FLUX DE CHALEUR

FLUX DE CHALEUR

La quantité de chaleur transférée à travers l'isotherme en unités temps. La dimension de T. p. coïncide avec la dimension du pouvoir. T. p. est mesuré en watts ou kcal / h (1 kcal / h \u003d 1,163 W). T. p., fait référence aux unités. isotherme surfaces, appelées densité T. p., bat. Etc. ou charge thermique ; généralement noté q, mesuré en W / m2 ou kcal / (m2 h). La densité T. p. est un vecteur dont toute composante est numériquement égale à la quantité de chaleur transférée en unités. temps en unités zone perpendiculaire à la direction prise.

Dictionnaire encyclopédique physique. - M. : Encyclopédie soviétique. . 1983 .

FLUX DE CHALEUR

Un vecteur dirigé dans le sens opposé au gradient de température et égal en abs. la quantité de chaleur passant par isotherme. surface par unité de temps. Il est mesuré en watts ou kcal / h (1 kcal / h \u003d 1,163 W). T. p., lié à l'unité isotherme. surfaces, appelées densité T. p. ou battements. T. p., en technologie - charge thermique. Battements d'unités. T. p. sert de W / m 2 et de kcal / (m 2 h).

Encyclopédie physique. En 5 tomes. - M. : Encyclopédie soviétique. Rédacteur en chef A. M. Prokhorov. 1988 .

Voyez ce qu'est "HEAT FLOW" dans d'autres dictionnaires :

flux de chaleur- Flux de chaleur - la quantité de chaleur traversant l'échantillon par unité de temps. [GOST 7076 99] Flux de chaleur - le flux d'énergie thermique transféré dans le processus d'échange de chaleur. [Dictionnaire terminologique du béton et du béton armé. FSUE… … Encyclopédie des termes, définitions et explications des matériaux de construction

La quantité de chaleur passant par unité de temps à travers une surface isotherme arbitraire ... Grand dictionnaire encyclopédique

- (a. flux de chaleur, flux de chaleur, taux de flux de chaleur ; n. Warmefluβ, Warmestromung ; f. courant calorifique, flux de chaleur ; i. corriente termico, torrente calorico, flujo termico) quantité de chaleur transférée par isotherme. surface par unité ... ... Encyclopédie géologique

La quantité de chaleur transférée à travers n'importe quelle surface dans le processus de transfert de chaleur. Il est caractérisé par la densité de T. p., qui est le rapport de la quantité de chaleur transférée à travers la surface à l'intervalle de temps pendant lequel cela ... ... Encyclopédie de la technologie

flux de chaleur- - [Ya.N. Luginsky, M.S. Fezi Zhilinskaya, Yu.S. Kabirov. Dictionnaire anglais russe du génie électrique et du génie électrique, Moscou, 1999] Sujets en génie électrique, concepts de base EN courant thermiqueflux thermiqueflux thermiqueflux thermique ... Manuel du traducteur technique

Flux de chaleur Q- W est la quantité de chaleur traversant l'enveloppe du bâtiment par unité de temps.

1. Paroi homogène. Considérons une épaisseur de paroi homogène (Fig. 1-7), la conductivité thermique, qui est constante. Des températures constantes sont maintenues sur les surfaces extérieures du mur. La température ne change que dans le sens de l'axe des x. Dans ce cas, le champ de température est unidimensionnel, les surfaces isothermes sont planes et situées perpendiculairement à l'axe x.

A une distance x, on sélectionne une couche d'épaisseur à l'intérieur du mur délimitée par deux surfaces isothermes. En nous basant sur la loi de Fourier [équation (1-1)] pour ce cas, nous pouvons écrire :

Densité flux de chaleur q dans des conditions thermiques stationnaires est constant dans chaque section, donc

La constante d'intégration C est déterminée à partir des conditions aux limites, à savoir pour a à . En substituant ces valeurs dans l'équation (b), nous avons :

À partir de l'équation (c), la valeur inconnue de la densité de flux de chaleur q est déterminée, à savoir :

Par conséquent, la quantité de chaleur transférée à travers une unité de surface de paroi par unité de temps est directement proportionnelle au coefficient de conductivité thermique et à la différence de température des surfaces extérieures et inversement proportionnelle à l'épaisseur de paroi.

L'équation (1-2) est la formule de calcul de la conductivité thermique d'un mur plat. Il relie quatre grandeurs : et . En connaissant trois d'entre eux, vous pouvez trouver le quatrième :

Le rapport s'appelle la conductivité thermique du mur et l'inverse s'appelle la résistance thermique. Ce dernier détermine la chute de température dans la paroi par unité de densité de flux thermique.

Si nous substituons les valeurs trouvées de C et de densité de flux thermique q dans l'équation (b), nous obtenons alors l'équation de la courbe de température

Cette dernière montre qu'à valeur constante du coefficient de conductivité thermique, la température d'une paroi homogène évolue selon une loi linéaire. En réalité, du fait de sa dépendance à la température, le coefficient de conductivité thermique est une variable. Si cette circonstance est prise en compte, on obtient alors d'autres formules de calcul plus complexes.

Pour la grande majorité des matériaux, la dépendance du coefficient de conductivité thermique à la température a un caractère linéaire de la forme. Dans ce cas, basé sur la loi de Fourier pour un mur plat, nous avons :

En divisant les variables et en intégrant, on obtient :

En substituant dans l'équation (e) les valeurs limites des variables, on a au

En soustrayant l'équation (g) de l'équation (h), on obtient :

Riz. 1-7. Mur plat homogène.

La nouvelle formule de calcul (1-4) est un peu plus compliquée que la formule (1-2). Là, nous avons pris la conductivité thermique constante et égale à une valeur moyenne.

En mettant en équation les bonnes parties de ces formules, nous avons :

Par conséquent, si elle est déterminée par la moyenne arithmétique des valeurs limites des températures de paroi, les formules (1-2) et (1-4) sont équivalentes.

Compte tenu de la dépendance du coefficient de conductivité thermique à la température, l'équation de la courbe de température dans le mur est obtenue en résolvant l'équation (e) par rapport à t et en substituant la valeur C de (g), à savoir :

Par conséquent, dans ce cas, la température de la paroi ne change pas de manière linéaire, mais le long d'une courbe. De plus, si le coefficient b est positif, la convexité de la courbe est dirigée vers le haut, et si elle est négative - vers le bas (voir Fig. 1-10).

2. Mur multicouche.

Les parois constituées de plusieurs couches hétérogènes sont dites multicouches.

Ce sont, par exemple, les murs des bâtiments résidentiels, dans lesquels, sur la couche de briques principale, il y a un enduit interne d'un côté et un revêtement externe de l'autre. Le revêtement des fours, chaudières et autres appareils thermiques se compose également généralement de plusieurs couches.

Riz. 1-8. Mur plat multicouche.

Soit le mur composé de trois couches hétérogènes mais étroitement adjacentes (Fig. 1-8). L'épaisseur de la première couche des deuxième et troisième. En conséquence, les coefficients de conductivité thermique des couches. De plus, les températures des surfaces extérieures de la paroi sont connues. Le contact thermique entre les surfaces est supposé idéal ; on note la température aux points de contact par .

En régime stationnaire, la densité de flux de chaleur est constante et la même pour toutes les couches. Par conséquent, sur la base de l'équation (1-2), nous pouvons écrire :

A partir de ces équations, il est facile de déterminer les différences de température dans chaque couche :

La somme des différences de température dans chaque couche est la différence de température totale. En additionnant les parties gauche et droite du système d'équations (m), on obtient :

A partir de la relation (n) on détermine la valeur de la densité de flux thermique :

Par analogie avec ce qui précède, vous pouvez immédiatement écrire la formule de calcul pour le mur -layer:

Étant donné que chaque terme du dénominateur dans la formule (1-6) représente la résistance thermique de la couche, il découle de l'équation (1-7) que la résistance thermique totale de la paroi multicouche est égale à la somme des résistances thermiques partielles .

Riz. 1-9. Méthode graphique de détermination des températures intermédiaires.

Si la valeur de la densité de flux de chaleur de l'équation (1-6) est substituée dans l'équation (m), alors nous obtenons les valeurs de températures inconnues :

À l'intérieur de chaque couche, la température évolue en ligne droite, mais pour un mur multicouche dans son ensemble, il s'agit d'une ligne brisée (Fig. 1-8). Les valeurs des températures inconnues d'un mur multicouche peuvent également être déterminées graphiquement (Fig. 1-9). Lors du traçage le long de l'axe des x à n'importe quelle échelle, mais dans l'ordre des couches, les valeurs de leurs résistances thermiques sont tracées et les perpendiculaires sont restaurées. À l'extrême d'entre eux, également à une échelle arbitraire, mais à la même échelle, les valeurs des températures extérieures sont tracées.

Les points résultants A et C sont reliés par une droite. Les points d'intersection de cette ligne avec les perpendiculaires moyennes donnent les valeurs des températures souhaitées. Avec une telle construction. Par conséquent,

En substituant les valeurs des segments, on obtient :

De manière similaire, nous prouvons que

Parfois, dans un souci de réduction des calculs, un mur multicouche est calculé comme une épaisseur monocouche (uniforme). Dans ce cas, la conductivité thermique dite équivalente est introduite dans le calcul, qui est déterminée à partir de la relation

Nous avons donc :

Ainsi, la conductivité thermique équivalente ne dépend que des valeurs des résistances thermiques et de l'épaisseur des couches individuelles.

