FLUJO DE CALOR

FLUJO DE CALOR

La cantidad de calor transferido a través de la isotérmica en unidades tiempo. La dimensión de T. p. coincide con la dimensión de poder. T. p. se mide en vatios o kcal / h (1 kcal / h \u003d 1.163 W). T.p., referido a unidades. isotérmico superficies, llamadas densidad T. p., latidos. Etc. o carga de calor; generalmente denotado q, medido en W / m2 o kcal / (m2 h). La densidad T. p. es un vector, cualquiera de sus componentes es numéricamente igual a la cantidad de calor transferido en unidades. tiempo en unidades área perpendicular a la dirección tomada.

Diccionario enciclopédico físico. - M.: Enciclopedia soviética. . 1983 .

FLUJO DE CALOR

Un vector dirigido en la dirección opuesta al gradiente de temperatura e igual en abs. la cantidad de calor que pasa a través de isoterma. superficie por unidad de tiempo. Se mide en vatios o kcal/h (1 kcal/h \u003d 1,163 W). T. p., relacionado con la unidad isotérmica. superficies, llamadas densidad T. p. o latidos. T. p., en tecnología - carga de calor. Latidos de las unidades. T. p. sirven como W / m 2 y kcal / (m 2 h).

Enciclopedia física. En 5 tomos. - M.: Enciclopedia soviética. Editor en jefe A. M. Prokhorov. 1988 .

Vea qué es "FLUJO DE CALOR" en otros diccionarios:

flujo de calor- Flujo de calor: la cantidad de calor que pasa a través de la muestra por unidad de tiempo. [GOST 7076 99] Flujo de calor: el flujo de energía térmica transferida en el proceso de intercambio de calor. [Diccionario terminológico del hormigón y del hormigón armado. ESUE… … Enciclopedia de términos, definiciones y explicaciones de materiales de construcción.

La cantidad de calor que pasa por unidad de tiempo a través de una superficie isotérmica arbitraria... Gran diccionario enciclopédico

- (a. flujo de calor, flujo de calor, tasa de flujo de calor; n. Warmefluβ, Warmestromung; f. courant calorifique, flux de chaleur; i. corriente termico, torrente calorico, flujo termico) cantidad de calor transferido a través de isoterma. superficie por unidad ... ... Enciclopedia geológica

La cantidad de calor transferido a través de cualquier superficie en el proceso de transferencia de calor. Se caracteriza por la densidad de T. p., que es la relación entre la cantidad de calor transferido a través de la superficie y el intervalo de tiempo durante el cual esta ... ... enciclopedia de tecnologia

flujo de calor- — [Ya. N. Luginsky, M. S. Fezi Zhilinskaya, Yu. S. Kabirov. Diccionario inglés ruso de ingeniería eléctrica e ingeniería energética, Moscú, 1999] Temas de ingeniería eléctrica, conceptos básicos EN corriente térmicaflujo térmicoflujo térmicoflujo térmico... Manual del traductor técnico

Flujo de calor Q- W es la cantidad de calor que atraviesa la envolvente del edificio por unidad de tiempo.

1. Pared homogénea. Considere un espesor de pared homogéneo (Fig. 1-7), la conductividad térmica, que es constante. Se mantienen temperaturas constantes en las superficies exteriores de la pared. La temperatura cambia solo en la dirección del eje x. En este caso, el campo de temperatura es unidimensional, las superficies isotérmicas son planas y se ubican perpendiculares al eje x.

A una distancia x, seleccionamos una capa de espesor dentro de la pared delimitada por dos superficies isotérmicas. Con base en la ley de Fourier [ecuación (1-1)] para este caso, podemos escribir:

Densidad flujo de calor q en condiciones térmicas estacionarias es constante en cada sección, por lo tanto

La constante de integración C se determina a partir de las condiciones de contorno, es decir, para a at . Sustituyendo estos valores en la ecuación (b), tenemos:

A partir de la ecuación (c), se determina el valor desconocido de la densidad de flujo de calor q, a saber:

En consecuencia, la cantidad de calor transferido a través de una unidad de superficie de la pared por unidad de tiempo es directamente proporcional al coeficiente de conductividad térmica y la diferencia de temperatura de las superficies exteriores e inversamente proporcional al espesor de la pared.

La ecuación (1-2) es la fórmula de cálculo de la conductividad térmica de una pared plana. Conecta cuatro cantidades: y . Conociendo tres de ellos, puedes encontrar el cuarto:

La relación se llama conductividad térmica de la pared y el recíproco se llama resistencia térmica. Este último determina la caída de temperatura en la pared por unidad de densidad de flujo de calor.

Si sustituimos los valores encontrados de C y la densidad de flujo de calor q en la ecuación (b), obtenemos la ecuación de la curva de temperatura

Este último muestra que a un valor constante del coeficiente de conductividad térmica, la temperatura de una pared homogénea cambia según una ley lineal. En realidad, debido a su dependencia de la temperatura, el coeficiente de conductividad térmica es variable. Si se tiene en cuenta esta circunstancia, se obtienen otras fórmulas de cálculo más complejas.

Para la gran mayoría de los materiales, la dependencia del coeficiente de conductividad térmica de la temperatura tiene un carácter lineal de la forma. En este caso, basándonos en la ley de Fourier para una pared plana, tenemos:

Dividiendo las variables e integrando, obtenemos:

Sustituyendo en la ecuación (e) los valores límite de las variables, tenemos en

Restando la ecuación (g) de la ecuación (h), obtenemos:

Arroz. 1-7. Pared plana homogénea.

La nueva fórmula de cálculo (1-4) es algo más complicada que la fórmula (1-2). Allí tomamos la conductividad térmica constante e igual a algún valor promedio.

Igualando entre sí las partes correctas de estas fórmulas, tenemos:

Por lo tanto, si está determinado por la media aritmética de los valores límite de las temperaturas de la pared, las fórmulas (1-2) y (1-4) son equivalentes.

Teniendo en cuenta la dependencia del coeficiente de conductividad térmica con la temperatura, la ecuación de la curva de temperatura en la pared se obtiene resolviendo la ecuación (e) con respecto a t y sustituyendo el valor C de (g), a saber:

Por lo tanto, en este caso, la temperatura de la pared no cambia linealmente, sino a lo largo de una curva. Además, si el coeficiente b es positivo, la convexidad de la curva se dirige hacia arriba, y si es negativa, hacia abajo (ver Fig. 1-10).

2. Muro multicapa.

Las paredes que constan de varias capas heterogéneas se denominan multicapa.

Estas son, por ejemplo, las paredes de edificios residenciales, en los que en la capa principal de ladrillo hay un yeso interno por un lado y un revestimiento externo por el otro. El revestimiento de hornos, calderas y otros dispositivos térmicos también suele constar de varias capas.

Arroz. 1-8. Muro plano multicapa.

Deje que la pared consista en tres capas heterogéneas, pero muy adyacentes (Fig. 1-8). El espesor de la primera capa de la segunda y tercera. En consecuencia, los coeficientes de conductividad térmica de las capas. Además, se conocen las temperaturas de las superficies exteriores de la pared. Se supone que el contacto térmico entre las superficies es ideal; denotamos la temperatura en los puntos de contacto por .

En el régimen estacionario, la densidad de flujo de calor es constante e igual para todas las capas. Por lo tanto, con base en la ecuación (1-2), podemos escribir:

A partir de estas ecuaciones, es fácil determinar las diferencias de temperatura en cada capa:

La suma de las diferencias de temperatura en cada capa es la diferencia de temperatura total. Sumando las partes izquierda y derecha del sistema de ecuaciones (m), obtenemos:

De la relación (n) determinamos el valor de la densidad de flujo de calor:

Por analogía con lo anterior, puede escribir inmediatamente la fórmula de cálculo para el muro de capas:

Dado que cada término del denominador en la fórmula (1-6) representa la resistencia térmica de la capa, se deduce de la ecuación (1-7) que la resistencia térmica total de la pared multicapa es igual a la suma de las resistencias térmicas parciales .

Arroz. 1-9. Método gráfico para la determinación de temperaturas intermedias.

Si el valor de la densidad de flujo de calor de la ecuación (1-6) se sustituye en la ecuación (m), obtenemos los valores de las temperaturas desconocidas:

Dentro de cada capa, la temperatura cambia en línea recta, pero para una pared multicapa como un todo, es una línea discontinua (Fig. 1-8). Los valores de temperaturas desconocidas de una pared multicapa también se pueden determinar gráficamente (Fig. 1-9). Al trazar a lo largo del eje x en cualquier escala, pero en el orden de las capas, se trazan los valores de sus resistencias térmicas y se restablecen las perpendiculares. En el extremo de ellos, también en una escala arbitraria, pero de la misma escala, se trazan los valores de las temperaturas exteriores.

