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Como determinar o fluxo de calor. O fluxo de calor é

Como determinar o fluxo de calor. O fluxo de calor é

FLUXO DE CALOR

A quantidade de calor transferida através da isotérmica em unidades Tempo. A dimensão de T.p. coincide com a dimensão do poder. T. p. é medido em watts ou kcal / h (1 kcal / h \u003d 1,163 W). T. p., referido a unidades. isotérmico superfícies, chamadas densidade T.p., batimentos. Etc. ou carga de calor; geralmente denotado q, medido em W / m2 ou kcal / (m2 h). Densidade T.p. é um vetor, qualquer componente do qual é numericamente igual à quantidade de calor transferida em unidades. tempo em unidades área perpendicular à direção tomada.

Dicionário Enciclopédico Físico. - M.: Enciclopédia Soviética. . 1983 .

FLUXO DE CALOR

Um vetor dirigido na direção oposta ao gradiente de temperatura e igual em abs. a quantidade de calor que passa por isotérmica. superfície por unidade de tempo. É medido em watts ou kcal / h (1 kcal / h \u003d 1,163 W). T.p., referente à unidade isotérmica. superfícies, chamadas densidade T.p. ou batidas. T. p., em tecnologia - carga de calor. Batidas de unidades. T.p. servem como W/m2 e kcal/(m2h).

Enciclopédia física. Em 5 volumes. - M.: Enciclopédia Soviética. Editor-chefe A. M. Prokhorov. 1988 .

Veja o que é "HEAT FLOW" em outros dicionários:

fluxo de calor- Fluxo de calor - a quantidade de calor que passa pela amostra por unidade de tempo. [GOST 7076 99] Fluxo de calor - o fluxo de energia térmica transferida no processo de troca de calor. [Dicionário terminológico para concreto e concreto armado. FUSO… … Enciclopédia de termos, definições e explicações de materiais de construção

A quantidade de calor que passa por unidade de tempo através de uma superfície isotérmica arbitrária ... Grande Dicionário Enciclopédico

- (a. fluxo de calor, fluxo de calor, taxa de fluxo de calor; n. Warmefluβ, Warmestromung; f. courant calorifique, flux de chaleur; i. corriente termico, torrente calorico, flujo termico) quantidade de calor transferida através de isotérmica. superfície por unidade ... ... Enciclopédia Geológica

A quantidade de calor transferida através de qualquer superfície no processo de transferência de calor. É caracterizada pela densidade de T.p., que é a razão entre a quantidade de calor transferida através da superfície para o intervalo de tempo durante o qual esta ... ... Enciclopédia de tecnologia

fluxo de calor- — [Ya.N. Luginsky, M.S. Fezi Zhilinskaya, Yu.S. Kabirov. Dicionário Inglês-Russo de Engenharia Elétrica e Engenharia de Energia, Moscou, 1999] Tópicos em engenharia elétrica, conceitos básicos EN corrente térmicafluxo térmicofluxo térmicofluxo térmico ... Manual do Tradutor Técnico

Fluxo de calor Q- W é a quantidade de calor que passa pela envolvente do edifício por unidade de tempo.

1. Parede homogênea. Considere uma espessura de parede homogênea (Fig. 1-7), a condutividade térmica, que é constante. Temperaturas constantes são mantidas nas superfícies externas da parede. A temperatura muda apenas na direção do eixo x. Neste caso, o campo de temperatura é unidimensional, as superfícies isotérmicas são planas e estão localizadas perpendicularmente ao eixo x.

A uma distância x, selecionamos uma camada de espessura dentro da parede delimitada por duas superfícies isotérmicas. Com base na lei de Fourier [equação (1-1)] para este caso, podemos escrever:

Densidade fluxo de calor q sob condições térmicas estacionárias é constante em cada seção, portanto

A constante de integração C é determinada a partir das condições de contorno, a saber, para a em . Substituindo esses valores na equação (b), temos:

A partir da equação (c), o valor desconhecido da densidade de fluxo de calor q é determinado, a saber:

Consequentemente, a quantidade de calor transferida através de uma unidade da superfície da parede por unidade de tempo é diretamente proporcional ao coeficiente de condutividade térmica e à diferença de temperatura das superfícies externas e inversamente proporcional à espessura da parede.

A equação (1-2) é a fórmula de cálculo para a condutividade térmica de uma parede plana. Ele conecta quatro quantidades: e . Conhecendo três deles, você pode encontrar o quarto:

A razão é chamada de condutividade térmica da parede, e a recíproca é chamada de resistência térmica. Este último determina a queda de temperatura na parede por unidade de densidade de fluxo de calor.

Se substituirmos os valores encontrados de C e densidade de fluxo de calor q na equação (b), obteremos a equação da curva de temperatura

Este último mostra que a um valor constante do coeficiente de condutividade térmica, a temperatura de uma parede homogênea muda de acordo com uma lei linear. Na realidade, devido à sua dependência da temperatura, o coeficiente de condutividade térmica é uma variável. Se essa circunstância for levada em consideração, obtemos outras fórmulas de cálculo mais complexas.

Para a grande maioria dos materiais, a dependência do coeficiente de condutividade térmica com a temperatura tem um caráter linear da forma. Neste caso, com base na lei de Fourier para uma parede plana, temos:

Dividindo as variáveis e integrando, temos:

Substituindo na equação (e) os valores de contorno das variáveis, temos em

Subtraindo a equação (g) da equação (h), obtemos:

Arroz. 1-7. Parede plana homogênea.

A nova fórmula de cálculo (1-4) é um pouco mais complicada que a fórmula (1-2). Lá tomamos a condutividade térmica constante e igual a algum valor médio.

Igualando entre si as partes corretas dessas fórmulas, temos:

Portanto, se for determinado pela média aritmética dos valores de limite das temperaturas da parede, as fórmulas (1-2) e (1-4) são equivalentes.

Levando em consideração a dependência do coeficiente de condutividade térmica com a temperatura, a equação para a curva de temperatura na parede é obtida resolvendo a equação (e) em relação a te substituindo o valor C de (g), a saber:

Portanto, neste caso, a temperatura da parede não muda linearmente, mas ao longo de uma curva. Além disso, se o coeficiente b for positivo, a convexidade da curva é direcionada para cima e, se for negativa, para baixo (veja a Fig. 1-10).

2. Parede multicamadas.

Paredes que consistem em várias camadas heterogêneas são chamadas de multicamadas.

São, por exemplo, as paredes de edifícios residenciais, em que na camada principal de tijolos há um reboco interno de um lado e um revestimento externo do outro. O revestimento de fornos, caldeiras e outros dispositivos térmicos também geralmente consiste em várias camadas.

Arroz. 1-8. Parede plana multicamadas.

Deixe a parede consistir em três camadas heterogêneas, mas muito próximas (Fig. 1-8). A espessura da primeira camada da segunda e terceira. Assim, os coeficientes de condutividade térmica das camadas. Além disso, as temperaturas das superfícies externas da parede são conhecidas. O contato térmico entre as superfícies é considerado ideal; denotamos a temperatura nos pontos de contato por .

No regime estacionário, a densidade do fluxo de calor é constante e a mesma para todas as camadas. Portanto, com base na equação (1-2), podemos escrever:

A partir dessas equações, é fácil determinar as diferenças de temperatura em cada camada:

A soma das diferenças de temperatura em cada camada é a diferença de temperatura total. Somando as partes esquerda e direita do sistema de equações (m), obtemos:

A partir da relação (n) determinamos o valor da densidade do fluxo de calor:

Por analogia com o acima, você pode escrever imediatamente a fórmula de cálculo para a parede da camada:

Como cada termo do denominador na fórmula (1-6) representa a resistência térmica da camada, segue da equação (1-7) que a resistência térmica total da parede multicamada é igual à soma das resistências térmicas parciais .

Arroz. 1-9. Método gráfico para determinação de temperaturas intermediárias.

Se o valor da densidade do fluxo de calor da equação (1-6) for substituído na equação (m), obtemos os valores de temperaturas desconhecidas:

Dentro de cada camada, a temperatura muda em uma linha reta, mas para uma parede multicamada como um todo, é uma linha quebrada (Fig. 1-8). Os valores de temperaturas desconhecidas de uma parede multicamada também podem ser determinados graficamente (Fig. 1-9). Ao plotar ao longo do eixo x em qualquer escala, mas na ordem das camadas, os valores de suas resistências térmicas são plotados e as perpendiculares são restauradas. No extremo deles, também em uma escala arbitrária, mas na mesma escala, são plotados os valores das temperaturas externas.