Lors de la dérivation de la formule de calcul pour un mur multicouche, nous avons supposé que les couches sont étroitement adjacentes et, en raison d'un contact thermique idéal, les surfaces en contact des différentes couches ont la même température. Cependant, si les surfaces sont rugueuses, un contact étroit est impossible et des vides d'air se forment entre les couches. La conductivité thermique de l'air étant faible, la présence d'interstices même très fins peut grandement affecter la réduction de la conductivité thermique équivalente d'une paroi multicouche. Un effet similaire est exercé par la couche d'oxyde métallique. Par conséquent, lors du calcul et surtout lors de la mesure de la conductivité thermique d'un mur multicouche, il convient de prêter attention à la densité de contact entre les couches.

Exemple 1-1. Déterminez la perte de chaleur à travers un mur de briques de 5 m de long, 3 m de haut et 250 mm d'épaisseur si les températures sont maintenues sur les surfaces du mur. Coefficient de conductivité thermique de la brique A = 0,6 W / (m ° C).

Selon l'équation (1-2)

Exemple 1-2. Déterminez la valeur du coefficient de conductivité thermique du matériau de la paroi si, avec une épaisseur de mm et une différence de température, la densité de flux thermique est .

I. Mesure de la densité des flux thermiques traversant l'enveloppe du bâtiment. GOST 25380-82.

Flux de chaleur - la quantité de chaleur transférée à travers une surface isotherme par unité de temps. Le flux de chaleur est mesuré en watts ou kcal / h (1 W \u003d 0,86 kcal / h). Le flux thermique par unité de surface isotherme est appelé densité de flux thermique ou charge thermique ; généralement noté q, mesuré en W/m2 ou kcal/(m2 × h). La densité de flux thermique est un vecteur dont toute composante est numériquement égale à la quantité de chaleur transférée par unité de temps à travers une unité de surface perpendiculaire à la direction de la composante prise.

Les mesures de la densité des flux de chaleur traversant l'enveloppe du bâtiment sont effectuées conformément à GOST 25380-82 "Bâtiments et structures. Méthode de mesure de la densité des flux de chaleur traversant l'enveloppe du bâtiment".

Cette norme établit une méthode unifiée pour déterminer la densité des flux de chaleur traversant les enveloppes monocouches et multicouches des bâtiments et des structures résidentielles, publiques, industrielles et agricoles lors d'une étude expérimentale et dans leurs conditions d'exploitation.

La densité de flux thermique est mesurée à l'échelle d'un appareil spécialisé, qui comprend un convertisseur de flux thermique, ou est calculée à partir des résultats de la mesure emf. sur des transducteurs de flux de chaleur pré-calibrés.

Le schéma de mesure de la densité de flux thermique est illustré sur le dessin.

1 - structure enveloppante ; 2 - convertisseur de flux de chaleur ; 3 - compteur emf;

tv, tn - température de l'air intérieur et extérieur;

τн, τв, τ"в — la température des surfaces extérieures et intérieures de la structure enveloppante à proximité et sous le convertisseur, respectivement ;

R1, R2 - résistance thermique de l'enveloppe du bâtiment et du convertisseur de flux thermique ;

q1, q2 sont la densité de flux de chaleur avant et après la fixation du transducteur

II. Rayonnement infrarouge. Sources. Protection.

Protection contre le rayonnement infrarouge sur le lieu de travail.

La source de rayonnement infrarouge (IR) est tout corps chauffé dont la température détermine l'intensité et le spectre de l'énergie électromagnétique émise. Longueur d'onde avec une énergie maximale Radiation thermique est déterminé par la formule :

λmax = 2,9-103 / T [µm] (1)

où T est la température absolue du corps rayonnant, K.

Le rayonnement infrarouge est divisé en trois domaines :

ondes courtes (X = 0,7 - 1,4 microns) ;

onde moyenne (k \u003d 1,4 - 3,0 microns):

grande longueur d'onde (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

Les ondes électriques de la gamme infrarouge ont principalement un effet thermique sur le corps humain. Dans ce cas, il faut tenir compte : de l'intensité et de la longueur d'onde avec le maximum d'énergie ; surface rayonnée ; durée d'exposition par jour de travail et durée d'exposition continue; intensité du travail physique et mobilité aérienne sur le lieu de travail; qualité des combinaisons ; caractéristiques individuelles du travailleur.

Les rayons de la gamme des ondes courtes avec une longueur d'onde de λ ≤ 1,4 μm ont la capacité de pénétrer dans les tissus du corps humain de plusieurs centimètres. Un tel rayonnement infrarouge pénètre facilement à travers la peau et le crâne dans le tissu cérébral et peut affecter les cellules cérébrales, provoquant de graves lésions cérébrales, dont les symptômes sont des vomissements, des étourdissements, une dilatation des vaisseaux sanguins de la peau, une chute de la pression artérielle et une circulation sanguine altérée. .et respiration, convulsions, parfois perte de conscience. Lorsqu'il est irradié avec des rayons infrarouges à ondes courtes, une augmentation de la température des poumons, des reins, des muscles et d'autres organes est également observée. Dans le sang, la lymphe, le liquide céphalo-rachidien, des substances biologiquement actives spécifiques apparaissent, il y a une violation processus métaboliques, l'état fonctionnel du système nerveux central change.

Les rayons de la gamme des ondes moyennes avec une longueur d'onde de λ = 1,4 - 3,0 microns sont retenus dans les couches superficielles de la peau à une profondeur de 0,1 - 0,2 mm. Par conséquent, leur effet physiologique sur le corps se manifeste principalement par une augmentation de la température de la peau et un échauffement du corps.

L'échauffement le plus intense de la surface de la peau humaine se produit avec le rayonnement IR avec λ > 3 µm. Sous son influence, l'activité des systèmes cardiovasculaire et respiratoire, ainsi que l'équilibre thermique de l'organisme, sont perturbés, ce qui peut entraîner un coup de chaleur.

L'intensité du rayonnement thermique est régulée en fonction de la sensation subjective de l'énergie de rayonnement par une personne. Selon GOST 12.1.005-88, l'intensité de l'exposition thermique des travailleurs provenant des surfaces chauffées des équipements de traitement et des luminaires ne doit pas dépasser : 35 W/m2 avec une exposition à plus de 50 % de la surface corporelle ; 70 W/m2 lorsqu'il est exposé à 25 à 50 % de la surface corporelle ; 100 W/m2 lorsqu'ils n'irradient pas plus de 25 % de la surface corporelle. À partir de sources ouvertes (métal et verre chauffés, flamme nue), l'intensité de l'exposition thermique ne doit pas dépasser 140 W / m2 avec une exposition ne dépassant pas 25% de la surface corporelle et l'utilisation obligatoire d'équipements de protection individuelle, y compris une protection faciale et œil.

Les normes limitent également la température des surfaces chauffées de l'équipement dans la zone de travail, qui ne doit pas dépasser 45 °C.

La température de surface de l'équipement, à l'intérieur de laquelle la température est proche de 100 0C, ne doit pas dépasser 35 0C.

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

Les principaux types de protection contre le rayonnement infrarouge comprennent :

1. protection du temps ;

2. protection à distance ;

3. blindage, isolation thermique ou refroidissement des surfaces chaudes ;

4. augmentation du transfert de chaleur du corps humain;

5. équipement de protection individuelle ;

6. élimination de la source de chaleur.

La protection temporelle permet de limiter le temps passé par le rayonnement opérant dans la zone de rayonnement. Le temps de séjour sûr d'une personne dans la zone d'action du rayonnement IR dépend de son intensité (densité de flux) et est déterminé selon le tableau 1.

Tableau 1

Temps de séjour en toute sécurité des personnes dans la zone de rayonnement IR

La distance de sécurité est déterminée par la formule (2) en fonction de la durée de séjour dans la zone de travail et de la densité de rayonnement IR admissible.

La puissance du rayonnement IR peut être réduite par des solutions de conception et technologiques (remplacement du mode et de la méthode de chauffage des produits, etc.), ainsi qu'en revêtant les surfaces chauffantes de matériaux calorifuges.

Il existe trois types d'écrans :

opaque;

· transparent;

translucide.

Dans les écrans opaques, l'énergie oscillations électromagnétiques, interagissant avec la substance de l'écran, se transforme en thermique. Dans ce cas, l'écran s'échauffe et, comme tout corps chauffé, devient une source de rayonnement thermique. Le rayonnement de la surface de l'écran opposée à la source est conditionnellement considéré comme le rayonnement transmis de la source. Les écrans opaques comprennent: le métal, l'alfa (à partir de papier d'aluminium), le poreux (béton mousse, verre mousse, argile expansée, pierre ponce), l'amiante et autres.

Dans les écrans transparents, le rayonnement se propage à l'intérieur selon les lois de l'optique géométrique, ce qui assure la visibilité à travers l'écran. Ces écrans sont constitués de différents types de verre, des rideaux d'eau en film (libre et coulant sur le verre) sont également utilisés.

Les écrans translucides combinent les propriétés des écrans transparents et non transparents. Il s'agit notamment des treillis métalliques, des rideaux de chaîne, des écrans de verre renforcés de treillis métallique.