Los puntos resultantes A y C están conectados por una línea recta. Los puntos de intersección de esta línea con las perpendiculares medias dan los valores de las temperaturas deseadas. Con tal construcción. Como consecuencia,

Sustituyendo los valores de los segmentos, obtenemos:

De manera similar, demostramos que

A veces, con el fin de reducir los cálculos, una pared multicapa se calcula como un espesor de una sola capa (uniforme). En este caso, se introduce en el cálculo la llamada conductividad térmica equivalente, que se determina a partir de la relación

Por lo tanto tenemos:

Por lo tanto, la conductividad térmica equivalente depende solo de los valores de las resistencias térmicas y del espesor de las capas individuales.

Al derivar la fórmula de cálculo para un muro multicapa, asumimos que las capas están muy juntas y, debido al contacto térmico ideal, las superficies en contacto de las diferentes capas tienen la misma temperatura. Sin embargo, si las superficies son rugosas, el contacto cercano es imposible y se forman espacios de aire entre las capas. Dado que la conductividad térmica del aire es pequeña, incluso la presencia de espacios muy delgados puede afectar en gran medida la reducción de la conductividad térmica equivalente de una pared multicapa. La capa de óxido metálico ejerce un efecto similar. Por lo tanto, al calcular y especialmente al medir la conductividad térmica de una pared multicapa, se debe prestar atención a la densidad de contacto entre las capas.

Ejemplo 1-1. Determine la pérdida de calor a través de una pared de ladrillos de 5 m de largo, 3 m de altura y 250 mm de espesor si se mantienen las temperaturas en las superficies de las paredes. Coeficiente de conductividad térmica del ladrillo A = 0,6 W / (m ° C).

Según la ecuación (1-2)

Ejemplo 1-2. Determine el valor del coeficiente de conductividad térmica del material de la pared si, con un espesor de mm y una diferencia de temperatura, la densidad de flujo de calor es .

I. Medida de la densidad de los flujos de calor que atraviesan la envolvente del edificio. GOST 25380-82.

Flujo de calor: la cantidad de calor transferido a través de una superficie isotérmica por unidad de tiempo. El flujo de calor se mide en vatios o kcal / h (1 W \u003d 0,86 kcal / h). El flujo de calor por unidad de superficie isotérmica se denomina densidad de flujo de calor o carga de calor; generalmente denotado por q, medido en W / m2 o kcal / (m2 × h). La densidad de flujo de calor es un vector, cualquiera de sus componentes es numéricamente igual a la cantidad de calor transferido por unidad de tiempo a través de una unidad de área perpendicular a la dirección del componente tomado.

Las mediciones de la densidad de los flujos de calor que pasan a través de la envolvente del edificio se realizan de acuerdo con GOST 25380-82 "Edificios y estructuras. Método para medir la densidad de los flujos de calor que pasan a través de la envolvente del edificio".

Esta norma establece un método unificado para determinar la densidad de los flujos de calor que pasan a través de envolventes de edificios de una o varias capas de edificios y estructuras residenciales, públicas, industriales y agrícolas durante un estudio experimental y en sus condiciones de funcionamiento.

La densidad de flujo de calor se mide en la escala de un dispositivo especializado, que incluye un convertidor de flujo de calor, o se calcula a partir de los resultados de la medición de fem. en transductores de flujo de calor precalibrados.

El esquema para medir la densidad de flujo de calor se muestra en el dibujo.

1 - estructura de cerramiento; 2 - convertidor de flujo de calor; 3 - medidor de fem;

tv, tn - temperatura del aire interior y exterior;

τн, τв, τ"в — la temperatura de las superficies exterior e interior de la estructura envolvente cerca y debajo del convertidor, respectivamente;

R1, R2: resistencia térmica de la envolvente del edificio y convertidor de flujo de calor;

q1, q2 son la densidad de flujo de calor antes y después de fijar el transductor

II. Radiación infrarroja. Fuentes. Proteccion.

Protección contra la radiación infrarroja en el lugar de trabajo.

La fuente de radiación infrarroja (IR) es cualquier cuerpo calentado, cuya temperatura determina la intensidad y el espectro de la energía electromagnética emitida. La longitud de onda con la energía máxima de radiación térmica está determinada por la fórmula:

λmáx = 2,9-103 / T [µm] (1)

donde T es la temperatura absoluta del cuerpo radiante, K.

La radiación infrarroja se divide en tres áreas:

onda corta (X = 0,7 - 1,4 micras);

onda media (k \u003d 1.4 - 3.0 micrones):

longitud de onda larga (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

Las ondas eléctricas del rango infrarrojo tienen principalmente un efecto térmico en el cuerpo humano. En este caso, hay que tener en cuenta: la intensidad y longitud de onda con máxima energía; área de superficie radiada; duración de la exposición por día de trabajo y duración de la exposición continua; intensidad del trabajo físico y movilidad aérea en el lugar de trabajo; calidad de los monos; características individuales del trabajador.

Los rayos del rango de onda corta con una longitud de onda de λ ≤ 1,4 μm tienen la capacidad de penetrar en el tejido del cuerpo humano durante varios centímetros. Dicha radiación IR penetra fácilmente a través de la piel y el cráneo hacia el tejido cerebral y puede afectar las células cerebrales, causando daño cerebral severo, cuyos síntomas son vómitos, mareos, dilatación de los vasos sanguíneos de la piel, disminución de la presión arterial y alteración de la circulación sanguínea. .y respiración, convulsiones, a veces pérdida del conocimiento. Cuando se irradia con rayos infrarrojos de onda corta, también se observa un aumento de la temperatura de los pulmones, riñones, músculos y otros órganos. En la sangre, la linfa, el líquido cefalorraquídeo, aparecen sustancias biológicamente activas específicas, hay una violación Procesos metabólicos, el estado funcional del sistema nervioso central cambia.

Los rayos del rango de onda media con una longitud de onda de λ = 1,4 - 3,0 micras son retenidos en las capas superficiales de la piel a una profundidad de 0,1 - 0,2 mm. Por lo tanto, su efecto fisiológico en el cuerpo se manifiesta principalmente en un aumento de la temperatura de la piel y el calentamiento del cuerpo.

El calentamiento más intenso de la superficie de la piel humana se produce con radiación IR con λ > 3 µm. Bajo su influencia, se interrumpe la actividad de los sistemas cardiovascular y respiratorio, así como el equilibrio térmico del cuerpo, lo que puede provocar un golpe de calor.

La intensidad de la radiación térmica se regula en función de la sensación subjetiva de la energía de radiación de una persona. Según GOST 12.1.005-88, la intensidad de la exposición térmica de los trabajadores de las superficies calentadas de equipos tecnológicos y accesorios de iluminación no debe exceder: 35 W / m2 con exposición a más del 50% de la superficie corporal; 70 W/m2 cuando se expone a 25 a 50% de la superficie del cuerpo; 100 W/m2 cuando no se irradie más del 25% de la superficie corporal. De fuentes abiertas (metal y vidrio calentado, llama abierta), la intensidad de la exposición térmica no debe exceder los 140 W/m2 con exposición de no más del 25% de la superficie corporal y el uso obligatorio de equipo de protección personal, incluyendo protección facial y ojo.

Las normas también limitan la temperatura de las superficies calentadas del equipo en el área de trabajo, que no debe exceder los 45 °C.

La temperatura de la superficie del equipo, dentro del cual la temperatura es cercana a los 100 0C, no debe exceder los 35 0C.

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

Los principales tipos de protección contra la radiación infrarroja incluyen:

1. protección del tiempo;

2. protección de distancia;

3. blindaje, aislamiento térmico o enfriamiento de superficies calientes;

4. aumento de la transferencia de calor del cuerpo humano;

5. equipo de protección personal;

6. eliminación de la fuente de calor.

La protección de tiempo prevé la limitación del tiempo de funcionamiento de la radiación en el área de radiación. El tiempo seguro de permanencia de una persona en la zona de acción de la radiación IR depende de su intensidad (densidad de flujo) y se determina según la Tabla 1.

tabla 1

Tiempo de permanencia segura de las personas en la zona de radiación IR

La distancia segura se determina mediante la fórmula (2) en función de la duración de la estancia en el área de trabajo y la densidad de radiación IR permitida.

El poder de la radiación IR se puede reducir mediante soluciones tecnológicas y de diseño (reemplazo del modo y método de calentamiento de productos, etc.), así como recubriendo las superficies de calentamiento con materiales aislantes del calor.

Hay tres tipos de pantallas:

opaco;

· transparente;

translúcido.

En pantallas opacas, energía oscilaciones electromagnéticas, al interactuar con la sustancia de la pantalla, se convierte en térmica. En este caso, la pantalla se calienta y, como todo cuerpo calentado, se convierte en fuente de radiación térmica. La radiación de la superficie de la pantalla opuesta a la fuente se considera condicionalmente como la radiación transmitida de la fuente. Las pantallas opacas incluyen: metal, alfa (de papel de aluminio), poroso (hormigón celular, vidrio celular, arcilla expandida, piedra pómez), asbesto y otros.

En las pantallas transparentes, la radiación se propaga en su interior según las leyes de la óptica geométrica, lo que asegura la visibilidad a través de la pantalla. Estas pantallas están hechas de varios tipos de vidrio, también se utilizan cortinas de agua de película (libres y que fluyen por el vidrio).

