СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОВЫХ ПОТЕРЬ ПОМЕЩЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК G01K17/20 F24D10/00 

Настоящее изобретение относится к способу и устройству определения тепловых потерь помещения. В рамках изобретения помещение является индивидуальным домом или зданием, в частности жилым зданием или другим зданием, или частью такого здания, например, квартирой в многоэтажном жилом доме.

Коэффициент тепловых потерь помещения, обозначенный K, равен мощности тепловых потерь помещения (в ваттах) на один градус (Кельвина или Цельсия) разности между температурой воздуха внутри помещения и температурой наружного воздуха. Этот коэффициент K характеризует энергетические характеристики оболочки помещения.

На коэффициент K тепловых потерь помещения влияют, с одной стороны, тепловые потери при передаче через стены помещения и, с другой стороны, инфильтрации воздуха. Тепловые потери от передачи характеризуются показателем H_T=UA_T, где U является коэффициентом теплопередачи коробки помещения, называемым также коэффициентом удельной потери от передачи помещения, а А_Т является общей площадью стен помещения. Инфильтрации воздуха в помещении характеризуются показателем mʹ.Cp, где mʹ является расходом воздухообмена, а Ср является теплоемкостью воздуха. Следовательно, коэффициент тепловых потерь K равен:

K=H_T+mʹ.Cp=UA_T+mʹ.Cp

В рамках регламентных норм в области тепла, таких как RT 2005 во Франции или регламент EnEv в Германии, коэффициент U применяют для оценки общего потребления энергии в помещении. Его определение предназначено для осуществления диагностики теплоизоляции помещения, чтобы проверить, соблюдены ли застройщиком действующие нормы теплоизоляции как с точки зрения выбора материалов, так и их использования, или когда предусмотрен ремонт здания, чтобы определить меры, необходимые для улучшения тепловых характеристик.

В документе WO 2012/028829 A1 описан способ определения коэффициента тепловых потерь K помещения, в котором используют переходные изменения внутренней температуры помещения, когда его подвергают контролируемым внутренним воздействиям, и в измеряемой внешней окружающей среде. При помощи количественного анализа изменения внутренней температуры помещения, которую получают путем измерения на месте, можно количественно определить энергетическое качество помещения за относительно короткий период, что позволяет не учитывать влияние условий эксплуатации помещения и колебания внешних климатических условий. На практике было установлено, что этот способ дает хорошие результаты, когда его осуществляют с временем измерения, соответствующем двум последовательным ночам. Вместе с тем, сокращение времени измерения является проблемой. В частности, выяснилось, что погрешность в значении коэффициента K тепловых потерь может увеличиваться, когда сокращают время измерения.

Изобретение призвано устранить эти недостатки и предложить способ и устройство, позволяющие определять коэффициент тепловых потерь за короткое время, в частности, за одну ночь и даже за несколько часов с высокой точностью, в частности, порядка±20%.

В связи с этим объектом изобретения является способ определения коэффициента K тепловых потерь помещения, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых:

- в помещении за два последовательных периода времени D₁ и D₂ осуществляют следующие действия:

i. за первый период времени D₁ применяют первую мощность обогрева Р₁ помещения и осуществляют работы по измерению по меньшей мере температуры T_i1 внутри помещения через короткие промежутки времени, а также определяют температуру T_e1 наружного воздуха через короткие промежутки времени, при этом первая мощность обогрева Р₁ является такой, что параметр был меньше или равен 0,8 при , где t=0 является точкой начала первого периода времени D₁, T_em является средней температурой наружного воздуха за все периоды времени D₁ и D₂, и K_ref является контрольным значением коэффициента K тепловых потерь помещения, затем

ii. за второй период времени D₂ применяют по существу нулевую вторую мощность обогрева Р₂ помещения, чтобы температура T_i1 внутри помещения могла изменяться свободно, и осуществляют работы по измерению по меньшей мере температуры T_i2 внутри помещения через короткие промежутки времени, а также определяют температуру T_e2 наружного воздуха через короткие промежутки времени;

- для каждого из первого и второго периодов времени D₁ и D₂ выбирают промежуток времени Δt₁ и Δt₂, при котором изменение T_i1(t) или T_i2(t) является по существу линейным, или промежутки времени Δt₁ и Δt₂ являются такими, что промежуток времени Δt₁ длится до конца первого периода D₁ применения первой мощности обогрева Р₁, и такими, что, если совместить точки начала первого периода D₁ и второго периода D₂, то промежутки Δt₁ и Δt₂ имеют одну и ту же точку конца;

- за каждый промежуток времени Δt₁ и Δt₂ определяют наклон α₁ или α₂ касательной к кривой (T_ik(t))_{k=1 или 2};

- на основании наклонов α₁ и α₂ выводят значение K_calc коэффициента K тепловых потерь помещения.