Os pontos resultantes A e C são conectados por uma linha reta. Os pontos de intersecção desta linha com as perpendiculares médias dão os valores das temperaturas desejadas. Com tal construção. Consequentemente,

Substituindo os valores dos segmentos, obtemos:

De maneira análoga provamos que

Às vezes, para reduzir os cálculos, uma parede multicamada é calculada como uma espessura de camada única (uniforme). Neste caso, a chamada condutividade térmica equivalente é introduzida no cálculo, que é determinada a partir da relação

Daí temos:

Assim, a condutividade térmica equivalente depende apenas dos valores das resistências térmicas e da espessura das camadas individuais.

Ao derivar a fórmula de cálculo para uma parede multicamada, assumimos que as camadas estão próximas umas das outras e, devido ao contato térmico ideal, as superfícies de contato de diferentes camadas têm a mesma temperatura. No entanto, se as superfícies forem ásperas, o contato próximo é impossível e os espaços de ar se formam entre as camadas. Como a condutividade térmica do ar é pequena, mesmo a presença de espaços muito finos pode afetar muito a redução da condutividade térmica equivalente de uma parede multicamada. Um efeito semelhante é exercido pela camada de óxido de metal. Portanto, ao calcular e especialmente ao medir a condutividade térmica de uma parede multicamada, deve-se prestar atenção à densidade de contato entre as camadas.

Exemplo 1-1. Determine a perda de calor através de uma parede de tijolos de 5 m de comprimento, 3 m de altura e 250 mm de espessura se as temperaturas forem mantidas nas superfícies da parede. Coeficiente de condutividade térmica do tijolo A = 0,6 W/(m°C).

De acordo com a equação (1-2)

Exemplo 1-2. Determine o valor do coeficiente de condutividade térmica do material da parede se, com uma espessura de mm e uma diferença de temperatura, a densidade do fluxo de calor for .

I. Medição da densidade dos fluxos de calor que passam pela envolvente do edifício. GOST 25380-82.

Fluxo de calor - a quantidade de calor transferida através de uma superfície isotérmica por unidade de tempo. O fluxo de calor é medido em watts ou kcal / h (1 W \u003d 0,86 kcal / h). O fluxo de calor por unidade de superfície isotérmica é chamado de densidade de fluxo de calor ou carga de calor; geralmente denotado por q, medido em W / m2 ou kcal / (m2 × h). A densidade do fluxo de calor é um vetor, qualquer componente do qual é numericamente igual à quantidade de calor transferida por unidade de tempo através de uma unidade de área perpendicular à direção do componente retirado.

As medições da densidade dos fluxos de calor que passam pela envolvente do edifício são realizadas de acordo com GOST 25380-82 "Edifícios e estruturas. Método para medir a densidade dos fluxos de calor que passam pela envolvente do edifício".

Esta norma estabelece um método unificado para determinar a densidade dos fluxos de calor que passam através de envelopes de construção de camada única e multicamada de edifícios e estruturas residenciais, públicas, industriais e agrícolas durante um estudo experimental e sob suas condições de operação.

A densidade do fluxo de calor é medida na escala de um dispositivo especializado, que inclui um conversor de fluxo de calor, ou é calculada a partir dos resultados da medição de fem. em transdutores de fluxo de calor pré-calibrados.

O esquema para medir a densidade do fluxo de calor é mostrado no desenho.

1 - estrutura envolvente; 2 - conversor de fluxo de calor; 3 - medidor de fem;

tv, tn - temperatura do ar interno e externo;

τн, τв, τ"в — a temperatura das superfícies externas e internas da estrutura envolvente próxima e sob o conversor, respectivamente;

R1, R2 - resistência térmica da envolvente do edifício e conversor de fluxo de calor;

q1, q2 são a densidade do fluxo de calor antes e depois de fixar o transdutor

II. Radiação infra-vermelha. Fontes. Proteção.

Proteção contra radiação infravermelha no local de trabalho.

A fonte de radiação infravermelha (IR) é qualquer corpo aquecido, cuja temperatura determina a intensidade e o espectro da energia eletromagnética emitida. O comprimento de onda com a energia máxima da radiação térmica é determinado pela fórmula:

λmax = 2,9-103 / T [µm] (1)

onde T é a temperatura absoluta do corpo radiante, K.

A radiação infravermelha é dividida em três áreas:

ondas curtas (X = 0,7 - 1,4 microns);

onda média (k \u003d 1,4 - 3,0 mícrons):

comprimento de onda longo (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

As ondas elétricas da faixa infravermelha têm principalmente um efeito térmico no corpo humano. Nesse caso, é necessário levar em consideração: a intensidade e o comprimento de onda com energia máxima; área de superfície irradiada; duração da exposição por dia de trabalho e duração da exposição contínua; intensidade do trabalho físico e mobilidade aérea no local de trabalho; qualidade dos macacões; características individuais do trabalhador.

Raios da faixa de ondas curtas com comprimento de onda de λ ≤ 1,4 μm têm a capacidade de penetrar no tecido do corpo humano por vários centímetros. Essa radiação IR penetra facilmente através da pele e do crânio no tecido cerebral e pode afetar as células cerebrais, causando graves danos cerebrais, cujos sintomas são vômitos, tontura, dilatação dos vasos sanguíneos da pele, queda da pressão arterial e circulação sanguínea prejudicada ... e respiração, convulsões, às vezes perda de consciência. Quando irradiado com raios infravermelhos de ondas curtas, também é observado um aumento na temperatura dos pulmões, rins, músculos e outros órgãos. No sangue, linfa, líquido cefalorraquidiano, substâncias biologicamente ativas específicas aparecem, há uma violação processos metabólicos, o estado funcional do sistema nervoso central muda.

Os raios da faixa de onda média com comprimento de onda de λ = 1,4 - 3,0 mícrons são retidos nas camadas superficiais da pele a uma profundidade de 0,1 - 0,2 mm. Portanto, seu efeito fisiológico no corpo se manifesta principalmente no aumento da temperatura da pele e no aquecimento do corpo.

O aquecimento mais intenso da superfície da pele humana ocorre com radiação IR com λ > 3 µm. Sob sua influência, a atividade dos sistemas cardiovascular e respiratório, bem como o equilíbrio térmico do corpo, é interrompido, o que pode levar à insolação.

A intensidade da radiação térmica é regulada com base na sensação subjetiva da energia da radiação por uma pessoa. De acordo com o GOST 12.1.005-88, a intensidade da exposição térmica dos trabalhadores de superfícies aquecidas de equipamentos de processo e luminárias não deve exceder: 35 W/m2 com exposição a mais de 50% da superfície corporal; 70 W/m2 quando exposto a 25 a 50% da superfície corporal; 100 W/m2 ao irradiar não mais que 25% da superfície do corpo. De fontes abertas (metal e vidro aquecidos, chama aberta), a intensidade de exposição térmica não deve exceder 140 W/m2 com exposição de não mais de 25% da superfície corporal e o uso obrigatório de equipamentos de proteção individual, incluindo proteção facial e olho.

As normas também limitam a temperatura das superfícies aquecidas do equipamento na área de trabalho, que não deve ultrapassar 45°C.

A temperatura da superfície do equipamento, dentro do qual a temperatura é próxima de 100 0C, não deve exceder 35 0C.

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

Os principais tipos de proteção contra radiação infravermelha incluem:

1. proteção do tempo;

2. proteção à distância;

3. blindagem, isolamento térmico ou resfriamento de superfícies quentes;

4. aumento da transferência de calor do corpo humano;

5. equipamentos de proteção individual;

6. eliminação da fonte de calor.

A proteção de tempo prevê a limitação do tempo gasto pela radiação operando na área de radiação. O tempo seguro de permanência de uma pessoa na zona de ação da radiação IR depende de sua intensidade (densidade de fluxo) e é determinado de acordo com a Tabela 1.

tabela 1

Tempo de permanência segura das pessoas na zona de radiação IR

A distância segura é determinada pela fórmula (2) dependendo da duração da permanência na área de trabalho e da densidade permitida de radiação IR.

O poder da radiação IR pode ser reduzido pelo design e soluções tecnológicas (substituição do modo e método de aquecimento dos produtos, etc.), bem como pelo revestimento das superfícies de aquecimento com materiais isolantes de calor.

Existem três tipos de telas:

opaco;

· transparente;

translúcido.

Em telas opacas, a energia oscilações eletromagnéticas, interagindo com a substância da tela, se transforma em térmica. Nesse caso, a tela aquece e, como qualquer corpo aquecido, torna-se uma fonte de radiação térmica. A radiação da superfície da tela oposta à fonte é condicionalmente considerada como a radiação transmitida da fonte. As telas opacas incluem: metal, alfa (de folha de alumínio), porosa (concreto espumado, espuma de vidro, argila expandida, pedra-pomes), amianto e outros.

