C.

Temperatura površine opreme, unutar koje je temperatura blizu 100 °C, ne smije biti veća od 35 °C.

Glavne vrste zaštite od infracrvenog zračenja uključuju:

1. vremenska zaštita;

2. zaštita na daljinu;

3. zaklon, toplinska izolacija ili hlađenje vrućih površina;

4. povećanje prijenosa topline ljudskog tijela;

5. osobna zaštitna sredstva;

6. eliminacija izvora topline.

Postoje tri vrste ekrana:

neproziran;

· prozirna;

proziran.

U neprozirnim zaslonima, kada energija elektromagnetskih oscilacija stupi u interakciju s tvari zaslona, ona se pretvara u toplinsku energiju. Kao rezultat ove transformacije, zaslon se zagrijava i sam postaje izvor toplinskog zračenja. Zračenje površine zaslona nasuprot izvoru konvencionalno se smatra prenošenim zračenjem iz izvora. Postaje moguće izračunati gustoću toplinskog toka koji prolazi kroz jediničnu površinu zaslona.

S prozirnim ekranima stvari stoje drugačije. Zračenje koje pada na površinu ekrana raspoređuje se unutar njega prema zakonima geometrijske optike. To objašnjava njegovu optičku transparentnost.

Prozirni zasloni imaju i prozirna i neprozirna svojstva.

· koji reflektiraju toplinu;

· upija toplinu;

rasipanje topline.

Zapravo, svi zasloni, u jednom ili drugom stupnju, imaju svojstvo apsorbiranja, reflektiranja ili raspršivanja topline. Stoga definicija zaslona određenoj skupini ovisi o tome koje je svojstvo najjače izraženo.

Zaslone koje reflektiraju toplinu odlikuju se niskim stupnjem crnila površine. Stoga reflektiraju većinu zraka koje padaju na njih.

Zasloni koji apsorbiraju toplinu uključuju sita u kojima materijal od kojeg su izrađeni ima nizak koeficijent toplinske vodljivosti (visoki toplinski otpor).

Prozirne folije ili vodene zavjese djeluju kao zasloni koji uklanjaju toplinu. Također se mogu koristiti zasloni unutar staklenih ili metalnih zaštitnih kontura.

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

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

q 3 - gustoća toka IR zračenja uz korištenje zaštite, W / m 2;

t temperatura IR zračenja bez uporabe zaštite, °S;

t 3 - temperatura IR zračenja uz korištenje zaštite, ° C.

Korištena instrumentacija

Za mjerenje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ovojnice zgrade i za provjeru svojstava toplinskih štitova, naši stručnjaci razvili su uređaje ove serije.

Raspon mjerenja gustoće toplinskog toka: od 10 do 250, 500, 2000, 9999 W/m2

Područje primjene:

· izgradnja;

objekti energije;

znanstveno istraživanje itd.

Mjerenje gustoće toplinskog toka, kao pokazatelja toplinski izolacijskih svojstava različitih materijala, provodi se uređajima iz serije na:

· termotehnička ispitivanja ogradnih konstrukcija;

utvrđivanje toplinskih gubitaka u mrežama za grijanje vode;

izvođenje laboratorijskih radova na sveučilištima (odsjek "Sigurnost života", "Industrijska ekologija" i dr.).

Na slici je prikazan prototip stalka "Određivanje parametara zraka u radnom području i zaštita od toplinskih učinaka" BZhZ 3 (proizvođač Intos + LLC).

Na postolju se nalazi izvor toplinskog zračenja (kućanski reflektor). Ispred izvora se postavljaju zasloni od različitih materijala (metal, tkanina itd.). Iza zaslona unutar sobnog modela, uređaj je postavljen na različitim udaljenostima od zaslona. Iznad sobnog modela pričvršćena je napa s ventilatorom. Uređaj je, osim sonde za mjerenje gustoće toplinskog toka, opremljen i sondom za mjerenje temperature zraka unutar modela. Općenito, stalak je vizualni model za ocjenjivanje učinkovitosti različitih vrsta toplinske zaštite i lokalnog ventilacijskog sustava.

Uz pomoć postolja utvrđuje se učinkovitost zaštitnih svojstava zaslona ovisno o materijalima od kojih su izrađeni i udaljenosti od zaslona do izvora toplinskog zračenja.

Princip rada i dizajn uređaja IPP-2

Strukturno, uređaj je izrađen u plastičnom kućištu. Na prednjoj ploči uređaja nalaze se četveroznamenkasti LED indikator, kontrolne tipke; na bočnoj površini nalaze se konektori za spajanje uređaja na računalo i mrežni adapter. Na gornjoj ploči nalazi se konektor za spajanje primarnog pretvarača.

Izgled uređaja

1 - LED indikator statusa baterije

2 - LED indikacija prekoračenja praga

3 - Pokazatelj mjerne vrijednosti

4 - Priključak za mjernu sondu

5 , 6 - Kontrolni gumbi

7 - Konektor za spajanje na računalo

8 - Priključak za mrežni adapter

Princip rada

Princip rada uređaja temelji se na mjerenju temperaturne razlike na "pomoćnom zidu". Veličina temperaturne razlike proporcionalna je gustoći toplinskog toka. Mjerenje temperaturne razlike provodi se pomoću trakastog termoelementa smještenog unutar ploče sonde, koji djeluje kao „pomoćni zid“.

Indikacija mjerenja i načina rada uređaja

Uređaj ispituje mjernu sondu, izračunava gustoću toplinskog toka i prikazuje njegovu vrijednost na LED indikatoru. Interval ispitivanja sonde je oko jedne sekunde.

Registracija mjerenja

Podaci primljeni od mjerne sonde zapisuju se u trajnu memoriju jedinice s određenim periodom. Postavljanje razdoblja, čitanje i pregled podataka vrši se pomoću softvera.

Komunikacijsko sučelje

Uz pomoć digitalnog sučelja s uređaja se mogu očitati trenutne vrijednosti mjerenja temperature, akumulirani mjerni podaci, mijenjati postavke uređaja. Mjerna jedinica može raditi s računalom ili drugim kontrolerima preko RS-232 digitalnog sučelja. Tečaj preko RS-232 sučelja korisnik može konfigurirati u rasponu od 1200 do 9600 bps.

Značajke uređaja:

mogućnost postavljanja pragova za zvučne i svjetlosne alarme;
prijenos izmjerenih vrijednosti na računalo preko RS-232 sučelja.

Prednost uređaja je mogućnost naizmjeničnog spajanja do 8 različitih sondi za protok topline na uređaj. Svaka sonda (senzor) ima svoj individualni faktor kalibracije (faktor pretvorbe Kq), koji pokazuje koliko se mijenja napon iz senzora u odnosu na toplinski tok. Ovaj koeficijent koristi instrument za konstruiranje kalibracijske karakteristike sonde, koja određuje trenutnu izmjerenu vrijednost toplinskog toka.

Modifikacije sondi za mjerenje gustoće toplinskog toka:

Sonde toplinskog toka dizajnirane su za mjerenje površinske gustoće toplinskog toka prema GOST 25380-92.

Izgled sondi toplinskog toka

1. PTP-HHHP prešana sonda toplinskog toka s oprugom dostupna je u sljedećim izmjenama (ovisno o rasponu mjerenja gustoće toplinskog toka):

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

PTP-9.9P: od 10 do 9999 W / m 2.

2. Sonda za toplinski protok u obliku "kovanice" na fleksibilnom kabelu PTP-2.0.

Mjerno područje gustoće toplinskog toka: od 10 do 2000 W/m 2 .

Modifikacije temperaturne sonde:

Izgled temperaturnih sondi

1. Imerzioni termoelementi TPP-A-D-L na bazi Pt1000 termistora (otporni termoelementi) i termoelementi THA-A-D-L na bazi XA termoelemenata (električni termoelementi) dizajnirani su za mjerenje temperature različitih tekućih i plinovitih materijala, kao i rasutih medija.

Raspon mjerenja temperature:

Za CCI-A-D-L: od -50 do +150 °S;

Za THA-A-D-L: od -40 do +450 °C.

Dimenzije:

D (promjer): 4, 6 ili 8 mm;

L (duljina): od 200 do 1000 mm.

2. Termoelement THA-A-D1/D2-LP na bazi termoelementa HA (električni termoelement) namijenjen je mjerenju temperature ravne površine.

Dimenzije:

D1 (promjer "metalne igle"): 3 mm;

D2 (promjer baze - "zakrpa"): 8 mm;

L (duljina "metalne igle"): 150 mm.

3. Termoelement THA-A-D-LC na bazi termoelementa HA (električni termoelement) namijenjen je mjerenju temperature cilindričnih površina.