Предпочтительно промежутки времени Δt₁ и Δt₂ имеют одинаковую продолжительность.

Разумеется, заявленный способ не требует обязательного графического построения изменения T_ik(t).

В частности, на каждом промежутке времени Δt_k наклон α_k касательной к кривой T_ik(t) равен производной изменения T_ik(t) за промежуток Δt_k. При этом в рамках изобретения этап определения наклона α_k касательной к кривой T_ik(t) на промежуток времени Δt_k можно осуществить, вычислив производную изменения T_ik(t) за промежуток времени Δt_k и не прибегая к графическому отображению изменения T_ik(t).

Этапы вычисления способа, в частности, для определения наклонов α_k можно осуществлять при помощи любого соответствующего вычислительного средства. В частности, речь может идти об электронном блоке вычисления, который связан с системой сбора для сбора измерений, необходимых для способа, и который содержит вычислительные средства для осуществления всех или части этапов вычисления способа на основании полученных измерений.

В рамах изобретения под «мощностью обогрева помещения» следует понимать любое рабочее условие, приводящее к изменению внутренней температуры помещения при данных внешних условиях температуры. Подразумевается, что мощность обогрева может быть положительной, нулевой или отрицательной. Положительная мощность обогрева соответствует подаче тепла в помещение, тогда как отрицательная мощность соответствует поступлению холода в помещение.

Согласно изобретению, первая мощность обогрева Р₁ является строго положительной или строго отрицательной и может приводить к принудительному изменению температуры внутри помещения, тогда как вторая мощность обогрева Р₂ является по существу нулевой мощностью. В рамках изобретения мощность обогрева считается нулевой, если она допускает свободное изменение температуры внутри помещения. Как правило, вторая мощность обогрева Р₂ не является строго нулевой, учитывая, в частности, присутствие в помещении измерительной или вычислительной техники, которую используют для осуществлении способа и которая во время работы создает остаточную мощность обогрева. В случае по существу нулевой мощности обогрева изменение внутренней температуры помещения может быть связано с разностью между внутренней температурой помещения и наружной температурой или с изменением наружной температуры.

Изобретение основано на выборе специального теплового воздействия на помещение, позволяющего получить коэффициент его тепловых потерь с достаточной точностью и за короткое время, причем это специальное тепловое воздействие является применением строго положительной или строго отрицательной первой мощности обогрева Р₁, которое может привести к принудительному изменению температуры внутри помещения, после чего следует применение по существу нулевой второй мощности обогрева Р₂, обеспечивающей свободное изменение температуры внутри помещения.

Как описано в WO 2012/028829 А1, определение коэффициента K тепловых потерь помещения основано в рамках изобретения на моделировании помещения в соответствии с моделью R-C с сопротивлением и конденсатором. Помещение рассматривается как изотермическая коробка, характеризующаяся, с одной стороны, своим коэффициентом тепловых потерь, который является величиной, обратной сопротивлению, и, с другой стороны, своей инерцией или своей эффективной теплоемкостью С. При тепловом воздействии на помещение с постоянной мощностью эффективная теплоемкость С помещения соответствует теплоемкости материалов, находящихся в изолирующих стенах помещения, и определена как энергия, необходимая для повышения окружающей температуры помещения на 1K при постоянной наружной температуре в течение времени воздействия.

Для каждого периода времени (D_k)_{k=1 или 2} предполагается, что внутренняя температура T_ik помещения является однородной. Изменение разности температуры между внутренним пространством и наружным пространством ΔT_k=T_ik - T_ek следует экспоненциальному поведению в соответствии с уравнением:

(1)

где K - коэффициент тепловых потерь помещения,

С - эффективная теплоемкость помещения,

P_k - мощность обогрева помещения,

ΔТ_k - разность температуры между внутренним пространством и наружным пространством.

На основании уравнения (1) наклон α_k касательной к кривой, характеризующей изменение величины ΔT_k=T_ik - T_ek в зависимости от времени, можно записать как:

.