Nas telas transparentes, a radiação se propaga dentro delas de acordo com as leis da ótica geométrica, o que garante a visibilidade através da tela. Essas telas são feitas de vários tipos de vidro, também são usadas cortinas de água de filme (livres e que escorrem pelo vidro).

Telas translúcidas combinam as propriedades de telas transparentes e não transparentes. Estes incluem malhas metálicas, cortinas de corrente, telas de vidro reforçadas com malha metálica.

· refletor de calor;

· absorção de calor;

dissipador de calor.

Essa divisão é bastante arbitrária, pois cada tela tem a capacidade de refletir, absorver e remover calor. A atribuição da tela a um ou outro grupo é determinada por qual de suas habilidades é mais pronunciada.

As telas refletoras de calor têm um baixo grau de escurecimento da superfície, pelo que refletem uma parte significativa da energia radiante incidente sobre elas na direção oposta. Alfol, folha de alumínio, aço galvanizado são usados como materiais refletores de calor.

As telas de absorção de calor são chamadas de telas feitas de materiais com alta resistência térmica (baixa condutividade térmica). Tijolos refratários e isolantes de calor, amianto e lã de escória são usados como materiais de absorção de calor.

Como telas de remoção de calor, as cortinas de água são mais amplamente utilizadas, caindo livremente na forma de um filme ou irrigando outra superfície de tela (por exemplo, metal) ou fechadas em um invólucro especial feito de vidro ou metal.

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

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

q3 é a densidade de fluxo da radiação IR com o uso de proteção, W/m2;

t é a temperatura da radiação IR sem o uso de proteção, °C;

t3 é a temperatura da radiação IR com o uso de proteção, °С.

O fluxo de ar direcionado diretamente ao trabalhador permite aumentar a remoção de calor de seu corpo em meio Ambiente. A escolha da vazão de ar depende da gravidade do trabalho realizado e da intensidade da radiação infravermelha, mas não deve ultrapassar 5 m/s, pois nesse caso o trabalhador experimenta sensações desagradáveis (por exemplo, zumbido). A eficácia dos chuveiros de ar aumenta quando o ar enviado para o local de trabalho é resfriado ou quando água finamente pulverizada é misturada a ele (chuveiro água-ar).

Como equipamento de proteção individual, são utilizados macacões feitos de tecidos de algodão e lã, tecidos com revestimento metálico (refletindo até 90% da radiação IR). Óculos, escudos com óculos especiais são projetados para proteger os olhos - filtros de luz de cor amarelo-verde ou azul.

As medidas terapêuticas e preventivas prevêem a organização de um regime racional de trabalho e descanso. A duração das pausas no trabalho e sua frequência são determinadas pela intensidade da radiação IR e pela gravidade do trabalho. Além das inspeções periódicas, são realizados exames médicos para prevenção de doenças ocupacionais.

III. Instrumentos usados.

Para medir a densidade dos fluxos de calor que passam pela envolvente do edifício e verificar as propriedades dos escudos térmicos, os nossos especialistas desenvolveram dispositivos da série.

Area de aplicação:

Os dispositivos da série IPP-2 são amplamente utilizados na construção, organizações científicas, em várias instalações de energia e em muitas outras indústrias.

A medição da densidade do fluxo de calor, como indicador das propriedades de isolamento térmico de vários materiais, é realizada usando dispositivos da série IPP-2 em:

Ensaio de estruturas envolventes;

Determinação de perdas de calor em redes de aquecimento de água;

Realização de trabalhos laboratoriais em universidades (departamentos "Segurança da Vida", "Ecologia Industrial", etc.).

A figura mostra um protótipo de stand "Determinando os parâmetros do ar na área de trabalho e proteção contra efeitos térmicos" BZhZ 3 (fabricado por Intos + LLC).

O suporte contém uma fonte de radiação térmica na forma de um refletor doméstico, na frente do qual é instalado um escudo térmico feito de vários materiais (tecido, chapa de metal, conjunto de correntes, etc.). Atrás da tela, a várias distâncias dela, dentro do modelo da sala, é colocado o dispositivo IPP-2, que mede a densidade do fluxo de calor. Um exaustor com ventilador é colocado acima do modelo da sala. Equipamento de medição O IPP-2 possui um sensor adicional que permite medir a temperatura do ar dentro da sala. Assim, o stand BZhZ 3 permite quantificar a eficácia de vários tipos de proteção térmica e de um sistema de ventilação local.

O suporte permite medir a intensidade da radiação térmica dependendo da distância da fonte, para determinar a eficácia das propriedades protetoras de telas feitas de vários materiais.

4. Princípio de funcionamento e design do dispositivo IPP-2.

Estruturalmente, a unidade de medição do dispositivo é feita em uma caixa de plástico.

O princípio de funcionamento do dispositivo baseia-se na medição da diferença de temperatura na "parede auxiliar". A magnitude da diferença de temperatura é proporcional à densidade do fluxo de calor. A diferença de temperatura é medida usando um termopar de fita localizado dentro da placa da sonda, que atua como uma "parede auxiliar".

No modo de operação, o dispositivo realiza uma medição cíclica do parâmetro selecionado. É feita uma transição entre os modos de medição da densidade do fluxo de calor e da temperatura, além de indicar a carga da bateria em percentuais de 0% ... 100%. Ao alternar entre os modos, a inscrição correspondente do modo selecionado é exibida no indicador. O dispositivo também pode realizar a gravação automática periódica de valores medidos em memória não volátil com referência ao tempo. A ativação/desativação do registro de estatísticas, configuração dos parâmetros de registro, leitura dos dados acumulados é realizada usando o software fornecido por encomenda.

Peculiaridades:

Possibilidade de definir limites para alarmes sonoros e luminosos. Os limites são os limites superior ou inferior da alteração permitida no valor correspondente. Se o valor limite superior ou inferior for violado, o dispositivo detecta este evento e o LED acende no indicador. Se o dispositivo estiver configurado adequadamente, a violação dos limites é acompanhada por um sinal sonoro.

· Transferência dos valores medidos para o computador na interface RS 232.

A vantagem do dispositivo é a capacidade de conectar alternadamente até 8 sondas de fluxo de calor diferentes ao dispositivo. Cada sonda (sensor) tem seu próprio fator de calibração individual (fator de conversão Kq), mostrando o quanto a tensão do sensor muda em relação ao fluxo de calor. Este coeficiente é usado pelo instrumento para construir a característica de calibração da sonda, que determina o valor atual medido do fluxo de calor.

Modificações de sondas para medir a densidade do fluxo de calor:

As sondas de fluxo de calor são projetadas para medir a densidade de fluxo de calor de superfície de acordo com GOST 25380-92.

Aparência das sondas de fluxo de calor

1. A sonda de fluxo de calor tipo prensa PTP-ХХХП com mola está disponível nas seguintes modificações (dependendo da faixa de medição de densidade de fluxo de calor):

— PTP-2.0P: de 10 a 2000 W/m2;

— PTP-9.9P: de 10 a 9999 W/m2.

2. Sonda de fluxo de calor em forma de "moeda" em um cabo flexível PTP-2.0.

Faixa de medição da densidade do fluxo de calor: de 10 a 2000 W/m2.

Modificações da sonda de temperatura:

Aparência das sondas de temperatura

1. Termopares de imersão TPP-A-D-L baseados em termistor Pt1000 (termopares de resistência) e termopares ТХА-А-D-L baseados em termopares XА (termopares elétricos) são projetados para medir a temperatura de vários meios líquidos e gasosos, bem como materiais a granel.

Faixa de medição de temperatura:

- para Câmara de Comércio e Indústria-A-D-L: de -50 a +150 °С;

- para ТХА-А-D-L: de -40 a +450 °С.

Dimensões:

- D (diâmetro): 4, 6 ou 8 mm;

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

2. Termopar ТХА-А-D1/D2-LП baseado no termopar XА (termopar elétrico) é projetado para medir a temperatura de uma superfície plana.

Dimensões:

- D1 (diâmetro do "pino de metal"): 3 mm;

- D2 (diâmetro da base - "patch"): 8 mm;

- L (comprimento do "pino de metal"): 150 mm.

3. Termopar ТХА-А-D-LC baseado em termopar ХА (termopar elétrico) é projetado para medir a temperatura de superfícies cilíndricas.

Faixa de medição de temperatura: de -40 a +450 °С.

Dimensões:

- D (diâmetro) - 4 mm;

- L (comprimento do "pino de metal"): 180 mm;

- largura da fita - 6 mm.

