СПОСОБ ОЦЕНКИ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ ЗДАНИЙ И СООРУЖЕНИЙ, ВЫПОЛНЕННЫХ ИЗ КИРПИЧА, В ЗИМНИЙ ПЕРИОД ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ В НАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ Российский патент 2012 года по МПК G01N25/58 

Изобретение относится к области определения теплофизических характеристик ограждающих конструкций и может быть использовано в строительстве для оценки теплозащитных свойств по результатам испытаний в натурных условиях.

Известен способ определения теплофизических характеристик путем определения таких теплофизических характеристик, как R - термическое сопротивление, определяется по формуле , где δ - толщина, а λ - теплопроводность; D=R*S, где S - теплоусвоение; R - термическое сопротивление (СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»). Известный способ определения теплопроводности и температуропроводности путем подведения теплоты к двум идентичным образцам.

Недостатком способа является то, что возникает необходимость лабораторных исследований, отбора образцов и их теплостатирования.

Использование способа определения теплофизических характеристик материалов по R (термическому сопротивлению) и D - массивности, в отдельных случаях не может в полной мере характеризовать теплофизические качества ограждающей конструкции, так как не учитывает скорости изменения t в толще ограждения K при градиенте Δt=(t_Н-t_В). Скорость пропорциональна отношению Величина K, характеризующая скорость прогревания или остывания тела, есть температуропроводность. Из формулы следует, что (K) выражается в квадратных метрах на секунду (м²/с). Чем выше K, тем быстрее изменение t_Н - температуры наружного воздуха, приведет к изменениям τ_В - температуры на внутренней поверхности ограждения, что в свою очередь неблагоприятным образом повлияет на микроклимат помещения.

Для массивных конструкций (K) не имеет столь большого значения, так как колебания t_Н не приводят к изменению τ_В, так как затухают в толщине ограждения.

Известен способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов, который включает измерение толщины исследуемого образца, подведение теплоты к двум идентичным образцам, поддерживание температуры на внешних поверхностях образцов, равной заданной температуре. При этом регистрируют удельную мощность источника теплоты и измеряют с постоянным шагом во времени температуру в течение всего эксперимента. Определяют на каждом шаге величину динамического параметра и сравнивают с максимальным значением, лежащим в заданном диапазоне. На первом этапе эксперимента подводят постоянную мощность к объемному источнику теплоты и по зарегистрированным данным вычисляют искомую теплопроводность. На втором этапе прекращают подвод мощности к объемному источнику теплоты и по зарегистрированным данным определяют искомую температуропроводность.

Патент РФ N2243543. Способ комплексного определения теплофизических характеристик материалов / Мищенко С.В., Пономарев С.В. Опубликовано 27.12.2004.

Недостатками известного способа являются следующие факты. В прототипе не отражено, как используется образец при отрицательных значениях t_Н, невозможно его использовать на действующих объектах зданий и сооружений. Такие признаки аналога, как измерение толщины исследуемого объекта, измерение с постоянным шагом во времени t в течение всего эксперимента определяемых искомых теплофизических характеристик по формулам, совпадут с существенными признаками язвленного изобретения.

Ближайшим техническим решением (прототипом) является способ оценки теплозащитных свойств наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений в условиях нестационарной теплопередачи по результатам испытаний в натурных условиях, включающий измерение температур внутренней и наружной поверхностей конструкций с учетом величины интенсивности излучения, действующего на ограждение, моделирование процесса теплопередачи с учетом характера теплообмена между внутренней и наружными средами (патент РФ №2321845).

Недостатком прототипа является тот факт, что в изобретении производят моделирование нестационарной теплопередачи путем изменения температур на внутренней и наружной поверхности исследуемой ограждающей конструкции, что не может отразить всех реальных теплофизических процессов, происходящих в толще исследуемого ограждения с учетом реальных погодных условий, и не позволяет провести оценку теплозащитных качеств ограждающей конструкции.

Техническим результатом является расширение диапазона определения теплофизических характеристик ограждающих конструкций.