· réfléchissant la chaleur;

· absorbant la chaleur;

dissipateur de chaleur.

Cette division est plutôt arbitraire, puisque chaque écran a la capacité de réfléchir, d'absorber et d'évacuer la chaleur. L'attribution de l'écran à l'un ou l'autre groupe est déterminée par laquelle de ses capacités est la plus prononcée.

Les écrans réfléchissant la chaleur ont un faible degré de noirceur de surface, de sorte qu'ils réfléchissent une partie importante de l'énergie rayonnante incidente sur eux dans la direction opposée. Alfol, tôle d'aluminium, acier galvanisé sont utilisés comme matériaux réfléchissant la chaleur.

Les écrans absorbant la chaleur sont appelés écrans constitués de matériaux à haute résistance thermique (faible conductivité thermique). Les briques réfractaires et calorifuges, l'amiante et la laine de laitier sont utilisés comme matériaux absorbant la chaleur.

En tant qu'écrans anti-chaleur, les rideaux d'eau sont les plus largement utilisés, tombant librement sous la forme d'un film, ou irriguant une autre surface de criblage (par exemple, en métal), ou enfermés dans un boîtier spécial en verre ou en métal.

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

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

q3 est la densité de flux du rayonnement IR avec l'utilisation de la protection, W/m2 ;

t est la température du rayonnement IR sans utilisation de protection, °C ;

t3 est la température du rayonnement IR avec l'utilisation de la protection, °С.

Le flux d'air dirigé directement vers le travailleur permet d'augmenter l'évacuation de la chaleur de son corps en environnement. Le choix du débit d'air dépend de la gravité du travail effectué et de l'intensité du rayonnement infrarouge, mais il ne doit pas dépasser 5 m / s, car dans ce cas, le travailleur ressent des sensations désagréables (par exemple, des acouphènes). L'efficacité des douches à air augmente lorsque l'air envoyé au poste de travail est refroidi ou lorsque de l'eau finement pulvérisée y est mélangée (douche eau-air).

En tant qu'équipement de protection individuelle, des combinaisons en coton et en laine, des tissus avec un revêtement métallique (réfléchissant jusqu'à 90% du rayonnement infrarouge) sont utilisées. Des lunettes, des boucliers avec des lunettes spéciales sont conçues pour protéger les yeux - des filtres légers de couleur jaune-vert ou bleu.

Les mesures thérapeutiques et préventives prévoient l'organisation d'un régime rationnel de travail et de repos. La durée des interruptions de travail et leur fréquence sont déterminées par l'intensité du rayonnement infrarouge et la sévérité du travail. Parallèlement aux inspections périodiques, des examens médicaux sont effectués pour prévenir les maladies professionnelles.

III. Instruments utilisés.

Pour mesurer la densité des flux thermiques traversant l'enveloppe du bâtiment et vérifier les propriétés des écrans thermiques, nos spécialistes ont développé des appareils de la série.

Champ d'application:

Les appareils de la série IPP-2 sont largement utilisés dans la construction, les organisations scientifiques, dans diverses installations énergétiques et dans de nombreuses autres industries.

La mesure de la densité de flux thermique, en tant qu'indicateur des propriétés d'isolation thermique de divers matériaux, est effectuée à l'aide d'appareils de la série IPP-2 à :

Essais des structures enveloppantes ;

Détermination des pertes de chaleur dans les réseaux de chauffage de l'eau ;

Réalisation de travaux de laboratoire dans les universités (départements « Life Safety », « Industrial Ecology », etc.).

La figure montre un prototype de support "Détermination des paramètres de l'air dans la zone de travail et protection contre les effets thermiques" BZhZ 3 (fabriqué par Intos + LLC).

Le stand contient une source de rayonnement thermique sous la forme d'un réflecteur domestique, devant lequel est installé un écran thermique composé de divers matériaux (tissu, tôle, jeu de chaînes, etc.). Derrière l'écran à différentes distances de celui-ci à l'intérieur du modèle de pièce, le dispositif IPP-2 est placé, qui mesure la densité de flux thermique. Une hotte aspirante avec ventilateur est placée au-dessus du modèle de pièce. Appareil de mesure IPP-2 dispose d'un capteur supplémentaire qui vous permet de mesurer la température de l'air à l'intérieur de la pièce. Ainsi, le stand BZhZ 3 permet de quantifier l'efficacité de différents types de protection thermique et d'un système de ventilation locale.

Le statif permet de mesurer l'intensité du rayonnement thermique en fonction de la distance à la source, de déterminer l'efficacité des propriétés protectrices des écrans constitués de divers matériaux.

IV. Principe de fonctionnement et conception du dispositif IPP-2.

Structurellement, l'unité de mesure de l'appareil est réalisée dans un boîtier en plastique.

Le principe de fonctionnement de l'appareil repose sur la mesure de la différence de température sur la "paroi auxiliaire". L'amplitude de la différence de température est proportionnelle à la densité de flux de chaleur. La différence de température est mesurée à l'aide d'un thermocouple à ruban situé à l'intérieur de la plaque de sonde, qui agit comme une "paroi auxiliaire".

En mode de fonctionnement, l'appareil effectue une mesure cyclique du paramètre sélectionné. Une transition est effectuée entre les modes de mesure de la densité de flux thermique et de la température, ainsi que l'indication de la charge de la batterie en pourcentages de 0% ... 100%. Lors de la commutation entre les modes, l'inscription correspondante du mode sélectionné s'affiche sur l'indicateur. L'appareil peut également effectuer un enregistrement automatique périodique des valeurs mesurées dans une mémoire non volatile avec référence au temps. L'activation/désactivation de l'enregistrement des statistiques, le réglage des paramètres d'enregistrement, la lecture des données accumulées s'effectuent à l'aide du logiciel fourni à la commande.

Particularités :

• Possibilité de définir des seuils pour les alarmes sonores et lumineuses. Les seuils sont les limites supérieures ou inférieures du changement autorisé de la valeur correspondante. Si la valeur de seuil supérieure ou inférieure est dépassée, l'appareil détecte cet événement et la LED s'allume sur l'indicateur. Si l'appareil est correctement configuré, le dépassement des seuils s'accompagne d'un signal sonore.

· Transfert des valeurs mesurées à l'ordinateur sur l'interface RS 232.

L'avantage de l'appareil est la possibilité de connecter alternativement jusqu'à 8 sondes de flux de chaleur différentes à l'appareil. Chaque sonde (capteur) a son propre facteur d'étalonnage individuel (facteur de conversion Kq), indiquant de combien la tension du capteur change par rapport au flux de chaleur. Ce coefficient est utilisé par l'instrument pour construire la caractéristique d'étalonnage de la sonde, qui détermine la valeur mesurée actuelle du flux de chaleur.

Modifications des sondes pour mesurer la densité de flux thermique :

Les sondes de flux thermique sont conçues pour mesurer la densité de flux thermique de surface selon GOST 25380-92.

Apparition des sondes de flux de chaleur

1. La sonde de flux thermique à presse PTP-ХХХП avec ressort est disponible dans les modifications suivantes (selon la plage de mesure de la densité de flux thermique):

— PTP-2.0P : de 10 à 2000 W/m2 ;

— PTP-9.9P : de 10 à 9999 W/m2.

2. Sonde de flux thermique sous la forme d'une "pièce" sur un câble flexible PTP-2.0.

Plage de mesure de la densité de flux thermique : de 10 à 2000 W/m2.

Modifications des sondes de température :

Apparition des sondes de température

1. Les thermocouples à immersion TPP-A-D-L basés sur la thermistance Pt1000 (thermocouples à résistance) et les thermocouples ТХА-А-D-L basés sur les thermocouples XА (thermocouples électriques) sont conçus pour mesurer la température de divers fluides liquides et gazeux, ainsi que des matériaux en vrac.

Plage de mesure de température :

- pour la Chambre de Commerce et d'Industrie-A-D-L : de -50 à +150 °С ;

- pour ТХА-А-D-L : de -40 à +450 °С.

Dimensions:

- D (diamètre) : 4, 6 ou 8 mm ;

- L (longueur) : de 200 à 1000 mm.

2. Le thermocouple ТХА-А-D1/D2-LП basé sur le thermocouple XА (thermocouple électrique) est conçu pour mesurer la température d'une surface plane.

Dimensions:

- D1 (diamètre de la "goupille métallique") : 3 mm ;

- D2 (diamètre de base - "patch") : 8 mm ;

- L (longueur de la "goupille métallique") : 150 mm.

3. Le thermocouple ТХА-А-D-LC basé sur le thermocouple ХА (thermocouple électrique) est conçu pour mesurer la température des surfaces cylindriques.

Plage de mesure de température : de -40 à +450 °С.

Dimensions:

- D (diamètre) - 4 mm;

- L (longueur de la "goupille métallique") : 180 mm ;

- largeur du ruban - 6 mm.

Le kit de livraison de l'appareil de mesure de la densité de la charge thermique du fluide comprend :

2. Sonde pour mesurer la densité de flux de chaleur.*

3. Sonde de température.*

4. Logiciel.**

5. Câble de connexion à un ordinateur personnel. **

6. Certificat d'étalonnage.

7. Manuel d'utilisation et passeport pour l'appareil IPP-2.

8. Passeport pour les convertisseurs thermoélectriques (sondes de température).

9. Passeport pour la sonde de densité de flux thermique.

10. Adaptateur réseau.

* - Les plages de mesure et la conception de la sonde sont déterminées au stade de la commande

** - Les postes sont livrés sur commande spéciale.

V. Préparation de l'appareil pour le fonctionnement et prise de mesures.

Préparation de l'appareil pour le travail.