Raspon mjerenja temperature: od -40 do +450 °S.

Dimenzije:

D (promjer) - 4 mm;

L (duljina "metalne igle"): 180 mm;

Širina trake - 6 mm.

Komplet isporuke uređaja za mjerenje gustoće toplinskog opterećenja medija uključuje:

1. Mjerač gustoće toplinskog toka (mjerna jedinica).

2. Sonda za mjerenje gustoće toplinskog toka.*

3. Sonda za temperaturu.*

4. Softver.**

5. Kabel za spajanje na osobno računalo. **

6. Potvrda o kalibraciji.

7. Priručnik za uporabu i putovnica za uređaj.

8. Putovnica za termoelektrične pretvarače (temperaturne sonde).

9. Putovnica za sondu gustoće toplinskog toka.

10. Mrežni adapter.

* – Mjerni rasponi i dizajn sonde određuju se u fazi narudžbe

** – Artikli se isporučuju po posebnoj narudžbi.

Priprema instrumenta za rad i mjerenje

1. Izvadite uređaj iz pakiranja. Ako se uređaj unese u toplu prostoriju iz hladne, potrebno je pustiti uređaj da se zagrije na sobnu temperaturu najmanje 2 sata.

2. Napunite baterije spajanjem AC adaptera na uređaj. Vrijeme punjenja za potpuno ispražnjenu bateriju je najmanje 4 sata. Kako bi se produžio vijek trajanja punjive baterije, preporuča se potpuno isprazniti jednom mjesečno sve dok se uređaj automatski ne isključi, a zatim potpuno napuni.

3. Spojite mjernu jedinicu i mjernu sondu spojnim kabelom.

4. Kada dopunite uređaj diskom sa softverom, instalirajte ga na računalo. Spojite uređaj na slobodni COM port računala odgovarajućim spojnim kabelima.

5. Uključite uređaj kratkim pritiskom na tipku "Odaberi".

6. Kada je uređaj uključen, provodi se samotestiranje uređaja u trajanju od 5 sekundi. U prisutnosti unutarnjih kvarova, uređaj na indikatoru signalizira broj kvara, popraćen zvučnim signalom. Nakon uspješnog testiranja i završetka preuzimanja, indikator prikazuje trenutnu vrijednost gustoće toplinskog toka. Objašnjenje kvarova u ispitivanju i drugih grešaka u radu uređaja dato je u odjeljku 6 ovog priručnika s uputama.

7. Nakon uporabe, isključite uređaj kratkim pritiskom na tipku "Odaberi".

8. Ako uređaj treba pohraniti dulje vrijeme (više od 3 mjeseca), baterije treba izvaditi iz pretinca za baterije.

Ispod je dijagram prebacivanja u način rada "Rad".

Priprema i provođenje mjerenja tijekom toplinskog ispitivanja ovojnica zgrade.

1. Mjerenje gustoće toplinskog toka provodi se u pravilu s unutarnje strane ogradnih konstrukcija zgrada i građevina.

Dopušteno je mjerenje gustoće toplinskih tokova s vanjske strane ogradnih konstrukcija ako ih je nemoguće izmjeriti iznutra (agresivna okolina, fluktuacije parametara zraka), pod uvjetom da se održava stabilna temperatura na površini. Kontrola uvjeta prijenosa topline provodi se pomoću temperaturne sonde i sredstva za mjerenje gustoće toplinskog toka: pri mjerenju u trajanju od 10 minuta. njihova očitanja moraju biti unutar mjerne pogreške instrumenata.

2. Površine se biraju specifične ili karakteristične za cijelu ispitanu ovojnicu zgrade, ovisno o potrebi mjerenja lokalne ili prosječne gustoće toplinskog toka.

3. Površine ograđenih konstrukcija, na koje je ugrađen pretvarač toplinskog toka, čiste se sve dok se ne eliminiraju hrapavosti vidljive i opipljive na dodir.

4. Pretvornik se cijelom svojom površinom čvrsto pritisne na ogradnu konstrukciju i fiksira u tom položaju, osiguravajući stalan kontakt pretvarača toplinskog toka s površinom proučavanih područja tijekom svih narednih mjerenja.

5. Tijekom operativnih mjerenja gustoće toplinskog toka, labava površina pretvarača zalijepi se slojem materijala ili prefarba bojom s istim ili sličnim stupnjem emisivnosti s razlikom od Δε ≤ 0,1, kao materijal za površinski sloj ogradne konstrukcije.

6. Uređaj za očitavanje nalazi se na udaljenosti od 5-8 m od mjesta mjerenja ili u susjednoj prostoriji kako bi se isključio utjecaj promatrača na vrijednost toplinskog toka.

7. Kod korištenja uređaja za mjerenje emf, koji imaju ograničenja na temperaturu okoline, postavljaju se u prostoriju s temperaturom zraka prihvatljivom za rad ovih uređaja, a na njih se produžnim žicama spaja pretvarač toplinskog toka.

8. Oprema prema zahtjevu 7 pripremljena je za rad u skladu s uputama za rad za odgovarajući uređaj, uključujući uzimanje u obzir potrebnog vremena izlaganja uređaja za uspostavljanje novog temperaturnog režima u njemu.

Priprema i uzimanje mjerenja

(tijekom laboratorijskog rada na primjeru laboratorijskog rada “Istraživanje sredstava zaštite od infracrvenog zračenja”)

Spojite IR izvor na utičnicu. Uključite izvor IR zračenja (gornji dio) i mjerač gustoće toplinskog toka IPP-2.

Ugradite glavu mjerača gustoće toplinskog toka na udaljenosti od 100 mm od izvora IR zračenja i odredite gustoću toplinskog toka (prosječna vrijednost od tri do četiri mjerenja).

Ručno pomičite stativ duž ravnala, postavljajući mjernu glavu na udaljenosti od izvora zračenja naznačene u obliku tablice 1, te ponovite mjerenja. Upišite mjerne podatke u obliku tablice 1.

Konstruirajte graf ovisnosti gustoće IR toka o udaljenosti.

Ponovite mjerenja prema paragrafima. 1 - 3 s raznim zaštitnim zaslonima (aluminij koji reflektira toplinu, tkanina koja apsorbira toplinu, metal s pocrnjelom površinom, miješano - lančana pošta). Mjerne podatke unesite u obliku tablice 1. Nacrtajte grafove ovisnosti gustoće toka IR zračenja o udaljenosti za svaki ekran.

Tablični obrazac 1

Procijenite učinkovitost zaštitnog djelovanja sita prema formuli (3).

Postavite zaštitni zaslon (prema uputama učitelja), na njega stavite široku četku usisavača. Uključite usisavač u režimu unosa zraka, simulirajući uređaj za ispušnu ventilaciju, i nakon 2-3 minute (nakon uspostavljanja toplinskog režima zaslona) odredite intenzitet toplinskog zračenja na istim udaljenostima kao u stavku 3. Ocijenite učinkovitost kombinirane toplinske zaštite pomoću formule (3).

Ovisnost intenziteta toplinskog zračenja o udaljenosti za dani zaslon u načinu ispušne ventilacije treba ucrtati na opći grafikon (vidi točku 5.).

Odredite učinkovitost zaštite mjerenjem temperature za dani zaslon sa i bez ispušne ventilacije pomoću formule (4).

Izgradite grafikone učinkovitosti zaštite ispušne ventilacije i bez nje.

Prebacite usisavač na način rada s puhanjem i uključite ga. Usmjeravanjem strujanja zraka na površinu zadanog zaštitnog zaslona (način tuširanja), ponovite mjerenja u skladu s paragrafima. 7 - 10. Usporedite rezultate mjerenja paragrafa. 7-10 (prikaz, stručni).

Pričvrstite crijevo usisavača na jedan od nosača i uključite usisavač u načinu rada "puhalo", usmjeravajući strujanje zraka gotovo okomito na tok topline (malo prema) - imitacija zračne zavjese. Pomoću mjerača izmjerite temperaturu infracrvenog zračenja bez i s "puhaljkom".

Izgradite grafikone učinkovitosti zaštite "puhača" prema formuli (4).

Rezultati mjerenja i njihova interpretacija

(na primjeru laboratorijskog rada na temu "Istraživanje sredstava zaštite od infracrvenog zračenja" na jednom od tehničkih sveučilišta u Moskvi).

Stol.
Elektrokamin EXP-1,0/220.
Stalak za postavljanje izmjenjivih paravana.
Stalak za ugradnju mjerne glave.
Mjerač gustoće toplinskog toka.
Vladar.
Usisavač Typhoon-1200.

Intenzitet (gustoća toka) IR zračenja q određuje se formulom:

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

gdje je S površina zračeće površine, m 2 ;

T je temperatura zračeće površine, K;

r - udaljenost od izvora zračenja, m.

