ТЕПЛОВИЙ ПОТІК

ТЕПЛОВИЙ ПОТІК

Кількість теплоти, передана через ізотерміч. у од. часу. Розмірність Т. п. збігається з розмірністю потужності. Т. п. вимірюється у ватах або ккал/год (1 ккал/год = 1,163 Вт). Т. п., віднесений до од. ізотерміч. поверхні, зв. густиною Т. п., уд. Т. п. або тепловим навантаженням; позначається зазвичай q, вимірюється Вт/м2 або ккал/(м2 год). Щільність Т. п.- вектор, будь-яка компонента якого чисельно дорівнює кол-ву теплоти, що передається в од. часу через од. площі, перпендикулярної напрямку взятої .

Фізичний енциклопедичний словник. - М: Радянська енциклопедія. . 1983 .

ТЕПЛОВИЙ ПОТІК

Вектор, спрямований убік, протилежний градієнту темп-ри і рівний абс. величині кол-ву теплоти, що проходить через ізотерміч. поверхню за одиницю часу. Вимірюється у ватах або ккал/год (1 ккал/год=1,163 Вт). Т. п., віднесений до одиниці ізотерміч. поверхні, зв. густиною Т. п. або уд. Т. п., у техніці - т е п л о вій нагру з к ой. Одиницями виміру уд. Т. п. служать Вт/м 2 та ккал/(м 2 · год).

Фізична енциклопедія. У 5-ти томах. - М: Радянська енциклопедія. Головний редактор А. М. Прохоров. 1988 .

Дивитись що таке "ТЕПЛОВИЙ ПОТІК" в інших словниках:

Тепловий потік- Тепловий потік – кількість теплоти, що проходить через зразок за одиницю часу. [ГОСТ 7076 99] Тепловий потік – потік теплової енергії, що переноситься у процесі теплообміну. [Термінологічний словник з бетону та залізобетону. ФГУП… … Енциклопедія термінів, визначень та пояснень будівельних матеріалів

Кількість теплоти, що проходить в одиницю часу через довільну ізотермічну поверхню. Великий Енциклопедичний словник

- (a. heat flow, heat flux, rate of heat flow; зв. Warmefluβ, Warmestromung; ф. courant calorifique, flux de chaleur; в. corrent termico, torrente calorico, flujo termico) кіл у теплоти, передане через ізотерміч. поверхню в одиницю. Геологічна енциклопедія

Кількість теплоти, що переноситься через якусь поверхню в процесі теплообміну. Характеризується щільністю Т. п., яка є відношенням кількості теплоти, перенесеної через поверхню, до інтервалу часу, за який цей ... Енциклопедія техніки

тепловий потік- - [Я.Н.Лугинський, М.С.Фезі Жилінська, Ю.С.Кабіров. Англо-російський словник з електротехніки та електроенергетики, Москва, 1999 р.] Тематики електротехніка, основні поняття EN thermal currentthermal flowheat fluxthermal flux … Довідник технічного перекладача

Тепловий потік Q- Вт кількість теплоти, що проходить через конструкцію, що захищає в одиницю часу.

1. Однорідна стіна. Розглянемо однорідну стінку завтовшки (рис. 1-7), коефіцієнт теплопровідності, якою постійний. На зовнішніх поверхнях стіни підтримуються постійні температури. Температура змінюється лише у напрямку осі х. У цьому випадку температурне поле одномірне, ізотермічні поверхні плоскі і розташовуються перпендикулярно до осі х.

На відстані х виділимо всередині стінки шар завтовшки обмежений двома ізотермічними поверхнями. На підставі закону Фур'є [рівняння (1-1)] для цього випадку можна написати:

густина теплового потоку q при стаціонарному тепловому режимі постійна в кожному перерізі, тому

Постійна інтегрування визначається з граничних умов, саме при а при . Підставляючи ці значення рівняння (б), маємо:

З рівняння (в) визначається невідоме значення густини теплового потоку q, а саме:

Отже, кількість теплоти, передана через одиницю поверхні стінки в одиницю часу, прямо пропорційно коефіцієнту теплопровідності та різниці температур зовнішніх поверхонь і обернено пропорційно товщині стінки.

Рівняння (1-2) є розрахунковою формулою теплопровідності плоскої стінки. Воно пов'язує між собою чотири величини: і . Знаючи з них будь-які три, можна знайти четверту:

Відношення називається тепловою провідністю стінки, а обернена величина – термічним опором. Останнє визначає падіння температури у стінці на одиницю щільності теплового потоку.

Якщо рівняння (б) підставити знайдені значення З і щільності теплового потоку q, отримаємо рівняння температурної кривої

Останнє показує, що з постійному значенні коефіцієнта теплопровідності температура однорідної стінки змінюється за лінійним законом. Насправді внаслідок своєї залежності від температури коефіцієнт теплопровідності є змінною величиною. Якщо цю обставину врахувати, то отримаємо інші складніші розрахункові формули.

Для переважної більшості матеріалів залежність коефіцієнта теплопровідності від температури має лінійний характер виду. У цьому випадку на підставі закону Фур'є для плоскої стінки маємо:

Розділивши змінні та здійснивши інтегрування, отримаємо:

Підставляючи в рівняння (е) граничні значення змінних, маємо при

Віднімаючи з рівняння (з) рівняння (ж), отримуємо:

Рис. 1-7. Однорідна плоска стінка.

Нова розрахункова формула (1-4) дещо складніша за формулу (1-2). Там ми приймали коефіцієнт теплопровідності постійним і рівним деякому середньому значенню.

Прирівнюючи одна одній праві частини цих формул, маємо:

Отже, якщо визначається за середньоарифметичним з граничних значень температур стінок, формули (1-2) і (1-4) рівнозначні.

З урахуванням залежності коефіцієнта теплопровідності від температури рівняння температурної кривої в стінці виходить шляхом вирішення рівняння (е) щодо t і підстановки значення З (ж), а саме:

Отже, в цьому випадку температура стінки змінюється не лінійно, а по кривій. При цьому якщо коефіцієнт позитивний, опуклість кривої спрямована вгору, а якщо негативний - вниз (див. рис. 1-10).

2. Багатошарова стінка.

Стінки, що складаються з кількох різнорідних шарів, називаються багатошаровими.

Саме такими є, наприклад, стіни житлових будинків, у яких на основному цегляному шарі з одного боку є внутрішня штукатурка, з іншого – зовнішнє облицювання. Обмуровка печей, котлів та інших теплових пристроїв також складається з кількох шарів.

Рис. 1-8. Багатошарова плоска стінка.

Нехай стінка складається з трьох різнорідних шарів, що щільно прилягають один до одного (рис. 1-8). Товщина першого шару другого та третього. Відповідно коефіцієнти теплопровідності шарів. Крім того, відомі температури зовнішніх поверхонь стінки. Тепловий контакт між поверхнями передбачається ідеальним, температуру в місцях контакту ми позначимо через .

При стаціонарному режимі щільність теплового потоку стала і всім шарів однакова. Тому на підставі рівняння (1-2) можна написати:

З цих рівнянь легко визначити температурні напори в кожному шарі:

Сума температурних натисків у кожному шарі становить повний температурний тиск. Складаючи ліві та праві частини системи рівнянь (м), отримуємо:

Зі співвідношення (н) визначаємо значення щільності теплового потоку:

За аналогією з викладеним можна відразу написати розрахункову формулу для -шарової стінки:

Так як кожен доданок знаменника у формулі (1-6) являє собою термічний опір шару, то з рівняння (1-7) випливає, що загальний термічний опір багатошарової стінки дорівнює сумі термічних приватних опорів.

Рис. 1-9. Графічний спосіб визначення проміжних температур.

Якщо значення густини теплового потоку з рівняння (1-6) підставити в рівняння (м), то отримаємо значення невідомих температур:

Усередині кожного шару температура змінюється по прямій, але для багатошарової стінки в цілому вона є ламаною лінією (рис. 1-8). Значення невідомих температур багатошарової стінки можна також визначити графічно (рис. 1-9). При побудові графіка осі абсцис в будь-якому масштабі, але в порядку розташування шарів, відкладаються значення їх термічних опорів, відновлюються перпендикуляри. На крайніх їх також у довільному, але однаковому масштабі, відкладаються значення зовнішніх температур .

Отримані точки А та С з'єднуються прямою. Точки перетину цієї прямої із середніми перпендикулярами дають значення шуканих температур. При такій побудові. Отже,

Підставляючи значення відрізків, отримуємо:

Аналогічно доводимо, що

Іноді для скорочення викладок багатошарову стіну розраховують як одношарову (однорідну) товщиною. При цьому в розрахунок вводиться так званий еквівалентний коефіцієнт теплопровідності, що визначається із співвідношення

Звідси маємо:

Таким чином, еквівалентний коефіцієнт теплопровідності залежить лише від значень термічних опорів та товщини окремих шарів.