Retirez l'appareil de l'emballage. Si l'appareil est amené dans une pièce chaude à partir d'une pièce froide, il est nécessaire de laisser l'appareil se réchauffer à température ambiante pendant 2 heures. Chargez complètement la batterie en quatre heures. Placez la sonde à l'endroit où les mesures seront prises. Connectez la sonde à l'instrument. Si l'appareil doit être utilisé en combinaison avec un ordinateur personnel, il est nécessaire de connecter l'appareil à un port COM libre de l'ordinateur à l'aide d'un câble de connexion. Connectez l'adaptateur réseau à l'appareil et installez le logiciel conformément à la description. Allumez l'appareil en appuyant brièvement sur le bouton. Si nécessaire, régler l'appareil conformément au paragraphe 2.4.6. Manuels d'utilisation. Lorsque vous travaillez avec un ordinateur personnel, définissez l'adresse réseau et le taux de change de l'appareil conformément au paragraphe 2.4.8. Manuels d'utilisation. Commencez à mesurer.

Vous trouverez ci-dessous un schéma de commutation en mode "Travail".

Préparation et réalisation de mesures lors d'essais thermiques d'enveloppes de bâtiments.

1. La mesure de la densité de flux thermique est généralement effectuée de l'intérieur des structures enveloppantes des bâtiments et des structures.

Il est permis de mesurer la densité des flux de chaleur provenant de l'extérieur des structures enveloppantes s'il est impossible de les mesurer de l'intérieur (environnement agressif, fluctuations des paramètres de l'air), à condition de maintenir une température stable en surface. Le contrôle des conditions de transfert de chaleur est effectué à l'aide d'une sonde de température et de moyens de mesure de la densité de flux thermique : lors de la mesure pendant 10 minutes. leurs lectures doivent être comprises dans l'erreur de mesure des instruments.

2. Les surfaces sont choisies spécifiques ou caractéristiques pour l'ensemble de l'enveloppe du bâtiment testé, en fonction de la nécessité de mesurer la densité de flux de chaleur locale ou moyenne.

Les sections sélectionnées sur la structure enveloppante pour les mesures doivent avoir une couche de surface du même matériau, le même traitement et état de surface, avoir les mêmes conditions de transfert de chaleur rayonnante et ne doivent pas être à proximité d'éléments pouvant changer de direction et de valeur des flux de chaleur.

3. Les surfaces des structures d'enceinte, sur lesquelles le convertisseur de flux thermique est installé, sont nettoyées jusqu'à ce que la rugosité visible et tangible au toucher soit éliminée.

4. Le transducteur est fermement pressé sur toute sa surface contre la structure d'enceinte et fixé dans cette position, assurant un contact constant du transducteur de flux thermique avec la surface des zones étudiées pendant toutes les mesures ultérieures.

Lors du montage du transducteur entre celui-ci et la structure d'enceinte, la formation d'entrefers n'est pas autorisée. Pour les exclure, une fine couche de vaseline technique est appliquée sur la surface des sites de mesure, couvrant les irrégularités de surface.

Le transducteur peut être fixé le long de sa surface latérale avec une solution de gypse de construction, de vaseline technique, de pâte à modeler, une tige avec un ressort et d'autres moyens qui excluent la distorsion du flux de chaleur dans la zone de mesure.

5. Lors des mesures opérationnelles de la densité de flux thermique, la surface lâche du transducteur est collée avec une couche de matériau ou recouverte de peinture avec un degré d'émissivité identique ou similaire avec une différence de 0,1 en tant que matériau de la couche de surface de la structure enveloppante.

6. L'appareil de lecture est situé à une distance de 5 à 8 m du lieu de mesure ou dans une pièce adjacente pour exclure l'influence de l'observateur sur la valeur du flux de chaleur.

7. Lors de l'utilisation d'appareils de mesure de la force électromotrice, qui ont des restrictions sur la température ambiante, ils sont placés dans une pièce avec une température de l'air acceptable pour le fonctionnement de ces appareils, et le convertisseur de flux thermique leur est connecté à l'aide de rallonges.

8. L'équipement selon la revendication 7 est préparé pour fonctionner conformément au mode d'emploi de l'appareil correspondant, notamment en tenant compte du temps d'exposition nécessaire de l'appareil pour y établir un nouveau régime de température.

Préparation et prise de mesures

(lors de travaux de laboratoire sur l'exemple de travaux de laboratoire "Recherche de moyens de protection contre le rayonnement infrarouge").

Connectez la source IR à la prise. Allumez la source de rayonnement IR (partie supérieure) et le compteur de densité de flux thermique IPP-2.

Installez la tête du densimètre à une distance de 100 mm de la source de rayonnement IR et déterminez la densité de flux thermique (valeur moyenne de trois à quatre mesures).

Déplacez manuellement le trépied le long de la règle, en réglant la tête de mesure aux distances de la source de rayonnement indiquées sous la forme du tableau 1, et répétez les mesures. Entrez les données de mesure sous la forme du tableau 1.

Construire un graphique de la dépendance de la densité de flux IR sur la distance.

Répétez les mesures selon les paragraphes. 1 — 3 avec différentes Données de mesures à saisir sous forme de tableau 1. Construire des graphiques de la dépendance de la densité de flux du rayonnement IR sur la distance pour chaque écran.

Tableau formulaire 1

Evaluer l'efficacité de l'action protectrice des écrans selon la formule (3).

Installez un écran de protection (comme indiqué par l'enseignant), placez une brosse large de l'aspirateur dessus. Allumez l'aspirateur en mode d'admission d'air, simulant un dispositif de ventilation par aspiration, et après 2-3 minutes (après l'établissement du régime thermique de l'écran), déterminez l'intensité du rayonnement thermique aux mêmes distances qu'au paragraphe 3. Evaluer l'efficacité de la protection thermique combinée à l'aide de la formule (3).

La dépendance de l'intensité du rayonnement thermique à la distance pour un écran donné en mode de ventilation par aspiration doit être tracée sur le graphique général (voir point 5).

Déterminer l'efficacité de la protection en mesurant la température pour un écran donné avec et sans ventilation par aspiration à l'aide de la formule (4).

Construire des graphiques de l'efficacité de la protection de la ventilation par aspiration et sans elle.

Mettez l'aspirateur en mode soufflerie et allumez-le. En dirigeant le flux d'air vers la surface d'un écran de protection donné (mode douche), répéter les mesures conformément aux paragraphes. 7 - 10. Comparez les résultats de mesure des paragraphes. 7-10.

Fixez le tuyau de l'aspirateur sur l'une des grilles et allumez l'aspirateur en mode "souffleur", en dirigeant le flux d'air presque perpendiculairement au flux de chaleur (légèrement vers) - une imitation d'un rideau d'air. À l'aide du compteur IPP-2, mesurez la température du rayonnement infrarouge sans et avec le "ventilateur".

Construire des graphiques de l'efficacité de la protection "blower" selon la formule (4).

VI. Les résultats de mesure et leur interprétation

(sur l'exemple des travaux de laboratoire sur le thème "Recherche de moyens de protection contre le rayonnement infrarouge" dans l'un des universités techniques Moscou).

Table. Cheminée électrique EXP-1,0/220. Rack pour placer des écrans interchangeables. Rack pour l'installation d'une tête de mesure. Densimètre de flux thermique IPP-2M. Règle. Aspirateur Typhoon-1200.

L'intensité (densité de flux) du rayonnement IR q est déterminée par la formule :

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

où S est l'aire de la surface rayonnante, m2;

T est la température de la surface rayonnante, K ;

r est la distance de la source de rayonnement, m.

L'un des types de protection les plus courants contre le rayonnement infrarouge est le blindage des surfaces émettrices.

Il existe trois types d'écrans :

opaque;

· transparent;

translucide.

Selon le principe de fonctionnement, les écrans sont divisés en:

· réfléchissant la chaleur;

· absorbant la chaleur;

dissipateur de chaleur.

Tableau 1

L'efficacité de la protection contre le rayonnement thermique à l'aide des écrans E est déterminée par les formules :

E \u003d (q - q3) / q

où q est la densité de flux de rayonnement IR sans protection, W/m2 ;

q3 est la densité du flux de rayonnement IR avec l'utilisation de la protection, W/m2.

Types d'écrans de protection (opaques) :

1. Écran mixte - cotte de mailles.

E-mail = (1550 - 560) / 1550 = 0,63

2. Écran métallique avec une surface noircie.

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

3. Écran en aluminium réfléchissant la chaleur.

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

Traçons la dépendance de la densité de flux IR sur la distance pour chaque écran.

Pas de protection

Comme on peut le voir, l'efficacité de l'action protectrice des écrans varie :

1. L'effet protecteur minimum d'un écran mixte - cotte de mailles - 0,63 ;

2. Écran en aluminium avec une surface noircie - 0,86 ;

3. L'écran en aluminium réfléchissant la chaleur a le plus grand effet protecteur - 0,99.

Lors de l'évaluation des performances thermiques des enveloppes et des structures du bâtiment et de l'établissement de la consommation de chaleur réelle par les enveloppes extérieures du bâtiment, les principaux documents réglementaires suivants sont utilisés :

·GOST 25380-82. Méthode de mesure de la densité des flux thermiques traversant les enveloppes des bâtiments.

