06 марта 2016г.
Одной из актуальных проблем в повышении энергоэффективности является применение простых и надѐжных способов определения потерь теплоты через ограждающие конструкции объекта в окружающую среду и анализ теплофизических свойств (ТФС), которые влияют существенным образом на тепловой режим. Уменьшение потерь теплоты объектом в окружающую среду существенно отражается на его энергоэффективности. Чтобы решить проблему уменьшения теплопотерь ограждающей конструкции объекта, необходимо знать его ТФС. Известно, что с течением времени свойства материалов подвержены изменениям. Точная информация о теплопотерях позволяет с большей достоверностью определить нужную мощность системы теплоснабжения, что, в свою очередь существенным образом оказывает влияние на энергосбережение объекта. Для определения ТФС ограждения основным источником информации является эксперимент. Методы, используемые для определения ТФС объектов и (или) материалов делят на три основных вида: нестационарный, стационарный и комплексный.
Методы нестационарного определения ТФС материалов являются наиболее перспективными, за счѐт простоты, небольшого времени проведения эксперимента и т.д. [1,4,5,6,7,10,15]. Стационарный способ основывается на законе Фурье [10,11,12]. При использовании этого метода каждому исследуемому образцу должна быть придана форма в виде пластины, полой трубы в виде цилиндра, в которых воспроизводится одномерное температурное поле. Методика монотонного режима используется при изучении свойств материалов в диапазоне температур от - 50 °С до + 80 °С, а в интервале температур сопоставимых с комнатной используют метод регулярного режима 1 рода. Нестационарные способы являются перспективными, а нестационарные при установлении теплопроводности в отличие от стационарных используют меньшее время и меньше тепловой энергии. Основные недостатки: сложные уравнения для расчѐта ТФС, сложность определения взаимосоответствия реальных граничных условий при исследование с теоретическими условиями. Более достоверную информацию о ТФС в результате одного эксперимента позволяют получить комплексные методы. Кроме того экспериментальные способы применяемые при исследовании ТФС материалов, подразделяют на абсолютные и относительные. Самые перспективные способы изучения теплопроводности - абсолютные. Для анализа ТФС материала так же применяют способы температурных волн. Большое количество методов с применением температурных волн подчиняется закону косинусов. ТМНК (температурные методы неразрушающего контроля) из вышеперечисленных занимают ведущее место при изучение ТФС веществ. Согласно [2,6,8,9,13,14,15,16,18] МНК имеют широкий функционал возможностей, высокую результативность, действительность и эффективность. Вышеперечисленные методики и используемые в них средства измерений (СИ) подразделяются на группы. К первой группе относятся контактные способы и СИ, ко второй бесконтактные способы и СИ. В контактном способе в отличие от бесконтактного применяется прямой контакт СИ с поверхностью исследуемого участка образца. Для этого применяют погружаемые и не погружаемые термодатчики [3,6,8,9,13]. Способы теплового неразрушающего контроля основываются на мгновенном и (или) импульсном воздействии тепла на анализируемый материал. ТМНК хорошо представлены в [2,6,8,9,13,14,15,16,17,18] они имеют широкие функциональные возможности. На исследуемую поверхность материала размещают импульсный тепловой источник, а на установленном расстоянии от источника рабочие концы термопар. Далее в источник тепла поступает тепловой импульс с установленной мощностью, затем определяется такой промежуток времени, при котором устанавливается заданное значение. Как только заданное значение достигнуто, записывается мощность источника тепла и определяется температура в определѐнной точке. Установление теплопроводности анализируемых материалов так же можно производить и бесконтактным методом [2,17,18]. Для установления ТФС свойств исследуемого объекта его поверхность подвергается нагреванию непрерывным тепловым потоком от передвижного источника теплоты. Вслед за движущимся источником теплоты с одной и той же скоростью передвигаются несколько термоприѐмников служащих для регистрации показаний температуры с нагреваемой поверхности. При использование данного способа возникают потери тепла в окружающую среду. Данные способы так же применяются в методах регулярного режима, в квазистационарных и стационарных