При виведенні розрахункової формули для багатошарової стінки ми припускали, що шари щільно прилягають один до одного і завдяки ідеальному тепловому контакту поверхні поверхні різних шарів, що стикаються, мають одну і ту ж температуру. Однак якщо поверхні шорсткі, тісний дотик неможливий і між шарами утворюються повітряні зазори. Так як теплопровідність повітря мала, то наявність дуже тонких зазорів може сильно вплинути в бік зменшення еквівалентного коефіцієнта теплопровідності багатошарової стінки. Аналогічний вплив має і шар оксиду металу. Тому при розрахунку і особливо при вимірі теплопровідності багатошарової стінки слід звертати увагу на густину контакту між шарами.

Приклад 1-1. Визначити втрату теплоти через цегляну стінку завдовжки 5 м, заввишки 3 м і завтовшки 250 мм, якщо на поверхнях стінки підтримуються температури. Коефіцієнт теплопровідності цеглини А = 0,6 Вт/(м °С).

Відповідно до рівняння (1-2)

Приклад 1-2. Визначити значення коефіцієнта теплопровідності матеріалу стінки, якщо при товщині мм та температурному натиску щільність теплового потоку .

I. Вимірювання щільності теплових потоків, що проходять через огороджувальні конструкції. ГОСТ 25380-82.

Тепловий потік – кількість теплоти, передана через ізотермічну поверхню за одиницю часу. Тепловий потік вимірюється у ватах або ккал/год (1 вт = 0,86 ккал/год). Тепловий потік, віднесений до одиниці ізотермічної поверхні, називається щільністю теплового потоку або тепловим навантаженням; позначається зазвичай q, вимірюється Вт/м2 або ккал/(м2×ч). Щільність теплового потоку - вектор, будь-яка компонента якого чисельно дорівнює кількості теплоти, що передається в одиницю часу через одиницю площі, перпендикулярної до напряму взятої компоненти.

Вимірювання щільності теплових потоків, що проходять через огороджувальні конструкції, проводяться відповідно до ГОСТ 25380-82 "Будівлі та споруди. Метод вимірювання щільності теплових потоків, що проходять через огороджувальні конструкції".

Цей стандарт встановлює єдиний метод визначення щільності теплових потоків, що проходять через одношарові та багатошарові конструкції житлових, громадських, виробничих і сільськогосподарських будівель і споруд при експериментальному дослідженні та в умовах їх експлуатації.

Щільність теплового потоку відраховується за шкалою спеціалізованого приладу, до складу якого входить перетворювач теплового потоку або розраховується за результатами вимірювання е.д.с. на попередньо відградуйованих перетворювачах теплового потоку.

Схема вимірювання густини теплового потоку наведена на кресленні.

1 - конструкція, що захищає; 2 -перетворювач теплового потоку; 3 - вимірювач е.р.с.;

tв, tн - температура внутрішнього та зовнішнього повітря;

τн, τв, τ"в - температура зовнішньої, внутрішньої поверхонь огороджувальної конструкції поблизу і під перетворювачем відповідно;

R1, R2 - термічний опір огороджувальної конструкції та перетворювача теплового потоку;

q1, q2 - щільність теплового потоку до та після закріплення перетворювача

ІІ. Інфрачервоне випромінювання. Джерела. Захист.

Захист від інфрачервоних випромінювань на робочих місцях.

Джерелом інфрачервоного випромінювання (ІЧ) є будь-яке нагріте тіло, температура якого визначає інтенсивність і спектр випромінюваної електромагнітної енергії. Довжина хвилі з максимальною енергією теплового випромінювання визначається за такою формулою:

λmах = 2,9-103/T [мкм] (1)

де Т - Абсолютна температура випромінюючого тіла, До.

Інфрачервоне випромінювання поділяється на три області:

· короткохвильова (X = 0,7 - 1,4 мкм);

· Середньохвильова (к = 1,4 - 3,0 мкм):

· Довгохвильова (к = 3,0 мкм - 1,0 мм).

Електричні хвилі інфрачервоного діапазону мають в основному тепловий вплив на організм людини. При цьому необхідно враховувати: інтенсивність і довжину хвилі з максимальною енергією; площа випромінюваної поверхні; тривалість опромінення за робочий день та тривалість безперервної дії; інтенсивність фізичної праці та рухливість повітря на робочому місці; якість спецодягу; індивідуальні особливості працюючого.

Промені короткохвильового діапазону з довжиною хвилі λ ≤ 1,4 мкм мають здатність проникати в тканину людського організму на кілька сантиметрів. Таке ІЧ випромінювання легко проникає через шкіру і черепну коробку в мозкову тканину і може впливати на клітини головного мозку, викликаючи його важкі ураження, симптомами яких є блювання, запаморочення, розширення кровоносних судин шкіри, падіння кровоносного тиску, порушення кровообігу та дихання, судоми, іноді втрата свідомості. При опроміненні короткохвильовими ІЧ променями спостерігається також підвищення температури легень, нирок, м'язів та інших органів. У крові, лімфі, спинномозковій рідині з'являються специфічні біологічно активні речовини, спостерігається порушення обмінних процесів, Змінюється функціональний стан центральної нервової системи.

Промені середньохвильового діапазону з довжиною хвилі = 1,4 - 3,0 мкм затримуються в поверхневих шарах шкіри на глибині 0,1 - 0,2 мм. Тому їх фізіологічний вплив на організм проявляється головним чином у підвищенні температури шкіри та нагріванні організму.

Найбільш інтенсивний нагрівання шкірної поверхні людини відбувається при ІЧ випромінюванні з > 3 мкм. Під його впливом порушується діяльність серцево-судинної та дихальної систем, а також тепловий баланс організму, що може призвести до теплового удару.

Інтенсивність теплового випромінювання регламентується, виходячи із суб'єктивного відчуття людиною енергії опромінення. Відповідно до ГОСТ 12.1.005-88 інтенсивність теплового опромінення працюючих від нагрітих поверхонь технологічного обладнання та освітлювальних приладів не повинна перевищувати: 35 Вт/м2 при опроміненні понад 50% поверхні тіла; 70 Вт/м2 при опроміненні від 25 до 50% поверхні; 100 Вт/м2 при опроміненні не більше 25% поверхні тіла. Від відкритих джерел (нагріті метал і скло, відкрите полум'я) інтенсивність теплового опромінення не повинна перевищувати 140 Вт/м2 при опроміненні не більше 25% поверхні тіла та обов'язковому використанні засобів індивідуального захисту, у тому числі засобів захисту обличчя та очей.

Норми обмежують також температуру нагрітих поверхонь обладнання у робочій зоні, яка має перевищувати 45 °З.

Температура поверхні обладнання, всередині якого температура близька до 100 0С, повинна бути не вищою за 35 0С.

q = 0,78 х S х (T4 х 10-8 - 110) / r2 [Вт / м2] (2)

До основних видів захисту від інфрачервоного випромінювання відносяться:

1. захист часом;

2. захист відстанню;

3. екранування, теплоізоляція або охолодження гарячих поверхонь;

4. збільшення тепловіддачі тіла;

5. індивідуальні засоби захисту;

6. усунення джерела тепловиділення.

Захист часом передбачає обмеження часу перебування працюючого в зоні дії випромінювання. Безпечний час перебування людини в зоні дії ІЧ випромінювання залежить від його інтенсивності (щільності потоку) і визначається за табл.1.

Таблиця 1

Час безпечного перебування людей у ​​зоні ІЧ випромінювання

Безпечна відстань визначається за формулою (2) залежно від тривалості перебування в робочій зоні та допустимої щільності ІЧ випромінювання.

Потужність ІЧ випромінювання можна зменшити шляхом конструкторських і технологічних рішень (заміна режиму і способу нагрівання виробів та ін), а також покриттям поверхонь, що нагріваються тепло-ізолюючими матеріалами.

Розрізняють екрани трьох типів:

· Непрозорі;

· прозорі;

· Напівпрозорі.

У непрозорих екранах енергія електромагнітних коливань, взаємодіючи з речовиною екрану, перетворюється на теплову. При цьому екран нагрівається і, як всяке нагріте тіло, стає джерелом теплового випромінювання. Випромінювання протилежної джерелу поверхнею екрана умовно розглядається як пропущене випромінювання джерела. До непрозорих екранів відносяться: металеві, альфолеві (з алюмінієвої фольги), пористі (пінобетон, пеностекло, керамзит, пемза), азбестові та інші.

У прозорих екранах випромінювання поширюється всередині них за законами геометричної оптики, що забезпечує видимість через екран. Ці екрани виготовляють з різних стекол, застосовують також плівкові водяні завіси (вільні і стікають по склу).

Напівпрозорі екрани поєднують властивості прозорих та непрозорих екранів. До них відносяться металеві сітки, ланцюгові завіси, екрани зі скла, армованого металевою сіткою.