O conjunto de entrega do dispositivo para medir a densidade da carga térmica do meio inclui:

2. Sonda para medir a densidade do fluxo de calor.*

3. Sonda de temperatura.*

4. Software.**

5. Cabo para conexão a um computador pessoal. **

6. Certificado de calibração.

7. Manual de operação e passaporte para o dispositivo IPP-2.

8. Passaporte para conversores termoelétricos (sondas de temperatura).

9. Passaporte para a sonda de densidade de fluxo de calor.

10. Adaptador de rede.

* - As faixas de medição e o design da sonda são determinados no estágio do pedido

** - As posições são entregues por encomenda especial.

V. Preparação do dispositivo para operação e medição.

Preparando o dispositivo para o trabalho.

Retire o aparelho da embalagem. Se o dispositivo for trazido para uma sala quente de uma fria, é necessário deixar o dispositivo aquecer à temperatura ambiente por 2 horas. Carregue totalmente a bateria dentro de quatro horas. Coloque a sonda no local onde as medições serão feitas. Conecte a sonda ao instrumento. Se o dispositivo for operado em combinação com um computador pessoal, é necessário conectar o dispositivo a uma porta COM livre do computador usando um cabo de conexão. Conecte o adaptador de rede ao dispositivo e instale o software de acordo com a descrição. Ligue o dispositivo pressionando brevemente o botão. Se necessário, ajuste o dispositivo de acordo com o parágrafo 2.4.6. Manuais de operação. Ao trabalhar com um computador pessoal, defina o endereço de rede e a taxa de câmbio do dispositivo de acordo com o parágrafo 2.4.8. Manuais de operação. Comece a medir.

Abaixo está um diagrama de comutação no modo "Work".

Preparação e realização de medições durante o ensaio térmico de envolventes de edifícios.

1. A medição da densidade do fluxo de calor é realizada, em regra, a partir do interior das estruturas envolventes dos edifícios e estruturas.

É permitido medir a densidade dos fluxos de calor do exterior das estruturas envolventes se for impossível medi-los do interior (ambiente agressivo, flutuações nos parâmetros do ar), desde que seja mantida uma temperatura estável na superfície. O controle das condições de transferência de calor é realizado usando uma sonda de temperatura e meios para medir a densidade do fluxo de calor: ao medir por 10 minutos. suas leituras devem estar dentro do erro de medição dos instrumentos.

2. As áreas de superfície são escolhidas específicas ou características para todo o envelope do edifício testado, dependendo da necessidade de medir a densidade de fluxo de calor local ou média.

As seções selecionadas na estrutura de fechamento para medições devem ter uma camada superficial do mesmo material, o mesmo processamento e condição de superfície, ter as mesmas condições de transferência de calor radiante e não devem estar próximas a elementos que possam alterar a direção e o valor de fluxos de calor.

3. As áreas de superfície das estruturas envolventes, nas quais o conversor de fluxo de calor está instalado, são limpas até que a rugosidade visível e tangível ao toque seja eliminada.

4. O transdutor é pressionado firmemente sobre toda a sua superfície à estrutura envolvente e fixado nesta posição, garantindo o contato constante do transdutor de fluxo de calor com a superfície das áreas estudadas durante todas as medições subsequentes.

Ao montar o transdutor entre ele e a estrutura envolvente, não é permitida a formação de entreferros. Para excluí-los, uma fina camada de vaselina técnica é aplicada na área da superfície nos locais de medição, cobrindo as irregularidades da superfície.

O transdutor pode ser fixado ao longo de sua superfície lateral com uma solução de gesso de construção, vaselina técnica, plasticina, uma haste com mola e outros meios que excluem a distorção do fluxo de calor na zona de medição.

5. Durante as medições operacionais da densidade do fluxo de calor, a superfície solta do transdutor é colada com uma camada de material ou pintada com tinta com grau de emissividade igual ou semelhante com uma diferença de 0,1 como o material da camada superficial de a estrutura envolvente.

6. O dispositivo de leitura está localizado a uma distância de 5-8 m do local de medição ou em uma sala adjacente para excluir a influência do observador no valor do fluxo de calor.

7. Ao usar dispositivos para medição de fem, que possuem restrições de temperatura ambiente, eles são colocados em uma sala com temperatura do ar aceitável para a operação desses dispositivos, e o conversor de fluxo de calor é conectado a eles por meio de fios de extensão.

8. O equipamento de acordo com a reivindicação 7 está preparado para operação de acordo com as instruções de operação do dispositivo correspondente, inclusive levando em consideração o tempo de exposição necessário do dispositivo para estabelecer um novo regime de temperatura no mesmo.

Preparação e medição

(durante o trabalho de laboratório no exemplo do trabalho de laboratório "Pesquisa de meios de proteção contra radiação infravermelha").

Conecte a fonte IR ao soquete. Ligue a fonte de radiação IR (parte superior) e o medidor de densidade de fluxo de calor IPP-2.

Instale a cabeça do medidor de densidade de fluxo de calor a uma distância de 100 mm da fonte de radiação IR e determine a densidade de fluxo de calor (valor médio de três a quatro medições).

Desloque manualmente o tripé ao longo da régua, ajustando o cabeçote de medição nas distâncias da fonte de radiação indicadas na forma da Tabela 1, e repita as medições. Insira os dados de medição na forma da tabela 1.

Construa um gráfico da dependência da densidade de fluxo IR na distância.

Repita as medições de acordo com os parágrafos. 1 — 3 com dados diferentes de medições para entrar na forma da tabela 1. Construir gráficos da dependência da densidade de fluxo de radiação IR na distância para cada tela.

Formulário de tabela 1

Avalie a eficácia da ação protetora das telas de acordo com a fórmula (3).

Instale uma tela de proteção (conforme orientação do professor), coloque uma escova larga do aspirador de pó sobre ela. Ligue o aspirador de pó no modo de entrada de ar, simulando um dispositivo de ventilação de exaustão e, após 2-3 minutos (após o regime térmico da tela ser estabelecido), determine a intensidade da radiação térmica nas mesmas distâncias do parágrafo 3. Avalie a eficácia da proteção térmica combinada usando a fórmula (3).

A dependência da intensidade de radiação térmica da distância para uma determinada tela no modo de ventilação exaustora deve ser plotada no gráfico geral (ver item 5).

Determine a eficácia da proteção medindo a temperatura para uma determinada tela com e sem ventilação de exaustão usando a fórmula (4).

Construir gráficos da eficácia da proteção da ventilação de exaustão e sem ela.

Coloque o aspirador no modo soprador e ligue-o. Direcionando o fluxo de ar para a superfície de uma determinada tela de proteção (modo chuveiro), repita as medições de acordo com os parágrafos. 7 - 10. Compare os resultados de medição dos parágrafos. 7-10.

Fixe a mangueira do aspirador em um dos racks e ligue o aspirador no modo "soprador", direcionando o fluxo de ar quase perpendicular ao fluxo de calor (levemente para) - uma imitação de uma cortina de ar. Usando o medidor IPP-2, meça a temperatura da radiação infravermelha sem e com o "ventilador".

Construir gráficos da eficiência de proteção do "ventilador" de acordo com a fórmula (4).

VI. Resultados de medição e sua interpretação

(no exemplo de trabalho de laboratório sobre o tema "Pesquisa de meios de proteção contra radiação infravermelha" em um dos universidades técnicas Moscou).

Mesa. Lareira elétrica EXP-1,0/220. Rack para colocação de telas intercambiáveis. Rack para instalação de uma cabeça de medição. Medidor de densidade de fluxo de calor IPP-2M. Governante. Aspirador Typhoon-1200.

A intensidade (densidade de fluxo) da radiação IR q é determinada pela fórmula:

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

onde S é a área da superfície radiante, m2;

T é a temperatura da superfície radiante, K;

r é a distância da fonte de radiação, m.

Um dos tipos mais comuns de proteção contra a radiação IR é a blindagem das superfícies emissoras.

Existem três tipos de telas:

opaco;

· transparente;

translúcido.

De acordo com o princípio de operação, as telas são divididas em:

· refletor de calor;

· absorção de calor;

dissipador de calor.

tabela 1

A eficácia da proteção contra a radiação térmica com a ajuda das telas E é determinada pelas fórmulas:

E \u003d (q - q3) / q

onde q é a densidade do fluxo de radiação IR sem proteção, W/m2;

q3 é a densidade do fluxo de radiação IR com o uso de proteção, W/m2.

Tipos de telas de proteção (opacas):

1. Tela mista - cota de malha.

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

2. Tela de metal com superfície enegrecida.

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

3. Tela de alumínio refletora de calor.

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

Vamos traçar a dependência da densidade de fluxo IR na distância para cada tela.

Sem proteção

Como podemos ver, a eficácia da ação protetora das telas varia:

1. O efeito protetor mínimo de uma tela mista - cota de malha - 0,63;

2. Tela de alumínio com superfície enegrecida - 0,86;

3. A tela de alumínio refletora de calor tem o maior efeito protetor - 0,99.

Ao avaliar o desempenho térmico das envolventes e estruturas do edifício e estabelecer o consumo real de calor através das envolventes externas do edifício, são utilizados os seguintes documentos regulamentares principais:

· GOST 25380-82. Um método para medir a densidade de fluxos de calor que passam através de envelopes de edifícios.