Las pantallas translúcidas combinan las propiedades de las pantallas transparentes y no transparentes. Estos incluyen mallas metálicas, cortinas de cadena, pantallas de vidrio reforzadas con malla metálica.

· reflectante del calor;

· absorbente de calor;

disipador de calor.

Esta división es bastante arbitraria, ya que cada pantalla tiene la capacidad de reflejar, absorber y eliminar el calor. La asignación de la pantalla a uno u otro grupo está determinada por cuál de sus habilidades es más pronunciada.

Las pantallas termorreflectoras tienen un bajo grado de negrura superficial, por lo que reflejan una parte importante de la energía radiante que incide sobre ellas en sentido contrario. Como materiales termorreflectores se utilizan alfol, chapa de aluminio, acero galvanizado.

Las pantallas absorbentes de calor se denominan pantallas hechas de materiales con alta resistencia térmica (baja conductividad térmica). Los ladrillos refractarios y aislantes del calor, el asbesto y la lana de escoria se utilizan como materiales absorbentes de calor.

Como pantallas que eliminan el calor, las cortinas de agua son las más utilizadas, cayendo libremente en forma de película o irrigando otra superficie de protección (por ejemplo, metal), o encerradas en una carcasa especial hecha de vidrio o metal.

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

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

q3 es la densidad de flujo de la radiación IR con el uso de protección, W/m2;

t es la temperatura de la radiación IR sin el uso de protección, °C;

t3 es la temperatura de la radiación IR con el uso de protección, °С.

El flujo de aire dirigido directamente al trabajador permite aumentar la eliminación de calor de su cuerpo en ambiente. La elección del caudal de aire depende de la severidad del trabajo realizado y de la intensidad de la radiación infrarroja, pero no debe superar los 5 m/s, ya que en este caso el trabajador experimenta molestias (por ejemplo, tinnitus). La eficacia de las duchas de aire aumenta cuando el aire enviado al lugar de trabajo se enfría o cuando se mezcla con agua finamente pulverizada (ducha de agua y aire).

Como equipo de protección personal, se utilizan overoles hechos de telas de algodón y lana, telas con revestimiento de metal (que reflejan hasta el 90% de la radiación IR). Gafas, protectores con gafas especiales están diseñados para proteger los ojos: filtros de luz de color amarillo-verde o azul.

Las medidas terapéuticas y preventivas prevén la organización de un régimen racional de trabajo y descanso. La duración de las pausas en el trabajo y su frecuencia están determinadas por la intensidad de la radiación IR y la severidad del trabajo. Junto con las inspecciones periódicas, se realizan exámenes médicos para prevenir enfermedades profesionales.

tercero Instrumentos utilizados.

Para medir la densidad de los flujos de calor que atraviesan las envolventes de los edificios y verificar las propiedades de los escudos térmicos, nuestros especialistas desarrollaron dispositivos de la serie .

Área de aplicación:

Los dispositivos de la serie IPP-2 se usan ampliamente en la construcción, organizaciones científicas, en varias instalaciones de energía y en muchas otras industrias.

La medición de la densidad de flujo de calor, como indicador de las propiedades de aislamiento térmico de varios materiales, se realiza utilizando dispositivos de la serie IPP-2 en:

Pruebas de estructuras de cerramiento;

Determinación de pérdidas de calor en redes de calentamiento de agua;

Realización de trabajos de laboratorio en universidades (departamentos "Seguridad humana", "Ecología industrial", etc.).

La figura muestra un prototipo de soporte "Determinación de los parámetros del aire en el área de trabajo y protección contra los efectos térmicos" BZhZ 3 (fabricado por Intos + LLC).

El stand contiene una fuente de radiación térmica en forma de reflector doméstico, frente al cual se instala un escudo térmico de varios materiales (tela, chapa, un juego de cadenas, etc.). Detrás de la pantalla, a varias distancias de ella dentro del modelo de habitación, se coloca el dispositivo IPP-2, que mide la densidad del flujo de calor. Se coloca una campana extractora con un ventilador sobre el modelo de la habitación. Dispositivo de medición IPP-2 tiene un sensor adicional que le permite medir la temperatura del aire dentro de la habitación. Así, el stand BZhZ 3 permite cuantificar la eficacia de varios tipos de protección térmica y un sistema de ventilación local.

El soporte permite medir la intensidad de la radiación térmica en función de la distancia a la fuente, para determinar la eficacia de las propiedades protectoras de las pantallas de diversos materiales.

IV. Principio de funcionamiento y diseño del dispositivo IPP-2.

Estructuralmente, la unidad de medida del dispositivo está hecha en una caja de plástico.

El principio de funcionamiento del dispositivo se basa en medir la diferencia de temperatura en la "pared auxiliar". La magnitud de la diferencia de temperatura es proporcional a la densidad de flujo de calor. La diferencia de temperatura se mide utilizando un termopar de cinta ubicado dentro de la placa de la sonda, que actúa como una "pared auxiliar".

En el modo de funcionamiento, el dispositivo realiza una medición cíclica del parámetro seleccionado. Se realiza una transición entre los modos de medir la densidad de flujo de calor y la temperatura, así como indicar la carga de la batería en porcentajes de 0% ... 100%. Al cambiar entre modos, la inscripción correspondiente del modo seleccionado se muestra en el indicador. El dispositivo también puede realizar el registro automático periódico de los valores medidos en la memoria no volátil con referencia al tiempo. La activación/desactivación del registro de estadísticas, la configuración de los parámetros de registro y la lectura de los datos acumulados se realizan mediante el software suministrado por pedido.

Peculiaridades:

• Posibilidad de establecer umbrales para alarmas sonoras y luminosas. Los umbrales son los límites superior o inferior del cambio permitido en el valor correspondiente. Si se viola el valor de umbral superior o inferior, el dispositivo detecta este evento y el LED se enciende en el indicador. Si el dispositivo está configurado correctamente, la violación de los umbrales se acompaña de una señal acústica.

· Transferencia de los valores medidos a la computadora en la interfaz RS 232.

La ventaja del dispositivo es la capacidad de conectar alternativamente hasta 8 sondas de flujo de calor diferentes al dispositivo. Cada sonda (sensor) tiene su propio factor de calibración individual (factor de conversión Kq), que muestra cuánto cambia el voltaje del sensor en relación con el flujo de calor. El instrumento utiliza este coeficiente para construir la característica de calibración de la sonda, que determina el valor medido actual del flujo de calor.

Modificaciones de sondas para medir la densidad de flujo de calor:

Las sondas de flujo de calor están diseñadas para medir la densidad de flujo de calor superficial de acuerdo con GOST 25380-92.

Aspecto de las sondas de flujo de calor

1. La sonda de flujo de calor tipo prensa PTP-ХХХП con resorte está disponible en las siguientes modificaciones (dependiendo del rango de medición de densidad de flujo de calor):

— PTP-2.0P: de 10 a 2000 W/m2;

— PTP-9.9P: de 10 a 9999 W/m2.

2. Sonda de flujo de calor en forma de "moneda" sobre cable flexible PTP-2.0.

Rango de medición de densidad de flujo de calor: de 10 a 2000 W/m2.

Modificaciones de la sonda de temperatura:

Aspecto de las sondas de temperatura

1. Los termopares de inmersión TPP-A-D-L basados ​​en termistor Pt1000 (termopares de resistencia) y los termopares ТХА-A-D-L basados ​​en termopares XА (termopares eléctricos) están diseñados para medir la temperatura de diversos medios líquidos y gaseosos, así como materiales a granel.

Rango de medición de temperatura:

- para Cámara de Comercio e Industria-A-D-L: de -50 a +150 °С;

- para ТХА-А-D-L: de -40 a +450 °С.

Dimensiones:

- D (diámetro): 4, 6 u 8 mm;

- L (largo): de 200 a 1000 mm.

2. El termopar ТХА-А-D1/D2-LП basado en el termopar XА (termopar eléctrico) está diseñado para medir la temperatura de una superficie plana.

Dimensiones:

- D1 (diámetro del "pasador metálico"): 3 mm;

- D2 (diámetro base - "parche"): 8 mm;

- L (longitud del "pasador metálico"): 150 mm.

3. El termopar ТХА-А-D-LC basado en el termopar XА (termopar eléctrico) está diseñado para medir la temperatura de las superficies cilíndricas.

Rango de medición de temperatura: de -40 a +450 °С.

Dimensiones:

- D (diámetro) - 4 mm;

- L (longitud del "pasador metálico"): 180 mm;

- ancho de la cinta - 6 mm.

El conjunto de entrega del dispositivo para medir la densidad de la carga térmica del medio incluye:

2. Sonda para medir la densidad de flujo de calor.*

3. Sonda de temperatura.*

4. Software.**

5. Cable para conectar a una computadora personal. **

6. Certificado de calibración.

7. Manual de operación y pasaporte del dispositivo IPP-2.

8. Pasaporte para convertidores termoeléctricos (sondas de temperatura).

9. Pasaporte para la sonda de densidad de flujo de calor.

10. Adaptador de red.

* - Los rangos de medición y el diseño de la sonda se determinan en la etapa de pedido

** - Los puestos se entregan por pedido especial.

V. Preparación del dispositivo para su funcionamiento y toma de medidas.

Preparación del dispositivo para el trabajo.