· тепловідбивні;

· теплопоглинаючі;

· Тепловідвідні.

Цей поділ досить умовно, оскільки кожен екран має здатність відбивати, поглинати і відводити тепло. Віднесення екрану до тієї чи іншої групи визначається тим, яка його здатність виражена сильніше.

Тепловідбивні екрани мають низький ступінь чорноти поверхонь, внаслідок чого значну частину падаючої на них променистої енергії вони відображають у зворотному напрямку. Як тепловідбивні матеріали використовують альфоль, листовий алюміній, оцинковану сталь.

Теплопоглинаючими називають екрани, виконані з матеріалів з високим термічним опором (малим коефіцієнтом теплопровідності). Як теплопоглинаючі матеріали використовують вогнетривку і теплоізоляційну цеглу, азбест, шлаковату.

Як тепловідвідні екрани найбільш широко застосовуються водяні завіси, що вільно падають у вигляді плівки, або зрошують іншу екрануючу поверхню (наприклад, металеву), або укладені в спеціальний кожух зі скла або металу.

Е = (q - q3) / q (3)

Е = (t - t3) / t (4)

q3 - щільність потоку ІЧ випромінювання із застосуванням захисту, Вт/м2;

t - температура ІЧ випромінювання без застосування захисту, ° С;

t3 - температура ІЧ випромінювання із застосуванням захисту, °С.

Потік повітря, спрямований безпосередньо на працюючого, дозволяє збільшити відведення тепла від його тіла навколишнє середовище. Вибір швидкості потоку повітря залежить від тяжкості виконуваної роботи та інтенсивності ІЧ випромінювання, але вона не повинна перевищувати 5 м/с, так як у цьому випадку у працюючого виникають неприємні відчуття (наприклад, шум у вухах). Ефективність повітряних душів зростає при охолодженні повітря, що направляється на робоче місце або при підмішуванні до нього дрібно розпорошеної води (водоповітряний душ).

В якості індивідуальних засобів захисту застосовується спецодяг з бавовняної і вовняної тканин, з тканин з металевим покриттям (відбивають до 90% ІЧ випромінювання). Для захисту очей призначені окуляри, щити зі спеціальним склом — світло-фільтрами жовто-зеленого або синього кольору.

Лікувально-профілактичні заходи передбачають організацію раціонального режиму праці та відпочинку. Тривалість перерв у роботі та його частота визначаються інтенсивністю ІЧ випромінювання і тяжкістю роботи. Поряд із періодичними перевірками проводяться медогляди з метою профілактики професійних захворювань.

ІІІ. Використовувані контрольно-вимірювальні прилади.

Для вимірювання щільності теплових потоків, що проходять через огороджувальні конструкції та перевірки властивостей теплозахисних екранів нашими фахівцями були розроблені прилади серії .

Галузь застосування:

Прилади серії ІПП-2 знайшли широке застосування у будівництві, наукових організаціях, на різних об'єктах енергетики та багатьох інших галузях.

Вимірювання щільності теплового потоку, як показника теплоізоляційних властивостей різних матеріалів, приладами серії ІПП-2 виробляють при:

Випробування огороджувальних конструкцій;

визначення теплових втрат у водяних теплових мережах;

Проведення лабораторних робіт у ВНЗ (кафедри «Безпека життєдіяльності», «Промислова екологія» та ін.).

На малюнку наведено дослідний зразок стенду "Визначення параметрів повітря робочої зони та захист від теплових впливів" БЗЗ 3 (виробництво ТОВ «Інтос+»).

Стенд містить джерело теплового випромінювання у вигляді побутового рефлектора, перед яким встановлюється теплозахисний екран із різних матеріалів (тканина, металевий лист, набір ланцюгів та ін.). За екраном на різних відстанях від нього всередині моделі приміщення розміщується прилад ІПП-2, що вимірює щільність теплового потоку. Зверху над моделлю приміщення розміщується парасолька з вентилятором. Вимірювальний пристрійІПП-2 має додатковий датчик, що дозволяє вимірювати температуру повітря усередині приміщення. Таким чином, стенд БЖЗ 3 дозволяє кількісно оцінювати ефективність різних типів теплового захисту та локальної вентиляційної системи.

Стенд дозволяє вимірювати інтенсивність теплового випромінювання залежно від відстані до джерела, визначати ефективність захисних властивостей екранів різних матеріалів.

IV. Принцип дії та конструктивне виконання приладу ІПП-2.

Конструктивно вимірювальний блок приладу виконується у пластмасовому корпусі.

Принцип дії приладу ґрунтується на вимірі перепаду температур на «допоміжній стінці». Розмір температурного перепаду пропорційна щільності теплового потоку. Вимірювання температурного перепаду здійснюється за допомогою стрічкової термопари, розташованої всередині пластинки зонда, що виступає в ролі «допоміжної стінки».

У робочому режимі приладом виконується циклічний вимір вибраного параметра. Здійснюється перехід між режимами вимірювання густини теплового потоку та температури, а також індикації заряду акумуляторів у відсотках 0%…100%. Під час переходу між режимами на індикаторі відображається відповідний напис вибраного режиму. Прилад також може проводити періодичну автоматичну запис виміряних значень енергонезалежну пам'ять з прив'язкою до часу. Увімкнення/вимкнення запису статистики, налаштування параметрів запису, зчитування накопичених даних здійснюється за допомогою програмного забезпечення, яке постачається на замовлення.

особливості:

• Можливість встановлення порогів звукової та світлової сигналізації. Пороги – це верхня чи нижня межі допустимої зміни відповідної величини. При порушенні верхнього або нижнього порогового значення прилад виявляє цю подію і на індикаторі світиться світлодіод. При відповідному настроюванні приладу порушення порогів супроводжується звуковим сигналом.

· Передача виміряних значень комп'ютер за інтерфейсом RS 232.

Перевагою приладу є можливість поперемінного підключення до приладу до 8 різних зондів теплового потоку. Кожен зонд (датчик) має свій індивідуальний калібрувальний коефіцієнт (коефіцієнт перетворення Kq), що показує, наскільки напруга датчика змінюється щодо теплового потоку. Цей коефіцієнт використовується приладом для побудови калібрувальної характеристики зонда, за якою визначається поточне вимірюване значення теплового потоку.

Модифікації зондів для вимірювання густини теплового потоку:

Зонди теплового потоку призначені для проведення вимірювань поверхневої густини теплового потоку за ГОСТ 25380-92.

Зовнішній вигляд зондів теплового потоку

1. Зонд теплового потоку притискного типу із пружиною ПТП-ХХХП випускається в наступних модифікаціях (залежно від діапазону вимірювання щільності теплового потоку):

- ПТП-2.0П: від 10 до 2000 Вт/м2;

- ПТП-9, 9П: від 10 до 9999 Вт/м2.

2. Зонд теплового потоку у вигляді "монети" на гнучкому кабелі ПТП-2.0.

Діапазон вимірювання густини теплового потоку: від 10 до 2000 Вт/м2.

Модифікації зондів для вимірювання температури:

Зовнішній вигляд зондів для вимірювання температури

1. Занурювальні термоперетворювачі ТПП-А-D-L на основі терморезистора Pt1000 (термоперетворювачі опору) та термоперетворювачі ТХА-А-D-L на основі термопари ХА (термоперетворювачі електричні) призначені для вимірювання температури різних рідких та газоподібних середовищ, а також сипких.

Діапазон вимірювання температури:

- для ТПП-А-D-L: від -50 до +150 ° С;

- для ТХА-А-D-L: від -40 до +450 °С.

Габаритні розміри:

- D (діаметр): 4, 6 або 8 мм;

- L (довжина): від 200 до 1000 мм.

2. Термоперетворювач ТХА-А-D1/D2-LП на основі термопари ХА(термоперетворювач електричний) призначений для вимірювання температури плоскої поверхні.

Габаритні розміри:

- D1 (діаметр «металевого штиря»): 3 мм;

- D2 (діаметр основи - «п'ятачка»): 8 мм;

- L (довжина "металевого штиря"): 150 мм.

3. Термоперетворювач ТХА-А-D-LЦ на основі термопари ХА (термоперетворювач електричний) призначений для вимірювання температури циліндричних поверхонь.

Діапазон вимірювання температури: від -40 до +450 °С.

Габаритні розміри:

- D (діаметр) - 4 мм;

- L (довжина "металевого штиря"): 180 мм;

- Ширина стрічки - 6 мм.

У комплект поставки приладу для вимірювання густини теплового навантаження середовища входять:

2. Зонд для вимірювання щільності теплового потоку.

3. Зонд для вимірювання температури.

4. Програмне забезпечення.**

5. Кабель для підключення до персонального комп'ютера. **

6. Свідоцтво про калібрування.

7. Посібник з експлуатації та паспорт на прилад ІПП-2.