Jedna od najčešćih vrsta zaštite od IR zračenja je zaklon odašiljajućih površina.

Postoje tri vrste ekrana:

neproziran;

transparentan;

proziran.

Prema principu rada, ekrani se dijele na:

koji reflektiraju toplinu;

upija toplinu;

otklanjanje topline.

Učinkovitost zaštite od toplinskog zračenja uz pomoć štitova E određena je formulama:

E \u003d (q - q 3) / q

gdje je q gustoća toka IR zračenja bez uporabe zaštite, W / m 2;

q3 - gustoća toka IR zračenja uz korištenje zaštite, W/m 2 .

Vrste zaštitnih zaslona (prozirne):

1. Zaslon mješoviti - lančana pošta.

Elektronska pošta \u003d (1550 - 560) / 1550 \u003d 0,63

2. Metalni zaslon s pocrnjelom površinom.

E al+poklopac \u003d (1550 - 210) / 1550 \u003d 0,86

3. Aluminijski zaslon koji reflektira toplinu.

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

Nacrtajmo ovisnost gustoće IR toka o udaljenosti za svaki zaslon.

Kao što vidimo, učinkovitost zaštitnog djelovanja zaslona varira:

1. Minimalni zaštitni učinak mješovitog zaslona - lančana pošta - 0,63;

2. Aluminijski zaslon s pocrnjelom površinom - 0,86;

3. Aluminijski zaslon koji reflektira toplinu ima najveći zaštitni učinak - 0,99.

Normativne reference

Prilikom procjene toplinske učinkovitosti ovojnica i konstrukcija zgrade i utvrđivanja stvarne potrošnje topline kroz vanjske ovojnice zgrade, koriste se sljedeći glavni regulatorni dokumenti:

· GOST 25380-82. Metoda za mjerenje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ovojnice zgrade.

Prilikom procjene toplinske učinkovitosti različitih sredstava zaštite od infracrvenog zračenja koriste se sljedeći glavni regulatorni dokumenti:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Zrak radnog prostora. Opći sanitarni i higijenski zahtjevi.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Sredstva za zaštitu od infracrvenog zračenja. Klasifikacija. Opći tehnički zahtjevi.

· GOST 12.4.123-83 „Sustav standarda sigurnosti rada. Sredstva kolektivne zaštite od infracrvenog zračenja. Opći tehnički zahtjevi".

I. Mjerenje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ovojnicu zgrade. GOST 25380-82.

Toplinski tok - količina topline koja se prenosi kroz izotermnu površinu u jedinici vremena. Protok topline se mjeri u vatima ili kcal / h (1 W \u003d 0,86 kcal / h). Toplinski tok po jedinici izotermne površine naziva se gustoća toplinskog toka ili toplinsko opterećenje; obično se označava s q, mjereno u W / m2 ili kcal / (m2 × h). Gustoća toplinskog toka je vektor čija je svaka komponenta brojčano jednaka količini topline koja se prenosi u jedinici vremena kroz jediničnu površinu okomitu na smjer uzete komponente.

Mjerenja gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ovojnicu zgrade provode se u skladu s GOST 25380-82 "Zgrade i građevine. Metoda za mjerenje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ovojnicu zgrade".

Gustoća toplinskog toka mjeri se na skali specijaliziranog uređaja, koji uključuje pretvarač toplinskog toka, ili se izračunava iz rezultata mjerenja emf. na unaprijed kalibriranim pretvaračima toplinskog toka.

Shema za mjerenje gustoće toplinskog toka prikazana je na crtežu.

1 - ogradna konstrukcija; 2 - pretvarač toplinskog toka; 3 - mjerač emf;

tv, tn - temperatura unutarnjeg i vanjskog zraka;

τn, τv, τ"v — temperatura vanjske, unutarnje površine ogradne konstrukcije u blizini i ispod pretvarača;

R1, R2 - toplinski otpor ovojnice zgrade i pretvarača toplinskog toka;

q1, q2 su gustoća toplinskog toka prije i nakon fiksiranja sonde

II. Infracrveno zračenje. Izvori. Zaštita.

Zaštita od infracrvenog zračenja na radnom mjestu.

λmax = 2,9-103 / T [µm] (1)

gdje je T apsolutna temperatura tijela koje zrači, K.

Infracrveno zračenje je podijeljeno u tri područja:

kratkovalni (X = 0,7 - 1,4 mikrona);

srednji val (k \u003d 1,4 - 3,0 mikrona):

dugovalna (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

Električni valovi infracrvenog raspona uglavnom imaju toplinski učinak na ljudsko tijelo. U tom slučaju potrebno je uzeti u obzir: intenzitet i valnu duljinu s maksimalnom energijom; zračena površina; trajanje izloženosti po radnom danu i trajanje kontinuirane izloženosti; intenzitet fizičkog rada i pokretljivost zraka na radnom mjestu; kvaliteta kombinezona; individualne karakteristike radnika.

Zrake kratkovalnog raspona valne duljine λ ≤ 1,4 μm imaju sposobnost prodiranja u tkivo ljudskog tijela na nekoliko centimetara. Takvo IR zračenje lako prodire kroz kožu i lubanju u moždano tkivo i može utjecati na moždane stanice, uzrokujući teška oštećenja mozga čiji su simptomi povraćanje, vrtoglavica, proširenje krvnih žila kože, pad krvnog tlaka i poremećaj cirkulacije krvi. i disanje, konvulzije, ponekad gubitak svijesti. Pri zračenju kratkovalnim infracrvenim zrakama također se opaža porast temperature pluća, bubrega, mišića i drugih organa. U krvi, limfi, cerebrospinalnoj tekućini pojavljuju se specifične biološki aktivne tvari, uočavaju se metabolički poremećaji, mijenja se funkcionalno stanje središnjeg živčanog sustava.

Zrake srednjeg valnog raspona valne duljine λ = 1,4 - 3,0 mikrona zadržavaju se u površinskim slojevima kože na dubini od 0,1 - 0,2 mm. Stoga se njihov fiziološki učinak na organizam očituje uglavnom u porastu temperature kože i zagrijavanju tijela.

Najintenzivnije zagrijavanje površine ljudske kože događa se IR zračenjem s λ > 3 µm. Pod njegovim utjecajem narušava se aktivnost kardiovaskularnog i dišnog sustava, kao i toplinska ravnoteža tijela, što može dovesti do toplinskog udara.

Intenzitet toplinskog zračenja regulira se na temelju subjektivnog osjeta energije zračenja od strane osobe. Prema GOST 12.1.005-88, intenzitet toplinske izloženosti radnika s grijanih površina tehnološke opreme i rasvjetnih tijela ne smije prelaziti: 35 W / m2 s izloženošću više od 50% površine tijela; 70 W/m2 kada je izložena 25 do 50% površine tijela; 100 W/m2 pri zračenju ne više od 25% površine tijela. Iz otvorenih izvora (zagrijani metal i staklo, otvoreni plamen), intenzitet toplinske izloženosti ne smije biti veći od 140 W/m2 uz izlaganje ne više od 25% površine tijela i obvezno korištenje osobne zaštitne opreme, uključujući zaštitu za lice i oko.

Standardi također ograničavaju temperaturu grijanih površina opreme u radnom području, koja ne smije prelaziti 45 °C.

Temperatura površine opreme, unutar koje je temperatura blizu 100 0C, ne smije biti veća od 35 0C.

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

Glavne vrste zaštite od infracrvenog zračenja uključuju:

1. vremenska zaštita;

2. zaštita na daljinu;

3. zaklon, toplinska izolacija ili hlađenje vrućih površina;

4. povećanje prijenosa topline ljudskog tijela;

5. osobna zaštitna sredstva;

6. eliminacija izvora topline.

Vremenska zaštita omogućuje ograničavanje vremena provedenog radijacije koja djeluje u području zračenja. Sigurno vrijeme boravka osobe u zoni djelovanja IC zračenja ovisi o njegovom intenzitetu (gustoći toka) i određuje se prema tablici 1.

stol 1

Vrijeme sigurnog boravka ljudi u zoni IC zračenja

Sigurna udaljenost određena je formulom (2) ovisno o trajanju boravka u radnom području i dopuštenoj gustoći IR zračenja.

Snaga IR zračenja može se smanjiti projektantskim i tehnološkim rješenjima (zamjena načina i načina grijanja proizvoda i sl.), kao i premazivanjem ogrjevnih površina toplinski izolacijskim materijalima.

Postoje tri vrste ekrana:

neproziran;

· prozirna;

proziran.