На практике в рамках заявленного способа в каждом периоде времени D_k выявляют промежуток времени Δt_k, в котором изменение T_ik(t) является по существу линейным. В этом промежутке времени Δt_k можно считать, что температура наружного воздуха T_ek является по существу постоянной и равна средней температуре T_em за все периоды времени D₁ и D₂. Кроме того, поскольку выбирают промежуток времени Δt_k за период обогрева D_k, можно рассматривать среднее значение T_ikm для T_ik(t) за промежуток времени Δt_k в выражении наклона α_k. При этом наклон α_k можно записать как:

, где _.

Таким образом, можно получить значение K_calc коэффициента тепловых потерь помещения, применив за два периода времени D₁ и D₂ две мощности обогрева Р₁ и Р₂ с разными значениями и измерив изменение по меньшей мере температуры внутри помещения T_i1(t) или T_i2(t) за каждый из этих двух периодов времени. Для каждого периода времени D₁ или D₂ выбирают промежуток времени Δt₁ или Δt₂, при котором изменение T_i1(t) или T_i2(t) является по существу линейным, и в этом промежутке времени Δt₁ или Δt₂ определяют наклон α₁ или α₂ касательной к кривой (T_ik(t))_{k=1 или 2}. При этом значение K_calc коэффициента тепловых потерь помещения равно:

(2)

Экспериментальным путем было установлено, что погрешность в значении K_calc коэффициента тепловых потерь, определенная при помощи теста в две фазы, как было указано выше, может увеличиться, если сократить время измерения. Чтобы уменьшить время измерения и одновременно ограничить погрешность в значении K_calc, было проведено исследование с целью оценки влияния условий, в которых происходит тест, на точность получаемого значения K_calc.

Для этого авторы изобретения разработали упрощенную диффузионную модель, в которой рассматривают однородный слой материала толщиной е, содержащий наружную сторону и внутреннюю сторону. Этот слой подвергают тесту в две фазы, включающему в себя первую фазу, в которой на внутреннюю сторону слоя действуют первой постоянной мощностью обогрева P_h1 в течение времени обогрева от 0 до t_h, и вторую фазу, в которой на внутреннюю сторону слоя действуют второй постоянной мощностью обогрева P_h2, отличной от P_h1, в течение времени обогрева от t_h до 2t_h. Наружную сторону слоя поддерживают при постоянной температуре в течение всего времени теста. Если слой находится в первоначальном статическом состоянии с разностью температуры ΔT(0)=T_int(t=0) - T_ext(t=0), изменение температуры внутренней стороны равно:

(3)

где τ_j - константы времени, характерные для слоя, при которых:

Rj - соответствующие весовые коэффициенты, эквивалентные по размерности тепловому сопротивлению, при которых:

где и C=e Sρ Cp, при этом λ является теплопроводностью слоя, ρ является плотностью слоя, S обозначает площадь слоя, и Ср обозначает теплоемкость воздуха.

Чтобы понять, каким образом различные константы времени влияют на значение K_calc коэффициента тепловых потерь, определенное при помощи описанного выше теста в две фазы, авторы изобретения ввели уравнение (3) в уравнение (2) и получили:

(4)

где β - безразмерный параметр, такой, что ; и - функции, зависящие только от помещения и от времени обогрева t_h, которые являются монотонными функциями, убывающими, когда время обогрева увеличивается, при которых 0< и 0< ≤1.

Таким образом, на основания выражения (4) авторы изобретения установили, что значение K_calc коэффициента тепловых потерь, определенное при помощи описанного выше теста в две фазы, равно коэффициенту K тепловых потерь слоя, умноженному на поправочный коэффициент, зависящий от параметра β. В частности, погрешность в значении K_calc сводится к минимуму, если параметр β стремится к 0.

Из практических соображений авторы изобретения заинтересовались конфигурациями, в которых одна из мощностей обогрева P_h1 и P_h2 является нулевой.

В первой конфигурации, в которой первая мощность обогрева P_h1 является нулевой, безразмерным параметром, участвующим в выражении K_calc, является:

В этой первой конфигурации тест в две фазы приводит к переоценке значения K_calc, если β является положительным, и к недооценке значения, если β является отрицательным. Кроме того, параметр β уменьшается по абсолютной величине, и, следовательно, точность в K_calc повышается, если первоначальная разность температуры ΔТ(0) уменьшается или если вторая мощность обогрева P_h2 увеличивается.

На практике эти экспериментальные условия нелегко применить для реального здания, так как действуют экспериментальные условия, которые предшествовали тесту и которые могут повлиять на измерения. Поэтому выбирают вторую конфигурацию, в которой воздействие производят с не равной нулю первой мощностью обогрева P_h1, тогда как вторая мощность обогрева P_h2 является нулевой.