8. Паспорт на термоелектричні перетворювачі (температурні зонди).

9. Паспорт на зонд густини теплового потоку.

10. Мережевий адаптер.

* - Діапазони вимірювання та конструкція зондів визначаються на етапі замовлення

** - Позиції поставляються за спеціальним замовленням.

V. Підготовка приладу до роботи та проведення вимірювань.

Підготовка приладу для роботи.

Вийняти прилад із пакувальної тари. Якщо прилад внесений у тепле приміщення з холодного, необхідно дати прогрітися приладу до кімнатної температури протягом 2-х годин. Повністю зарядіть акумулятор протягом чотирьох годин. Помістити зонд у тому місці, де будуть проводитися виміри. Підключити зонд до приладу. Якщо передбачається робота приладу в комплексі з персональним комп'ютером, необхідно за допомогою кабелю підключити прилад до вільного СОМ порту комп'ютера. Підключити до приладу мережний адаптер та встановити програмне забезпечення відповідно до опису. Увімкнути пристрій коротким натисканням кнопки. При необхідності налаштувати прилад відповідно до пункту 2.4.6. Посібники з експлуатації. Під час роботи з персональним комп'ютером налаштувати мережеву адресу та швидкість обміну приладу відповідно до пункту 2.4.8. Посібники з експлуатації. Приступити до вимірів.

Нижче наведено схему перемикань у режимі "Робота".

Підготовка та проведення вимірювань при теплотехнічних випробуваннях конструкцій, що захищають.

1. Вимірювання щільності теплових потоків проводять, як правило, з внутрішньої сторони огороджувальних конструкцій будівель та споруд.

Допускається проведення вимірювань щільності теплових потоків із зовнішньої сторони конструкцій, що захищають, у разі неможливості проведення їх з внутрішньої сторони (агресивне середовище, флуктуації параметрів повітря) за умови збереження стійкої температури на поверхні. Контроль умов теплообміну проводять за допомогою термощупу та засобів для вимірювання густини теплового потоку: при вимірюванні протягом 10 хв. їх показання мають бути в межах похибки вимірювань приладів.

2. Ділянки поверхні вибирають специфічні або характерні для всієї огороджувальної конструкції, що випробовується, в залежності від необхідності вимірювання локальної або усередненої щільності теплового потоку.

Вибрані на огороджувальній конструкції ділянки для вимірювань повинні мати поверхневий шар з одного матеріалу, однакової обробки та стану поверхні, мати однакові умови променистого теплообміну і не повинні знаходитися в безпосередній близькості від елементів, які можуть змінити напрям і значення теплових потоків.

3. Ділянки поверхні огороджувальних конструкцій, на які встановлюють перетворювач теплового потоку, зачищають до усунення видимих ​​і відчутних на дотик шорсткості.

4. Перетворювач щільно притискають по всій поверхні до огороджувальної конструкції і закріплюють в цьому положенні, забезпечуючи постійний контакт перетворювача теплового потоку з поверхнею досліджуваних ділянок протягом всіх наступних вимірювань.

При кріпленні перетворювача між ним та конструкцією, що захищає, не допускається утворення повітряних зазорів. Для виключення їх на ділянці поверхні у місцях вимірювань наносять тонкий шар технічного вазеліну, що перекриває нерівності поверхні.

Перетворювач може бути закріплений з його бічної поверхні за допомогою розчину будівельного гіпсу, технічного вазеліну, пластиліну, штанги з пружиною та інших засобів, що унеможливлюють спотворення теплового потоку в зоні вимірювання.

5. При оперативних вимірах щільності теплового потоку незакріплену поверхню перетворювача склеюють шаром матеріалу або зафарбовують фарбою з тим же або близьким ступенем чорноти з відмінністю 0,1, що і у поверхневого матеріалу шару огороджувальної конструкції.

6. Відліковий пристрій розташовують на відстані 5-8 м від місця вимірювання або в сусідньому приміщенні для виключення впливу спостерігача значення теплового потоку.

7. При використанні приладів для вимірювання е.д.с., що мають обмеження за температурою навколишнього повітря, їх розташовують у приміщенні з температурою повітря, допустимою для експлуатації цих приладів, і підключення до них перетворювача теплового потоку виробляють за допомогою проводів.

8. Апаратуру за п.7 готують до роботи відповідно до інструкції з експлуатації відповідного приладу, в тому числі враховують необхідний час витримки приладу для встановлення нового температурного режиму.

Підготовка та проведення вимірювань

(Під час проведення лабораторних робіт на прикладі лабораторної роботи "Дослідження засобів захисту від інфрачервоного випромінювання").

Підключити джерело інфрачервоного випромінювання до розетки. Включити джерело ІЧ випромінювання (верхню частину) і вимірювач щільності теплового потоку ІПП-2.

Встановити головку вимірювача щільності теплового потоку на відстані 100 мм від джерела ІЧ випромінювання та визначити щільність теплового потоку (середнє значення трьох - чотирьох вимірів).

Вручну перемістити штатив уздовж лінійки, встановивши голівку вимірювача на відстанях від джерела випромінювання, зазначених у формі таблиці 1, та повторити вимірювання. Дані вимірів занести форму таблицю 1.

Побудувати графік залежності густини потоку ІЧ випромінювання від відстані.

Повторити виміри за пп. 1 - 3 з різними Дані вимірів занести у форму таблиці 1. Побудувати графіки залежності щільності потоку ІЧ випромінювання від відстані для кожного екрану.

Форма таблиці 1

Оцінити ефективність захисної дії екранів за формулою (3).

Встановити захисний екран (за вказівкою викладача), розмістити на ньому широку щітку пилососа. Включити пилосос у режим відбору повітря, імітуючи пристрій витяжної вентиляції, і через 2-3 хвилини (після встановлення теплового режиму екрану) визначити інтенсивність теплового випромінювання на тих же відстанях, що й у п. 3. Оцінити ефективність комбінованого теплового захисту за формулою (3).

Залежність інтенсивності теплового випромінювання від відстані заданого екрана в режимі витяжної вентиляції нанести на загальний графік (див. п. 5).

Визначити ефективність захисту, вимірюючи температуру для заданого екрана з використанням витяжної вентиляції та без неї за формулою (4).

Побудувати графіки ефективності захисту витяжної вентиляції та без неї.

Перевести пилосос у режим "повітродувки" та ввімкнути його. Направляючи потік повітря на поверхню заданого захисного екрану (режим душування), повторити вимірювання відповідно до пп. 7 - 10. Порівняти результати вимірювань пп. 7-10.

Закріпити шланг пилососа на одній із стійок і включити пилосос в режимі "повітродувки", направивши потік повітря майже перпендикулярно тепловому потоку (трохи назустріч) - імітація повітряної завіси. За допомогою вимірювача ІПП-2 виміряти температуру ІЧ випромінювання без "повітродувки" і з нею.

Побудувати графіки ефективності захисту "повітродувки" за формулою (4).

VI. Результати вимірювань та їх інтерпретація

(На прикладі проведення лабораторної роботи на тему «Дослідження засобів захисту від інфрачервоного випромінювання» в одному з технічних ВНЗм. Москви).

Стіл. Електрокамін ЕКСП-1,0/220. Стійка для розміщення змінних дисплеїв. Стійка для встановлення вимірювальної головки. Вимірювач густини теплового потоку ІПП-2М. Лінійка. Пилосос Тайфун-1200.

Інтенсивність (щільність потоку) ІЧ випромінювання q визначається за формулою:

q = 0,78 х S х (T4 х 10-8 - 110) / r2 [Вт/м2]

де S - площа випромінюючої поверхні, м2;

Т - температура випромінюючої поверхні, К;

r - відстань від джерела випромінювання, м.м.

Одним з найбільш поширених видів захисту від ІЧ випромінювання є екранування випромінюючих поверхонь.

Розрізняють екрани трьох типів:

· Непрозорі;

· прозорі;

· Напівпрозорі.

За принципом дії екрани поділяються на:

· тепловідбивні;

· теплопоглинаючі;

· Тепловідвідні.

Таблиця 1

Ефективність захисту від теплового випромінювання за допомогою екранів Е визначається за формулами:

Е = (q - q3) / q

де q - щільність потоку ІЧ випромінювання без застосування захисту, Вт/м2;

q3 - щільність потоку ІЧ випромінювання із застосуванням захисту, Вт/м2.

Типи захисних екранів (непрозорі):

1. Екран змішаний – кольчуга.

Е кольчуга = (1550 – 560) / 1550 = 0,63

2. Екран металевий із зачорненою поверхнею.

Е al + покр. = (1550 – 210) / 1550 = 0,86

3. Екран тепловідбивний алюмінієвий.

Е al = (1550 – 10) / 1550 = 0,99

Побудуємо графік залежності щільності потоку ІЧ випромінювання від відстані кожного екрана.