Retire el dispositivo del embalaje. Si el dispositivo se lleva a una habitación cálida desde una fría, es necesario dejar que el dispositivo se caliente a temperatura ambiente durante 2 horas. Cargue completamente la batería en cuatro horas. Coloque la sonda en el lugar donde se tomarán las medidas. Conecte la sonda al instrumento. Si el dispositivo se va a operar junto con una computadora personal, es necesario conectar el dispositivo a un puerto COM libre de la computadora usando un cable de conexión. Conecte el adaptador de red al dispositivo e instale el software según la descripción. Encienda el dispositivo presionando brevemente el botón. Si es necesario, ajuste el dispositivo de acuerdo con el párrafo 2.4.6. Manuales de operación. Cuando trabaje con una computadora personal, configure la dirección de red y el tipo de cambio del dispositivo de acuerdo con el párrafo 2.4.8. Manuales de operación. Empiece a medir.

A continuación se muestra un diagrama de conmutación en el modo "Trabajo".

Preparación y realización de medidas durante ensayos térmicos de envolventes de edificios.

1. La medición de la densidad del flujo de calor se lleva a cabo, por regla general, desde el interior de las estructuras de cerramiento de edificios y estructuras.

Está permitido medir la densidad de los flujos de calor desde el exterior de las estructuras de cerramiento si es imposible medirlos desde el interior (ambiente agresivo, fluctuaciones en los parámetros del aire), siempre que se mantenga una temperatura estable en la superficie. El control de las condiciones de transferencia de calor se realiza mediante una sonda de temperatura y medios para medir la densidad de flujo de calor: al medir durante 10 minutos. sus lecturas deben estar dentro del error de medición de los instrumentos.

2. Las áreas superficiales se seleccionan específicas o características para toda la envolvente del edificio ensayado, dependiendo de la necesidad de medir la densidad de flujo de calor local o promedio.

Las áreas seleccionadas en la estructura envolvente para las mediciones deben tener una capa superficial del mismo material, el mismo procesamiento y condición superficial, tener las mismas condiciones para la transferencia de calor radiante y no deben estar muy cerca de elementos que puedan cambiar la dirección y el valor. de flujos de calor.

3. Las áreas superficiales de las estructuras de cerramiento, en las que está instalado el convertidor de flujo de calor, se limpian hasta eliminar las asperezas visibles y tangibles al tacto.

4. El transductor se presiona firmemente sobre toda su superficie a la estructura envolvente y se fija en esta posición, asegurando un contacto constante del transductor de flujo de calor con la superficie de las áreas estudiadas durante todas las mediciones posteriores.

Al montar el transductor entre este y la estructura envolvente, no se permite la formación de espacios de aire. Para excluirlos, se aplica una fina capa de vaselina técnica en el área de la superficie en los sitios de medición, cubriendo las irregularidades de la superficie.

El transductor se puede fijar a lo largo de su superficie lateral utilizando una solución de yeso de construcción, vaselina técnica, plastilina, una varilla con resorte y otros medios que excluyen la distorsión del flujo de calor en la zona de medición.

5. Durante las mediciones operativas de la densidad de flujo de calor, la superficie suelta del transductor se pega con una capa de material o se recubre con pintura con el mismo o similar grado de emisividad con una diferencia de 0,1 que el material de la capa superficial de la estructura envolvente.

6. El dispositivo de lectura está ubicado a una distancia de 5 a 8 m del sitio de medición o en una habitación adyacente para excluir la influencia del observador en el valor del flujo de calor.

7. Cuando se utilizan dispositivos para medir fem, que tienen restricciones en la temperatura ambiente, se colocan en una habitación con una temperatura del aire aceptable para el funcionamiento de estos dispositivos, y se les conecta el convertidor de flujo de calor mediante cables de extensión.

8. El equipo según la reivindicación 7 se prepara para su funcionamiento de acuerdo con las instrucciones de funcionamiento del dispositivo correspondiente, incluso teniendo en cuenta el tiempo de exposición necesario del dispositivo para establecer un nuevo régimen de temperatura en el mismo.

Preparación y toma de medidas.

(durante el trabajo de laboratorio sobre el ejemplo del trabajo de laboratorio "Investigación de medios de protección contra la radiación infrarroja").

Conecte la fuente de infrarrojos al enchufe. Encienda la fuente de radiación IR (parte superior) y el medidor de densidad de flujo de calor IPP-2.

Instale la cabeza del medidor de densidad de flujo de calor a una distancia de 100 mm de la fuente de radiación IR y determine la densidad de flujo de calor (valor promedio de tres a cuatro mediciones).

Mueva manualmente el trípode a lo largo de la regla, ajustando el cabezal de medición a las distancias de la fuente de radiación indicadas en el formulario de la Tabla 1, y repita las mediciones. Introduzca los datos de medición en el formulario de la tabla 1.

Construya un gráfico de la dependencia de la densidad de flujo IR de la distancia.

Repita las medidas según los párrafos. 1 — 3 con diferentes Datos de mediciones para ingresar en forma de tabla 1. Construya gráficos de la dependencia de la densidad de flujo de la radiación IR en la distancia para cada pantalla.

Formulario de tabla 1

Evaluar la eficacia de la acción protectora de las pantallas según la fórmula (3).

Instale una pantalla protectora (como lo indique el maestro), coloque un cepillo ancho de la aspiradora sobre ella. Encienda la aspiradora en el modo de entrada de aire, simulando un dispositivo de ventilación de escape, y después de 2-3 minutos (después de que se establezca el régimen térmico de la pantalla), determine la intensidad de la radiación térmica a las mismas distancias que en el párrafo 3. Evalúe el eficacia de la protección térmica combinada utilizando la fórmula (3).

La dependencia de la intensidad de la radiación térmica en la distancia para una pantalla dada en el modo de ventilación de escape debe trazarse en el gráfico general (ver punto 5).

Determine la eficacia de la protección midiendo la temperatura de una pantalla dada con y sin ventilación de escape usando la fórmula (4).

Construya gráficos de la efectividad de la protección de la ventilación por extracción y sin ella.

Cambie la aspiradora al modo de soplador y enciéndala. Dirigiendo el flujo de aire a la superficie de una pantalla protectora dada (modo ducha), repita las medidas de acuerdo con los párrafos. 7 - 10. Compare los resultados de medición de los párrafos. 7-10.

Fije la manguera de la aspiradora en uno de los estantes y encienda la aspiradora en el modo "soplador", dirigiendo el flujo de aire casi perpendicular al flujo de calor (ligeramente hacia) - una imitación de una cortina de aire. Usando el medidor IPP-2, mida la temperatura de la radiación infrarroja sin y con el "soplador".

Construya gráficos de la eficiencia de protección del "soplador" de acuerdo con la fórmula (4).

VI. Resultados de la medición y su interpretación.

(sobre el ejemplo del trabajo de laboratorio sobre el tema "Investigación de medios de protección contra la radiación infrarroja" en uno de los universidades técnicas Moscú).

Mesa. Electrochimenea EXP-1,0/220. Rack para colocar pantallas intercambiables. Rack para la instalación de un cabezal de medición. Medidor de densidad de flujo de calor IPP-2M. Gobernante. Aspirador Typhoon-1200.

La intensidad (densidad de flujo) de la radiación IR q está determinada por la fórmula:

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

donde S es el área de la superficie radiante, m2;

T es la temperatura de la superficie radiante, K;

r es la distancia desde la fuente de radiación, m.

Uno de los tipos más comunes de protección contra la radiación IR es el blindaje de las superficies emisoras.

Hay tres tipos de pantallas:

opaco;

· transparente;

translúcido.

Según el principio de funcionamiento, las pantallas se dividen en:

· reflectante del calor;

· absorbente de calor;

disipador de calor.

tabla 1

La efectividad de la protección contra la radiación térmica con la ayuda de pantallas E está determinada por las fórmulas:

E \u003d (q - q3) / q

donde q es la densidad de flujo de radiación IR sin protección, W/m2;

q3 es la densidad del flujo de radiación IR con el uso de protección, W/m2.

Tipos de pantallas protectoras (opacas):

1. Pantalla mixta - cota de malla.

Correo electrónico = (1550 - 560) / 1550 = 0,63

2. Pantalla de metal con superficie ennegrecida.

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

3. Pantalla de aluminio termorreflector.

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

Tracemos la dependencia de la densidad de flujo IR de la distancia para cada pantalla.

Sin protección

Como vemos, la eficacia de la acción protectora de las pantallas varía:

1. El efecto protector mínimo de una pantalla mixta - cota de malla - 0.63;

2. Pantalla de aluminio con superficie ennegrecida - 0,86;

3. La pantalla de aluminio que refleja el calor tiene el mayor efecto protector: 0,99.

Al evaluar el rendimiento térmico de las envolventes y estructuras de los edificios y establecer el consumo de calor real a través de las envolventes externas de los edificios, se utilizan los siguientes documentos normativos principales:

· GOST 25380-82. Un método para medir la densidad de los flujos de calor que pasan a través de las envolventes de los edificios.