В этой второй конфигурации, в которой вторая мощность обогрева P_h2 является нулевой, безразмерным параметром, участвующим в выражении K_calc, является:

При этом значение K_calc коэффициента тепловых потерь, определенное во второй конфигурации при помощи теста в две фазы с первой постоянной положительной мощностью обогрева P_h1 и второй нулевой мощностью обогрева P_h2, равно:

(5)

В этой второй конфигурации, поскольку поправочный коэффициент превышает или равен 1, тест в две фазы всегда приводит к значению K_calc, переоцененному по отношению к коэффициенту K тепловых потерь слоя. Выражение (5) позволяет также увидеть, что поправочный коэффициент уменьшается, и, следовательно, точность значения K_calc повышается, когда время обогрева t_h увеличивается и когда параметр α уменьшается. Таким образом, для повышения точности значения K_calc следует либо увеличить время обогрева t_h, либо уменьшить параметр α.

Авторы изобретения установили экспериментальным путем в ходе серии тестов в две фазы при положительной постоянной мощности обогрева Р₁ и при по существу нулевой второй мощности обогрева Р₂ на разных типах помещений, изменяя значение параметра α от одного теста к другому, что для всех типов помещений можно получить хорошую точность значения K_calc, то есть точность, при которой значение K_calc находится в вилке±20 вокруг K, сохраняя при этом время обогрева, меньшее или равное 4 часам, при условии, что параметр α остается меньшим или равным 0,8. Время обогрева или погрешность можно еще уменьшить за счет уменьшения параметра α.

Исходя из этого экспериментального вывода, изобретением предложено определять коэффициент тепловых потерь помещения за короткое время с сохранением высокой точности результата, используя следующие измерения:

- Первую мощность обогрева Р₁ выбирают не равной нулю и такой, при которой параметр меньше или равен 0,8, при этом , где t=0 является точкой начала первого периода времени D₁, T_em является средней температурой наружного воздуха за все периоды времени D₁ и D₂, и K_ref является контрольным значением коэффициента K тепловых потерь помещения. В данном случае считается, что температура наружного воздуха является стабильной за периоды времени D₁ и D₂, поэтому первоначальная температура наружного воздуха по существу равна средней температуре T_em наружного воздуха за все периоды времени D₁ и D₂. Необходимо отметить, что первая мощность обогрева Р1 может быть положительной мощностью, если первоначальная разность температуры ΔT₁(0) помещения является положительной, или отрицательной мощностью, если первоначальная разность температуры ΔT₁(0) помещения является отрицательной.

- Промежуток времени Δt₂, используемый для обработки данных, полученных за второй период времени D₂, выбирают с точкой конца, при которой время между точкой начала периода D₂ и точкой конца промежутка Δt₂ равно продолжительности первого периода времени D₁. Действительно, экспериментальным путем было установлено, что такая симметрия обработки данных повышает точность значения K_calc. Это соответствует условиям описанной выше упрощенной диффузионной модели, когда обе фазы обогрева имеют одинаковую продолжительность.

Предпочтительно при применении обоих вышеупомянутых критериев первый период времени D₁, в течение которого применяют первую мощность обогрева Р₁, может иметь продолжительность, меньшую или равную 4 часам, и это не снижает точность значения K_calc, которая остается порядка±20 вокруг K.

Согласно предпочтительному признаку, первая мощность обогрева Р₁ помещения включает в себя мощность обогрева P_imp1, задаваемую при помощи контролируемого источника мощности. Если в течение первого периода времени D₁, кроме источника, используемого для применения задаваемой мощности обогрева P_imp1, никакой другой источник мощности не работает, первая мощность обогрева Р₁ помещения равна задаваемой мощности обогрева P_imp1. Если же в течение периода D₁, кроме мощности P_imp1, в помещении существует дополнительная мощность P_sup1, то первая мощность обогрева Р₁ равна P_imp1+P_sup1. В частности, если в течение первого периода времени D₁ солнечное излучение является сильным, то участие солнечного излучения в обогреве помещения входит в дополнительную мощность P_sup1.

На практике условия осуществления способа позволяют ограничить участие дополнительных мощностей P_sup1, отличных от задаваемой мощности обогрева P_imp1. Предпочтительно способ осуществляют в пустом помещении.