Без захисту

Як бачимо, ефективність захисного впливу екранів відрізняється:

1. Мінімальна захисна дія у змішаного екрану – кольчуга – 0,63;

2. Екран алюмінієвий із зачорненою поверхнею - 0,86;

3. Найбільшу захисну дію має екран тепловідбивний алюмінієвий - 0,99.

При оцінці теплотехнічних якостей огороджувальних конструкцій будівель та споруд та встановленні реальних витрат тепла через зовнішні огороджувальні конструкції використовуються такі основні нормативні документи:

· ГОСТ 25380-82. Метод вимірювання густини теплових потоків, що проходять через огороджувальні конструкції.

При оцінці теплотехнічних якостей різних засобів захисту від інфрачервоного випромінювання використовуються такі основні нормативні документи:

· ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Повітря робочої зони. Загальні санітарно-гігієнічні вимоги.

· ГОСТ 12.4.123-83. ССБТ. Засоби захисту від інфрачервоного випромінювання Класифікація. Загальні вимоги.

· ГОСТ 12.4.123-83 «Система стандартів безпеки праці. Кошти колективного захисту від інфрачервоних випромінювань. Загальні технічні вимоги.

В 1 види передачі тепла

Теорія теплообміну – наука про процеси перенесення теплоти. Теплообмін є складним процесом, який можна розчленувати на ряд простих процесів. Розрізняють три елементарних принципово відмінних один від одного процесу теплообміну - теплопровідність, конвекція та теплове випромінювання.

Теплопровідність– відбувається при безпосередньому зіткненні (співдаренні) частинок речовини (молекул, атомів, вільних електронів), що супроводжується обміном енергії. Теплопровідність у газах та рідинах незначна. Значно інтенсивніше протікають процеси теплопровідності у твердих тілах. Тіла з малою теплопровідністю називають теплоізоляційними.

Конвекція- відбувається лише в рідинах і газах і є перенесенням теплоти в результаті переміщення і перемішування частинок рідини або газу. Конвекція завжди супроводжується теплопровідністю.

Якщо переміщення частинок рідини чи газу зумовлюється різницею їх густин (через різниці температур), таке переміщення називають природною конвекцією.

Якщо рідина або газ переміщуються за допомогою насоса, вентилятора, ежектора та інших пристроїв, таке переміщення називають вимушеною конвекцією. Теплообмін відбувається в цьому випадку значно інтенсивніше, ніж за природної конвекції.

Теплове випромінюванняполягає у перенесенні теплоти від одного тіла до іншого електромагнітними хвилями, що виникають внаслідок складних молекулярних та атомних збурень. Електромагнітні хвилі поширюються від поверхні тіла на всі боки. Зустрічаючи на своєму шляху інші тіла, промениста енергія може ними частково поглинатися, перетворюючись знову на теплоту (підвищуючи їхню температуру).

В2 Закон фур'є та коефіцієнт теплопровідності

Вивчаючи процеси поширення тепла у твердих тілах, Фур'є експериментально встановив, що кількість переданого тепла пропорційно падінню температури, часу та площі перерізу, перпендикулярного до напряму поширення тепла.

Якщо кількість переданого тепла віднести до одиниці перерізу та одиниці часу, можна записати:

Рівняння (1.6) є математичним виразом основного закону теплопровідності. закону Фур'є. Цей закон є основою всіх теоретичних та експериментальних досліджень процесів теплопровідності. Знак мінус вказує, що вектор теплового потоку спрямований у бік протилежний температурному градієнту.

Коефіцієнт теплопровідності

Множник пропорційності  у рівнянні (1.6) є коефіцієнт теплопровідності. Він характеризує фізичні властивості тіла та здатність його проводити тепло:

(1.7)

Величина  є кількість тепла, яке проходить в одиницю часу через одиницю площі ізотермічної поверхні при температурному градієнті, що дорівнює одиниці.

Для різних речовинКоефіцієнт теплопровідності різний і залежить від природи речовини, її структури, вологості, наявності домішок, температури та інших факторів. У практичних розрахунках коефіцієнт теплопровідності будівельних матеріалів слід приймати з СНиП II-3-79** «Будівельна теплотехніка».

Для прикладу:

для газів -  = 0,0050,5 [Вт/мС]

для рідин -  = 0,080,7 [Вт/мС]

будівельні матеріали та утеплювачі -  = 0,023,0 [Вт/мС]

для металів -  = 20400 [Вт/мС]

В3 Теплопровідність

Теплопровідність - це процес перенесення внутрішньої енергії від більш нагрітих частин тіла (або тіл) до менш нагрітих частин (або тіл), що здійснюється хаотично рухомими частинками тіла (атомами, молекулами, електронами тощо). Такий теплообмін може відбуватися у будь-яких тілах з неоднорідним розподілом температур, але механізм перенесення теплоти залежатиме від агрегатного стану речовини.

Теплопровідністю називається кількісна характеристика здатності тіла проводити тепло. У порівнянні теплових ланцюгів з електричними це аналог провідності.

Здатність речовини проводити тепло характеризується коефіцієнтом теплопровідності (питомою теплопровідністю). Чисельно ця характеристика дорівнює кількості теплоти, що проходить через зразок матеріалу товщиною 1 м, площею 1 м 2 за одиницю часу (секунду) при одиничному температурному градієнті.

Історично вважалося, що передача теплової енергії пов'язана з перетіканням теплороду від одного тіла до іншого. Однак пізніші досліди, зокрема нагрівання гарматних стволів при свердлінні, спростували реальність існування теплороду як самостійного виду матерії. Відповідно, в даний час вважається, що явище теплопровідності обумовлено прагненням об'єктів зайняти стан ближчий до термодинамічної рівноваги, що виражається у вирівнюванні їхньої температури.

Насправді необхідно також враховувати провідність тепла з допомогою конвекції молекул і проникності випромінювань. Наприклад, при повній нетеплопровідності вакууму тепло може передаватися за рахунок випромінювання (приклад - Сонце, установки інфрачервоного випромінювання). А газ або рідина можуть обмінюватися нагрітими або охолодженими шарами самостійно або штучно (приклад - фен, вентилятори, що гріють). Так само в конденсованих середовищах можливе «перестрибування» фононів з одного твердого тіла в інше через субмікронні зазори, що сприяє поширенню звукових хвиль і тепла, навіть якщо зазори є ідеальним вакуумом.

В4Конвективний теплообмінконвективний теплообмін може відбуватися лише у рухомих середовищах – краплинних рідинах та газах. Зазвичай рухоме середовище умовно називають рідиною незалежно від стану стану речовини.

Тепловий потік Q , Вт, що передається при конвективному теплообміні, визначається за формулою Ньютона-Ріхмана:

Q =  F ( t ж - t ) , (2.1)

де:  - Коефіцієнт тепловіддачі, Вт/м 2 С;

F - Площа поверхні теплообміну, м2;

t ж і t – відповідно температури рідини та поверхні стінки, С.

Різниця температур ( t ж - t ) іноді називають температурним тиском.

Коефіцієнт тепловіддачі характеризує кількість теплоти, що передається конвекцією через одиницю поверхні в одиницю часу при температурному натиску в 1С та має розмірність [Дж/см 2 С] або [Вт/м 2 С].

або кінематичного (  =  /  ), коефіцієнта об'ємного розширення  ;

Швидкості руху рідини w ;

Температур рідини та стінки t ж і t ;

Форми та лінійних розмірів стіни, що омивається ( Ф , l 1 Величина коефіцієнта тепловіддачі залежить від багатьох факторів, а саме:

характеру (режиму) руху рідини (ламінарний або турбулентний);

Природи виникнення руху (природне чи вимушене);

Фізичних властивостей середовища, що рухається – коефіцієнта теплопровідності  , щільності  , теплоємності з , коефіцієнта динамічної в'язкості (  ), l 2 ,...).

Таким чином, у загальному вигляді можна записати:  = f (w,  ,с,  ,  ,  , t ж , t ,Ф ,l 1 ,l 2 ,...). (2.2)

Критерій Нуссельта. Встановлює співвідношення інтенсивності перенесення теплоти конвекцією (  ) та теплопровідністю (  ) на кордоні тверде тіло – рідина: Nu =  l /  . (2.3)

Критерій Прандтля. Характеризує механізми перенесення теплоти рідини (залежить від фізичних властивостей рідини): Pr =  / a =  c  /  . (2.4)

Величина a =  / c  носить назву коефіцієнта температуропровідності.

Критерій Рейнольдса. Встановлює співвідношення інерційних та в'язких сил у рідині та характеризує гідродинамічний режим руху рідини. R=V*l/ню Re = wl /  .

При Re <2300 режим движения ламинарный, при Re >10 4 - турбулентний, при 2300<Re <10 4 режим движения переходной от ламинарного к турбулентному.