тепловых режимах [7], и методе температурных волн. Кондратьев Г. М. разработал способ регулярного теплового режима, который был углублен многими исследователями [19]. Испытуемый образец имеет начальную температуру, затем его помещается в водный раствор с известной температурой который перемешивают, в результате чего между водным раствором и телом получается бесконечный коэффициент теплоотдачи. Достоинства: не требуются эталоны с установленными тепловыми характеристиками, высокая точность, затрачивается небольшое количество времени. Недостатки: требуется жидкостная среда, значение температуры окружающей среды должно быть постоянной в течение всего опыта, не допускается проникновение влаги в испытуемый материал, нужны определённые условия для проведения опыта с использованием сыпучих материалов. Вышеописанные способы в большинстве случаев для определения ТФС исследуемых материалов требуют воспроизведения специальных условий для проведения эксперимента, размещения в толще исследуемого материала специальных датчиков и т.д. Поэтому для получения высокой энергоэффективности в объектах промышленного, гражданского и коммерческого использования требуются инновационные методы для установления теплофизических свойств ограждений, различного рода сооружений. На фоне постоянно ужесточающихся требований предъявляемых к микроклимату различных жилых и не жилых помещений, возникает необходимость расчёта нужного количества теплоты, для поддержания требуемой температуры при различных климатических условиях. Из-за продолжительного периода эксплуатации нарушения целостности ограждающих конструкций, отсутствия сведений о конструктивных особенностях, возникают трудности при определении теплофизических свойств. На ряду с известными методами возможна разработка автоматизированной установки с предустановленным в неё алгоритмом управления, для определения ТФС исследуемого объекта, методом неразрушающего контроля без нарушения целостности исследуемой конструкции, с низкой энергоёмкостью эксперимента, без создания специальных условий, с большой достоверностью результатов проводимого исследования, а так же имеющая простоту конструкции и небольшие размеры для удобства перевозки и переноски.
Список литературы
1. Аметистов Е.В. Основы теории теплообмена. М.: Изд. МЭИ, 2000.242 с.
2. A.c. № 1377695 СССР, МКИ G 01 N 25/18. Способ неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов / Т.И. Чернышева
3. Баталов В.С. Одновременное определение теплофизических параметров твердофазовых веществ // ИФЖ. 1982. Т.42, № 6. С. 1026 — 1027.
4. Белов Е.А., Соколов Г.Я., Платунов Е.С. Цифровой экспресс-измеритель теплоограждающих конструкций с прямым отсчетом // Промышленная теплотехника.1986. № 4. С. 756 - 760.
5. Богословский В.Н. Теплофизические основы отопления, вентиляции и кондиционирования. М.: Высшая школа, 1982. - 415с.
6. Бровкин В.Л Частное решение уравнения теплопроводности // Изв. вузов. Энергетика. 1980. № 11. С. 120.
7. Вавилов В.П. ТМНК: Справочник. М.: Машиностроение, 1991. 240 с.
8. Видин Ю.В. Иванов В.В. Расчет температурных полей в твердых телах, нагреваемых конвекцией и радиацией / Красноярск, 1965. 95 с.
9. Дульнев Г.Н., Лукьянов Г.Н. Аппаратура для автоматизации теплофизических исследований // ИФЖ. 1981. Т. 40, №4. С. 717.
10. Кулаков М.В., Макаров Б.И. Измерение температуры поверхности твердых тел. М.: Энергия, 1979. 96 с.
11. Курепин В.В., Козин В.М. Приборы для теплофизических измерений с прямым отсчетом // Промышленная теплотехника. 1982. Т. 4, №3. С. 91.
12. Курепин В.В., Шатунов Е.С., Белов Е.А. Энтальпийный термозонд для неразрушающего контроля теплофизических свойств материалов // Промышленная теплотехника. 1982. № 4. С. 78.
13. Мак Адаме В.X. Теплопередача. М.: Металлургия, 1961. 686 с.
14. Методы определения теплопроводности и температуропроводности. Под редакцией A.B. Лыкова. М.: Энергия, 1973. 336 с.
15. Рудзит Я.А., Путалов В.Н. Основы точности и надежность в приборостроении. М.: Машиностроение, 1991. 302 с.
16. Табунщиков Ю.А., Хромец Д.Ю. Тепловая защита ограждающих - конструкций зданий и сооружений. М.: Стройиздат, 1986..
17. Тепло и массообмен. Теплотехнический эксперимент. Справочник / Под общ. ред. В.А. Григорьева и В.М. Зорина. М.: Энергоиздат, 1982. 512 с.
18. Теплотехнический справочник. Т. 2. / Под общей ред. В.И. Юренева и П.Д. Лебедева. М.: Энергия, 1975. 896 с.
19. Килессо В.С. ТФС твердых тел. - Киев: Наукова думка, 1971.