Lors de l'évaluation des performances thermiques de divers moyens de protection contre le rayonnement infrarouge, les principaux documents réglementaires suivants sont utilisés :

·GOST 12.1.005-88. SSBT. Aération de la zone de travail. Exigences sanitaires et hygiéniques générales.

·GOST 12.4.123-83. SSBT. Moyens de protection contre le rayonnement infrarouge. Classification. Exigences techniques générales.

· GOST 12.4.123-83 « Système de normes de sécurité du travail. Moyens de protection collective contre le rayonnement infrarouge. Exigences techniques générales".

EN 1 types de transfert de chaleur

La théorie du transfert de chaleur est la science des processus de transfert de chaleur. Le transfert de chaleur est un processus complexe qui peut être divisé en un certain nombre de processus simples. Il existe trois processus élémentaires de transfert de chaleur qui sont fondamentalement différents les uns des autres : la conductivité thermique, la convection et le rayonnement thermique.

Conductivité thermique- se produit par contact direct (collision) de particules de matière (molécules, atomes, électrons libres), accompagné d'un échange d'énergie. La conductivité thermique dans les gaz et les liquides est négligeable. Les processus de conduction thermique dans les solides se déroulent de manière beaucoup plus intensive. Les corps à faible conductivité thermique sont appelés calorifuges.

Convection- se produit uniquement dans les liquides et les gaz et représente le transfert de chaleur résultant du mouvement et du mélange de particules d'un liquide ou d'un gaz. La convection s'accompagne toujours d'une conduction thermique.

Si le mouvement des particules d'un liquide ou d'un gaz est déterminé par la différence de leurs densités (due à la différence de température), alors ce mouvement est appelé convection naturelle.

Si un liquide ou un gaz est déplacé par une pompe, un ventilateur, un éjecteur et d'autres dispositifs, ce mouvement est appelé convection forcée. L'échange de chaleur se produit dans ce cas de manière beaucoup plus intense que lors de la convection naturelle.

Radiation thermique consiste en un transfert de chaleur d'un corps à un autre par des ondes électromagnétiques résultant de perturbations moléculaires et atomiques complexes. Les ondes électromagnétiques se propagent depuis la surface du corps dans toutes les directions. En rencontrant d'autres corps sur son chemin, l'énergie rayonnante peut être partiellement absorbée par eux, se transformant en chaleur (augmentant leur température).

B2 Loi de Fourier et conductivité thermique

Étudiant les processus de propagation de la chaleur dans les solides, Fourier a établi expérimentalement que la quantité de chaleur transférée est proportionnelle à la chute de température, au temps et à la surface de la section perpendiculaire à la direction de propagation de la chaleur.

Si la quantité de chaleur transférée est attribuée à une unité de section et à une unité de temps, alors on peut écrire :

L'équation (1.6) est une expression mathématique de la loi fondamentale de la conduction thermique - Loi de Fourier. Cette loi sous-tend toutes les études théoriques et expérimentales des processus de conduction thermique. Le signe moins indique que le vecteur de flux de chaleur est dirigé dans la direction opposée au gradient de température.

Coefficient de conductivité thermique

Multiplicateur de proportionnalité  dans l'équation (1.6) est le coefficient de conductivité thermique. Il caractérise les propriétés physiques du corps et sa capacité à conduire la chaleur :

(1.7)

Évaluer  est la quantité de chaleur qui passe par unité de temps à travers une unité de surface d'une surface isotherme avec un gradient de température égal à un.

Pour diverses substances le coefficient de conductivité thermique est différent et dépend de la nature de la substance, de sa structure, de l'humidité, de la présence d'impuretés, de la température et d'autres facteurs. Dans les calculs pratiques, le coefficient de conductivité thermique des matériaux de construction doit être considéré comme faisant partie du SNiP II-3-79 ** "Construction Heat Engineering".

Par exemple:

pour les gaz -  = 0.0050.5 [W/mC]

pour liquides -  = 0.080.7 [W/mC]

matériaux de construction et isolants thermiques -  = 0.023.0 [W/mC]

pour les métaux -  = 20400 [W/mC]

B3 Conductivité thermique

La conductivité thermique est le processus de transfert d'énergie interne des parties les plus chauffées du corps (ou des corps) vers des parties (ou des corps) moins chauffées, réalisé par des particules du corps en mouvement aléatoire (atomes, molécules, électrons, etc.). Un tel transfert de chaleur peut se produire dans n'importe quel corps avec une distribution de température non uniforme, mais le mécanisme de transfert de chaleur dépendra de l'état d'agrégation de la substance.

La conductivité thermique est également appelée une caractéristique quantitative de la capacité d'un corps à conduire la chaleur. En comparaison des circuits thermiques avec des circuits électriques, il s'agit d'un analogue de la conductivité.

La capacité d'une substance à conduire la chaleur est caractérisée par coefficient de conductivité thermique (conductivité thermique). Numériquement, cette caractéristique est égale à la quantité de chaleur traversant un échantillon de matériau de 1 m d'épaisseur, 1 m 2 de surface, par unité de temps (seconde) à un gradient de température unitaire.

Historiquement, on croyait que le transfert d'énergie thermique était associé au flux de calories d'un corps à un autre. Cependant, des expériences ultérieures, en particulier le chauffage des canons de canon lors du forage, ont réfuté la réalité de l'existence du calorique en tant que type de matière indépendant. En conséquence, on pense actuellement que le phénomène de conductivité thermique est dû au désir des objets d'occuper un état plus proche de l'équilibre thermodynamique, qui se traduit par l'égalisation de leur température.

En pratique, il faut aussi tenir compte de la conduction de la chaleur due à la convection des molécules et à la pénétration du rayonnement. Par exemple, lorsque le vide est totalement athermique, la chaleur peut être transférée par rayonnement (par exemple, le Soleil, les installations à rayonnement infrarouge). Et un gaz ou un liquide peut échanger des couches chauffées ou refroidies indépendamment ou artificiellement (par exemple, un sèche-cheveux, des ventilateurs chauffants). Il est également possible dans les milieux condensés de "sauter" des phonons d'un corps solide à un autre à travers des interstices submicroniques, ce qui contribue à la propagation des ondes sonores et de la chaleur, même si les interstices sont un vide idéal.

B4Transfert de chaleur par convection le transfert de chaleur par convection ne peut se produire que dans les milieux en mouvement - la chute de liquides et de gaz. Habituellement, un milieu mobile est conditionnellement appelé liquide, quel que soit l'état d'agrégation de la substance.

flux de chaleur Q , W, transféré lors du transfert de chaleur par convection, est déterminé par la formule de Newton-Richmann :

Q =  F ( t et - t ) , (2.1)

où:  - coefficient de transfert de chaleur, W / m 2 С ;

F - surface d'échange thermique, m 2 ;

t et et t sont les températures du liquide et de la surface de la paroi, respectivement, С.

la différence de température ( t et - t ) appelé quelques fois la différence de température.

Le coefficient de transfert de chaleur caractérise la quantité de chaleur qui est transférée par convection à travers une unité de surface par unité de temps à une différence de température de 1С et a la dimension [J/sm 2 С] ou [W/m 2 С].

ou cinématique (  =  /  ), coefficient de dilatation volumétrique  ;

Vitesses fluides w ;

Températures des fluides et des parois t et et t ;

La forme et les dimensions linéaires du mur lavé ( F , je 1 La valeur du coefficient de transfert de chaleur dépend de nombreux facteurs, à savoir :

La nature (mode) du mouvement des fluides (laminaire ou turbulent);

La nature du mouvement (naturel ou forcé) ;

Propriétés physiques d'un milieu en mouvement - le coefficient de conductivité thermique  , densité  , capacité thermique Avec , coefficient de viscosité dynamique (  ), je 2 ,...).

Ainsi, de façon générale, on peut écrire :  = F (w,  ,Avec,  ,  ,  , t et , t ,F ,je 1 ,je 2 ,...). (2.2)

Critère de Nusselt. Définit le rapport de l'intensité du transfert de chaleur par convection (  ) et la conductivité thermique (  ) à l'interface solide-liquide : Nu =  je /  . (2.3)

Critère de Prandtl. Caractérise les mécanismes de transfert de chaleur dans un liquide (dépend des propriétés physiques du liquide) : Pr =  / un =  c  /  . (2.4)

Évaluer un =  / c  est appelé diffusivité thermique.

Critère de Reynolds. Établit le rapport des forces d'inertie et visqueuses dans un fluide et caractérise le régime hydrodynamique du mouvement du fluide. R=V*l/nu Concernant = wl /  .

À Concernant <2300 режим движения ламинарный, при Concernant >10 4 - turbulent, à 2300<Concernant <10 4 режим движения переходной от ламинарного к турбулентному.

Critère de Grashof. Il caractérise le rapport des forces de levage résultant de la différence entre les densités de fluide et les forces de viscosité. La différence de densité est due à la différence de température du liquide dans son volume : GR = g 3  t  /  2 .

Dans toutes les équations données ci-dessus, la valeur je – taille caractéristique, m.