Al evaluar el rendimiento térmico de varios medios de protección contra la radiación infrarroja, se utilizan los siguientes documentos normativos principales:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Aire del área de trabajo. Requisitos sanitarios e higiénicos generales.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Medios de protección contra la radiación infrarroja. Clasificación. Requisitos técnicos generales.

· GOST 12.4.123-83 “Sistema de normas de seguridad laboral. Medios de protección colectiva contra la radiación infrarroja. Requisitos técnicos generales”.

EN 1 tipos de transferencia de calor

La teoría de la transferencia de calor es la ciencia de los procesos de transferencia de calor. La transferencia de calor es un proceso complejo que se puede dividir en varios procesos simples. Hay tres procesos elementales de transferencia de calor que son fundamentalmente diferentes entre sí: conductividad térmica, convección y radiación térmica.

Conductividad térmica- se produce con el contacto directo (colisión) de partículas de materia (moléculas, átomos, electrones libres), acompañado de un intercambio de energía. La conductividad térmica en gases y líquidos es despreciable. Los procesos de conducción de calor en los sólidos son mucho más intensos. Los cuerpos con baja conductividad térmica se denominan aislantes térmicos.

Convección- ocurre solo en líquidos y gases y representa la transferencia de calor como resultado del movimiento y mezcla de partículas de un líquido o gas. La convección siempre va acompañada de conducción de calor.

Si el movimiento de las partículas de un líquido o gas está determinado por la diferencia en sus densidades (debido a la diferencia de temperatura), entonces dicho movimiento se denomina convección natural.

Si un líquido o gas es movido por una bomba, un ventilador, un eyector y otros dispositivos, dicho movimiento se denomina convección forzada. El intercambio de calor ocurre en este caso mucho más intensamente que durante la convección natural.

Radiación termal consiste en la transferencia de calor de un cuerpo a otro mediante ondas electromagnéticas resultantes de complejas perturbaciones moleculares y atómicas. Las ondas electromagnéticas se propagan desde la superficie del cuerpo en todas las direcciones. Al encontrarse con otros cuerpos en su camino, la energía radiante puede ser parcialmente absorbida por ellos, convirtiéndose nuevamente en calor (aumentando su temperatura).

B2 Ley de Fourier y conductividad térmica

Al estudiar los procesos de propagación del calor en los sólidos, Fourier estableció experimentalmente que la cantidad de calor transferido es proporcional a la caída de temperatura, tiempo y área transversal perpendicular a la dirección de propagación del calor.

Si la cantidad de calor transferido se atribuye a una unidad de sección y una unidad de tiempo, entonces podemos escribir:

La ecuación (1.6) es una expresión matemática de la ley básica de la conducción del calor: Ley de Fourier. Esta ley subyace a todos los estudios teóricos y experimentales de los procesos de conducción de calor. El signo menos indica que el vector de flujo de calor está dirigido en la dirección opuesta al gradiente de temperatura.

Coeficiente de conductividad térmica

multiplicador de proporcionalidad  en la ecuación (1.6) es el coeficiente de conductividad térmica. Caracteriza las propiedades físicas del cuerpo y su capacidad para conducir el calor:

(1.7)

Valor  es la cantidad de calor que pasa por unidad de tiempo a través de una unidad de área de una superficie isotérmica con un gradiente de temperatura igual a uno.

Para varias sustancias el coeficiente de conductividad térmica es diferente y depende de la naturaleza de la sustancia, su estructura, la humedad, la presencia de impurezas, la temperatura y otros factores. En los cálculos prácticos, el coeficiente de conductividad térmica de los materiales de construcción debe tomarse como parte de SNiP II-3-79 ** "Ingeniería térmica de la construcción".

Por ejemplo:

para gases -  = 0.0050.5 [W/mC]

para liquidos -  = 0,080,7 [W/mC]

materiales de construccion y aislantes termicos -  = 0,023,0 [W/mC]

para metales -  = 20400 [W/mC]

B3 Conductividad térmica

La conductividad térmica es el proceso de transferencia de energía interna desde las partes más calientes del cuerpo (o cuerpos) a las partes (o cuerpos) menos calientes, llevado a cabo por partículas del cuerpo que se mueven aleatoriamente (átomos, moléculas, electrones, etc.). Tal transferencia de calor puede ocurrir en cualquier cuerpo con una distribución de temperatura no uniforme, pero el mecanismo de transferencia de calor dependerá del estado de agregación de la sustancia.

La conductividad térmica también se denomina característica cuantitativa de la capacidad de un cuerpo para conducir el calor. En comparación de los circuitos térmicos con los circuitos eléctricos, este es un análogo de la conductividad.

La capacidad de una sustancia para conducir el calor se caracteriza por coeficiente de conductividad térmica (conductividad térmica). Numéricamente, esta característica es igual a la cantidad de calor que pasa a través de una muestra de material de 1 m de espesor, 1 m 2 de área, por unidad de tiempo (segundo) a una unidad de gradiente de temperatura.

Históricamente, se creía que la transferencia de energía térmica está asociada con el flujo calórico de un cuerpo a otro. Sin embargo, experimentos posteriores, en particular el calentamiento de los cañones durante la perforación, refutó la realidad de la existencia del calórico como un tipo independiente de materia. En consecuencia, actualmente se cree que el fenómeno de la conductividad térmica se debe al deseo de los objetos de ocupar un estado más cercano al equilibrio termodinámico, lo que se expresa en la igualación de su temperatura.

En la práctica, también es necesario tener en cuenta la conducción del calor debido a la convección de las moléculas y la penetración de la radiación. Por ejemplo, cuando el vacío es completamente atérmico, se puede transferir calor por radiación (por ejemplo, el Sol, instalaciones de radiación infrarroja). Y un gas o líquido puede intercambiar capas calentadas o enfriadas de forma independiente o artificial (por ejemplo, un secador de pelo, ventiladores de calefacción). También es posible en medios condensados ​​"saltar" fonones de un sólido a otro a través de espacios submicrónicos, lo que contribuye a la propagación de ondas de sonido y calor, incluso si los espacios son un vacío ideal.

B4 Transferencia de calor por convección la transferencia de calor por convección solo puede ocurrir en medios en movimiento: líquidos y gases que caen. Por lo general, un medio móvil se denomina condicionalmente líquido, independientemente del estado de agregación de la sustancia.

flujo de calor q , W, transferido durante la transferencia de calor por convección, se determina mediante la fórmula de Newton-Richmann:

q =  F ( t y - t ) , (2.1)

dónde:  - coeficiente de transferencia de calor, W / m 2 С;

F - superficie de intercambio de calor, m 2;

t y y t son las temperaturas del líquido y de la superficie de la pared, respectivamente, С.

diferencia de temperatura ( t y - t ) aveces llamado diferencia de temperatura.

El coeficiente de transferencia de calor caracteriza la cantidad de calor que se transfiere por convección a través de una unidad de superficie por unidad de tiempo a una diferencia de temperatura de 1С y tiene la dimensión [J/sm 2 С] o [W/m 2 С].

o cinemática (  =  /  ), coeficiente de expansión volumétrica  ;

Velocidades de fluidos w ;

Temperaturas del fluido y de la pared t y y t ;

La forma y las dimensiones lineales de la pared lavada ( F , yo 1 El valor del coeficiente de transferencia de calor depende de muchos factores, a saber:

La naturaleza (modo) del movimiento fluido (laminar o turbulento);

La naturaleza del movimiento (natural o forzado);

Propiedades físicas de un medio en movimiento: el coeficiente de conductividad térmica.  , densidad  , capacidad calorífica Con , coeficiente de viscosidad dinámica (  ), yo 2 ,...).

Así, en términos generales, podemos escribir:  = F (w,  ,Con,  ,  ,  , t y , t ,F ,yo 1 ,yo 2 ,...). (2.2)

criterio de Nusselt. Establece la relación de la intensidad de transferencia de calor por convección (  ) y conductividad térmica (  ) en la interfaz sólido-líquido: Nu =  yo /  . (2.3)

criterio de Prandtl. Caracteriza los mecanismos de transferencia de calor en un líquido (depende de las propiedades físicas del líquido): PR =  / a =  C  /  . (2.4)

Valor a =  / C  se llama difusividad térmica.

criterio de Reynolds. Establece la relación de fuerzas inerciales y viscosas en un fluido y caracteriza el régimen hidrodinámico del movimiento del fluido. R=V*l/nu Re = wl /  .

A Re <2300 режим движения ламинарный, при Re >10 4 - turbulento, a 2300<Re <10 4 режим движения переходной от ламинарного к турбулентному.

criterio de Grashof. Caracteriza la relación de las fuerzas de elevación que surgen debido a la diferencia en las densidades de los fluidos y las fuerzas de viscosidad. La diferencia de densidad se debe a la diferencia de temperatura del líquido en su volumen: Gramo = gl 3  t  /  2 .

En todas las ecuaciones dadas anteriormente, el valor yo – tamaño característico, m.