U neprozirnim zaslonima, energija elektromagnetskih oscilacija, u interakciji s tvari zaslona, pretvara se u toplinu. U tom se slučaju zaslon zagrijava i, kao i svako zagrijano tijelo, postaje izvor toplinskog zračenja. Zračenje površine zaslona nasuprot izvoru uvjetno se smatra prepuštenim zračenjem izvora. U neprozirne zaslone spadaju: metalni, alfa (od aluminijske folije), porozni (pjenasti beton, pjenasto staklo, ekspandirana glina, plovuć), azbest i drugi.

U prozirnim zaslonima zračenje se širi unutar njih prema zakonima geometrijske optike, što osigurava vidljivost kroz zaslon. Ovi paravani su izrađeni od raznih vrsta stakla, koriste se i filmske vodene zavjese (slobodne i koje se spuštaju niz staklo).

Prozirni zasloni kombiniraju svojstva prozirnih i netransparentnih zaslona. To uključuje metalne mreže, lančane zavjese, staklene zaslone ojačane metalnom mrežom.

· koji reflektiraju toplinu;

· upija toplinu;

rasipanje topline.

Ova podjela je prilično proizvoljna, budući da svaki zaslon ima sposobnost reflektiranja, apsorpcije i uklanjanja topline. Dodjela zaslona jednoj ili drugoj skupini određuje se prema tome koja je od njegovih sposobnosti izraženija.

Zasloni koji reflektiraju toplinu imaju nizak stupanj crnila površine, zbog čega reflektiraju značajan dio energije zračenja koja pada na njih u suprotnom smjeru. Kao materijali koji reflektiraju toplinu koriste se alfol, aluminijski lim, pocinčani čelik.

Zasloni koji apsorbiraju toplinu nazivaju se zasloni izrađeni od materijala s visokim toplinskim otporom (niska toplinska vodljivost). Kao materijali koji apsorbiraju toplinu koriste se vatrostalne i toplinski izolacijske opeke, azbest i vuna od troske.

Kao zasloni za uklanjanje topline najčešće se koriste vodene zavjese, koje slobodno padaju u obliku filma ili navodnjavaju drugu površinu zaslona (na primjer, metal), ili su zatvorene u posebnom kućištu od stakla ili metala.

E \u003d (q - q3) / q (3)

E \u003d (t - t3) / t (4)

q3 je gustoća toka IR zračenja uz korištenje zaštite, W/m2;

t temperatura IR zračenja bez uporabe zaštite, °C;

t3 je temperatura IR zračenja uz korištenje zaštite, °S.

Protok zraka usmjeren izravno na radnika omogućuje povećanje odvođenja topline iz njegovog tijela u okoliš. Izbor brzine protoka zraka ovisi o težini obavljenog posla i intenzitetu infracrvenog zračenja, ali ne smije prelaziti 5 m / s, jer u tom slučaju radnik osjeća nelagodu (na primjer, tinitus). Učinkovitost zračnih tuševa se povećava kada se zrak koji se šalje na radno mjesto ohladi ili kada se u njega umiješa fino raspršena voda (vodeno-zračni tuš).

Kao osobna zaštitna oprema koriste se kombinezoni od pamuka i vune, tkanine s metalnim premazom (koji reflektiraju do 90% IR zračenja). Naočale, štitnici s posebnim naočalama dizajnirani su za zaštitu očiju - svjetlosni filteri žuto-zelene ili plave boje.

Terapeutske i preventivne mjere osiguravaju organizaciju racionalnog režima rada i odmora. Trajanje prekida u radu i njihova učestalost određuju se intenzitetom IC zračenja i težinom rada. Uz povremene preglede provode se i liječnički pregledi radi prevencije profesionalnih bolesti.

III. Korišteni instrumenti.

Za mjerenje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ovojnice zgrade i za provjeru svojstava toplinskih štitova, naši stručnjaci razvili su uređaje ove serije.

Područje primjene:

Uređaji serije IPP-2 naširoko se koriste u građevinarstvu, znanstvenim organizacijama, u raznim energetskim objektima i u mnogim drugim industrijama.

Mjerenje gustoće toplinskog toka, kao pokazatelja toplinskih izolacijskih svojstava različitih materijala, provodi se pomoću uređaja serije IPP-2 na:

Ispitivanje ogradnih konstrukcija;

Određivanje toplinskih gubitaka u mrežama za grijanje vode;

Izvođenje laboratorijskih radova na sveučilištima (odjel "Sigurnost života", "Industrijska ekologija" i dr.).

Na slici je prikazan prototip stalka "Određivanje parametara zraka u radnom području i zaštita od toplinskih učinaka" BZhZ 3 (proizvođač Intos + LLC).

Stalak sadrži izvor toplinskog zračenja u obliku kućnog reflektora, ispred kojeg je ugrađen toplinski štit od raznih materijala (tkanina, metalni lim, set lanaca i sl.). Iza ekrana na različitim udaljenostima od njega unutar sobnog modela postavljen je IPP-2 uređaj koji mjeri gustoću toplinskog toka. Iznad sobnog modela postavljena je napa s ventilatorom. Mjerni uređaj IPP-2 ima dodatni senzor koji vam omogućuje mjerenje temperature zraka u prostoriji. Dakle, postolje BZhZ 3 omogućuje kvantificiranje učinkovitosti različitih vrsta toplinske zaštite i lokalnog ventilacijskog sustava.

Stalak omogućuje mjerenje intenziteta toplinskog zračenja ovisno o udaljenosti do izvora, utvrđivanje učinkovitosti zaštitnih svojstava zaslona izrađenih od različitih materijala.

IV. Princip rada i dizajn uređaja IPP-2.

Strukturno, mjerna jedinica uređaja izrađena je u plastičnom kućištu.

Princip rada uređaja temelji se na mjerenju temperaturne razlike na "pomoćnom zidu". Veličina temperaturne razlike proporcionalna je gustoći toplinskog toka. Temperaturna razlika se mjeri pomoću trakastog termoelementa smještenog unutar ploče sonde, koji djeluje kao "pomoćni zid".

U radnom načinu, uređaj vrši cikličko mjerenje odabranog parametra. Obavlja se prijelaz između načina mjerenja gustoće toplinskog toka i temperature, kao i označavanja napunjenosti baterije u postocima od 0% ... 100%. Prilikom prebacivanja između načina rada, na indikatoru se prikazuje odgovarajući natpis odabranog načina rada. Uređaj također može vršiti periodično automatsko snimanje izmjerenih vrijednosti u nepostojanu memoriju s obzirom na vrijeme. Omogućavanje/onemogućavanje snimanja statistike, postavljanje parametara snimanja, očitavanje akumuliranih podataka vrši se pomoću softvera koji se isporučuje po narudžbi.

Osobitosti:

Mogućnost postavljanja pragova za zvučne i svjetlosne alarme. Pragovi su gornje ili donje granice dopuštene promjene odgovarajuće vrijednosti. Ako je gornja ili donja vrijednost praga prekršena, uređaj detektira ovaj događaj i LED svijetli na indikatoru. Ako je uređaj pravilno konfiguriran, prekoračenje pragova popraćeno je zvučnim signalom.

· Prijenos izmjerenih vrijednosti na računalo na RS 232 sučelju.

Modifikacije sondi za mjerenje gustoće toplinskog toka:

Sonde toplinskog toka dizajnirane su za mjerenje površinske gustoće toplinskog toka prema GOST 25380-92.

Izgled sondi toplinskog toka

1. PTP-HHHP prešana sonda toplinskog toka s oprugom dostupna je u sljedećim izmjenama (ovisno o rasponu mjerenja gustoće toplinskog toka):

— PTP-2.0P: od 10 do 2000 W/m2;

— PTP-9.9P: od 10 do 9999 W/m2.

2. Sonda za toplinski protok u obliku "kovanice" na fleksibilnom kabelu PTP-2.0.

Raspon mjerenja gustoće toplinskog toka: od 10 do 2000 W/m2.

Modifikacije temperaturne sonde:

Izgled temperaturnih sondi

Raspon mjerenja temperature:

- za Gospodarsko-industrijsku komoru-A-D-L: od -50 do +150 °S;

- za THA-A-D-L: od -40 do +450 °S.

Dimenzije:

- D (promjer): 4, 6 ili 8 mm;

- L (duljina): od 200 do 1000 mm.

2. Termoelement THA-A-D1/D2-LP na bazi XA termoelementa (električni termoelement) namijenjen je mjerenju temperature ravne površine.

Dimenzije:

- D1 (promjer "metalne igle"): 3 mm;

- D2 (promjer baze - "patch"): 8 mm;

- L (duljina "metalne igle"): 150 mm.

3. Termoelement THA-A-D-LC na bazi termoelementa HA (električni termoelement) namijenjen je mjerenju temperature cilindričnih površina.