Предпочтительно способ осуществляют в периоды времени D₁ и D₂, в которые солнечное излучение является слабым, предпочтительно нулевым. Предпочтительно способ осуществляют в периоды времени D₁ и D₂ в течение ночи или, возможно, утром или вечером. Это позволяет уменьшить участие солнечного излучения и ограничить флуктуации температуры наружного воздуха.

Периоды времени D₁ и D₂ могут быть либо разделенными, либо следовать непосредственно друг за другом. В этом последнем случае можно считать, что весь способ осуществляют в течение непрерывного периода времени, состоящего из последовательности периодов времени D₁ и D₂. Предпочтительно, чтобы ограничить время осуществления способа и одновременно уменьшить участие солнечного излучения, весь способ осуществляют непрерывно в течение одного ночного периода времени.

Предпочтительно в течение каждого из периодов времени D₁ и D₂ любую стационарную систему вентиляции, которой оборудовано помещение, деактивируют, и все вентиляционные отверстия перекрывают, чтобы ограничить обмены воздуха с наружным пространством.

В варианте стационарные системы вентиляции помещения могут работать в ходе способа в каждом из периодов времени D₁ и D₂. Однако это приводит к появлению дополнительного члена воздухообмена в выражении коэффициента K тепловых потерь:

где mʹ₁ является расходом воздухообмена за счет инфильтрации, и mʹ₂ является расходом воздухообмена при использовании стационарных систем вентиляции, при этом оба значения расхода взаимосвязаны, и одно зависит от другого.

Анализ экспериментальных результатов позволяет определить предпочтительные критерии для первой мощности обогрева Р₁, применяемой в помещении.

В частности, согласно аспекту изобретения, предпочтительно первая мощность обогрева Р₁ является такой, что параметр меньше или равен 0,75, еще предпочтительнее меньше или равен 0,7.

Предпочтительно первая мощность обогрева Р₁ является такой, что параметр превышает или равен 0,25, еще предпочтительнее превышает или равен 0,3. Действительно, для хорошо изолированных зданий, если параметр α меньше 0,25 или 0,3, чувствительность классических измерительных датчиков не позволяет получать удовлетворительные данные, относящиеся к изменению температуры T_i1 внутри помещения за первый период времени D₁, поэтому погрешность в значении K_calc увеличивается.

Согласно предпочтительному признаку, первая мощность обогрева Р₁ является такой, что параметр по существу равен 0,5. Действительно, анализ экспериментальных результатов показывает, что это значение параметра α позволяет для всех типов помещений получать высокую точность значения K_calc в вилке±20% вокруг K. Авторы изобретения установили также экспериментальным путем, что необходимость уменьшения параметра α для повышения точности значения K_calc тем больше, чем больше инерция С помещения и чем меньше время обогрева, то есть продолжительность первого периода времени D₁. На практике, чем больше параметр α приближается к 0,5, тем выше точность значения K_calc и тем меньше она зависит от инерции помещения и от времени обогрева.

Если параметр α по существу равен 0,5, точность значения K_calc тем выше, чем больше время обогрева. В частности, выбирая такую первую мощность обогрева Р₁, при которой коэффициент по существу равен 0,5 и время обогрева составляет около 4 часов, можно добиться точности порядка±15% для значения K_calc.

Необходимость уменьшения параметра α для получения высокой точности значения K_calc при коротком времени обогрева проявляется в большей степени для помещений, изолированных снаружи, чем для помещений, изолированных изнутри.

Предпочтительно в рамках заявленного способа после определения значения K_calc коэффициента тепловых потерь помещения на основании наклонов α₁ и α₂ вычисляют значение параметра и проверяют, что значение α_calc находится в интервале значений, заранее определенном для параметра α.

Следует отметить, что определение первого значения первой мощности обогрева Р₁, применяемой в первом периоде времени D₁, для соблюдения критериев по параметру α, требует знания контрольного значения K_ref коэффициента K тепловых потерь помещения.

Первый метод для получения контрольного значения K_ref коэффициента K тепловых потерь помещения представляет собой использование величины, полученной в результате теплового анализа помещения, в частности, использование коэффициента теплопередачи оболочки помещения. Предпочтительно коэффициент Н теплопередачи оболочки помещения определяют, применяя норму ISO 13789:2007 «Тепловая эффективность зданий - Коэффициенты теплопередачи за счет передачи и за счет воздухообмена - Метод вычисления», затем выводят контрольное значение K_ref коэффициента тепловых потерь при помощи отношения:

где Н_Т - коэффициент теплопередачи при передаче, и H_V - коэффициент теплопередачи при вентиляции. Предпочтительно коэффициент теплопередачи оболочки помещения определяют в соответствии с нормой ISO 13789:2007 в отсутствие вентиляции в помещении. В варианте в помещении может присутствовать вентиляция, при этом расход вентиляции необходимо измерять или оценивать.