Las ecuaciones que relacionan números de similitud se denominan ecuaciones de criterio y generalmente se escriben de la siguiente manera: Nu = F ( Re , Gramo , PR ) . (2.7)

La ecuación de criterio de transferencia de calor por convección con movimiento forzado de fluido tiene la forma: Nu = cRe metro Gramo norte PR pags . (2.8)

Y con movimiento libre del medio: Nu = dgr k PR r . (2.9)

En estas ecuaciones, los coeficientes de proporcionalidad C y d , así como exponentes bajo criterios de similitud metro , norte , pags , k y r establecido experimentalmente.

Transferencia de calor radiante B5

Los portadores de energía radiante son oscilaciones electromagnéticas con diferentes longitudes de onda. Todos los cuerpos que tienen una temperatura diferente al cero absoluto son capaces de emitir ondas electromagnéticas. La radiación es el resultado de procesos intraatómicos. Cuando choca con otros cuerpos, la energía de radiación se absorbe parcialmente, se refleja parcialmente y pasa parcialmente a través del cuerpo. Las proporciones de energía absorbida, reflejada y transmitida de la cantidad de energía incidente en el cuerpo se indican respectivamente A , R y D .

Es obvio que A +R +D =1.

si un R =D =0, entonces dicho cuerpo se llama absolutamente negro.

Si la reflectividad del cuerpo R \u003d 1 y la reflexión obedece a las leyes de la óptica geométrica (es decir, el ángulo de incidencia del haz es igual al ángulo de reflexión), entonces tales cuerpos se denominan reflejado. Si la energía reflejada se dispersa en todas las direcciones posibles, estos cuerpos se denominan absolutamente blanco.

cuerpos para los cuales D =1 llamado absolutamente transparente(diatérmico).

Las leyes de la radiación térmica.

Ley de Planck establece la dependencia de la densidad de flujo superficial de la radiación monocromática de un cuerpo negro mi 0  de la longitud de onda  y temperatura absoluta T .

Ley de Stefan-Boltzmann. Experimentalmente (I. Stefan en 1879) y teóricamente (L. Boltzmann en 1881) encontró que la densidad de flujo de la radiación integral intrínseca de un cuerpo absolutamente negro mi 0 es directamente proporcional a la temperatura absoluta a la cuarta potencia, es decir:

dónde  0 - Constante de Stefan-Boltzmann, igual a 5,6710 -8 W / m 2 K 4;

DE 0 - la emisividad de un cuerpo absolutamente negro, igual a 5,67 W / m 2 K 4.

El índice "0" en todas las ecuaciones anteriores significa que se está considerando un cuerpo completamente negro. Los cuerpos reales son siempre grises. Actitud  =C/C 0 llamado el grado de negrura del cuerpo, varía en el rango de 0 a 1.

Aplicada a cuerpos grises, la ley de Stefan-Boltzmann toma la forma: (2.11)

Valor de negrura  depende principalmente de la naturaleza del cuerpo, la temperatura y el estado de su superficie (lisa o rugosa).

ley de Lambert. La máxima radiación por unidad de superficie se produce en la dirección de la normal a ésta. si un q norte es la cantidad de energía emitida a lo largo de la normal a la superficie, y q  - en la dirección que forma el ángulo  con lo normal, entonces, según la ley de Lambert: q  = q norte  porque  . (2.12)

ley de Kirchhoff. Relación de emisividad del cuerpo mi a su absorbencia PERO para todos los cuerpos iguales e iguales a la emisividad de un cuerpo negro mi 0 a la misma temperatura: E/A=E 0 = F ( T ) .

B6 Transferencia de calor compleja y transferencia de calor

Los tipos elementales considerados de transferencia de calor (conducción térmica, convección y radiación) en la práctica, por regla general, proceden simultáneamente. La convección, por ejemplo, siempre va acompañada de conducción de calor; la radiación suele ir acompañada de convección. La combinación de diferentes tipos de transferencia de calor puede ser muy diversa y su papel en el proceso general no es el mismo. Este llamado transferencia de calor compleja.

En los cálculos de ingeniería térmica con transferencia de calor compleja, a menudo se usa el coeficiente de transferencia de calor total (total)  0 , que es la suma de los coeficientes de transferencia de calor por contacto, teniendo en cuenta la acción de la convección, la conductividad térmica  a y radiación  yo , es decir.  0 = a + yo .

En este caso, la fórmula de cálculo para determinar el flujo de calor tiene la forma:

q =(  a + yo )( t y - t Con )=  0 ( t y - t Con ) . (2.14)

Pero si la pared se lava con una gota de líquido, por ejemplo, agua, entonces

 yo =0 y  0 = a . (2.15)

Transferencia de calor

En ingeniería térmica, a menudo el flujo de calor de un líquido (o gas) a otro se transfiere a través de la pared. Tal proceso total de transferencia de calor, en el que la transferencia de calor por contacto es un componente necesario, se llama transferencia de calor.

Ejemplos de una transferencia de calor tan compleja pueden ser: el intercambio de calor entre el agua (o el vapor) en un calentador y el aire interior; entre el aire interior y el aire exterior.

B7 resistencia térmica de estructuras monocapa y multicapa

Considere este tipo de transferencia de calor compleja

Transferencia de calor a través de una pared plana de una sola capa.

Considere la transferencia de calor a través de una pared plana de una sola capa. Supongamos que el flujo de calor se dirige de izquierda a derecha, la temperatura del medio calentado t f1 , temperatura ambiente fría t f2 . Se desconoce la temperatura de las superficies de las paredes: las denotamos como t c1 y t c2 (Figura 2.1).

La transferencia de calor en el ejemplo bajo consideración es un proceso de transferencia de calor complejo y consta de tres etapas: transferencia de calor desde el medio calentado (líquido o gas) a la superficie de la pared izquierda, conducción de calor a través de la pared y transferencia de calor desde la superficie de la pared derecha al medio frío (líquido o gas). En este caso, se supone que las densidades de flujo de calor superficial en las tres etapas indicadas son las mismas si la pared es plana y el modo de transferencia de calor es estacionario.

Valor k llamó Coeficiente de transferencia de calor y representa la potencia del flujo de calor que pasa de un medio más caliente a una superficie menos caliente a través de 1 m 2 a una diferencia de temperatura entre los medios de 1K. El recíproco del coeficiente de transferencia de calor se llama resistencia térmica a la transferencia de calor y denotado R , m 2 K / W:

Esta fórmula muestra que la resistencia térmica total es igual a la suma de las resistencias parciales.

B8 Cálculo de ingeniería térmica de estructuras limitadas

El propósito del cálculo: seleccionar tales diseños de cercas exteriores que cumplan con los requisitos de la protección térmica de edificios SNP 23.02.2003

Determinar el espesor del aislamiento.

Requisitos de resistencia a la transferencia de calor en función de las condiciones sanitarias

Dónde norte - coeficiente tomado en función de la posición de la superficie exterior de las estructuras de cerramiento en relación con el aire exterior según la Tabla. 3*, consulte también la Tabla 4 de este manual;

t en - temperatura de diseño del aire interno, o C, adoptada de acuerdo con GOST 12.1.005-88 y los estándares de diseño para los edificios y estructuras relevantes (ver también el Apéndice 2);

t norte - temperatura de invierno calculada del aire exterior, o C, igual a la temperatura promedio de los cinco días más fríos con una seguridad de 0.92 según SNiP 23-01-99 (ver Apéndice 1);

Δ t norte - diferencia de temperatura normativa entre la temperatura del aire interior y la temperatura de la superficie interior de la envolvente del edificio, o C, tomada de acuerdo con la Tabla. 2*, consulte también la tabla. 3 de este manual;

α en - coeficiente de transferencia de calor de la superficie interior de las estructuras de cerramiento, tomado de acuerdo con la Tabla. 4*, consulte también la tabla. 5.

De las condiciones el ahorro de energíaR sobre tr aceptado para todos los demás tipos de edificios de acuerdo con la Tabla. 2 dependiendo de grados dias período de calentamiento (GSOP), determinado por la fórmula

GSOP = (t en - t de.per.) z de.per., (5a)

dónde t en- lo mismo que en la fórmula (5);

t de.per.- temperatura media, o C, del período de calefacción con una temperatura media diaria del aire inferior o igual a 8 o C según SNiP 23-01-99 (ver también Apéndice 1);

z de.per.- duración, días, del período de calefacción con una temperatura media diaria del aire inferior a Resistencia térmica total (reducida) de la envolvente de un edificio de una sola capaR o , m 2 o C / W, es igual a la suma de todas las resistencias individuales, es decir

dónde α en- coeficiente de transferencia de calor de la superficie interna de las estructuras de cerramiento, W / (m 2 o C), determinado según la tabla. 4*, consulte también la tabla. 5 de este manual;

α norte - coeficiente de transferencia de calor de la superficie exterior de las estructuras de cerramiento, W / (m 2 o C), determinado según la tabla. 6*, véase también la tabla. 6 de este manual;

R a- resistencia térmica de una estructura monocapa, determinada por la fórmula (2).