Ao avaliar o desempenho térmico de vários meios de proteção contra radiação infravermelha, são utilizados os seguintes documentos regulatórios principais:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Ar da área de trabalho. Exigências sanitárias e higiênicas gerais.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Meios de proteção contra radiação infravermelha. Classificação. Requisitos técnicos gerais.

· GOST 12.4.123-83 “Sistema de normas de segurança do trabalho. Meios de proteção coletiva contra radiação infravermelha. Requisitos técnicos gerais".

EM 1 tipos de transferência de calor

A teoria da transferência de calor é a ciência dos processos de transferência de calor. A transferência de calor é um processo complexo que pode ser dividido em vários processos simples. Existem três processos elementares de transferência de calor que são fundamentalmente diferentes um do outro - condutividade térmica, convecção e radiação térmica.

Condutividade térmica- ocorre com contato direto (colisão) de partículas de matéria (moléculas, átomos, elétrons livres), acompanhado de troca de energia. A condutividade térmica em gases e líquidos é desprezível. Os processos de condução de calor em sólidos são muito mais intensos. Corpos com baixa condutividade térmica são chamados de isolantes térmicos.

Convecção- ocorre apenas em líquidos e gases e representa a transferência de calor como resultado do movimento e mistura de partículas de um líquido ou gás. A convecção é sempre acompanhada de condução de calor.

Se o movimento das partículas de um líquido ou gás é determinado pela diferença em suas densidades (devido à diferença de temperatura), esse movimento é chamado de convecção natural.

Se um líquido ou gás é movido por uma bomba, ventilador, ejetor e outros dispositivos, esse movimento é chamado de convecção forçada. A troca de calor ocorre neste caso muito mais intensamente do que durante a convecção natural.

radiação térmica consiste na transferência de calor de um corpo para outro por meio de ondas eletromagnéticas resultantes de perturbações moleculares e atômicas complexas. As ondas eletromagnéticas se propagam da superfície do corpo em todas as direções. Ao encontrar outros corpos em seu caminho, a energia radiante pode ser parcialmente absorvida por eles, transformando-se novamente em calor (aumentando sua temperatura).

B2 Lei de Fourier e condutividade térmica

Estudando os processos de propagação de calor em sólidos, Fourier estabeleceu experimentalmente que a quantidade de calor transferida é proporcional à queda na temperatura, tempo e área da seção transversal perpendicular à direção de propagação do calor.

Se a quantidade de calor transferida for atribuída a uma unidade de seção e uma unidade de tempo, podemos escrever:

A Equação (1.6) é uma expressão matemática da lei básica da condução de calor - Lei de Fourier. Esta lei está subjacente a todos os estudos teóricos e experimentais de processos de condução de calor. O sinal de menos indica que o vetor de fluxo de calor é direcionado na direção oposta ao gradiente de temperatura.

Coeficiente de condutividade térmica

Multiplicador de proporcionalidade  na equação (1.6) é o coeficiente de condutividade térmica. Caracteriza as propriedades físicas do corpo e sua capacidade de conduzir calor:

(1.7)

Valor  é a quantidade de calor que passa por unidade de tempo através de uma unidade de área de uma superfície isotérmica com um gradiente de temperatura igual a um.

Por várias substâncias o coeficiente de condutividade térmica é diferente e depende da natureza da substância, sua estrutura, umidade, presença de impurezas, temperatura e outros fatores. Em cálculos práticos, o coeficiente de condutividade térmica dos materiais de construção deve ser considerado como parte do SNiP II-3-79 ** "Construction Heat Engineering".

Por exemplo:

para gases -  = 0,0050,5 [W/mC]

para líquidos -  = 0,080,7 [W/mC]

materiais de construção e isolantes térmicos -  = 0,023,0 [W/mC]

para metais -  = 20400 [W/mC]

B3 Condutividade térmica

A condutividade térmica é o processo de transferência de energia interna de partes mais aquecidas do corpo (ou corpos) para partes menos aquecidas (ou corpos), realizado por partículas em movimento aleatório do corpo (átomos, moléculas, elétrons, etc.). Tal transferência de calor pode ocorrer em qualquer corpo com distribuição de temperatura não uniforme, mas o mecanismo de transferência de calor dependerá do estado de agregação da substância.

A condutividade térmica também é chamada de característica quantitativa da capacidade de um corpo de conduzir calor. Em comparação de circuitos térmicos com circuitos elétricos, este é um análogo da condutividade.

A capacidade de uma substância de conduzir calor é caracterizada por coeficiente de condutividade térmica (condutividade térmica). Numericamente, essa característica é igual à quantidade de calor que passa por uma amostra de material de 1 m de espessura, 1 m 2 de área, por unidade de tempo (segundo) em um gradiente de temperatura unitário.

Historicamente, acreditava-se que a transferência de energia térmica está associada ao fluxo de calorias de um corpo para outro. No entanto, experimentos posteriores, em particular o aquecimento de canos de canhão durante a perfuração, refutaram a realidade da existência do calórico como um tipo independente de matéria. Nesse sentido, acredita-se atualmente que o fenômeno da condutividade térmica se deve ao desejo dos objetos de ocupar um estado mais próximo do equilíbrio termodinâmico, que se expressa na equalização de sua temperatura.

Na prática, também é necessário levar em consideração a condução de calor devido à convecção das moléculas e à penetração da radiação. Por exemplo, quando o vácuo é completamente não térmico, o calor pode ser transferido por radiação (por exemplo, o Sol, instalações de radiação infravermelha). E um gás ou líquido pode trocar camadas aquecidas ou resfriadas de forma independente ou artificial (por exemplo, um secador de cabelo, ventiladores de aquecimento). Também é possível em meios condensados “saltar” fônons de um corpo sólido para outro através de lacunas submicrônicas, o que contribui para a propagação de ondas sonoras e calor, mesmo que as lacunas sejam um vácuo ideal.

B4Transferência de calor por convecção a transferência de calor por convecção pode ocorrer apenas em meios em movimento - líquidos e gases gotejantes. Normalmente, um meio móvel é condicionalmente chamado de líquido, independentemente do estado de agregação da substância.

fluxo de calor Q , W, transferido durante a transferência de calor por convecção, é determinado pela fórmula de Newton-Richmann:

Q =  F ( t e - t ) , (2.1)

Onde:  - coeficiente de transferência de calor, W / m 2 С;

F - área de superfície de troca de calor, m 2;

t e e t são as temperaturas do líquido e da superfície da parede, respectivamente, С.

diferença de temperatura ( t e - t ) as vezes chamado diferença de temperatura.

O coeficiente de transferência de calor caracteriza a quantidade de calor que é transferido por convecção através de uma superfície unitária por unidade de tempo a uma diferença de temperatura de 1°C e tem a dimensão [J/sm 2 С] ou [W/m 2 С].

ou cinemática (  =  /  ), coeficiente de expansão volumétrica  ;

Velocidades do fluido W ;

Temperaturas do fluido e da parede t e e t ;

A forma e as dimensões lineares da parede lavada ( F , eu 1 O valor do coeficiente de transferência de calor depende de muitos fatores, a saber:

A natureza (modo) do movimento do fluido (laminar ou turbulento);

A natureza do movimento (natural ou forçado);

Propriedades físicas de um meio em movimento - o coeficiente de condutividade térmica  , densidade  , capacidade de calor Com , coeficiente de viscosidade dinâmica (  ), eu 2 ,...).

Assim, em termos gerais, podemos escrever:  = f (W,  ,Com,  ,  ,  , t e , t ,F ,eu 1 ,eu 2 ,...). (2.2)

Critério Nusselt. Define a razão da intensidade da transferência de calor por convecção (  ) e condutividade térmica (  ) na interface sólido-líquido: Não =  eu /  . (2.3)

Critério Prandtl. Caracteriza os mecanismos de transferência de calor em um líquido (depende das propriedades físicas do líquido): Pr =  / uma =  c  /  . (2.4)

Valor uma =  / c  é chamado difusividade térmica.

Critério de Reynolds. Estabelece a razão das forças inerciais e viscosas em um fluido e caracteriza o regime hidrodinâmico do movimento do fluido. R=V*l/nu Ré = wl /  .

No Ré <2300 режим движения ламинарный, при Ré >10 4 - turbulento, em 2300<Ré <10 4 режим движения переходной от ламинарного к турбулентному.

Critério de Grashof. Caracteriza a relação das forças de elevação que surgem devido à diferença nas densidades do fluido e nas forças de viscosidade. A diferença de densidade é devido à diferença de temperatura do líquido em seu volume: Gr = gl 3  t  /  2 .