Raspon mjerenja temperature: od -40 do +450 °S.

Dimenzije:

- D (promjer) - 4 mm;

- L (duljina "metalne igle"): 180 mm;

- širina trake - 6 mm.

Komplet isporuke uređaja za mjerenje gustoće toplinskog opterećenja medija uključuje:

2. Sonda za mjerenje gustoće toplinskog toka.*

3. Sonda za temperaturu.*

4. Softver.**

5. Kabel za spajanje na osobno računalo. **

6. Potvrda o kalibraciji.

7. Priručnik za uporabu i putovnica za uređaj IPP-2.

8. Putovnica za termoelektrične pretvarače (temperaturne sonde).

9. Putovnica za sondu gustoće toplinskog toka.

10. Mrežni adapter.

* - Mjerni rasponi i dizajn sonde određuju se u fazi narudžbe

** - Pozicije se isporučuju posebnom narudžbom.

V. Priprema uređaja za rad i mjerenje.

Priprema uređaja za rad.

Izvadite uređaj iz pakiranja. Ako se uređaj unese u toplu prostoriju iz hladne, potrebno je pustiti uređaj da se zagrije na sobnu temperaturu 2 sata. Potpuno napunite bateriju u roku od četiri sata. Postavite sondu na mjesto gdje će se vršiti mjerenja. Spojite sondu na instrument. Ako uređaj treba raditi u kombinaciji s osobnim računalom, potrebno je spojiti uređaj na slobodni COM port računala pomoću spojnog kabela. Spojite mrežni adapter na uređaj i instalirajte softver prema opisu. Uključite uređaj kratkim pritiskom na tipku. Ako je potrebno, podesite uređaj u skladu sa stavkom 2.4.6. Priručnici za rad. Kada radite s osobnim računalom, postavite mrežnu adresu i tečaj uređaja u skladu sa stavkom 2.4.8. Priručnici za rad. Počnite mjeriti.

Ispod je dijagram prebacivanja u način rada "Rad".

Priprema i provođenje mjerenja tijekom toplinskog ispitivanja ovojnica zgrade.

1. Mjerenje gustoće toplinskog toka provodi se u pravilu s unutarnje strane ogradnih konstrukcija zgrada i građevina.

Dopušteno je mjerenje gustoće toplinskih tokova s vanjske strane ogradnih konstrukcija ako ih je nemoguće izmjeriti iznutra (agresivna okolina, fluktuacije parametara zraka), pod uvjetom da se održava stabilna temperatura na površini. Kontrola uvjeta prijenosa topline provodi se pomoću temperaturne sonde i sredstva za mjerenje gustoće toplinskog toka: pri mjerenju u trajanju od 10 minuta. njihova očitanja moraju biti unutar mjerne pogreške instrumenata.

2. Površine se biraju specifične ili karakteristične za cijelu ispitanu ovojnicu zgrade, ovisno o potrebi mjerenja lokalne ili prosječne gustoće toplinskog toka.

3. Površine ograđenih konstrukcija, na koje je ugrađen pretvarač toplinskog toka, čiste se sve dok se ne eliminiraju hrapavosti vidljive i opipljive na dodir.

5. Tijekom operativnih mjerenja gustoće toplinskog toka, labava površina pretvarača zalijepi se slojem materijala ili prefarba bojom s istim ili sličnim stupnjem emisivnosti s razlikom od 0,1 od materijala površine sloj ogradne konstrukcije.

6. Uređaj za očitavanje nalazi se na udaljenosti od 5-8 m od mjesta mjerenja ili u susjednoj prostoriji kako bi se isključio utjecaj promatrača na vrijednost toplinskog toka.

Priprema i uzimanje mjerenja

(tijekom laboratorijskog rada na primjeru laboratorijskog rada "Istraživanje sredstava zaštite od infracrvenog zračenja").

Spojite IR izvor na utičnicu. Uključite izvor IR zračenja (gornji dio) i mjerač gustoće toplinskog toka IPP-2.

Ugradite glavu mjerača gustoće toplinskog toka na udaljenosti od 100 mm od izvora IR zračenja i odredite gustoću toplinskog toka (prosječna vrijednost od tri do četiri mjerenja).

Ručno pomičite stativ duž ravnala, postavljajući mjernu glavu na udaljenosti od izvora zračenja naznačene u obliku tablice 1, te ponovite mjerenja. Upišite mjerne podatke u obliku tablice 1.

Konstruirajte graf ovisnosti gustoće IR toka o udaljenosti.

Ponovite mjerenja prema paragrafima. 1 — 3 s različitim Podatke mjerenja unijeti u obliku tablice 1. Konstruirati grafove ovisnosti gustoće toka IR zračenja o udaljenosti za svaki ekran.

Tablični obrazac 1

Procijenite učinkovitost zaštitnog djelovanja sita prema formuli (3).

Ovisnost intenziteta toplinskog zračenja o udaljenosti za dani zaslon u načinu ispušne ventilacije treba ucrtati na opći grafikon (vidi točku 5.).

Odredite učinkovitost zaštite mjerenjem temperature za dani zaslon sa i bez ispušne ventilacije pomoću formule (4).

Izradite grafikone učinkovitosti zaštite ispušne ventilacije i bez nje.

Pričvrstite crijevo usisavača na jedan od nosača i uključite usisavač u načinu rada "puhalo", usmjeravajući strujanje zraka gotovo okomito na tok topline (malo prema) - imitacija zračne zavjese. Pomoću mjerača IPP-2 izmjerite temperaturu infracrvenog zračenja bez i s "puhačem".

Izgradite grafikone učinkovitosti zaštite "puhača" prema formuli (4).

VI. Rezultati mjerenja i njihova interpretacija

(na primjeru laboratorijskog rada na temu "Istraživanje sredstava zaštite od infracrvenog zračenja" na jednom od tehničkih sveučilišta u Moskvi).

Stol. Elektrokamin EXP-1,0/220. Stalak za postavljanje izmjenjivih paravana. Stalak za ugradnju mjerne glave. Mjerač gustoće toplinskog toka IPP-2M. Vladar. Usisavač Typhoon-1200.

Intenzitet (gustoća toka) IR zračenja q određuje se formulom:

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

gdje je S površina zračeće površine, m2;

T je temperatura zračeće površine, K;

r je udaljenost od izvora zračenja, m.

Jedna od najčešćih vrsta zaštite od IR zračenja je zaklon odašiljajućih površina.

Postoje tri vrste ekrana:

neproziran;

· prozirna;

proziran.

Prema principu rada, ekrani se dijele na:

· koji reflektiraju toplinu;

· upija toplinu;

rasipanje topline.

stol 1

Učinkovitost zaštite od toplinskog zračenja uz pomoć zaslona E određena je formulama:

E \u003d (q - q3) / q

gdje je q gustoća toka IR zračenja bez zaštite, W/m2;

q3 je gustoća toka IR zračenja uz korištenje zaštite, W/m2.

Vrste zaštitnih zaslona (prozirne):

1. Zaslon mješoviti - lančana pošta.

E-pošta = (1550 - 560) / 1550 = 0,63

2. Metalni zaslon s pocrnjelom površinom.

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

3. Aluminijski zaslon koji reflektira toplinu.

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

Nacrtajmo ovisnost gustoće IR toka o udaljenosti za svaki zaslon.

Bez zaštite

Kao što vidimo, učinkovitost zaštitnog djelovanja zaslona varira:

1. Minimalni zaštitni učinak mješovitog zaslona - lančana pošta - 0,63;

2. Aluminijski zaslon s pocrnjelom površinom - 0,86;

3. Aluminijski zaslon koji reflektira toplinu ima najveći zaštitni učinak - 0,99.

Prilikom procjene toplinske učinkovitosti ovojnica i konstrukcija zgrade i utvrđivanja stvarne potrošnje topline kroz vanjske ovojnice zgrade, koriste se sljedeći glavni regulatorni dokumenti:

· GOST 25380-82. Metoda za mjerenje gustoće toplinskih tokova koji prolaze kroz ovojnice zgrade.

Prilikom procjene toplinske učinkovitosti različitih sredstava zaštite od infracrvenog zračenja koriste se sljedeći glavni regulatorni dokumenti:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Zrak radnog prostora. Opći sanitarni i higijenski zahtjevi.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Sredstva za zaštitu od infracrvenog zračenja. Klasifikacija. Opći tehnički zahtjevi.

· GOST 12.4.123-83 „Sustav standarda sigurnosti rada. Sredstva kolektivne zaštite od infracrvenog zračenja. Opći tehnički zahtjevi".

Količina topline koja prolazi kroz danu površinu u jedinici vremena naziva se toplinski tok Q, W .

