СПОСОБ ТЕПЛОВОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ СТРОИТЕЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ Российский патент 2013 года по МПК G01N25/72 

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к тепловому неразрушающему контролю объектов, и может быть использовано для технической диагностики неоднородных конструкций, например зданий и сооружений, по сопротивлению теплопередаче.

Известен способ теплового неразрушающего контроля неоднородных многослойных объектов, каковыми, в частности, являются ограждающие конструкции зданий и сооружений (см. патент РФ №2219534). Для осуществления известного способа определяют временной интервал, необходимый для получения достоверного результата. В течение этого времени периодически измеряют температуру и плотность теплового потока на наружной и внутренней поверхностях объекта. Задают значение теплопроводности нужного слоя. Используя модель, определяют возможную температуру и плотность для каждого заданного значения теплопроводности. Проводят тепловизионное обследование, измеряют температуры внутренних и наружных поверхностей. Сравнивают теоретические и полученные измерением результаты. Выбирают для дальнейших расчетов значение теплопроводности из числа заданных, которое может обеспечить условия сравнения. Способ позволяет определить локальные сопротивления теплопередаче обследуемых участков и найти более рациональное решение по обеспечению требуемого сопротивления, если оно окажется не соответствующим нормативному.

В патенте Японии №9113473 раскрыт способ теплового неразрушающего контроля материалов и определения местоположения дефектов, которые приводят к тепловым потерям. Согласно этому способу облучают участок исследуемой поверхности, измеряют теплопроводность материала, информацию о распределении температурного поля объекта передают для анализа на устройство термографического контроля и затем на устройство отображения, которое показывает изменения в распределении температурного поля.

Известен способ неразрушающего теплового контроля по патенту США №5292195, согласно которому выбранное количество энергии подается на первый объект, имеющий известную поверхностную структуру. Изображение его запоминается. Затем выбранное количество энергии подается на второй объект и изображение второго объекта также запоминается. Затем производится сравнение изображений для определения различий в поверхностной структуре этих двух объектов.

Все известные способы позволяют определить состояние конструкций и их тепловые потери, однако они не применимы для исследования нестационарных процессов, имеющих место в реальных условиях эксплуатации зданий и сооружений.

Известен способ определения качества объектов по анализу их сопротивления теплопередаче (см. ГОСТ 31166-2003. Конструкции ограждающие зданий и сооружений. Метод калориметрического определения коэффициента теплопередачи). Согласно известному способу устанавливают на одной стороне строительной конструкции плоский теплоизолированный короб с плоским нагревательным элементом, расположенным на заданном расстоянии от ее поверхности и нагревают контролируемую конструкцию. Через заданный интервал времени производят измерение плотности теплового потока q, проходящего через строительную конструкцию, и температуры с внутренней (t_в) и наружной (t_н) стороны конструкции, на расстоянии не менее чем в 100 мм от ее поверхности. Затем определяют искомое сопротивление теплопередаче R_o по формуле

Недостаток известного способа состоит в том, что формула (1) применима только для условий стационарного процесса теплопередачи, который не обеспечивается согласно известному способу. Действительно, строительная конструкция приводится к стационарному режиму теплопередачи ориентировочно через 7-14 суток после установления на обеих ее поверхностях (наружной и внутренней) постоянной температуры. Разработчики известного способа предполагали (см. пп.8.1, 8.2 указанного источника), что при проведении измерений выбирают время суток со стабильным уровнем температуры наружного воздуха в ночное время. При этом теплоизолированный короб устанавливают на внутренней поверхности ограждающей конструкции. Однако за одни сутки даже при этих условиях в типовых конструкциях стационарный процесс теплопередачи не установится. Поэтому известный способ на практике не обеспечивает достоверность определения сопротивления теплопередаче.

Известен также способ теплового неразрушающего контроля сопротивления теплопередаче строительной конструкции (см. патент РФ №2323435), который по совокупности признаков является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения.

Согласно этому способу устанавливают на обеих сторонах строительной конструкции один напротив другого плоские теплоизолированные коробы с плоскими нагревательными элементами, расположенными на заданном расстоянии от ее поверхностей и нагревающими их до неравных между собой температур, измеряют через заданный интервал времени плотность теплового потока, проходящего через строительную конструкцию, а также температуры на обеих поверхностях строительной конструкции и контролируют сопротивление теплопередаче строительной конструкции по формуле

где R_оп - сопротивление теплопередаче строительной конструкции, определенное согласно способу-прототипу;

τ_в - температура внутренней поверхности строительной конструкции;

τ_н - температура наружной поверхности строительной конструкции.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного решения, относится недопустимо большая систематическая погрешность, возникающая при контроле сопротивления теплопередаче в условиях пренебрежения теплоотдачей поверхностей ограждающей конструкции.

Действительно, согласно ГОСТ 26254, ГОСТ 26602.1 и ГОСТ 31166 сопротивление теплопередаче R_o для термически однородной зоны строительной конструкции, как в рассматриваемом случае, вычисляют по формуле (1), или, более подробно

где

- коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности строительной конструкции;

- коэффициент теплоотдачи наружной поверхности строительной конструкции.