Em todas as equações dadas acima, o valor eu – tamanho característico, m.

As equações que relacionam os números de similaridade são chamadas de equações de critério e geralmente são escritas da seguinte forma: Não = f ( Ré , Gr , Pr ) . (2.7)

A equação critério de transferência de calor por convecção com movimento forçado de fluido tem a forma: Não = cRe m Gr n Pr p . (2.8)

E com movimento livre do meio: Não = dgr k Pr r . (2.9)

Nestas equações, os coeficientes de proporcionalidade c e d , bem como expoentes sob critérios de similaridade m , n , p , k e r estabelecido experimentalmente.

B5 transferência de calor radiante

Os portadores de energia radiante são oscilações eletromagnéticas com diferentes comprimentos de onda. Todos os corpos que têm uma temperatura diferente do zero absoluto são capazes de emitir ondas eletromagnéticas. A radiação é o resultado de processos intra-atômicos. Quando atinge outros corpos, a energia da radiação é parcialmente absorvida, parcialmente refletida e passa parcialmente pelo corpo. As parcelas de energia absorvida, refletida e transmitida da quantidade de energia incidente no corpo são indicadas respectivamente UMA , R e D .

É óbvio que UMA +R +D =1.

Se um R =D =0, então tal corpo é chamado absolutamente preto.

Se a refletividade do corpo R \u003d 1 e a reflexão obedece às leis da óptica geométrica (ou seja, o ângulo de incidência do feixe é igual ao ângulo de reflexão), então esses corpos são chamados espelhado. Se a energia refletida é espalhada em todas as direções possíveis, esses corpos são chamados absolutamente branco.

corpos para os quais D =1 chamado absolutamente transparente(diatérmico).

As leis da radiação térmica

Lei de Planck estabelece a dependência da densidade de fluxo superficial da radiação monocromática de um corpo negro E 0  do comprimento de onda  e temperatura absoluta T .

Lei de Stefan-Boltzmann. Experimentalmente (I. Stefan em 1879) e teoricamente (L. Boltzmann em 1881) descobriu que a densidade de fluxo da radiação integral intrínseca de um corpo absolutamente negro E 0 é diretamente proporcional à temperatura absoluta à quarta potência, ou seja:

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

A PARTIR DE 0 - a emissividade de um corpo absolutamente preto, igual a 5,67 W / m 2 K 4.

O índice "0" em todas as equações acima significa que um corpo completamente negro está sendo considerado. Corpos reais são sempre cinzas. Atitude  =C/C 0 chamado de grau de negritude do corpo, varia no intervalo de 0 a 1.

Aplicada a corpos cinzas, a lei de Stefan-Boltzmann assume a forma: (2.11)

Valor de negritude  depende principalmente da natureza do corpo, da temperatura e do estado de sua superfície (lisa ou áspera).

lei de Lambert. A radiação máxima por unidade de superfície ocorre na direção da normal a ela. Se um Q n é a quantidade de energia emitida ao longo da normal à superfície, e Q  - na direção que forma o ângulo  com a normal, então, de acordo com a lei de Lambert: Q  = Q n  porque  . (2.12)

Lei de Kirchhoff. Relação de emissividade do corpo E à sua absorção MAS para todos os corpos igual e igual à emissividade de um corpo negro E 0 na mesma temperatura: E/A=E 0 = f ( T ) .

B6 Transferência de calor complexa e transferência de calor

Os tipos elementares considerados de transferência de calor (condução térmica, convecção e radiação) na prática, por via de regra, prosseguem simultaneamente. A convecção, por exemplo, é sempre acompanhada de condução de calor; a radiação é frequentemente acompanhada de convecção. A combinação de diferentes tipos de transferência de calor pode ser muito diversificada e seu papel no processo geral não é o mesmo. Este chamado transferência de calor complexa.

Em cálculos de engenharia de calor com transferência de calor complexa, o coeficiente de transferência de calor total (total) é frequentemente usado  0 , que é a soma dos coeficientes de transferência de calor por contato, levando em consideração a ação da convecção, condutividade térmica  para , e radiação  eu , ou seja  0 = para + eu .

Neste caso, a fórmula de cálculo para determinar o fluxo de calor tem a forma:

Q =(  para + eu )( t e - t Com )=  0 ( t e - t Com ) . (2.14)

Mas se a parede for lavada por um líquido gotejante, por exemplo, água, então

 eu =0 e  0 = para . (2.15)

Transferência de calor

Na engenharia de calor, muitas vezes o fluxo de calor de um líquido (ou gás) para outro é transferido através da parede. Tal processo de transferência de calor total, no qual a transferência de calor por contato é um componente necessário, é chamado de transferência de calor.

Exemplos de tal transferência de calor complexa podem ser: troca de calor entre água (ou vapor) em um aquecedor e ar interno; entre o ar interno e o ar externo.

B7 resistência térmica de estruturas simples e multicamadas

Considere este tipo de transferência de calor complexa

Transferência de calor através de uma parede plana de camada única.

Considere a transferência de calor através de uma parede plana de camada única. Suponhamos que o fluxo de calor seja direcionado da esquerda para a direita, a temperatura do meio aquecido t f1 , temperatura ambiente fria t f2 . A temperatura das superfícies das paredes é desconhecida: nós as denotamos como t c1 e t c2 (Fig. 2.1).

A transferência de calor no exemplo em consideração é um processo de transferência de calor complexo e consiste em três etapas: transferência de calor do meio aquecido (líquido ou gás) para a superfície da parede esquerda, condução de calor através da parede e transferência de calor da superfície da parede direita ao meio frio (líquido ou gasoso). Neste caso, assume-se que as densidades de fluxo de calor na superfície nos três estágios indicados são as mesmas se a parede for plana e o modo de transferência de calor for estacionário.

Valor k chamado coeficiente de transferência de calor e representa a potência do fluxo de calor passando de um meio mais aquecido para uma superfície menos aquecida através de 1 m 2 a uma diferença de temperatura entre os meios de 1 K. O inverso do coeficiente de transferência de calor é chamado resistência térmica à transferência de calor e denotado R , m 2 K / W:

Esta fórmula mostra que a resistência térmica total é igual à soma das resistências parciais.

B8 Cálculo de engenharia térmica de estruturas limitadas

O objetivo do cálculo: selecionar os projetos de cercas externas que atendam aos requisitos do SNP de proteção térmica de edifícios 23.02.2003

Determine a espessura do isolamento

Requisitos de resistência à transferência de calor com base nas condições de saneamento

Onde n - coeficiente tomado em função da posição da superfície exterior das estruturas envolventes em relação ao ar exterior de acordo com a Tabela. 3*, veja também a Tabela 4 deste manual;

t dentro - temperatura de projeto do ar interno, o C, adotada de acordo com GOST 12.1.005-88 e as normas de projeto para os edifícios e estruturas relevantes (consulte também o Apêndice 2);

t n - temperatura de inverno calculada do ar exterior, o C, igual à temperatura média do período de cinco dias mais frio com uma segurança de 0,92 de acordo com o SNiP 23-01-99 (ver Anexo 1);

Δ t n - diferença de temperatura normativa entre a temperatura do ar interno e a temperatura da superfície interna da envolvente do edifício, o C, tomada de acordo com a Tabela. 2*, ver também tabela. 3 deste manual;

α dentro - coeficiente de transferência de calor da superfície interna das estruturas envolventes, tomado de acordo com a Tabela. 4*, ver também tabela. 5.

Das condições economia de energiaR cerca de tr aceite para todos os outros tipos de edifícios de acordo com a Tabela. 2 dependendo graus-dia período de aquecimento (GSOP), determinado pela fórmula

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

Onde t dentro- o mesmo que na fórmula (5);

t de.per.- temperatura média, o C, do período de aquecimento com temperatura média diária do ar inferior ou igual a 8 o C de acordo com o SNiP 23-01-99 (ver também Anexo 1);

z de.per.- duração, em dias, do período de aquecimento com uma temperatura média diária do ar inferior Resistência térmica total (reduzida) de um envelope de construção de camada únicaR o , m 2 o C / W, é igual à soma de todas as resistências individuais, ou seja,

Onde α dentro- coeficiente de transferência de calor da superfície interna das estruturas envolventes, W / (m 2 o C), determinado de acordo com a tabela. 4*, ver também Tabela. 5 deste manual;

α n - coeficiente de transferência de calor da superfície externa das estruturas envolventes, W / (m 2 o C), determinado de acordo com a tabela. 6*, ver também Tabela. 6 deste manual;

R para- resistência térmica de uma estrutura de camada única, determinada pela fórmula (2).