Les équations reliant les nombres de similarité sont appelées équations de critère et s'écrivent généralement comme suit : Nu = F ( Concernant , GR , Pr ) . (2.7)

L'équation de critère du transfert de chaleur par convection avec mouvement de fluide forcé a la forme : Nu = cr m GR n Pr p . (2.8)

Et avec mouvement libre du médium : Nu = dgr k Pr r . (2.9)

Dans ces équations, les coefficients de proportionnalité c et ré , ainsi que des exposants sous des critères de similarité m , n , p , k et r établi expérimentalement.

B5 échange de chaleur rayonnante

Les porteurs d'énergie rayonnante sont des oscillations électromagnétiques de différentes longueurs d'onde. Tous les corps qui ont une température autre que le zéro absolu sont capables d'émettre des ondes électromagnétiques. Le rayonnement est le résultat de processus intra-atomiques. Lorsqu'elle frappe d'autres corps, l'énergie de rayonnement est partiellement absorbée, partiellement réfléchie et traverse partiellement le corps. Les parts d'énergie absorbée, réfléchie et transmise à partir de la quantité d'énergie incidente sur le corps sont indiquées respectivement UN , R et ré .

Il est évident que UN +R +ré =1.

Si un R =ré =0, alors un tel corps est appelé absolument noir.

Si la réflectivité du corps R \u003d 1 et la réflexion obéit aux lois de l'optique géométrique (c'est-à-dire que l'angle d'incidence du faisceau est égal à l'angle de réflexion), alors de tels corps sont appelés en miroir. Si l'énergie réfléchie est dispersée dans toutes les directions possibles, alors ces corps sont appelés absolument blanc.

organismes pour lesquels ré =1 appelé absolument transparent(diathermique).

Les lois du rayonnement thermique

loi de Planckétablit la dépendance de la densité de flux de surface du rayonnement monochromatique d'un corps noir E 0  de la longueur d'onde  et température absolue J .

Loi de Stefan-Boltzmann. Expérimentalement (I. Stefan en 1879) et théoriquement (L. Boltzmann en 1881) ont constaté que la densité de flux du rayonnement intégral intrinsèque d'un corps absolument noir E 0 est directement proportionnel à la température absolue à la puissance quatre, c'est-à-dire :

où  0 - constante de Stefan-Boltzmann, égale à 5,6710 -8 W/m 2 K 4 ;

DE 0 - l'émissivité d'un corps absolument noir, égale à 5,67 W/m 2 K 4.

L'indice "0" dans toutes les équations ci-dessus signifie qu'un corps complètement noir est considéré. Les vrais corps sont toujours gris. Attitude  =C/C 0 appelé degré de noirceur du corps, il varie entre 0 et 1.

Appliquée aux corps gris, la loi de Stefan-Boltzmann prend la forme : (2.11)

Valeur de noirceur  dépend principalement de la nature du corps, de la température et de l'état de sa surface (lisse ou rugueuse).

La loi de Lambert. Le rayonnement maximal par unité de surface se produit dans la direction de la normale à celle-ci. Si un Q n est la quantité d'énergie émise le long de la normale à la surface, et Q  - dans la direction formant l'angle  avec la normale, alors, selon la loi de Lambert : Q  = Q n  parce que  . (2.12)

La loi de Kirchhoff. Rapport d'émissivité du corps E à son pouvoir absorbant MAIS pour tous les corps la même et égale à l'émissivité d'un corps noir E 0 à la même température : E/A=E 0 = F ( J ) .

B6 Transfert de chaleur complexe et transfert de chaleur

En règle générale, les types élémentaires de transfert de chaleur considérés (conduction thermique, convection et rayonnement) se déroulent simultanément. La convection, par exemple, s'accompagne toujours d'une conduction thermique ; le rayonnement s'accompagne souvent de convection. La combinaison de différents types de transfert de chaleur peut être très diverse et leur rôle dans le processus global n'est pas le même. Ce soi-disant transfert de chaleur complexe.

Dans les calculs d'ingénierie thermique avec transfert de chaleur complexe, le coefficient de transfert de chaleur total (total) est souvent utilisé  0 , qui est la somme des coefficients de transfert de chaleur par contact, compte tenu de l'action de la convection, de la conductivité thermique  à , et le rayonnement  je , c'est à dire.  0 = à + je .

Dans ce cas, la formule de calcul pour déterminer le flux de chaleur a la forme :

Q =(  à + je )( t et - t Avec )=  0 ( t et - t Avec ) . (2.14)

Mais si le mur est lavé par un liquide qui tombe, par exemple de l'eau, alors

 je =0 et  0 = à . (2.15)

Transfert de chaleur

En génie thermique, souvent le flux de chaleur d'un liquide (ou d'un gaz) à un autre est transféré à travers la paroi. Un tel processus de transfert de chaleur total, dans lequel le transfert de chaleur par contact est un élément nécessaire, est appelé transfert de chaleur.

Des exemples d'un tel transfert de chaleur complexe peuvent être : l'échange de chaleur entre l'eau (ou la vapeur) dans un appareil de chauffage et l'air intérieur ; entre l'air intérieur et l'air extérieur.

B7 résistance thermique des structures monocouches et multicouches

Considérez ce type de transfert de chaleur complexe

Transfert de chaleur à travers une paroi plane monocouche.

Considérez le transfert de chaleur à travers un mur plat à une seule couche. Supposons que le flux de chaleur est dirigé de gauche à droite, la température du milieu chauffé t f1 , température ambiante froide t f2 . La température des surfaces des parois est inconnue : nous les notons t c1 et t c2 (Fig. 2.1).

Le transfert de chaleur dans l'exemple considéré est un processus de transfert de chaleur complexe et se compose de trois étapes : transfert de chaleur du milieu chauffé (liquide ou gaz) vers la surface de paroi gauche, conduction de chaleur à travers la paroi et transfert de chaleur depuis la surface de paroi droite au milieu froid (liquide ou gaz). Dans ce cas, on suppose que les densités de flux de chaleur de surface dans les trois étapes indiquées sont les mêmes si la paroi est plane et le mode de transfert de chaleur est stationnaire.

Évaluer k appelé coefficient de transfert de chaleur et représente la puissance du flux de chaleur passant d'un milieu plus chauffé à une surface moins chauffée à travers 1 m 2 à une différence de température entre les milieux de 1K. L'inverse du coefficient de transfert de chaleur est appelé résistance thermique au transfert de chaleur et noté R , m 2 K/W :

Cette formule montre que la résistance thermique totale est égale à la somme des résistances partielles.

B8 Calcul d'ingénierie thermique des structures limitées

Le but du calcul: sélectionner de telles conceptions de clôtures extérieures qui répondraient aux exigences de la protection thermique SNP des bâtiments 23.02.2003

Déterminer l'épaisseur de l'isolant

Exigences de résistance au transfert de chaleur en fonction des conditions sanitaires

Où n - coefficient pris en fonction de la position de la surface extérieure des structures enveloppantes par rapport à l'air extérieur selon tableau. 3*, voir également le tableau 4 de ce manuel ;

t dans - température de conception de l'air intérieur, o C, adoptée conformément à GOST 12.1.005-88 et aux normes de conception des bâtiments et structures concernés (voir également l'annexe 2);

t n - température hivernale calculée de l'air extérieur, o C, égale à la température moyenne de la période de cinq jours la plus froide avec une sécurité de 0,92 selon SNiP 23-01-99 (voir annexe 1);

Δ t n - différence de température normative entre la température de l'air intérieur et la température de la surface intérieure de l'enveloppe du bâtiment, o C, prise selon le tableau. 2*, voir aussi tableau. 3 de ce manuel ;

α dans - coefficient de transfert de chaleur de la surface intérieure des structures enveloppantes, pris selon le tableau. 4*, voir aussi tableau. 5.

De conditions économie d'énergieR sur tr accepté pour tous les autres types de bâtiments selon le tableau. 2 selon degrés-jours période de chauffage (GSOP), déterminé par la formule

GSOP = (t dans - t de.par.) z de.par., (5a)

où t dans- le même que dans la formule (5) ;

t de.par.- température moyenne, o C, de la période de chauffage avec une température moyenne quotidienne de l'air inférieure ou égale à 8 o C selon SNiP 23-01-99 (voir également l'annexe 1);

z de.par.- durée, jours, de la période de chauffage avec une température moyenne quotidienne de l'air inférieure à Résistance thermique totale (réduite) d'une enveloppe de bâtiment monocoucheR o , m 2 o C / W, est égal à la somme de toutes les résistances individuelles, c'est-à-dire

où α dans- coefficient de transfert de chaleur de la surface intérieure des structures enveloppantes, W / (m 2 o C), déterminé selon le tableau. 4*, voir aussi tableau. 5 de ce manuel ;

α n - coefficient de transfert de chaleur de la surface extérieure des structures enveloppantes, W / (m 2 o C), déterminé selon le tableau. 6*, voir aussi tableau. 6 de ce manuel ;

R à- résistance thermique d'une structure monocouche, déterminée par la formule (2).

Résistance thermique (résistance au transfert de chaleur) R , m 2 o C / O , - la propriété thermique la plus importante de la clôture. Il se caractérise par la différence de température entre les surfaces intérieure et extérieure de la clôture, à travers 1 m 2 duquel passe 1 watt d'énergie thermique (1 kilocalorie par heure).

où δ - épaisseur de la clôture, m;

λ - coefficient de conductivité thermique, W / m o C.