Zove se količina topline po jedinici površine u jedinici vremena gustoća toplinskog toka odnosno specifični toplinski tok i karakterizira intenzitet prijenosa topline.

Gustoća toplinskog toka q, usmjeren je duž normale na izotermnu površinu u smjeru suprotnom od temperaturnog gradijenta, tj. u smjeru pada temperature.

Ako je raspodjela poznata q na površini F, zatim ukupna količina topline Pτ je prošao kroz ovu površinu tijekom vremena τ , može se naći prema jednadžbi:

i toplinski tok:

Ako vrijednost q je konstantan na razmatranoj površini, tada:

Fourierov zakon

Ovaj zakon postavlja količinu toplinskog toka pri prijenosu topline kroz vođenje topline. Francuski znanstvenik J. B. Fourier 1807. ustanovio je da je gustoća toplinskog toka kroz izotermnu površinu proporcionalna temperaturnom gradijentu:

Znak minus u (9.6) označava da je toplinski tok usmjeren u smjeru suprotnom od temperaturnog gradijenta (vidi sliku 9.1.).

Gustoća toplinskog toka u proizvoljnom smjeru l predstavlja projekciju na ovaj smjer toplinskog toka u smjeru normale:

Koeficijent toplinske vodljivosti

Koeficijent λ , W/(m·K), u jednadžbi Fourierovog zakona numerički je jednaka gustoći toplinskog toka kada temperatura padne za jedan Kelvin (stupanj) po jedinici duljine. Koeficijent toplinske vodljivosti raznih tvari ovisi o njihovim fizikalnim svojstvima. Za određeno tijelo vrijednost koeficijenta toplinske vodljivosti ovisi o građi tijela, njegovoj zapreminskoj težini, vlažnosti, kemijskom sastavu, tlaku, temperaturi. U tehničkim izračunima vrijednost λ preuzeti iz referentnih tablica, te je potrebno osigurati da uvjeti za koje je u tablici dana vrijednost koeficijenta toplinske vodljivosti odgovaraju uvjetima proračunskog problema.

Koeficijent toplinske vodljivosti posebno jako ovisi o temperaturi. Za većinu materijala, kao što pokazuje iskustvo, ova se ovisnost može izraziti linearnom formulom:

gdje λ o - koeficijent toplinske vodljivosti pri 0 °C;

β - temperaturni koeficijent.

Koeficijent toplinske vodljivosti plinova, a posebno para jako ovisi o tlaku. Brojčana vrijednost koeficijenta toplinske vodljivosti za različite tvari varira u vrlo širokom rasponu - od 425 W / (m K) za srebro, do vrijednosti reda 0,01 W / (m K) za plinove. To se objašnjava činjenicom da je mehanizam prijenosa topline toplinskim vođenjem u različitim fizičkim medijima različit.

Metali imaju najveću vrijednost toplinske vodljivosti. Toplinska vodljivost metala opada s porastom temperature i naglo opada u prisutnosti nečistoća i legirajućih elemenata. Dakle, toplinska vodljivost čistog bakra je 390 W / (m K), a bakra s tragovima arsena je 140 W / (m K). Toplinska vodljivost čistog željeza je 70 W / (m K), čelika s 0,5% ugljika - 50 W / (m K), legiranog čelika s 18% kroma i 9% nikla - samo 16 W / (m K).

Ovisnost toplinske vodljivosti nekih metala o temperaturi prikazana je na sl. 9.2.

Plinovi imaju nisku toplinsku vodljivost (reda 0,01...1 W/(m K)), koja se snažno povećava s porastom temperature.

Toplinska vodljivost tekućina pogoršava se s porastom temperature. Iznimka je voda i glicerol. Općenito, koeficijent toplinske vodljivosti kapajućih tekućina (voda, ulje, glicerin) veći je od koeficijenta plinova, ali niži od koeficijenta toplinske vodljivosti i kreće se od 0,1 do 0,7 W/(m K).

Riža. 9.2. Utjecaj temperature na toplinsku vodljivost metala

1 Osnovni pojmovi i definicije - temperaturno polje, gradijent, toplinski tok, gustoća toplinskog toka (q, Q), Fourierov zakon.

temperaturno polje– skup vrijednosti temperature u svim točkama proučavanog prostora za svaki trenutak vremena..gif" width="131" height="32 src=">

Količina topline W koja u jedinici vremena prolazi kroz izotermnu površinu površine F naziva se protok topline a određuje se iz izraza: https://pandia.ru/text/78/654/images/image004_12.gif" width="15" height="32">, W/m2, naziva se gustoća toplinskog toka: .

Odnos između količine topline dQ, J, koja za vrijeme dt prolazi kroz elementarnu površinu dF, smještenu na izotermnoj površini, i temperaturnog gradijenta dt/dn utvrđuje se Fourierovim zakonom: .

2. Jednadžba provođenja topline, uvjeti jedinstvenosti.

Diferencijalna jednadžba za vođenje topline izvedena je uz sljedeće pretpostavke:

Tijelo je homogeno i izotropno;

Fizički parametri su konstantni;

Deformacija razmatranog volumena, povezana s promjenom temperature, vrlo je mala u usporedbi sa samim volumenom;

Unutarnji izvori topline u tijelu, koji se u općem slučaju mogu dati kao , ravnomjerno su raspoređeni.

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

Diferencijalna jednadžba provođenja topline uspostavlja odnos između vremenskih i prostornih promjena temperature u bilo kojoj točki u tijelu gdje se događa proces provođenja topline.

Ako uzmemo konstantu termofizičkih karakteristika, koja je pretpostavljena prilikom izvođenja jednadžbe, onda difur ima oblik: https://pandia.ru/text/78/654/images/image011_4.gif" width="51" height=" 44"> - koeficijent toplinske difuzivnosti.

i , gdje je Laplaceov operator u kartezijanskom koordinatnom sustavu.

Zatim .

Uvjeti jedinstvenosti ili granični uvjeti uključuju:

geometrijski pojmovi,

3. Toplinska vodljivost u zidu (granični uvjeti 1. vrste).

Toplinska vodljivost jednoslojnog zida.

Razmotrimo homogenu ravnu stijenku debljine d. Temperature tc1 i tc2 koje su konstantne u vremenu održavaju se na vanjskim površinama zida. Toplinska vodljivost materijala zida je konstantna i jednaka je l.

Osim toga, u stacionarnom načinu rada temperatura se mijenja samo u smjeru okomitom na ravninu hrpe (os 0x): ..gif" width="129" height="47">

Odredimo gustoću toplinskog toka kroz ravan zid. U skladu s Fourierovim zakonom, uzimajući u obzir jednakost (*), možemo napisati: .

Stoga (**).

Temperaturna razlika u jednadžbi (**) naziva se temperaturna razlika. Iz ove se jednadžbe može vidjeti da gustoća toplinskog toka q varira izravno proporcionalno toplinskoj vodljivosti l i temperaturnoj razlici Dt i obrnuto proporcionalno debljini stijenke d.

Omjer se naziva toplinska vodljivost zida, a njegova recipročna je https://pandia.ru/text/78/654/images/image023_1.gif" width="213" height="25">.

Toplinsku vodljivost l treba uzeti na prosječnoj temperaturi zida.

Toplinska vodljivost višeslojnog zida.

Za svaki sloj: ; ; https://pandia.ru/text/78/654/images/image027_1.gif" width="433" height="87 src=">

Kako bi se usporedila svojstva toplinske vodljivosti višeslojnog ravnog zida sa svojstvima homogenih materijala, uvodi se koncept ekvivalentna toplinska vodljivost. To je toplinska vodljivost jednoslojnog zida čija je debljina jednaka debljini razmatranog višeslojnog zida, tj.gif" width="331" height="52">

Stoga imamo:

4. Prijenos topline kroz ravan zid (granični uvjeti 3. vrste).

Prijenos topline s jednog pokretnog medija (tekućine ili plina) na drugi kroz čvrsti zid bilo kojeg oblika koji ih razdvaja naziva se prijenos topline. Značajke procesa na granicama zida tijekom prijenosa topline karakteriziraju rubni uvjeti treće vrste, koji se postavljaju vrijednostima temperature tekućine na jednoj i drugoj strani zida, kao i odgovarajuće vrijednosti koeficijenata prijenosa topline.