Resistência térmica (resistência à transferência de calor) R , m 2 o C / W , - a propriedade térmica mais importante da cerca. Caracteriza-se pela diferença de temperatura entre as superfícies interna e externa da cerca, através de 1 m 2 do qual passa 1 watt de energia térmica (1 quilocaloria por hora).

Onde δ - espessura da cerca, m;

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

Quanto maior for a resistência térmica da envolvente do edifício, melhores serão as suas propriedades de protecção contra o calor. Da fórmula (2) pode-se ver que para aumentar a resistência térmica Ré necessário aumentar a espessura da cerca δ , ou reduzir o coeficiente de condutividade térmica λ , ou seja, utilizar materiais mais eficientes. Este último é mais benéfico por razões econômicas.

B9 O conceito de microclima. Troca de calor por pessoa e condições de conforto.

Debaixo microclima do quarto refere-se à totalidade dos regimes térmicos, de ar e de umidade em sua interligação. O principal requisito para o microclima é manter condições favoráveis para as pessoas na sala. Como resultado de processos metabólicos que ocorrem no corpo humano, a energia é liberada na forma de calor. Este calor (para manter a temperatura do corpo humano constante) deve ser transferido para o ambiente. Em condições normais, mais de 90% do calor gerado é liberado para o ambiente (50% por radiação, 25% por convecção, 25% por evaporação) e menos de 10% do calor é perdido como resultado do metabolismo.

A intensidade da transferência de calor humana depende do microclima da sala, que é caracterizado por:

Temperatura do ar interior t dentro ;

A temperatura de radiação da sala (a temperatura média de suas superfícies envolventes) t R ;

A velocidade de movimento (mobilidade) do ar v ;

Humidade relativa  dentro .

As combinações desses parâmetros microclimáticos, em que o equilíbrio térmico é mantido no corpo humano e não há tensão em seu sistema de termorregulação, são chamadas deconfortável ouótimo .

Em primeiro lugar, é muito importante manter condições de temperatura favoráveis em ambientes internos, pois a mobilidade e a umidade relativa, como regra, têm flutuações insignificantes.

Além do ideal, existem admissível combinações de parâmetros microclimáticos em que uma pessoa pode sentir um leve desconforto.

A parte da sala em que uma pessoa passa a maior parte de seu tempo de trabalho é chamada de atendido ou área de trabalho. Condições térmicas na sala, dependendo principalmente de, ou seja, de sua situação de temperatura, que geralmente é caracterizada condições de conforto.

A primeira condição de conforto- define tal área de combinações t dentro e t R , em que uma pessoa, estando no centro da área de trabalho, não experimenta superaquecimento ou hipotermia. Para um estado de espírito calmo t dentro = 21 ... 23, com trabalho leve - 19..21, com trabalho pesado - 14 ... 16С.

Para o período frio do ano, a primeira condição é caracterizada pela fórmula:

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

A segunda condição de conforto- determina as temperaturas permitidas de superfícies aquecidas e resfriadas quando uma pessoa está próxima delas.

Para evitar o superaquecimento por radiação inaceitável ou hipotermia da cabeça humana, as superfícies do teto e das paredes podem ser aquecidas a uma temperatura aceitável:

Ou resfriado a uma temperatura:, (3.3)

Onde:  - coeficiente de irradiação da superfície de uma área elementar na cabeça de uma pessoa em direção a uma superfície aquecida ou resfriada.

A temperatura da superfície de um piso frio no inverno pode ser apenas 2 a 2,5°C inferior à temperatura do ar ambiente devido à alta sensibilidade dos pés humanos à hipotermia, mas não superior a 22 a 34°C, dependendo da finalidade do instalações.

Os principais requisitos regulamentares para o microclima das instalações estão contidos nos documentos regulamentares: SNiP 2.04.05-91 (conforme alterado e complementado), GOST 12.1.005-88.

Ao determinar as condições meteorológicas calculadas na sala, a capacidade do corpo humano de se aclimatar em diferentes épocas do ano, a intensidade do trabalho realizado e a natureza da geração de calor na sala são levadas em consideração. Os parâmetros de ar calculados são normalizados dependendo do período do ano. Existem três períodos do ano:

Frio (temperatura externa média diária t n <+8С);

Transitório (-"– t n \u003d 8С);

Caloroso (-"- t n >8С);

Condições meteorológicas ideais e permitidas (temperatura do ar interno t dentro ) na área atendida de instalações residenciais, públicas e administrativas são dadas na Tabela 3.1.

Tabela 3.1

A temperatura máxima do ar permitida na área de trabalho é de 28°C (se a temperatura do ar exterior calculada for superior a 25°C, é permitido até 33°C).

Os valores ideais de umidade relativa do ar são 40-60%.

A velocidade ideal do ar na sala para o período frio é de 0,2 a 0,3 m / s, para o período quente - 0,2 a 0,5 m / s.

B10 Engenharia de sistemas de equipamentos de construção para criar e manter microclima

O microclima necessário nas instalações é criado pelos seguintes sistemas de equipamentos de engenharia de edifícios: aquecimento, ventilação e ar condicionado.

Sistemas de aquecimento servem para criar e manter nas instalações durante o período frio do ano as temperaturas do ar necessárias, reguladas pelas normas pertinentes. Aqueles. eles fornecem as condições térmicas necessárias das instalações.

Em estreita ligação com o regime térmico das instalações está o regime do ar, que é entendido como o processo de troca de ar entre as instalações e o ar exterior.

Sistemas de ventilação são projetados para remover o ar poluído das instalações e fornecer ar limpo para elas. Nesse caso, a temperatura calculada do ar interno não deve mudar. Os sistemas de ventilação consistem em dispositivos para aquecimento, umidificação e desumidificação do ar insuflado.

Sistemas de ar condicionado são meios mais avançados de criar e proporcionar um microclima melhorado na sala, ou seja, determinados parâmetros do ar: temperatura, umidade e limpeza na velocidade permitida de movimento do ar na sala, independentemente das condições meteorológicas externas e emissões nocivas variáveis no tempo nas salas. Os sistemas de ar condicionado consistem em dispositivos para tratamento térmico e de umidade do ar, limpeza de poeira, contaminantes biológicos e odores, movimentação e distribuição de ar na sala, controle automático de equipamentos e aparelhos.

AT 11a fórmula básica para calcular a perda de calor hz ogr design

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

Qt é a quantidade de energia térmica transferida do ar interno para

ar externo, W

F - área da estrutura envolvente, m kV

R - resistência total à transferência de calor da envolvente do edifício, m 2 C / W

tv - tn - temperatura de projeto, respectivamente, do ar interno e externo, C o

b - perdas de calor adicionais determinadas de acordo com o Apêndice 9 do SNiP 2.04.05-91*

n - coeficiente tomado dependendo da posição da superfície externa em relação ao ar externo

AT 12A medição das superfícies das estruturas envolventes é realizada de acordo com:

A altura das paredes do primeiro andar na presença de um piso localizado:

no térreo - Entre os pisos do primeiro e segundo andares

em toras - Do nível superior de preparação do piso do primeiro andar até o nível do piso do segundo andar

na presença de um porão não aquecido - Do nível da superfície inferior da estrutura do piso do primeiro andar ao nível do piso do segundo andar

A altura das paredes do piso intermediário:

entre os níveis do piso deste e os pisos sobrejacentes

Altura da parede do piso superior:

do nível do piso até o topo da camada isolante do piso do sótão

O comprimento das paredes externas ao longo do perímetro externo do edifício:

em salas de canto - da linha de interseção das superfícies externas das paredes aos eixos das paredes internas

em salas sem canto - entre os eixos das paredes internas

Comprimento e largura dos tetos e pisos acima dos porões e subterrâneos:

entre os eixos das paredes internas e da superfície interna da parede externa até o eixo da parede interna em salas de canto e de canto

Largura e altura das janelas, portas:

de acordo com as menores dimensões na luz

B13 Projete as temperaturas do ar externo e interno

Para a temperatura exterior calculada t n, °С, não é tomada a temperatura média mais baixa do período de cinco dias mais frio t 5 , °C, e seu valor com segurança de 0,92.