Критерій Грасгофа. Характеризує співвідношення підйомних сил, що виникають внаслідок різниці щільностей рідини та сил в'язкості. Різниця щільностей обумовлена ​​різницею температур рідини в її обсязі: Gr = gl 3  t  /  2 .

У всіх рівняннях, наведених вище, величина l - Характерний розмір, м.м.

Рівняння, що зв'язують числа подібності, називаються критеріальними і в загальному вигляді записуються так: Nu = f ( Re , Gr , Pr ) . (2.7)

Критеріальне рівняння конвективного теплообміну при вимушеному русі рідини має вигляд: Nu = cRe m Gr n Pr p . (2.8)

А при вільному русі середовища: Nu = dGr k Pr r . (2.9)

У цих рівняннях коефіцієнти пропорційності c і d , а також показники ступеня за умов подібності m , n , p , k і r встановлюються експериментальним шляхом.

В5 теплообмін випромінюванням

Носіями променистої енергії є електромагнітні коливання з різною довжиною хвиль. Випромінювати електромагнітні хвилі здатні всі тіла, що мають температуру, відмінну від абсолютного нуля. Випромінювання – це результат внутрішньоатомних процесів. При попаданні інші тіла енергія випромінювання частково поглинається, частково відбивається і частково проходить крізь тіло. Частки енергії поглиненої, відбитої та проходить від кількості її падаючої на тіло позначаються відповідно A , R і D .

Очевидно, що A +R +D =1.

Якщо R =D =0, таке тіло називають абсолютно чорним.

Якщо відбивна здатність тіла R =1 і відбиток підпорядковується законам геометричної оптики (тобто. кут падіння променя дорівнює куту відбиття), то такі тіла називаються дзеркальними. Якщо ж відбита енергія розсіюється в усіх можливих напрямах, такі тіла називаються абсолютно білими.

Тіла, для яких D =1 називають абсолютно прозорими(Діатермічними).

Закони теплового випромінювання

Закон Планкавстановлює залежність поверхневої густини потоку монохроматичного випромінювання абсолютно чорного тіла E 0  від довжини хвилі  та абсолютної температури T .

Закон Стефана-Больцмана. Експериментально (І.Стефан у 1879 р.) та теоретично (Л.Больцман у 1881 р.) встановили, що щільність потоку власного інтегрального випромінювання абсолютно чорного тіла E 0 прямо пропорційна абсолютній температурі в четвертому ступені, тобто:

де  0 - Постійна Стефана-Больцмана, рівна 5,6710 -8 Вт/м 2 К 4 ;

З 0 - Коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла, рівний 5,67 Вт/м 2 К 4 .

Індекс "0" у всіх наведених рівняннях означає, що розглядається абсолютно чорне тіло. Реальні тіла завжди сірі. Ставлення  =С/С 0 називають ступенем чорноти тіла, воно змінюється у діапазоні від 0 до 1.

Стосовно сірих тіл закон Стефана-Больцмана набуває вигляду: (2.11)

Величина ступеня чорноти  залежить головним чином від природи тіла, температури та стану його поверхні (гладка або шорстка).

Закон Ламберта. Максимальне випромінювання одиницею поверхні відбувається у напрямку нормалі до неї. Якщо Q n - кількість енергії, що випромінюється за нормаллю до поверхні, а Q  - у напрямку, що утворює кут  з нормаллю, то за законом Ламберта: Q  = Q n  cos  . (2.12)

Закон Кірхгофа. Відношення випромінювальної здатності тіла Е до його поглинання А для всіх тіл однакове і випромінювальної здатності абсолютно чорного тіла Е 0 при тій же температурі: Е/А=Е 0 = f ( T ) .

В6Складний теплообмін та теплопередача

Розглянуті елементарні види теплообміну (теплопровідність, конвекція та випромінювання) на практиці, як правило, протікають одночасно. Конвекція, наприклад, завжди супроводжується теплопровідністю, випромінювання часто супроводжується конвекцією. Поєднання різних видів теплообміну може бути дуже різноманітним, і роль їх у загальному процесі неоднакова. Це так званий складний теплообмін.

У теплотехнічних розрахунках за складного теплообміну часто використовують загальний (сумарний) коефіцієнт тепловіддачі  0 , що є сумою коефіцієнтів тепловіддачі дотиком, що враховує дію конвекції, теплопровідності  до , та випромінювання  л , тобто  0 = до + л .

У цьому випадку розрахункова формула для визначення теплового потоку має вигляд:

Q =(  до + л )( t ж - t з )=  0 ( t ж - t з ) . (2.14)

Але якщо стінка омивається крапельною рідиною, наприклад водою, то

 л =0 і  0 = до . (2.15)

Теплопередача

У теплотехніці часто тепловий потік від однієї рідини (або газу) до іншої передається через стінку. Такий сумарний процес теплообміну, в якому тепловіддача дотиком є ​​необхідною складовою, називається теплопередачею.

Прикладами такого складного теплообміну можуть бути: теплообмін між водою (або парою) в опалювальному приладі та повітрям у приміщенні; між повітрям у приміщенні та зовнішнім повітрям.

В7 термічний опір одно і багатошарових конструкцій

Розглянемо цей вид складного теплообміну

Теплопередача через одношарову плоску стінку.

Розглянемо теплопередачу через одношарову плоску стінку. Приймемо, що тепловий потік спрямований зліва направо, температура нагрітого середовища t ж1 , температура холодного середовища t ж2 . Температура поверхонь стінки невідомі: позначимо їх як t з 1 і t с2 (Рис. 2.1).

Передача теплоти в прикладі являє собою процес складного теплообміну і складається як би з трьох етапів: тепловіддача від нагрітого середовища (рідини або газу) до лівої поверхні стінки, теплопровідність через стінку і тепловіддача від правої поверхні стінки до холодного середовища (рідини або газу). При цьому вважається, що поверхневі щільності теплових потоків у трьох зазначених етапах одні й ті самі, якщо стінка плоска і стаціонарний режим теплообміну.

Величина k називається коефіцієнтом теплопередачіі є потужністю теплового потоку, що проходить від більш нагрітого середовища до менш нагрітої через 1 м 2 поверхні при різниці температур між середовищами 1К. Величина, обернена коефіцієнту теплопередачі, називається термічним опором теплопередачіі позначається R , м 2 К/Вт:

Ця формула показує, що загальний термічний опір дорівнює сумі приватних опорів.

В8 Теплотехнічний розрахунок огр конструкцій

Мета розрахунку: підібрати такі нар огорож конструк які відповідали б требов знип тепловий захист будівель 23.02.2003

Визначити товщину теплоізоляції

Вимоги опору теплопередачі виходячи з саніт гігеїнічних умов

Де n - коефіцієнт, що приймається в залежності від положення зовнішньої поверхні конструкцій, що захищають по відношенню до зовнішнього повітря за табл. 3*, див. також табл.4 цього посібника;

t в - розрахункова температура внутрішнього повітря, про С, що приймається згідно з ГОСТ 12.1.005-88 та нормами проектування відповідних будівель та споруд (див. також дод. 2);

t н - розрахункова зимова температура зовнішнього повітря, про З, рівна середній температурі найбільш холодної п'ятиденки забезпеченістю 0,92 по СНиП 23-01-99 (див. дод. 1);

Δ t н - нормативний температурний перепад між температурою внутрішнього повітря і температурою внутрішньої поверхні огороджувальної конструкції, С, прийнятий за табл. 2*, див також табл. 3 цього посібника;

α в - Коефіцієнт тепловіддачі внутрішньої поверхні огороджувальних конструкцій, що приймається за табл. 4*, див. також табл. 5.

З умов енергозбереженняR о тр приймається для решти будівель за табл. 2 в залежності від градусо-добу опалювального періоду (ГСОП), визначених за формулою

ДСОП = (t в - t от.пер.) z от.пер., (5а)

де t в- те саме, що у формулі (5);

t от.пер.-Середня температура, про З, опалювального періоду із середньою добовою температурою повітря нижче або дорівнює 8 про З по СНиП 23-01-99 (див. також дод. 1);

z от.пер.- тривалість, добу, опалювального періоду із середньою добовою температурою повітря нижче Загальний (наведений) термічний опір одношарової огороджувальної конструкціїR o , м 2 · С/Вт, дорівнює сумі всіх окремих опорів, тобто.

де α в- Коефіцієнт тепловіддачі внутрішньої поверхні огороджувальних конструкцій, Вт/(м 2 · про С), що визначається за табл. 4*, див. також табл. 5 цього посібника;

α н - Коефіцієнт тепловіддачі зовнішньої поверхні огороджувальних конструкцій, Вт/(м 2 · про С), що визначається за табл. 6*, див. також табл. 6 цього посібника;

R до- термічний опір одношарової конструкції, що визначається за формулою (2).