Resistencia termica (resistencia a la transferencia de calor) R , m 2 o C / O , - la propiedad térmica más importante de la valla. Se caracteriza por la diferencia de temperatura entre las superficies interior y exterior de la valla, por 1 m 2 de los cuales pasa 1 vatio de energía térmica (1 kilocaloría por hora).

dónde δ - espesor de la valla, m;

λ - coeficiente de conductividad térmica, W / m o C.

Cuanto mayor sea la resistencia térmica de la envolvente del edificio, mejores serán sus propiedades de protección contra el calor. De la fórmula (2) se puede ver que para aumentar la resistencia térmica R es necesario aumentar el grosor de la cerca δ , o reducir el coeficiente de conductividad térmica λ , es decir, utilizar materiales más eficientes. Este último es más beneficioso por razones económicas.

B9 El concepto de microclima. Intercambio de calor por persona y condiciones de confort.Norma requerida

Por debajo microclima de la habitación se refiere a la totalidad de los regímenes térmicos, de aire y de humedad en su interconexión. El requisito principal para el microclima es mantener condiciones favorables para las personas en la habitación. Como resultado de los procesos metabólicos que ocurren en el cuerpo humano, la energía se libera en forma de calor. Este calor (para mantener constante la temperatura del cuerpo humano) debe transferirse al medio ambiente. En condiciones normales, más del 90 % del calor generado se cede al medio ambiente (50 % por radiación, 25 % por convección, 25 % por evaporación) y menos del 10 % del calor se pierde como consecuencia del metabolismo.

La intensidad de la transferencia de calor humana depende del microclima de la habitación, que se caracteriza por:

Temperatura del aire interior t en ;

La temperatura de radiación de la habitación (la temperatura promedio de sus superficies circundantes) t R ;

La velocidad de movimiento (movilidad) del aire v ;

Humedad relativa  en .

Las combinaciones de estos parámetros microclimáticos, en los que se mantiene el equilibrio térmico en el cuerpo humano y no hay tensión en su sistema de termorregulación, se denominancómodo oóptimo .

En primer lugar, es muy importante mantener condiciones de temperatura favorables en el interior, ya que la movilidad y la humedad relativa, por regla general, tienen fluctuaciones insignificantes.

Además de óptimas, hay admisible combinaciones de parámetros de microclima en los que una persona puede sentir una ligera incomodidad.

La parte de la habitación en la que una persona pasa la mayor parte de su tiempo de trabajo se llama atendido o área de trabajo. Condiciones térmicas en la habitación dependiendo principalmente de p.e. de su situación de temperatura, que suele caracterizarse condiciones de confort.

La primera condición de la comodidad.- define tal área de combinaciones t en y t R , en el que una persona, al estar en el centro del área de trabajo, no experimenta sobrecalentamiento ni hipotermia. Para un estado de ánimo tranquilo t en = 21 ... 23, con trabajo ligero - 19..21, con trabajo pesado - 14 ... 16С.

Para el período frío del año, la primera condición se caracteriza por la fórmula:

t R =1,57 t PAGS -0,57 t en  1,5 dónde: t PAGS =( t en + t R )/ 2.

La segunda condición de la comodidad.- determina las temperaturas permisibles de las superficies calentadas y enfriadas cuando una persona está cerca de ellas.

Para evitar el sobrecalentamiento por radiación inaceptable o la hipotermia de la cabeza humana, las superficies del techo y las paredes se pueden calentar a una temperatura aceptable:

O enfriado a una temperatura:, (3.3)

dónde:  - coeficiente de irradiación de la superficie de un área elemental en la cabeza de una persona hacia una superficie calentada o enfriada.

La temperatura de la superficie de un suelo frío en invierno puede ser solo de 2 a 2,5 °C más baja que la temperatura del aire de la habitación debido a la alta sensibilidad de los pies humanos a la hipotermia, pero no superior a 22 a 34 °C, según el propósito del suelo. instalaciones.

Los principales requisitos reglamentarios para el microclima de las instalaciones se encuentran en los documentos reglamentarios: SNiP 2.04.05-91 (modificado y complementado), GOST 12.1.005-88.

Al determinar las condiciones meteorológicas calculadas en la habitación, se tienen en cuenta la capacidad del cuerpo humano para aclimatarse en diferentes épocas del año, la intensidad del trabajo realizado y la naturaleza de la generación de calor en la habitación. Los parámetros del aire calculados se normalizan según el período del año. Hay tres períodos del año:

Frío (temperatura exterior media diaria t norte <+8С);

Transicional (-"– t norte \u003d 8С);

Cálido (-"- t norte >8С);

Condiciones meteorológicas óptimas y admisibles (temperatura del aire interior t en ) en el área de servicio de locales residenciales, públicos y administrativos se dan en la Tabla 3.1.

Tabla 3.1

La temperatura del aire máxima permitida en el área de trabajo es 28С (si la temperatura del aire exterior calculada es superior a 25С, se permite hasta 33С).

Los valores óptimos de humedad relativa del aire son 40-60%.

La velocidad óptima del aire en la habitación para el período frío es de 0,2 a 0,3 m / s, para el período cálido: de 0,2 a 0,5 m / s.

B10 Ingeniería de sistemas de equipos de construcción para crear y mantener un microclima

El microclima requerido en las instalaciones se crea mediante los siguientes sistemas de equipos de ingeniería de edificios: calefacción, ventilación y aire acondicionado.

Sistemas de calefacción sirven para crear y mantener en los locales durante el período frío del año las temperaturas del aire necesarias, reguladas por las normas pertinentes. Aquellos. proporcionan las condiciones térmicas necesarias del local.

En estrecha relación con el régimen térmico del local se encuentra el régimen del aire, entendido como el proceso de intercambio de aire entre el local y el aire exterior.

Sistema de ventilación están diseñados para eliminar el aire contaminado de los locales y suministrarles aire limpio. En este caso, la temperatura calculada del aire interno no debería cambiar. Los sistemas de ventilación consisten en dispositivos para calentar, humidificar y deshumidificar el aire de suministro.

Sistemas de aire acondicionado son medios más avanzados para crear y proporcionar un microclima mejorado en la habitación, es decir, parámetros del aire dados: temperatura, humedad y limpieza a la velocidad permitida del movimiento del aire en la habitación, independientemente de las condiciones meteorológicas externas y las emisiones nocivas variables en el tiempo en las instalaciones. Los sistemas de aire acondicionado consisten en dispositivos para el tratamiento térmico y de humedad del aire, limpiándolo de polvo, contaminantes biológicos y olores, moviendo y distribuyendo aire en la habitación, control automático de equipos y aparatos.

A LAS 11la fórmula básica para calcular la pérdida de calor hz ogr diseño

Q t \u003d F / R * (tv - tn) * (1 + b) * n, dónde

Qt es la cantidad de energía térmica transferida desde el aire interior al

aire exterior, W

F - área de la estructura de cerramiento, m kV

R - resistencia total a la transferencia de calor de la envolvente del edificio, m 2 C / W

tv - tn - temperatura de diseño, respectivamente, del aire interno y externo, C o

b - pérdidas de calor adicionales determinadas de acuerdo con el Apéndice 9 de SNiP 2.04.05-91*

n - coeficiente tomado en función de la posición de la superficie exterior en relación con el aire exterior

A LAS 12La medición de las superficies de las estructuras de cerramiento se realiza de acuerdo con:

La altura de las paredes del primer piso en presencia de un piso ubicado:

en el suelo - Entre los niveles de piso del primer y segundo piso

en troncos: desde el nivel superior de preparación del piso del primer piso hasta el nivel del piso del segundo piso

en presencia de un sótano sin calefacción: desde el nivel de la superficie inferior de la estructura del piso del primer piso hasta el nivel del piso del segundo piso

La altura de las paredes del piso intermedio:

entre los niveles de piso de este y los pisos superiores

Altura de la pared del piso superior:

desde el nivel del piso hasta la parte superior de la capa aislante del piso del ático

La longitud de las paredes exteriores a lo largo del perímetro exterior del edificio:

en habitaciones de esquina: desde la línea de intersección de las superficies exteriores de las paredes hasta los ejes de las paredes interiores

en habitaciones no esquineras - entre los ejes de las paredes internas

Largo y ancho de techos y pisos sobre sótanos y subterráneos:

entre los ejes de las paredes interiores y desde la superficie interior de la pared exterior, hasta el eje de la pared interior en habitaciones no esquineras y esquineras

Ancho y alto de ventanas, puertas:

según las dimensiones más pequeñas a la luz

B13 Temperaturas de diseño del aire exterior e interior

Para la temperatura exterior calculada t n, °С, no se toma la temperatura promedio más baja del período de cinco días más frío t 5 , °C, y su valor con una seguridad de 0,92.