Para obter este valor, é selecionado o período de cinco dias mais frio em cada ano do segmento considerado P, anos (em SNiP 23-01-99* período de 1925 a 1980). Valores de temperatura selecionados do período mais frio de cinco dias t Os 5 são classificados em ordem decrescente. Cada valor é atribuído a um número. t. segurança Para no caso geral, é calculado pela fórmula

Período do ano	O nome de um quarto	Temperatura do ar, С		Temperatura resultante, С		Humidade relativa, %		Velocidade do ar, m/s
Período do ano	O nome de um quarto	ótimo	admissível	ótimo	admissível	ótimo	admissível, não mais		ideal, não mais	admissível, não mais
Resfriado	Sala de estar
	O mesmo, em áreas com a temperatura do período mais frio de cinco dias (segurança 0,92) menos 31С


	Banheiro, banheiro combinado
	Instalações para descanso e estudo
	Corredor entre apartamentos
	saguão, escada
	Armazéns
	Sala de estar

B14 Perda de calor com infiltração de ar. perda adicional de calor. Característica térmica específica. n - coeficiente tomado em função da posição da superfície exterior da estrutura envolvente em relação ao ar exterior e determinado de acordo com SNiP II-3-79 **;

 - perdas de calor adicionais em parcelas das principais perdas, consideradas:

a) para cercas verticais e inclinadas externas orientadas para direções de onde em janeiro o vento sopra a uma velocidade superior a 4,5 m / s com frequência de pelo menos 15% (de acordo com SNiP 2.01.01.-82) no valor de 0,05 na velocidade do vento até 5 m/s e na quantidade de 0,10 a uma velocidade de 5 m/s ou mais; para projeto típico, devem ser consideradas perdas adicionais no valor de 0,10 para o primeiro e segundo andares e 0,05 para o terceiro andar;

b) para cercas externas verticais e inclinadas de edifícios de vários pavimentos no valor de 0,20 para o primeiro e segundo pavimentos; 0,15 - para o terceiro; 0,10 - para o quarto andar de prédios com 16 ou mais andares; para edifícios de 10 a 15 andares, devem ser consideradas perdas adicionais no valor de 0,10 para o primeiro e segundo andares e 0,05 para o terceiro andar.

Perda de calor para aquecer o ar infiltrado

Perda de calor para aquecer o ar infiltrado Q dentro , kW, são calculados para cada ambiente aquecido com um ou grande quantidade janelas ou portas de sacada nas paredes externas, com base na necessidade de fornecer aquecimento do ar externo com aquecedores na quantidade de uma única troca de ar por hora de acordo com a fórmula

Q dentro =0,28 eu inf*r*s( t dentro - t n )

A característica térmica específica de um edifício é o fluxo máximo de calor para aquecimento do edifício a uma diferença de temperatura de um grau Celsius entre o ambiente interno e externo, referido a 1 metro cúbico. m de volume aquecido do edifício. As características térmicas específicas reais são determinadas pelos resultados dos testes ou pelos resultados das medições do consumo real de energia térmica, etc. A característica térmica específica real com perdas de calor conhecidas do edifício é igual a: q \u003d (Qzd / (Vout (tv - tn.p)), onde Qzd é a perda de calor calculada por todos os cômodos do edifício, W; Vn é o volume do edifício aquecido de acordo com a medição externa, cub.m. ; tv - temperatura do ar interior, C; tn.p - temperatura do ar exterior, C."

B15 Emissões nocivas de pessoas de radiação solar e outras fontes domésticas

Definição de dissipação de calor. Os principais tipos de liberação de calor incluem ganhos de calor de pessoas, como resultado da transição de energia mecânica em energia térmica, de equipamentos aquecidos, de materiais de refrigeração e outros itens importados para a instalação de produção, de fontes de iluminação, de produtos de combustão, de radiação solar, etc

A liberação de calor pelas pessoas depende da energia gasta por eles e da temperatura do ar na sala. Os dados para os homens são apresentados na Tabela. 2.3. As emissões de calor das mulheres são 85% e as crianças - uma média de 75% das emissões de calor dos homens.

B16 classificação de sistemas de aquecimento. Portadores de calor

Aquecedor(CO) é um complexo de elementos projetados para receber, transferir e transferir a quantidade necessária de calor para ambientes aquecidos. Cada CO inclui três elementos principais (Fig. 6.1): gerador de calor 1, que serve para obter calor e transferi-lo para o refrigerante; sistema de tubulação de calor 2 para transportar o refrigerante através deles do gerador de calor para os aquecedores; aparelhos de aquecimento 3, transferindo calor do refrigerante para o ar e os compartimentos da sala 4.

Como gerador de calor para CO, pode servir uma unidade de caldeira de aquecimento, na qual o combustível é queimado e o calor liberado é transferido para o refrigerante, ou qualquer outro trocador de calor que use um refrigerante diferente do CO.

Requisitos SO:

- sanitária e higiênica- garantir as temperaturas do ar na sala e as superfícies das cercas externas exigidas pelas normas relevantes;

- econômico– garantir custos mínimos reduzidos para construção e operação, consumo mínimo de metal;

- construção– assegurar o cumprimento das decisões arquitetônicas e urbanísticas e instrutivas do edifício;

- montagem- garantir a instalação por métodos industriais com o uso máximo de unidades pré-fabricadas unificadas com um número mínimo de tamanhos padrão;

- operacional- simplicidade e conveniência de manutenção, gerenciamento e reparo, confiabilidade, segurança e ausência de ruído de operação;

- estético- boa compatibilidade com a decoração arquitetônica interior da sala, a área mínima ocupada pelo CO.

A quantidade de calor que passa por uma determinada superfície por unidade de tempo é chamada de fluxo de calor Q, C .

A quantidade de calor por unidade de área por unidade de tempo é chamada densidade de fluxo de calor ou fluxo de calor específico e caracteriza a intensidade da transferência de calor.

(9.4)

Densidade de fluxo de calor q, é direcionado ao longo da normal à superfície isotérmica na direção oposta ao gradiente de temperatura, ou seja, na direção da diminuição da temperatura.

Se a distribuição é conhecida q na superfície F, então a quantidade total de calor Qτ passou por esta superfície durante o tempo τ , pode ser encontrado de acordo com a equação:

(9.5)

e o fluxo de calor:

(9.5")

Se o valor qé constante sobre a superfície considerada, então:

(9.5")

Lei de Fourier

Esta lei define a quantidade de fluxo de calor ao transferir calor através da condução de calor. O cientista francês J.B. Fourier em 1807 ele estabeleceu que a densidade do fluxo de calor através de uma superfície isotérmica é proporcional ao gradiente de temperatura:

(9.6)

O sinal de menos em (9.6) indica que o fluxo de calor é direcionado na direção oposta ao gradiente de temperatura (ver Fig. 9.1.).

Densidade de fluxo de calor em uma direção arbitrária eu representa a projeção nesta direção do fluxo de calor na direção da normal:

Coeficiente de condutividade térmica

Coeficiente λ , W/(m·K), na equação da lei de Fourier é numericamente igual à densidade do fluxo de calor quando a temperatura cai em um Kelvin (grau) por unidade de comprimento. A condutividade térmica de várias substâncias depende de sua propriedades físicas. Para um determinado corpo, o valor do coeficiente de condutividade térmica depende da estrutura do corpo, seu peso volumétrico, umidade, composição química, pressão, temperatura. Nos cálculos técnicos, o valor λ retirados das tabelas de referência, e é necessário assegurar que as condições para as quais o valor do coeficiente de condutividade térmica é dado na tabela correspondem às condições do problema calculado.

O coeficiente de condutividade térmica depende especialmente fortemente da temperatura. Para a maioria dos materiais, como mostra a experiência, essa dependência pode ser expressa por uma fórmula linear:

(9.7)

Onde λ o - coeficiente de condutividade térmica a 0 °C;

β - coeficiente de temperatura.

Coeficiente de condutividade térmica dos gases, e em particular vapores depende fortemente da pressão. O valor numérico do coeficiente de condutividade térmica para várias substâncias varia em uma faixa muito ampla - de 425 W / (m K) para prata, a valores da ordem de 0,01 W / (m K) para gases. Isso é explicado pelo fato de que o mecanismo de transferência de calor por condução térmica em vários ambientes físicos diferente.

Os metais têm valor mais alto coeficiente de condutividade térmica. A condutividade térmica dos metais diminui com o aumento da temperatura e diminui acentuadamente na presença de impurezas e elementos de liga. Assim, a condutividade térmica do cobre puro é de 390 W / (m K), e o cobre com traços de arsênico é de 140 W / (m K). A condutividade térmica do ferro puro é de 70 W/(m K), aço com 0,5% carbono - 50 W/(m K), aço ligado com 18% cromo e 9% níquel - apenas 16 W/(m K).

A dependência da condutividade térmica de alguns metais com a temperatura é mostrada na fig. 9.2.

Os gases têm baixa condutividade térmica (da ordem de 0,01...1 W/(m K)), que aumenta fortemente com o aumento da temperatura.

A condutividade térmica dos líquidos se deteriora com o aumento da temperatura. A exceção é a água e glicerol. Em geral, a condutividade térmica dos líquidos gotejantes (água, óleo, glicerina) é maior que a dos gases, mas menor que a dos líquidos. sólidos e está na faixa de 0,1 a 0,7 W / (m K).

Arroz. 9.2. O efeito da temperatura na condutividade térmica dos metais