Технический результат достигается тем, что способ оценки теплофизических характеристик ограждающих конструкций зданий и сооружений, выполненных из кирпича, в зимний период по результатам испытаний в натурных условиях включает измерение температур внутренней и наружной поверхностей, а также по всей толщине конструкций путем размещения датчиков в толщине ограждения. Согласно изобретению в дневное время суток при наличии солнечного излучения на поверхность ограждения по показаниям датчиков моделируют процесс появления встречных тепловых потоков в толщине ограждения с использованием направления вектора температурного градиента, при этом учитывают по изменению температур на поверхности и в толщине ограждения характер колебаний тепловых потоков от наружного слоя ограждения во внутренние слои, определяя возникновение в толщине ограждения более прогретого слоя по сравнению с поверхностью ограждения, который является источником разнонаправленных тепловых потоков.

Рис.1 - показано одномерное температурное поле по толщине ограждения, номера точек, соответствующих установленным датчикам, и значение температур, зарегистрированных датчиками. Вектор направления теплового потока направлен противоположно вектору температурного градиента. Общая картина происходящих процессов характеризуется как стационарные условия теплопередачи.

Рис.2 - показано, как изменившиеся метеоусловия вызвали изменение направления температурного градиента, что привело к изменению направления вектора теплового потока от наружной поверхности ограждения внутрь, где в т.3 показано столкновение двух направлений векторов тепловых потоков, идущих от наружной и внутренней поверхности ограждения.

Рис.3 - показано, что вектор теплового потока от наружной поверхности продвинулся вглубь ограждения до т.4.

Рис.4 - изменение внешних погодных условий поменяло направление вектора температурного градиента, что привело к возникновению в толщине ограждения разнонаправленного теплового потока от возникшего внутри ограждения более «прогретого» слоя в точке 3.

Рис.5 - показано выравнивание температуры в точках 3, 4, что приводит процесс к стационарным условиям теплопередачи.

Рис.6 - показано полное восстановление процесса стационарной теплопередачи.

Рис.7 - показано разделение исследуемой ограждающей конструкции на условные изотермические поверхности:

Δx - расстояние между ними;

Δt=t₂-t₃ - изменение температуры между изотермическими поверхностями, а

- есть температурный градиент.

Рис.8 - показаны графики изменения температур по показаниям датчиков, установленных в точках 1-8 в исследуемой ограждающей конструкции в течение суток.

На оси абсцисс выделен интервал А - временной промежуток, по которому дан анализ происходящих процессов на рис.1-6.

Экспериментальные исследования проводились с помощью устройства для определения теплофизических качеств ограждающих конструкций зданий и сооружений по температуропроводности в натурных условиях (патент №94709).

Использование: в строительстве для оценки теплозащитных свойств по результатам испытаний в натурных условиях. Технический результат: расширение диапазона определения теплофизических характеристик ограждающих конструкций. Сущность: способ оценки теплофизических характеристик ограждающих конструкций зданий и сооружений, выполненных из кирпича, в зимний период по результатам испытаний в натурных условиях включает измерение температур внутренней и наружной поверхностей конструкций в дневное время суток путем размещения датчиков в толщине ограждения. Согласно изобретению в дневное время суток при наличии солнечного излучения на поверхность ограждения по показаниям датчиков моделируют процесс появления встречных тепловых потоков в толщине ограждения с использованием направления вектора температурного градиента, при этом учитывают по показаниям температур на поверхности и в толщине ограждения характер колебаний тепловых потоков от наружного слоя ограждения во внутренние слои, определяя возникновение в толщине ограждения более прогретого слоя по сравнению с поверхностью ограждения, являющегося источником разнонаправленных тепловых потоков. 8 ил.

Способ оценки теплофизических характеристик ограждающих конструкций зданий и сооружений, выполненных из кирпича, в зимний период по результатам испытаний в натурных условиях, включающий измерение температур внутренней и наружной поверхностей, а также по всей толщине конструкций путем размещения датчиков в толщине ограждения, отличающийся тем, что в дневное время суток при наличии солнечного излучения на поверхность ограждения по показаниям датчиков моделируют процесс появления встречных тепловых потоков в толщине ограждения с использованием направления вектора температурного градиента, при этом учитывают по изменениям температур на поверхности и в толщине ограждения характер колебаний тепловых потоков от наружного слоя ограждения во внутренние слои, определяя возникновение в толщине ограждения более прогретого слоя по сравнению с внешней поверхностью ограждения, являющегося источником разнонаправленных тепловых потоков.