Plus la résistance thermique de l'enveloppe du bâtiment est élevée, meilleures sont ses propriétés de protection thermique. D'après la formule (2), on peut voir que pour augmenter la résistance thermique R il faut soit augmenter l'épaisseur de la clôture δ , ou réduire le coefficient de conductivité thermique λ , c'est-à-dire d'utiliser des matériaux plus efficaces. Ce dernier est plus avantageux pour des raisons économiques.

B9 Le concept de microclimat. Echange thermique par personne et conditions de confort.norme exigée

En dessous de microclimat de la pièce désigne l'ensemble des régimes thermiques, aérauliques et hygrométriques dans leur interconnexion. La principale exigence du microclimat est de maintenir des conditions favorables pour les personnes présentes dans la pièce. À la suite de processus métaboliques se produisant dans le corps humain, de l'énergie est libérée sous forme de chaleur. Cette chaleur (afin de maintenir une température constante du corps humain) doit être transférée à l'environnement. Dans des conditions normales, plus de 90 % de la chaleur générée est rejetée dans l'environnement (50 % par rayonnement, 25 % par convection, 25 % par évaporation) et moins de 10 % de la chaleur est perdue par métabolisme.

L'intensité du transfert de chaleur humaine dépend du microclimat de la pièce, qui se caractérise par:

Température de l'air intérieur t dans ;

La température de rayonnement de la pièce (la température moyenne de ses surfaces environnantes) t R ;

La vitesse de déplacement (mobilité) de l'air v ;

Humidité relative  dans .

Les combinaisons de ces paramètres de microclimat, dans lesquelles l'équilibre thermique est maintenu dans le corps humain et il n'y a pas de tension dans son système de thermorégulation, sont appeléesà l'aise ouoptimal .

Il est très important de maintenir des conditions de température favorables à l'intérieur en premier lieu, car la mobilité et l'humidité relative ont généralement des fluctuations insignifiantes.

En plus de l'optimum, il y a admissible combinaisons de paramètres de microclimat dans lesquels une personne peut ressentir un léger inconfort.

La partie de la pièce dans laquelle une personne passe le plus clair de son temps de travail s'appelle desservis ou zone de travail. Les conditions thermiques dans la pièce dépendent principalement, par ex. de sa situation de température, qui est généralement caractérisée conditions de confort.

La première condition du confort- définit une telle zone de combinaisons t dans et t R , dans lequel une personne, se trouvant au centre de la zone de travail, ne subit ni surchauffe ni hypothermie. Pour un état d'esprit serein t dans = 21 ... 23, avec travaux légers - 19..21, avec travaux lourds - 14 ... 16С.

Pour la période froide de l'année, la première condition est caractérisée par la formule :

t R =1,57 t P -0,57 t dans  1,5 où: t P =( t dans + t R )/ 2.

La deuxième condition de confort- détermine les températures admissibles des surfaces chauffées et refroidies lorsqu'une personne se trouve à proximité.

Afin d'éviter une surchauffe par rayonnement inacceptable ou une hypothermie de la tête humaine, les surfaces du plafond et des murs peuvent être chauffées à une température acceptable :

Ou refroidi à une température :, (3.3)

où:  - coefficient d'irradiation de la surface d'une zone élémentaire de la tête d'une personne vers une surface chauffée ou refroidie.

La température de surface d'un sol froid en hiver ne peut être que de 2 à 2,5 °C inférieure à la température de l'air ambiant en raison de la sensibilité élevée des pieds humains à l'hypothermie, mais pas supérieure à 22 à 34 °C, selon l'objectif du sol. locaux.

Les principales exigences réglementaires relatives au microclimat des locaux sont contenues dans les documents réglementaires: SNiP 2.04.05-91 (tel que modifié et complété), GOST 12.1.005-88.

Lors de la détermination des conditions météorologiques calculées dans la pièce, la capacité du corps humain à s'acclimater à différents moments de l'année, l'intensité du travail effectué et la nature de la génération de chaleur dans la pièce sont prises en compte. Les paramètres d'air calculés sont normalisés en fonction de la période de l'année. Il y a trois périodes de l'année :

Froid (température extérieure quotidienne moyenne t n <+8С);

Transitionnel (-"– t n \u003d 8С);

Chaleureuse (-"- t n >8С );

Conditions météorologiques optimales et admissibles (température de l'air intérieur t dans ) dans la zone desservie des locaux résidentiels, publics et administratifs sont indiqués dans le tableau 3.1.

Tableau 3.1

La température maximale autorisée de l'air dans la zone de travail est de 28°C (si la température de l'air extérieur calculée est supérieure à 25°C, jusqu'à 33°C est autorisé).

Les valeurs optimales d'humidité relative de l'air sont de 40 à 60%.

La vitesse optimale de l'air dans la pièce pour la période froide est de 0,2-0,3 m / s, pour la période chaude - 0,2-0,5 m / s.

B10 Ingénierie des systèmes d'équipement du bâtiment pour la création et le maintien du microclimat

Le microclimat requis dans les locaux est créé par les systèmes suivants d'équipement technique des bâtiments: chauffage, ventilation et climatisation.

Systèmes de chauffage servent à créer et à maintenir dans les locaux pendant la période froide de l'année les températures de l'air nécessaires, réglementées par les normes en vigueur. Ceux. ils fournissent les conditions thermiques nécessaires des locaux.

Le régime de l'air est étroitement lié au régime thermique des locaux, c'est-à-dire le processus d'échange d'air entre les locaux et l'air extérieur.

Systèmes d'aération sont conçus pour évacuer l'air pollué des locaux et leur fournir de l'air pur. Dans ce cas, la température calculée de l'air intérieur ne doit pas changer. Les systèmes de ventilation sont constitués de dispositifs de chauffage, d'humidification et de déshumidification de l'air soufflé.

Systèmes de climatisation sont des moyens plus avancés de créer et de fournir un microclimat amélioré dans la pièce, c'est-à-dire paramètres d'air donnés: température, humidité et propreté à la vitesse de circulation d'air autorisée dans la pièce, quelles que soient les conditions météorologiques extérieures et les émissions nocives variables dans le temps dans les pièces. Les systèmes de climatisation consistent en des dispositifs de traitement thermique et d'humidité de l'air, en le nettoyant de la poussière, des contaminants biologiques et des odeurs, en déplaçant et en distribuant l'air dans la pièce, en contrôlant automatiquement les équipements et appareils.

À 11 HEURESla formule de base pour calculer la perte de chaleur hz ogr design

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

Qt est la quantité d'énergie thermique transférée de l'air intérieur vers

air extérieur, W

F - surface de la structure enveloppante, m kV

R - résistance totale au transfert de chaleur de l'enveloppe du bâtiment, m 2 C / W

tv - tn - température de conception, respectivement, de l'air interne et externe, C o

b - pertes de chaleur supplémentaires déterminées selon l'annexe 9 du SNiP 2.04.05-91*

n - coefficient pris en fonction de la position de la surface extérieure par rapport à l'air extérieur

À 12La mesure des surfaces des structures enveloppantes est effectuée selon:

La hauteur des murs du premier étage en présence d'un étage situé :

au rez - Entre les niveaux de plancher du premier et du deuxième étage

sur rondins - Du niveau supérieur de préparation du sol du premier étage au niveau du sol du deuxième étage

en présence d'un sous-sol non chauffé - Du niveau de la surface inférieure de la structure du plancher du premier étage au niveau du plancher du deuxième étage

La hauteur des murs de l'étage intermédiaire:

entre les niveaux de plancher de celui-ci et les planchers sus-jacents

Hauteur des murs de l'étage supérieur :

du niveau du sol au sommet de la couche isolante du plancher du grenier

La longueur des murs extérieurs le long du périmètre extérieur du bâtiment :

dans les pièces d'angle - de la ligne d'intersection des surfaces extérieures des murs aux axes des murs intérieurs

dans les pièces sans angle - entre les axes des murs intérieurs

Longueur et largeur des plafonds et des planchers au-dessus des sous-sols et des sous-sols :

entre les axes des murs intérieurs et de la surface intérieure du mur extérieur, à l'axe du mur intérieur dans les pièces sans angle et d'angle

Largeur et hauteur des fenêtres, portes :

selon les plus petites dimensions à la lumière

B13 Températures de calcul de l'air extérieur et intérieur

Pour la température extérieure calculée t n, °С, la température moyenne la plus basse de la période de cinq jours la plus froide n'est pas prise t 5 , °C, et sa valeur avec une sécurité de 0,92.