Термічний опір (Опір теплопередачі) R , м 2 · про З/Вт , - найважливіша теплотехнічна властивість огородження. Воно характеризується різницею температур внутрішньої та зовнішньої поверхні огородження, через 1 м 2 якого проходить 1 ват теплової енергії (1 кілокалорія на годину).

де δ - Товщина огорожі, м;

λ - Коефіцієнт теплопровідності, Вт / м · про С.

Чим більший термічний опір огороджувальної конструкції, тим краще її теплозахисні властивості. З формули (2) видно, що збільшення термічного опору Rнеобхідно або збільшити товщину огорожі δ , або зменшити коефіцієнт теплопровідності λ тобто використовувати більш ефективні матеріали. Останнє вигідніше з економічних міркувань.

В9 Поняття мікроклімату. Теплообмін чол та умови комфорт.

Під мікрокліматом приміщеннярозуміється сукупність теплового, повітряного та вологого режимів у їх взаємозв'язку. Основна вимога до мікроклімату – підтримка сприятливих умов для людей, які перебувають у приміщенні. В результаті процесів обміну речовин, що протікають в організмі людини, звільняється енергія у вигляді теплоти. Ця теплота (з метою підтримки постійної температури тіла людини) має бути передана навколишньому середовищу. За звичайних умов більше 90% теплоти, що виробляється, віддається навколишньому середовищу (50% - випромінюванням, 25% - конвекцією, 25% - випаровуванням) і менше 10% теплоти втрачається в результаті обміну речовин.

Інтенсивність тепловіддачі людини залежить від мікроклімату приміщення, що характеризується:

Температурою внутрішнього повітря t в ;

Радіаційною температурою приміщення (опосередкованою температурою його огороджувальних поверхонь) t R ;

Швидкістю руху (рухливістю) повітря v ;

Відносною вологістю повітря  в .

Поєднання цих параметрів мікроклімату, при яких зберігається теплова рівновага в організмі людини і відсутня напруга в системі терморегуляції називаютькомфортними абооптимальними .

Найбільш важливо підтримувати у приміщенні насамперед сприятливі температурні умови, оскільки рухливість і відносна вологість мають, зазвичай, несуттєві коливання.

Крім оптимальних розрізняють допустиміпоєднання параметрів мікроклімату, у яких людина може відчувати невеликий дискомфорт.

Частину приміщення, в якій людина знаходиться основний робочий час, називають обслуговуєтьсяабо робочою зоною. Теплові умови в приміщенні залежить головним чином від тобто. від його температурної обстановки, яку прийнято характеризувати умовами комфортності.

Перша умова комфортності– визначає таку область поєднань t в і t R , у яких людина, перебуваючи у центрі робочої зони, не відчуває ні перегріву, ні переохолодження. Для спокійного стану людини t в =21...23, при легкій роботі - 19..21, при важкій - 14...16С.

Для холодного періоду року перша умова характеризується формулою:

t R =1,57 t п -0,57 t в  1,5 де: t п =( t в + t R )/ 2.

Друга умова комфортності- Визначає допустимі температури нагрітих і охолоджених поверхонь при знаходженні людини в безпосередній близькості від них.

Щоб уникнути неприпустимого радіаційного перегріву або переохолодження голови людини поверхні стелі та стін можуть бути нагріті до допустимої температури:

Або охолоджені до температури: (3.3)

де:  - Коефіцієнт опроміненості від поверхні елементарного майданчика на голові людини в бік нагрітої або охолодженої поверхні.

Температура поверхні холодної підлоги взимку може бути лише на 2-2,5С нижче за температуру повітря приміщення внаслідок великої чутливості ніг людини до переохолодження, але й не вище 22-34С залежно від призначення приміщень.

Основні нормативні вимоги до мікроклімату приміщень містяться у нормативних документах: СНиП 2.04.05-91 (зі змінами та доповненнями), ГОСТ 12.1.005-88.

При визначенні розрахункових метеорологічних умов у приміщенні враховується здатність людського організму до акліматизації в різні пори року, інтенсивності виконуваної роботи та характеру тепловиділень у приміщенні. Розрахункові параметри повітря нормуються залежно від року. Розрізняють три періоди року:

Холодний (середньодобова температура зовнішнього повітря t н <+8С);

Перехідний (-"- t н =8С);

Теплий (-"- t н >8С);

Оптимальні та допустимі метеорологічні умови (температура внутрішнього повітря t в ) в обслуговуваній зоні житлових, громадських та адміністративно-побутових приміщень наведено у таблиці 3.1.

Таблиця 3.1

Максимально допустима температура повітря в робочій зоні - 28С (якщо розрахункова температура зовнішнього повітря більше 25С – допускається до 33С).

Оптимальні значення відносної вологості повітря – 40-60%.

Оптимальні швидкості повітря в приміщенні холодного періоду – 0,2-0,3 м/с, для теплого періоду – 0,2-0,5 м/с.

В10Системи інженерного обладнання будівель для створення та забезпечення мікроклім

Необхідний мікроклімат у приміщеннях створюється такими системами інженерного обладнання будівель: опалення, вентиляції та кондиціювання повітря.

Системи опаленняслужать для створення та підтримки у приміщеннях у холодний період року необхідних температур повітря, що регламентуються відповідними нормами. Тобто. вони забезпечують необхідний тепловий режим приміщень.

У тісному зв'язку з тепловим режимом приміщень знаходиться повітряний режим, під яким розуміють процес обміну повітрям між приміщеннями та зовнішнім повітрям.

Системи вентиляціїпризначені для видалення з приміщень забрудненого та подачу в них чистого повітря. При цьому розрахункова температура внутрішнього повітря не повинна змінюватись. Системи вентиляції складаються із пристроїв для нагрівання, зволоження та осушення припливного повітря.

Системи кондиціювання повітряє досконалішими засобами створення та забезпечення у приміщенні поліпшеного мікроклімату, тобто. заданих параметрів повітря: температури, вологості та чистоти при допустимій швидкості руху повітря в приміщенні незалежно від зовнішніх метеорологічних умов та змінних за часом шкідливих виділень у приміщеннях. Системи кондиціонування повітря складаються з пристроїв термовологості обробки повітря, очищення його від пилу, біологічних забруднень і запахів, переміщення та розподілу повітря в приміщенні, автоматичного управління обладнанням та апаратурою.

ОБ 11основна формула для розрахунку тепловтрат чз огр конструкції

Q t = F / R * (tв - tн) * (1 + b) * n, де

Qt - кількість теплової енергії, що передається від внутрішнього повітря в приміщенні до

зовнішньому повітрі, Вт

F - площа огороджувальної конструкції, м кв

R - загальний опір теплопередачі огороджувальної конструкції, м 2 С/Вт

tв - tн - розрахункова температура, відповідно внутрішнього та зовнішнього повітря, C o

b - додаткові втрати теплоти, що визначаються за Додатком 9 СНіП 2.04.05-91*

n - коефіцієнт, що приймається в залежності від положення зовнішньої поверхні по відношенню до зовнішнього повітря

О 12Обмір поверхонь конструкцій, що захищають, виконується згідно:

Висота стін першого поверху за наявності підлоги, розташованої:

на грунті - Між рівнями підлог першого і другого поверхів

на лагах - Від верхнього рівня підготовки підлоги першого поверху до рівня підлоги другого поверху

при наявності підвалу, що не опалюється - Від рівня нижньої поверхні конструкції підлоги першого поверху до рівня підлоги другого поверху

Висота стін проміжного поверху:

між рівнями підлог даного та вищележачого поверхів

Висота стін верхнього поверху:

від рівня підлоги до верху утеплювального шару горищного перекриття

Довжина зовнішніх стін за зовнішнім периметром будівлі:

у кутових приміщеннях – від лінії перетину зовнішніх поверхонь стін до осей внутрішніх стін

в некутових приміщеннях - між осями внутрішніх стін

Довжина та ширина стель та підлог над підвалами та підпіллями:

між осями внутрішніх стін і від внутрішньої поверхні зовнішньої стіни до осі внутрішньої стіни в не кутових і кутових приміщеннях

Ширина та висота вікон, дверей:

за найменшими розмірами у світлі

В13Розрахункові температури зовні і всередині повітря

за розрахункову температуру зовнішнього повітря tн, °С, приймається не найнижча середня температура найбільш холодної п'ятиденки t 5 , °З, та її значення із забезпеченістю 0,92.