Razmotrimo stacionarni proces prijenosa topline kroz beskonačnu homogenu ravnu stijenku debljine d. Dani su toplinska vodljivost stijenke l, temperature okoline tl1 i tl2, koeficijenti prolaza topline a1 i a2. Potrebno je pronaći toplinski tok iz vruće tekućine u hladnu i temperature na površinama stijenke tc1 i tc2. Gustoća toplinskog toka od vrućeg medija do zida određena je jednadžbom: . Isti toplinski tok prenosi se vođenjem topline kroz čvrsti zid: a od druge površine zida prema hladnom okruženju: DIV_ADBLOCK119">

Zatim https://pandia.ru/text/78/654/images/image035_0.gif" width="128" height="75 src="> - koeficijent prolaza topline, brojčana vrijednost k izražava količinu topline koja prolazi kroz jedinicu površine zida u jedinici vremena pr temperaturna razlika između toplog i hladnog medija je 1K i ima istu mjernu jedinicu kao i koeficijent prolaza topline, J / (s * m2K) ili W / (m2K).

Recipročna vrijednost koeficijenta prijenosa topline naziva se toplinska otpornost na prijenos topline:.

https://pandia.ru/text/78/654/images/image038_0.gif" width="37" height="25"> toplinski otpor toplinske vodljivosti.

Za sendvič zid .

Gustoća toplinskog toka kroz višeslojni zid: .

Toplinski tok Q, W, koji prolazi kroz ravan zid površine F, jednak je: .

Temperatura na granici bilo koja dva sloja u graničnim uvjetima treće vrste može se odrediti jednadžbom . Temperaturu možete odrediti i grafički.

5. Toplinska vodljivost u cilindričnom zidu (granični uvjeti 1. vrste).

Razmotrimo stacionarni proces provođenja topline kroz homogenu cilindričnu stijenku (cijev) duljine l s unutarnjim polumjerom r1 i vanjskim polumjerom r2. Toplinska vodljivost materijala zida l je konstantna vrijednost. Konstantne temperature tc1 i tc2 se postavljaju na površinu zida.

U slučaju (l>>r) izotermne površine će biti cilindrične, a temperaturno polje jednodimenzionalno. Odnosno, t=f(r), gdje je r trenutna koordinata cilindričnog sustava, r1£r£r2..gif" width="113" height="48">.

Uvođenje nove varijable omogućuje nam da dovedemo jednadžbu u oblik: https://pandia.ru/text/78/654/images/image047.gif" width="107" height="25">, imamo :

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

Zamjena vrijednosti C1 i C2 u jednadžbu , dobivamo:

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

Ovaj izraz je jednadžba logaritamske krivulje. Posljedično, unutar homogene cilindrične stijenke pri konstantnoj vrijednosti toplinske vodljivosti, temperatura se mijenja prema logaritamskom zakonu.

Da biste pronašli količinu topline koja prolazi kroz cilindrični zid površine F u jedinici vremena, možete koristiti Fourierov zakon:

Zamjena u jednadžbu Fourierovog zakona vrijednosti gradijenta temperature prema jednadžbi dobivamo: (*) ® Q vrijednost ne ovisi o debljini stijenke, već o omjeru njenog vanjskog i unutarnjeg promjera.

Ako upućujete na toplinski tok po jedinici duljine cilindričnog zida, tada se jednadžba (*) može napisati kao https://pandia.ru/text/78/654/images/image056.gif" width="67" visina ="52 src="> je toplinski otpor toplinske vodljivosti cilindričnog zida.

Za višeslojni cilindrični zid https://pandia.ru/text/78/654/images/image058.gif" width="225" height="57 src=">.

6. Prijenos topline kroz cilindrični zid (granični uvjeti 3. vrste).

Razmotrimo jednoličnu cilindričnu stijenku velike duljine s unutarnjim promjerom d1, vanjskim promjerom d2 i konstantnom toplinskom vodljivošću. Dane su vrijednosti temperature toplog tl1 i hladnog tl2 medija i koeficijenti prolaza topline a1 i a2. za stacionarni način možemo napisati:

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

gdje - linearni koeficijent prijenosa topline, karakterizira intenzitet prijenosa topline s jedne tekućine na drugu kroz zid koji ih razdvaja; brojčano jednak količini topline koja prolazi iz jednog medija u drugi kroz stijenku cijevi duljine 1 m u jedinici vremena s temperaturnom razlikom između njih od 1 K.

Recipročna vrijednost linearnog koeficijenta prijenosa topline naziva se linearni toplinski otpor prijenosu topline.

Za višeslojni zid, linearni toplinski otpor prijenosu topline je zbroj linearnih toplinskih otpora prijenosu topline i zbroj linearnih toplinskih otpora prema toplinskoj vodljivosti slojeva.

Temperature na granici između slojeva: 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=">

gdje – koeficijent prijenosa topline za kuglični zid.

Recipročna vrijednost koeficijenta prijenosa topline sferne stijenke naziva se toplinski otpor prijenosu topline sferne stijenke.

Granični uvjetija ljubazan.

Neka postoji kugla s radijusima unutarnje i vanjske površine r1 i r2, konstantnom toplinskom vodljivošću i zadanim jednoliko raspoređenim površinskim temperaturama tc1 i tc2.

U tim uvjetima temperatura ovisi samo o polumjeru r. Prema Fourierovom zakonu, tok topline kroz sferni zid jednak je: .

Integracija jednadžbe daje sljedeću raspodjelu temperature u sfernom sloju:

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

Stoga , d - debljina stijenke.

Raspodjela temperature: ® pri konstantnoj toplinskoj vodljivosti, temperatura u sfernoj stijenci mijenja se prema hiperboličkom zakonu.

8. Toplinska otpornost.

Jednoslojni ravni zid:

Granični uvjeti 1. vrste

Omjer se naziva toplinska vodljivost zida, a njegova recipročna je https://pandia.ru/text/78/654/images/image036_0.gif" width="349" height="55">.

Jednoslojni cilindrični zid:

Granični uvjeti 1. vrste

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

Granični uvjeti 3. vrste

Linearni toplinski otpor prijenosu topline: https://pandia.ru/text/78/654/images/image078.gif" width="249" height="53"> (višeslojni zid)

9. Kritični promjer izolacije.

Razmotrimo slučaj kada je cijev prekrivena jednoslojnom toplinskom izolacijom s vanjskim promjerom d3. uz pretpostavku zadanih i konstantnih koeficijenata prolaza topline a1 i a2, temperature obje tekućine tl1 i tl2, toplinsku vodljivost cijevi l1 i izolacije l2.

Prema jednadžbi , izraz za linearni toplinski otpor prijenosu topline kroz dvoslojni cilindrični zid ima oblik: https://pandia.ru/text/78/654/images/image080.gif" width="72" height=" 52 src="> će se povećati, a termin se smanjiti. Drugim riječima, povećanje vanjskog promjera izolacije povlači za sobom povećanje toplinskog otpora prema toplinskoj vodljivosti izolacije i smanjenje toplinskog otpora na prijenos topline na njegova vanjska površina. Potonje je zbog povećanja površine vanjske površine.

Ekstremum funkcije Rl – – kritični promjer označen kao dcr. Služi kao pokazatelj prikladnosti materijala za korištenje kao toplinska izolacija za cijev zadanog vanjskog promjera d2 pri zadanom koeficijentu prijenosa topline a2.

10. Izbor toplinske izolacije prema kritičnom promjeru.

Vidi pitanje 9. Promjer izolacije mora biti veći od kritičnog promjera izolacije.

11. Prijenos topline kroz rebrasti zid. Faktor peraja.

Razmotrimo rebrasti zid debljine d i toplinske vodljivosti l. Na glatkoj strani površina je F1, a na rebrastoj strani F2. postavljene su temperature tl1 i tl2 konstantne u vremenu, kao i koeficijenti prolaza topline a1 i a2.

Označimo temperaturu glatke površine s tc1. Pretpostavimo da su temperature površina peraja i same stijenke jednake i jednake tc2. Takva pretpostavka, općenito govoreći, ne odgovara stvarnosti, ali pojednostavljuje izračune i često se koristi.

Kada je tl1 > tl2, za toplinski tok Q mogu se napisati sljedeći izrazi:

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

gdje – koeficijent prolaza topline za rebrasti zid.

Pri izračunu gustoće toplinskog toka po jedinici nerebraste površine zida dobivamo: . k1 je koeficijent prijenosa topline koji se odnosi na nerebrastu površinu stijenke.

Omjer površine rebraste površine i površine glatke površine F2/F1 naziva se koeficijent peraje.