Para obtener este valor se selecciona el quinquenio más frío de cada año del segmento considerado PAGS, años (en SNiP 23-01-99* periodo de 1925 a 1980). Valores de temperatura seleccionados del período de cinco días más frío t Los 5 están clasificados en orden descendente. A cada valor se le asigna un número. t. seguridad A en el caso general, se calcula mediante la fórmula

Período del año	El nombre de una habitación.	Temperatura del aire, С		Temperatura resultante, С		Humedad relativa, %		Velocidad del aire, m/s
		óptimo	admisible	óptimo	admisible	óptimo	admisible, no más		óptimo, no más	admisible, no más
Frío	Sala de estar
	Lo mismo, en áreas con la temperatura del período de cinco días más frío (seguridad 0.92) menos 31С
	Baño, baño combinado
	Locales para descanso y estudio
	Corredor entre departamentos
	vestíbulo, escalera
	Almacenes
	Sala de estar

B14 Pérdida de calor con aire infiltrante. pérdida de calor adicional. Característica térmica específica. norte - coeficiente tomado en función de la posición de la superficie exterior de la estructura de cerramiento en relación con el aire exterior y determinado de acuerdo con SNiP II-3-79 **;

 - pérdidas de calor adicionales en porcentajes de las pérdidas principales, teniendo en cuenta:

a) para cercas exteriores verticales e inclinadas orientadas en direcciones desde las cuales en enero sopla el viento a una velocidad superior a 4,5 m / s con una frecuencia de al menos 15% (según SNiP 2.01.01.-82) en la cantidad de 0,05 a una velocidad del viento de hasta 5 m/s y en la cantidad de 0,10 a una velocidad de 5 m/s o más; para el diseño típico, se deben tener en cuenta pérdidas adicionales en la cantidad de 0.10 para el primer y segundo piso y 0.05 para el tercer piso;

b) para cercas verticales e inclinadas externas de edificios de varios pisos en la cantidad de 0.20 para el primer y segundo piso; 0,15 - para el tercero; 0,10 - para el cuarto piso de edificios de 16 o más pisos; para edificios de 10 a 15 pisos, se deben tener en cuenta pérdidas adicionales de 0,10 para el primer y segundo piso y 0,05 para el tercer piso.

Pérdida de calor para calentar el aire infiltrado.

Pérdida de calor para calentar el aire infiltrado. q en , kW, se calculan para cada habitación calentada con uno o gran cantidad ventanas o puertas balconeras en las paredes exteriores, en función de la necesidad de calentar el aire exterior con calefactores en la cantidad de un solo cambio de aire por hora según la fórmula

q en =0,28 L inf*r*s( t en - t norte )

La característica térmica específica de un edificio es el flujo de calor máximo para calentar un edificio a una diferencia de temperatura de un grado Celsius entre el ambiente interno y externo, referido a 1 metro cúbico. m de volumen calentado del edificio. Las características térmicas específicas reales están determinadas por los resultados de las pruebas o por los resultados de las mediciones del consumo real de energía térmica, etc. La característica térmica específica real con pérdidas de calor conocidas del edificio es igual a: q \u003d (Qzd / (Vout (tv - tn.p)), donde Qzd es la pérdida de calor calculada por todas las habitaciones del edificio, W; Vn es el volumen del edificio calentado según la medición externa, m.cub.; tv - temperatura del aire interior, C; tn.p - temperatura del aire exterior, C".

B15 Emisiones nocivas de personas de radiación solar y otras fuentes domésticas

Definición de disipación de calor. Los principales tipos de emisiones de calor incluyen las ganancias de calor de las personas, como resultado de la transición de energía mecánica a energía térmica, de equipos calefaccionados, de materiales de refrigeración y otros artículos importados a las instalaciones de producción, de fuentes de iluminación, de productos de combustión, de radiación solar, etc

La liberación de calor por parte de las personas. depende de la energía gastada por ellos y de la temperatura del aire en la habitación. Los datos para los hombres se dan en la Tabla. 2.3. Las emisiones de calor de las mujeres son del 85%, y los niños, un promedio del 75% de las emisiones de calor de los hombres.

Clasificación B16 de los sistemas de calefacción. Portadores de calor

Sistema de calefacción(CO) es un complejo de elementos diseñados para recibir, transferir y transferir la cantidad requerida de calor a las habitaciones con calefacción. Cada CO incluye tres elementos principales (Fig. 6.1): generador de calor 1, que sirve para obtener calor y transferirlo al refrigerante; sistema de tubería de calor 2 para transportar el refrigerante a través de ellos desde el generador de calor hasta los calentadores; aparatos de calefacción 3, transfiriendo calor del refrigerante al aire y los recintos de la habitación 4.

Como generador de calor para CO, puede servir una unidad de caldera de calefacción, en la que se quema combustible y el calor liberado se transfiere al refrigerante, o cualquier otro intercambiador de calor que utilice un refrigerante que no sea CO.

Requisitos SO:

- sanitario e higiénico- garantizar las temperaturas del aire en la habitación y las superficies de las cercas externas requeridas por las normas pertinentes;

- económico– asegurando costos mínimos reducidos para la construcción y operación, consumo mínimo de metal;

- construcción– velar por el cumplimiento de las decisiones arquitectónicas y urbanísticas e instructivas del edificio;

- montaje- garantizar la instalación por métodos industriales con el máximo uso de unidades prefabricadas unificadas con un número mínimo de tamaños estándar;

- Operacional- simplicidad y comodidad de mantenimiento, gestión y reparación, confiabilidad, seguridad y funcionamiento silencioso;

- estético- buena compatibilidad con la decoración arquitectónica interior de la habitación, el área mínima ocupada por CO.

La cantidad de calor que pasa a través de una superficie dada por unidad de tiempo se llama flujo de calor Q, W .

La cantidad de calor por unidad de área por unidad de tiempo se llama densidad de flujo de calor o flujo de calor específico y caracteriza la intensidad de la transferencia de calor.

(9.4)

Densidad de flujo de calor q, se dirige a lo largo de la normal a la superficie isotérmica en la dirección opuesta al gradiente de temperatura, es decir, en la dirección de disminución de la temperatura.

Si se conoce la distribución. q en la superficie F, entonces la cantidad total de calor qτ atravesó esta superficie durante el tiempo τ , se puede encontrar de acuerdo con la ecuación:

(9.5)

y el flujo de calor:

(9.5")

si el valor q es constante sobre la superficie considerada, entonces:

(9.5")

Ley de Fourier

Esta ley establece la cantidad de flujo de calor cuando se transfiere calor a través de la conducción de calor. científico francés J. B. Fourier en 1807 estableció que la densidad del flujo de calor a través de una superficie isotérmica es proporcional al gradiente de temperatura:

(9.6)

El signo menos en (9.6) indica que el flujo de calor se dirige en dirección opuesta al gradiente de temperatura (ver Fig. 9.1.).

Densidad de flujo de calor en una dirección arbitraria yo representa la proyección en esta dirección del flujo de calor en la dirección de la normal:

Coeficiente de conductividad térmica

Coeficiente λ , W/(m·K), en la ecuación de la ley de Fourier es numéricamente igual a la densidad de flujo de calor cuando la temperatura desciende un Kelvin (grado) por unidad de longitud. La conductividad térmica de varias sustancias depende de su propiedades físicas. Para un determinado cuerpo, el valor del coeficiente de conductividad térmica depende de la estructura del cuerpo, su peso volumétrico, la humedad, composición química, presión, temperatura. En los cálculos técnicos, el valor λ tomado de tablas de referencia, y es necesario asegurarse de que las condiciones para las cuales se da el valor del coeficiente de conductividad térmica en la tabla corresponden a las condiciones del problema calculado.

El coeficiente de conductividad térmica depende especialmente fuertemente de la temperatura. Para la mayoría de los materiales, como muestra la experiencia, esta dependencia se puede expresar mediante una fórmula lineal:

(9.7)

dónde λ o - coeficiente de conductividad térmica a 0 °C;

β - coeficiente de temperatura.

Coeficiente de conductividad térmica de los gases., y en particular los vapores depende fuertemente de la presión. El valor numérico del coeficiente de conductividad térmica para varias sustancias varía en un rango muy amplio: desde 425 W / (m K) para la plata hasta valores del orden de 0,01 W / (m K) para los gases. Esto se explica por el hecho de que el mecanismo de transferencia de calor por conducción térmica en varios entornos físicos diferente.

Los metales tienen valor más alto coeficiente de conductividad térmica. La conductividad térmica de los metales disminuye al aumentar la temperatura y disminuye bruscamente en presencia de impurezas y elementos de aleación. Entonces, la conductividad térmica del cobre puro es de 390 W / (m K), y el cobre con trazas de arsénico es de 140 W / (m K). La conductividad térmica del hierro puro es de 70 W / (m K), acero con 0,5% de carbono - 50 W / (m K), acero aleado con 18% de cromo y 9% de níquel - solo 16 W / (m K).

La dependencia de la conductividad térmica de algunos metales con la temperatura se muestra en la fig. 9.2.

Los gases tienen una baja conductividad térmica (del orden de 0,01...1 W/(m·K)), que aumenta fuertemente al aumentar la temperatura.

La conductividad térmica de los líquidos se deteriora con el aumento de la temperatura. La excepción es el agua y glicerol. En general, la conductividad térmica de los líquidos que caen (agua, aceite, glicerina) es mayor que la de los gases, pero menor que la de los sólidos y se encuentra en el rango de 0,1 a 0,7 W / (m K).

Arroz. 9.2. El efecto de la temperatura en la conductividad térmica de los metales.