Для отримання цієї величини вибирається найхолодніша п'ятиденка в кожен рік відрізка, що розглядається. п, років (у СНіП 23-01-99* період з 1925-го до 1980-х років). Виділені значення температури найхолоднішої п'ятиденки t 5 ранжуються у порядку спадання. Кожному значенню надається номер т.Забезпеченість Допро в загальному випадку обчислюється за формулою

Період року	Найменування приміщення	Температура повітря, С		Результуюча температура, С		Відносна вологість, %		Швидкість руху повітря, м/с
		оптимальна	допустима	оптимальна	допустима	оптимальна	допустима, не більше		оптимальна, не більше	допустима, не більше
Холодний	Житлова кімната
	Те саме, в районах з температурою найхолоднішої п'ятиденки (забезпеченістю 0,92) мінус 31С
	Ванна, суміщений санвузол
	Приміщення для відпочинку та навчальних занять
	Міжквартирний коридор
	Вестибюль, сходова клітка
	Комори
	Житлова кімната

В14Втрати тепла з повітрям, що інфільтрується. Додаткові втрати тепла. Питома теплова характеристика. n - Коефіцієнт, що приймається в залежності від положення зовнішньої поверхні огороджувальної конструкції по відношенню до зовнішнього повітря і визначається за СНиП II-3-79 **;

 – додаткові втрати теплоти в частках від основних втрат, що враховуються:

а) для зовнішніх вертикальних і похилих огорож, орієнтованих на напрями, звідки в січні дме вітер зі швидкістю, що перевищує 4,5 м/с з повторюваністю не менше 15% (відповідно до СНиП 2.01.01.-82) у розмірі 0,05 при швидкості вітру до 5 м/с та у розмірі 0,10 при швидкості 5 м/с і більше; при типовому проектуванні додаткові втрати слід враховувати у розмірі 0,10 для першого та другого поверхів та 0,05 – для третього поверху;

б) для зовнішніх вертикальних та похилих огорож багатоповерхових будівель у розмірі 0,20 для першого та другого поверхів; 0,15 – для третього; 0,10 – для четвертого поверху будівель із числом поверхів 16 і більше; для 10-15-поверхових будівель додаткові втрати слід враховувати у розмірі 0,10 для першого та другого поверхів та 0,05 – для третього поверху.

Тепловтрати на нагрівання повітря, що інфільтрується

Втрати тепла на нагрівання повітря, що інфільтрується Q в , кВт, розраховуються для кожного опалювального приміщення, що має одне або більша кількістьвікон або балконних дверей у зовнішніх стінах, виходячи з необхідності забезпечення підігріву опалювальними приладами зовнішнього повітря в об'ємі одноразового повітрообміну за годину за формулою

Q в =0,28 L інф*р*с( t в - t н )

питома теплова характеристика будівлі - це максимальний тепловий потік на опалення при різниці температур внутрішнього і зовнішнього середовища в один градус Цельсія, віднесений до 1 куб. м опалювального обсягу будівлі. Фактичні питомі теплові характеристики визначають за результатами випробувань або за результатами вимірювання фактичної витрати теплової енергії і т.д. Фактична питома теплова характеристика при відомих тепловтратах будівлі дорівнює: q = (Qзд / (Vнар (tв - tн.p)), де Qзд - розрахункові тепловтрати всіма приміщеннями будівлі, Вт; Vнар - обсяг опалювальної будівлі за зовнішнім обміром, куб.м. tв - температура повітря в приміщенні, С; tн.p - температура зовнішнього повітря, С."

В15Шкідливі виділення від людей сонячної радіації та ін.

Визначення тепловиділень.До основних видів тепловиділень відносяться теплонадходження від людей, в результаті переходу механічної енергії в теплову, від нагрітого обладнання, від остигаючих матеріалів та інших предметів, що ввозяться у виробниче приміщення, від джерел освітлення, від продуктів згоряння, від сонячної радіації і т.д.

Виділення теплоти людьмизалежить від енергії, що витрачається ними, і температури повітря в приміщенні. Дані для чоловіків наведені у табл. 2.3. Тепловиділення жінок становлять 85%, а дітей – у середньому 75% від тепловиділень чоловіків.

В16класифікація систем опалення. Теплоносії

Система опалення(СО) являє собою комплекс елементів, призначених для отримання, перенесення та передачі необхідної кількості теплоти в приміщення, що обігріваються. Кожна СО включає три основні елементи (рис. 6.1): теплогенератор 1, службовець для отримання теплоти та передачі її теплоносія; система теплопроводів 2 для транспортування по них теплоносія від теплогенератора до опалювальних приладів; опалювальні прилади 3, що передають теплоту від теплоносія повітрі та огородженням приміщення 4.

Як теплогенератор для СО може служити опалювальний котельний агрегат, в якому спалюється паливо, а теплота, що виділяється, передається теплоносію, або будь-який інший теплообмінний апарат, який використовує інший, ніж в СО теплоносій.

Вимоги до СО:

- санітарно-гігієнічні- Забезпечення необхідних відповідними нормами температур повітря в приміщенні та поверхонь зовнішніх огорож;

- економічні– забезпечення мінімуму наведених витрат із спорудження та експлуатації, мінімальна витрата металу;

- будівельні– забезпечення відповідності архітектурно-планувальним та інструктивним рішенням будівлі;

- монтажні- Забезпечення монтажу індустріальними методами з максимальним використанням уніфікованих вузлів заводського виготовлення при мінімальній кількості типорозмірів;

- експлуатаційні– простота та зручність обслуговування, управління та ремонту, надійність, безпека та безшумність дії;

- естетичні- хороша поєднання з внутрішньою архітектурною обробкою приміщення, мінімальна площа, займана СО.

Кількість тепла, що проходить через цю поверхню в одиницю часу, називається тепловим потоком Q, Вт.

Кількість тепла через одиницю поверхні в одиницю часу називається щільністю теплового потокуабо питомим тепловим потоком та характеризує інтенсивність теплообміну.

(9.4)

Щільність теплового потоку q, спрямована нормалі до ізотермічної поверхні у бік, зворотну градієнту температури, тобто у бік зменшення температури.

Якщо відомий розподіл qпо поверхні F, то повна кількість тепла Qτ , що пройшов через цю поверхню за час τ , Знайдеться за рівнянням:

(9.5)

а тепловий потік:

(9.5")

Якщо величина qпостійна по поверхні, що розглядається, то:

(9.5")

Закон Фур'є

Цей законвстановлює величину теплового потоку при перенесенні тепла за допомогою теплопровідності. Французький вчений Ж. Б. Фур'є 1807 року встановив, що щільність теплового потоку через ізотермічну поверхню пропорційна градієнту температури:

(9.6)

Знак мінус (9.6) вказує, що тепловий потік спрямований у бік, зворотний градієнту температури (див. рис. 9.1.).

Щільність теплового потоку у довільному напрямку lпредставляє проекцію на цей напрямок теплового потоку в напрямку нормалі:

Коефіцієнт теплопровідності

Коефіцієнт λ Вт/(м·К), у рівнянні закону Фур'є чисельно дорівнює щільності теплового потоку при падінні температури на один Кельвін (градус) на одиницю довжини. Коефіцієнт теплопровідності різних речовин залежить від їх фізичних властивостей. Для певного тіла величина коефіцієнта теплопровідності залежить від структури тіла, його об'ємної ваги, вологості, хімічного складу, тиск, температура. У технічних розрахунках величину λ беруть з довідкових таблиць, причому треба стежити за тим, щоб умови, для яких наведено в таблиці значення коефіцієнта теплопровідності, відповідали умовам завдання, що розраховується.

Особливо залежить коефіцієнт теплопровідності від температури. Для більшості матеріалів, як показує досвід, ця залежність може бути виражена лінійною формулою:

(9.7)

де λ o – коефіцієнт теплопровідності при 0 °С;

β – температурний коефіцієнт.

Коефіцієнт теплопровідності газів, особливо парів сильно залежить від тиску. Чисельне значення коефіцієнта теплопровідності для різних речовин змінюється в дуже широких межах - від 425 Вт/(м К) у срібла, до величин порядку 0,01 Вт/(м К) у газів. Це пояснюється тим, що механізм передачі теплоти теплопровідністю в різних фізичних середовищахрізний.

Метали мають найбільше значеннякоефіцієнта теплопровідності Теплопровідність металів зменшується зі зростанням температури та різко знижується за наявності в них домішок та легуючих елементів. Так, теплопровідність чистої міді дорівнює 390 Вт/(м·К), а міді зі слідами миш'яку - 140 Вт/(м·К). Теплопровідність чистого заліза 70 Вт/(м·К), сталі з 0,5 % вуглецю - 50 Вт/(м·К), легованої сталі з 18 % хрому та 9 % нікелю - лише 16 Вт/(м·К).

Залежність теплопровідності деяких металів від температури показано на рис. 9.2.

Гази мають невисоку теплопровідність (порядку 0,01...1 Вт/(м·К)), яка зростає із зростанням температури.

Теплопровідність рідин погіршується із зростанням температури. Виняток становлять вода та гліцерин. Взагалі коефіцієнт теплопровідності краплинних рідин (вода, олія, гліцерин) вище, ніж у газів, але нижче, ніж у твердих тілі лежить у межах від 0,1 до 0,7 Вт/(м К).

Рис. 9.2. Вплив температури на коефіцієнт теплопровідності металів