12. Nestacionarna toplinska vodljivost. Točka vodiča. Fizičko značenje Bi, Fo.

Nestacionarna toplinska vodljivost je proces u kojem se temperatura u određenoj točki krute tvari mijenja tijekom vremena, a skup naznačenih temperatura tvori nestacionarno temperaturno polje čije je određivanje glavna zadaća nestacionarnog toplinskog provodljivost. Prolazni procesi toplinske vodljivosti od velike su važnosti za grijanje, ventilaciju, klimatizaciju, opskrbu toplinom i instalacije za proizvodnju topline. Ograde zgrada doživljavaju vremenski promjenjive toplinske učinke kako sa strane vanjskog zraka tako i sa strane prostorije, pa se proces nestacionarnog provođenja topline odvija u nizu ovojnice zgrade. Problem nalaženja trodimenzionalnog temperaturnog polja može se formulirati u skladu s načelima navedenim u odjeljku "matematička formulacija problema prijenosa topline". Formulacija problema uključuje jednadžbu provođenja topline: , gdje je toplinska difuzivnost m2/s, kao i uvjeti jedinstvenosti koji omogućuju izdvajanje jednog rješenja iz skupa rješenja jednadžbe koja se razlikuju po vrijednosti integrirajućih konstanti.

Uvjeti jedinstvenosti uključuju početne i granične uvjete. Početni uvjeti postavljaju vrijednosti željene funkcije t u početnom trenutku vremena na cijelom području D. Kao područje D u kojem je potrebno pronaći temperaturno polje, smatrat ćemo pravokutni paralelepiped dimenzija 2d, 2ly, 2lz, na primjer, element građevinske konstrukcije. Tada se početni uvjeti mogu zapisati kao: za t =0 i - d£x£d; - ly£y£ly; -lz£z£lz imamo t = t(x, y, z, 0) = t0(x, y, z). Iz ovog unosa može se vidjeti da se ishodište kartezijanskog koordinatnog sustava nalazi u središtu simetrije paralelepipeda.

Rubne uvjete formuliramo u obliku rubnih uvjeta treće vrste, koji se često susreću u praksi. Granični uvjeti III vrste postavljaju za bilo koji trenutak vremena na granicama područja D koeficijent prolaza topline i temperaturu okoline. U općem slučaju, ove vrijednosti mogu biti različite u različitim dijelovima površine S regije D. Za slučaj istog koeficijenta prijenosa topline a na cijeloj površini S i svugdje iste temperature okoline tzh, rubni uvjeti treće vrste pri t > 0 mogu se zapisati kao: ; ;

gdje . S je površina koja omeđuje područje D.

Temperatura u svakoj od tri jednadžbe uzima se na odgovarajućoj strani paralelepipeda.

Razmotrimo analitičko rješenje gore formuliranog problema u jednodimenzionalnoj verziji, tj. pod uvjetom ly, lz »d. U tom slučaju potrebno je pronaći temperaturno polje oblika t = t(x, t). Napišimo iskaz problema:

jednadžba ;

početni uvjet: kod t = 0 imamo t(x, 0) = t0 = const;

granični uvjet: za x = ±d, t > 0 imamo https://pandia.ru/text/78/654/images/image095.gif" width="141" height="27">. Problem je u kako bi se dobila specifična formula t = t(x, t), koja omogućuje pronalaženje temperature t u bilo kojoj točki ploče u proizvoljnom trenutku.

Formulirajmo problem u bezdimenzijskim varijablama, to će smanjiti unose i učiniti rješenje univerzalnijim. Bezdimenzionalna temperatura je , bezdimenzionalna koordinata je X = x/d..gif" width="149" height="27 src=">.gif" width="120" height="25">, gdje je – broj biota.

Formulacija problema u bezdimenzionalnom obliku sadrži jedan parametar - Biotov broj, koji je u ovom slučaju kriterij, budući da se sastoji samo od količina uključenih u uvjet jedinstvenosti. Korištenje Biotovog broja povezano je s pronalaženjem temperaturnog polja u krutini, pa je nazivnik Bi toplinska vodljivost krutine. Bi je unaprijed određen parametar i kriterij.

Ako uzmemo u obzir 2 procesa nestacionarnog provođenja topline s istim Biotovim brojevima, onda su, prema trećem teoremu sličnosti, ti procesi slični. To znači da će u sličnim točkama (tj. na X1=X2; Fo1=Fo2) bezdimenzijske temperature biti numerički jednake: Q1=Q2. dakle, nakon jednog proračuna u bezdimenzijskom obliku, dobit ćemo rezultat koji vrijedi za klasu sličnih pojava koje se mogu razlikovati u dimenzijskim parametrima a, l, d, t0 i tl.

13. Nestacionarna toplinska vodljivost za neograničeni ravni zid.

Vidi pitanje 12.

17. Jednadžba energije. uvjeti za jednoznačnost.

Energetska jednadžba opisuje proces prijenosa topline u materijalnom mediju. Istodobno, njegova je distribucija povezana s pretvorbom u druge oblike energije. Zakon održanja energije u odnosu na procese njezine transformacije formuliran je u obliku prvog zakona termodinamike koji je temelj za izvođenje energetske jednadžbe. Pretpostavlja se da je medij u kojem se toplina širi; može biti nepokretna ili pokretna. Budući da je slučaj pokretnog medija općenitiji, koristimo izraz za prvi zakon termodinamike za protok: (17.1) , gdje je q ulazna toplina, J/kg; h je entalpija, J/kg; w je brzina medija u razmatranoj točki, m/s; g je akceleracija slobodnog pada; z je visina na kojoj se nalazi razmatrani element medija, m; ltr je rad protiv sila unutarnjeg trenja, J/kg.

Sukladno jednadžbi 17.1, unos topline se troši na povećanje entalpije, kinematičke energije i potencijalne energije u polju gravitacije, kao i na rad protiv viskoznih sila..gif" width="265 height=28" height= "28"> (17.2) .

T. do. (17.3) .

Izračunajmo količinu ulazne i izlazne topline po jedinici vremena za srednji element u obliku pravokutnog paralelepipeda čije su dimenzije dovoljno male da pretpostavimo linearnu promjenu gustoće toplinskog toka unutar svojih granica..gif" širina ="236" visina="52 ">; njihova razlika je .

Provodeći sličnu operaciju za osi 0y i 0z, dobivamo razlike, odnosno: razliku dobivamo rezultirajuću količinu topline koja se dovodi (ili uklanja) elementu po jedinici vremena.

Ograničavamo se na slučaj strujanja umjerene brzine, tada je količina dovedene topline jednaka promjeni entalpije. Ako pretpostavimo da je elementarni paralelepiped fiksiran u prostoru i da su njegova lica propusna za tok, tada se navedeni omjer može predstaviti kao: https://pandia.ru/text/78/654/images/image114.gif" širina ="18" height="31"> – brzina promjene entalpije u fiksnoj točki u prostoru zatvorenoj elementarnim paralelepipedom; znak minus se uvodi kako bi odgovarao prijenosu topline i promjeni entalpije: rezultirajući pritok topline<0 должен вызывать увеличение энтальпии.

(17.10) .

Izvođenje energetske jednadžbe dovršava se zamjenom izraza (17.6) i (17.10) u jednadžbu (17.4). budući da je ova operacija formalne prirode, izvršit ćemo transformacije samo za os 0x: (17.11) .

Uz konstantne fizičke parametre medija, dobivamo sljedeći izraz za derivaciju: (17.12) . Dobivši slične izraze za projekcije na druge osi, sastavit ćemo od njih zbroj u zagradi na desnoj strani jednadžbe (17.4). I nakon nekih transformacija dobivamo energetska jednadžba za nestlačivi medij pri umjerenim brzinama protoka:

(17.13) .

Lijeva strana jednadžbe karakterizira brzinu promjene temperature čestice tekućine koja se kreće. Desna strana jednadžbe je zbroj derivacija oblika i, prema tome, određuje rezultirajuću opskrbu (ili odvođenje) topline zbog provođenja topline.

Dakle, energetska jednadžba ima jasno fizičko značenje: promjena temperature pojedine čestice tekućine koja se kreće (lijeva strana) određena je dotokom topline u tu česticu iz tekućine koja je okružuje uslijed provođenja topline (desna strana).

Za stacionarno okruženje, konvektivni članovi https://pandia.ru/text/78/654/images/image128.gif" width="168" height="51">.gif" width="76" height="20 src= ">.

uvjeti za jednoznačnost.

Diferencijalne jednadžbe imaju beskonačan broj rješenja, formalno se ta činjenica odražava u prisutnosti proizvoljnih konstanti integracije. Za rješavanje konkretnog inženjerskog problema potrebno je jednadžbama dodati neke dodatne uvjete koji se odnose na bit i posebnosti ovog problema.

Polja željenih funkcija - temperatura, brzina i tlak - nalaze se u određenom području, za koje se moraju specificirati oblik i dimenzije, te u određenom vremenskom intervalu. Za izvođenje jednog rješenja problema iz skupa mogućih, potrebno je postaviti vrijednosti traženih funkcija: u početnom trenutku vremena na cijelom području koje se razmatra; u bilo koje vrijeme na granicama područja koje se razmatra.