Pour obtenir cette valeur, la période de cinq jours la plus froide est sélectionnée chaque année du segment considéré P, années (en SNiP 23-01-99* période de 1925 aux années 1980). Valeurs de température sélectionnées de la période de cinq jours la plus froide t Les 5 sont classés par ordre décroissant. A chaque valeur est attribué un numéro. t. Sécurité À dans le cas général, est calculé par la formule

Période de l'année	Le nom d'une pièce	Température de l'air, С		Température résultante, С		Humidité relative, %		Vitesse de l'air, m/s
		optimal	admissible	optimal	admissible	optimal	recevable, pas plus		optimal, sans plus	recevable, pas plus
Froid	Salon
	Idem, dans les zones où la température de la période de cinq jours la plus froide (sécurité 0,92) moins 31С
	Salle de bain, salle de bain combinée
	Locaux de repos et d'étude
	Couloir inter-appartements
	hall, cage d'escalier
	Réserves
	Salon

B14 Perte de chaleur avec infiltration d'air. perte de chaleur supplémentaire. Caractéristique thermique spécifique. n - coefficient pris en fonction de la position de la surface extérieure de la structure d'enceinte par rapport à l'air extérieur et déterminé selon SNiP II-3-79 ** ;

 - les déperditions thermiques supplémentaires en parts des déperditions principales, prises en compte :

a) pour les clôtures extérieures verticales et inclinées orientées vers des directions à partir desquelles en janvier le vent souffle à une vitesse supérieure à 4,5 m / s avec une fréquence d'au moins 15% (selon SNiP 2.01.01.-82) d'un montant de 0,05 à une vitesse de vent allant jusqu'à 5 m/s et à raison de 0,10 à une vitesse de 5 m/s ou plus ; pour une conception typique, des pertes supplémentaires doivent être prises en compte d'un montant de 0,10 pour les premier et deuxième étages et de 0,05 pour le troisième étage ;

b) pour les clôtures extérieures verticales et inclinées des bâtiments à plusieurs étages d'un montant de 0,20 pour les premier et deuxième étages; 0,15 - pour le troisième ; 0,10 - pour le quatrième étage des bâtiments de 16 étages ou plus ; pour les bâtiments de 10 à 15 étages, des pertes supplémentaires doivent être prises en compte à hauteur de 0,10 pour les premier et deuxième étages et de 0,05 pour le troisième étage.

Perte de chaleur pour chauffer l'air d'infiltration

Perte de chaleur pour chauffer l'air d'infiltration Q dans , kW, sont calculés pour chaque pièce chauffée avec un ou grande quantité fenêtres ou portes de balcon dans les murs extérieurs, en fonction de la nécessité de fournir un chauffage de l'air extérieur avec des radiateurs à raison d'un seul échange d'air par heure selon la formule

Q dans =0,28 L inf*r*s( t dans - t n )

La caractéristique thermique spécifique d'un bâtiment est le flux de chaleur maximal pour chauffer le bâtiment à une différence de température d'un degré Celsius entre l'environnement intérieur et extérieur, rapportée à 1 mètre cube. m de volume chauffé du bâtiment. Les caractéristiques thermiques spécifiques réelles sont déterminées par les résultats d'essais ou par les résultats de mesures de la consommation réelle d'énergie thermique, etc. La caractéristique thermique spécifique réelle avec des pertes de chaleur connues du bâtiment est égale à: q \u003d (Qzd / (Vout (tv - tn.p)), où Qzd est la perte de chaleur calculée par toutes les pièces du bâtiment, W; Vn est le volume du bâtiment chauffé selon la mesure extérieure, cub.m. ; tv - température de l'air intérieur, C ; tn.p - température de l'air extérieur, C."

B15 Émissions nocives des personnes de rayonnement solaire et d'autres sources domestiques

Définition de la dissipation thermique. Les principaux types de dégagements de chaleur comprennent les gains de chaleur provenant des personnes, résultant de la transformation de l'énergie mécanique en énergie thermique, des équipements chauffés, des matériaux de refroidissement et autres éléments importés dans l'installation de production, des sources d'éclairage, des produits de combustion, des rayonnement solaire, etc...

Le dégagement de chaleur par les personnes dépend de l'énergie qu'ils dépensent et de la température de l'air dans la pièce. Les données pour les hommes sont présentées dans le tableau. 2.3. Les émissions de chaleur des femmes représentent 85% et les enfants - une moyenne de 75% des émissions de chaleur des hommes.

Classement B16 des systèmes de chauffage. Transporteurs de chaleur

Système de chauffage(CO) est un complexe d'éléments conçu pour recevoir, transférer et transférer la quantité de chaleur requise dans les pièces chauffées. Chaque CO comprend trois éléments principaux (Fig. 6.1) : générateur de chaleur 1, qui sert à obtenir de la chaleur et à la transférer au fluide caloporteur ; système de caloduc 2 pour transporter le liquide de refroidissement à travers eux du générateur de chaleur aux appareils de chauffage ; appareils de chauffage 3, transférant la chaleur du fluide caloporteur vers l'air et les enceintes de la pièce 4.

En tant que générateur de chaleur pour le CO, une chaudière de chauffage peut servir, dans laquelle le combustible est brûlé et la chaleur dégagée est transférée au liquide de refroidissement, ou à tout autre échangeur de chaleur utilisant un liquide de refroidissement autre que le CO.

Exigences SO :

- sanitaire et hygiénique- assurer les températures de l'air dans la pièce et les surfaces des clôtures extérieures requises par les normes en vigueur ;

- économique– assurer des coûts réduits minimaux pour la construction et l'exploitation, une consommation de métal minimale ;

- construction– assurer le respect des choix architecturaux, urbanistiques et pédagogiques du bâtiment ;

- montage- assurer l'installation par des méthodes industrielles avec l'utilisation maximale d'unités préfabriquées unifiées avec un nombre minimum de tailles standard ;

- opérationnel- simplicité et commodité d'entretien, de gestion et de réparation, fiabilité, sécurité et silence de fonctionnement ;

- esthétique- bonne compatibilité avec la décoration architecturale intérieure de la pièce, la surface minimale occupée par le CO.

La quantité de chaleur traversant une surface donnée par unité de temps est appelée flux de chaleur Q, W.

La quantité de chaleur par unité de surface par unité de temps est appelée densité de flux de chaleur ou flux de chaleur spécifique et caractérise l'intensité du transfert de chaleur.

(9.4)

Densité de flux thermique q, est dirigé le long de la normale à la surface isotherme dans la direction opposée au gradient de température, c'est-à-dire dans le sens de la température décroissante.

Si la distribution est connue qà la surface F, alors la quantité totale de chaleur Qτ a traversé cette surface pendant le temps τ , peut être trouvée selon l'équation :

(9.5)

et le flux de chaleur :

(9.5")

Si la valeur q est constant sur la surface considérée, alors :

(9.5")

Loi de Fourier

Cette loi définit la quantité de flux de chaleur lors du transfert de chaleur par conduction thermique. Le scientifique français J. B. Fourier en 1807, il établit que la densité du flux de chaleur à travers une surface isotherme est proportionnelle au gradient de température :

(9.6)

Le signe moins dans (9.6) indique que le flux de chaleur est dirigé dans la direction opposée au gradient de température (voir Fig. 9.1.).

Densité de flux thermique dans une direction arbitraire je représente la projection sur cette direction du flux de chaleur dans la direction de la normale :

Coefficient de conductivité thermique

Coefficient λ , W/(m·K), dans l'équation de la loi de Fourier est numériquement égal à la densité de flux de chaleur lorsque la température baisse d'un Kelvin (degré) par unité de longueur. La conductivité thermique de diverses substances dépend de leur propriétés physiques. Pour un certain corps, la valeur du coefficient de conductivité thermique dépend de la structure du corps, de son poids volumétrique, de l'humidité, composition chimique, pression, température. Dans les calculs techniques, la valeur λ tirées de tables de référence, et il faut s'assurer que les conditions pour lesquelles la valeur du coefficient de conductivité thermique est donnée dans la table correspondent aux conditions du problème calculé.

Le coefficient de conductivité thermique dépend particulièrement fortement de la température. Pour la plupart des matériaux, comme le montre l'expérience, cette dépendance peut être exprimée par une formule linéaire :

(9.7)

où λ o - coefficient de conductivité thermique à 0 °C ;

β - coéfficent de température.

Coefficient de conductivité thermique des gaz, et en particulier les vapeurs dépendent fortement de la pression. La valeur numérique du coefficient de conductivité thermique pour diverses substances varie dans une très large gamme - de 425 W / (m K) pour l'argent à des valeurs de l'ordre de 0,01 W / (m K) pour les gaz. Ceci s'explique par le fait que le mécanisme de transfert de chaleur par conduction thermique dans divers environnements physiques différent.

Les métaux ont valeur la plus élevée coefficient de conductivité thermique. La conductivité thermique des métaux diminue avec l'augmentation de la température et diminue fortement en présence d'impuretés et d'éléments d'alliage. Ainsi, la conductivité thermique du cuivre pur est de 390 W / (m K) et celle du cuivre contenant des traces d'arsenic est de 140 W / (m K). La conductivité thermique du fer pur est de 70 W / (m K), de l'acier à 0,5% de carbone - 50 W / (m K), de l'acier allié à 18% de chrome et 9% de nickel - seulement 16 W / (m K).

La dépendance de la conductivité thermique de certains métaux à la température est illustrée à la fig. 9.2.

Les gaz ont une faible conductivité thermique (de l'ordre de 0,01...1 W/(m K)), qui augmente fortement avec l'augmentation de la température.

La conductivité thermique des liquides se détériore avec l'augmentation de la température. L'exception est l'eau et glycérol. En général, la conductivité thermique des gouttes liquides (eau, huile, glycérine) est supérieure à celle des gaz, mais inférieure à celle des solides et se situe dans la plage de 0,1 à 0,7 W / (m K).

Riz. 9.2. L'effet de la température sur la conductivité thermique des métaux