Сопоставляя формулы (2) и (3), получим, что прототип имеет относительную систематическую погрешность ΔR_о/R_о, равную

В нормальных условиях, при которых для сопоставимости результатов следует контролировать сопротивление теплопередаче строительных конструкций, значения указанных коэффициентов должны быть равны следующим нормируемым значениям:

В соответствии с ГОСТ 31166 диапазон сопротивления теплопередаче наиболее распространенных строительных конструкций составляет (0,5÷4,5) м²·К/Вт. Подставляя численные данные в формулу (6), получим, что погрешность прототипа может доходить до минус 34%, что более чем в 2 раза превышает значение погрешности, допускаемое по ГОСТ 31166 для натурных условий, и более чем в 6 раз - при измерениях в климатической камере.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности контроля сопротивления теплопередаче строительной конструкции.

Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в том, что сопротивление теплопередаче контролируют в условиях равенства нормируемым значениям коэффициентов теплоотдачи поверхностей испытуемой строительной конструкции.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что устанавливают на обеих сторонах испытуемой строительной конструкции один напротив другого плоские теплоизолированные коробы с плоскими термостатами, имеющими линейные размеры от трех до пяти толщин строительной конструкции, расположенными на заданном расстоянии параллельно ее поверхностям и нагревающими их до неравных между собой температур, измеряют через заданный интервал времени плотность теплового потока, проходящего через строительную конструкцию, а также температуры на обеих поверхностях строительной конструкции, но в отличие от известного способа, контролируют сопротивление теплопередаче по отношению разности температур термостатов к плотности теплового потока после установления заданной теплоотдачи поверхностей ограждающей конструкции регулировкой скорости воздушных потоков внутри коробов.

На фиг. показана схема реализации заявляемого способа.

В устройстве для реализации заявляемого способа с наружной стороны строительной конструкции 1 установлен теплоизолированный короб 2, внутри которого находится плоский термостат 3, термометр 4 и регулируемый вентилятор 5. Напротив него, с внутренней стороны строительной конструкции 1 установлен теплоизолированный короб 6, внутри которого находится плоский термостат 7, тепломер 8, термометр 9 и регулируемый вентилятор 10. Плоские термостаты 3 и 7 имеют линейные размеры от трех до пяти толщин строительной конструкции 1 и расположены на заданном расстоянии параллельно ее поверхностям (согласно ГОСТ 26254 и ГОСТ 31166 - на расстоянии 10 см).

Заявляемый способ реализуется следующим образом.

На обеих сторонах строительной конструкции 1 устанавливают один напротив другого плоские теплоизолированные коробы 2 и 6 с плоскими термостатами 3 и 7. Термостат 3 поддерживает температуру t_н, термостат 7 - неравную ей температуру t_в (для определенности примем t_н<t_в). Через заданный интервал времени, определяемый инерционностью строительной конструкции 1, измеряют температуры поверхностей строительной конструкции 1 предварительно установленными термометрами 4 и 9 (соответственно τ_н и τ_в). Также предварительно установленным тепломером 8 измеряют плотность теплового потока q, проходящего через строительную конструкцию 1. С помощью регулируемого вентилятора 5 регулируют скорость воздушного потока в коробе 2, изменяя теплоотдачу поверхности строительной конструкции 1 таким образом, чтобы выполнялись формулы (5), (8). С помощью регулируемого вентилятора 10 регулируют скорость воздушного потока в коробе 6, изменяя теплоотдачу поверхности строительной конструкции 1 таким образом, чтобы выполнялись формулы (4), (7). После установления заданной теплоотдачи поверхностей строительной конструкции 1 контролируют сопротивление теплопередаче по формуле (1).

В результате выполнения перечисленных выше действий погрешность, обусловленная использованием в прототипе уравнения измерения (2) в условиях неравенства коэффициентов теплоотдачи поверхности строительной конструкции нормируемым значениям (7) и (8), полностью устранена.

Таким образом, видно, что приведенные выше сведения подтверждают возможность осуществления заявляемого изобретения, достижения указанного технического результата и решения поставленной задачи.

Использование: для теплового неразрушающего контроля сопротивления теплопередаче строительной конструкции. Сущность: заключается в том, что устанавливают на обеих сторонах строительной конструкции один напротив другого плоские теплоизолированные коробы с плоскими термостатами, имеющими линейные размеры от трех до пяти толщин строительной конструкции, расположенными на заданном расстоянии параллельно ее поверхностям и нагревающими их до неравных между собой температур, измеряют через заданный интервал времени плотность теплового потока, проходящего через строительную конструкцию, а также температуры на обеих поверхностях строительной конструкции. Способ отличается тем, что контролируют сопротивление теплопередаче по отношению разности температур термостатов к плотности теплового потока после установления заданной теплоотдачи поверхностей ограждающей конструкции регулировкой скорости воздушных потоков внутри коробов. Технический результат: обеспечение возможности контролировать сопротивление теплопередаче в условиях равенства нормируемым значениям коэффициентов теплоотдачи поверхностей испытуемой строительной конструкции. 1 ил.

Способ теплового неразрушающего контроля сопротивления теплопередаче строительной конструкции, согласно которому устанавливают на обеих ее сторонах один напротив другого плоские теплоизолированные коробы с плоскими термостатами, имеющими линейные размеры от трех до пяти толщин строительной конструкции, расположенными на заданном расстоянии параллельно ее поверхностям и нагревающими их до неравных между собой температур, измеряют через заданный интервал времени плотность теплового потока, проходящего через строительную конструкцию, а также температуры на обеих поверхностях строительной конструкции, отличающийся тем, что контролируют сопротивление теплопередаче по отношению разности температур термостатов к плотности теплового потока после установления заданной теплоотдачи поверхностей ограждающей конструкции регулировкой скорости воздушных потоков внутри коробов.