Использование нормы ISO 13789:2007 является предпочтительным методом для получения контрольного значения K_ref коэффициента K тепловых потерь помещения. Тем не менее, можно также предусмотреть другие методы, в частности, когда нет всей информации о помещении, необходимой для применения нормы ISO 13789:2007.

Вторым методом получения контрольного значения K_ref коэффициента K тепловых потерь помещения, когда нет всей информации о помещении, необходимой для применения нормы ISO 13789:2007, является проведение в помещении квазистатического теста, такого как тест ʺcoheatingʺ.

ʺCoheatingʺ является квазистатическим методом, целью которого является измерение общих тепловых потерь пустого помещения. При тесте ʺcoheatingʺ осуществляют обогрев помещения в течение нескольких дней, как правило, от одной до трех недель, при постоянной и однородной температуре при помощи электрических обогревателей, соединенных с вентиляторами и связанных с системой регулирования. Заданная температура должна быть достаточной высокой, порядка 25°С, чтобы получить разность температуры между внутренним пространством помещения и наружным пространством не менее 10°С. При достижении насыщения, то есть при достижении квазистатического состояния измеряют мощность Р, необходимую для поддержания помещения при температуре 25°С, внутреннюю температуру T_int и наружную температуру T_ext. В частности, внутреннюю температуру T_int можно измерять при помощи термопар или термисторов, тогда как наружную температуру T_ext можно измерять при помощи метеостанции. Обработка данных позволяет получить значение K_ref коэффициента тепловых потерь.

В частности, процедура состоит в следующем:

Сначала осуществляют первый тест наддува, который позволяет измерить потери, связанные с вентиляцией и с инфильтрациями.

Затем перекрывают отверстия, такие как вытяжные трубы или вентиляционные каналы, чтобы потери, связанные с вентиляцией, не были доступны для измерения.

При этом помещение равномерно обогревают при помощи электрических средств, пока не будет достигнута высокая заданная температура порядка 25°С.

Измеряют мощность Р, внутреннюю температуру T_int и наружную температуру T_ext. Обработка этих данных позволяет получить потери от передачи и от инфильтрации.

Наконец, осуществляют второй тест наддува, чтобы узнать тепловые потери, связанные только с инфильтрациями, при этом отверстия здания сохраняют закрытыми.

Для обработки данных каждый день в течение двадцати четырех часов определяют среднюю мощность, необходимую для поддержания здания при заданной температуре, и среднее значение разности между температурой внутри и снаружи. Эти средние данные переносят на график, который дает мощность в зависимости от разности температуры. Вносят поправку, связанную с солнечным излучением, которое тоже участвует в обогреве помещения. Наклон прямой, которая проходит через начало координат, получают через линейную регрессию, и он соответствует коэффициенту K_ref тепловых потерь.

Этот метод ʺcoheatingʺ является относительно простым в осуществлении и напрямую дает контрольное значение K_ref коэффициента K тепловых потерь помещения. Согласно предпочтительному варианту, для легких зданий можно осуществлять тесты ʺcoheatingʺ ночью, при этом поправку, связанную с действием солнечного излучения, не вносят.

Третьим методом получения контрольного значения K_ref коэффициента K тепловых потерь помещения, когда не располагают всеми данными, необходимыми для применения нормы ISO 13789:2007, является использование величины, полученной в результате изучения энергетического потребления помещения. В частности, контрольное значение K_ref можно определить как отношение энергии, потребляемой помещением за данный период времени, к произведению продолжительности данного периода времени и средней разности температуры между внутренним пространством и наружным пространством помещения за данный период времени.

В варианте осуществления заявленного способа за каждый промежуток времени Δt₁ и Δt₂ определяют наклон α₁ и α₂ касательной к кривой (T_ik(t))_{k=1 или 2}, вычисляя среднее значение наклонов в каждой точке промежутка времени Δt₁ или Δt_2, при этом среднее значение взвешивают по погрешности, соответствующей каждой точке.

В другом варианте осуществления заявленного способа по каждому промежутку времени Δt₁ и Δt₂ определяют наклон α₁ и α₂ касательной к кривой (T_ik(t))_{k=1 или 2}, идентифицируя по меньшей мере одну обычную математическую функцию, которая выравнивает кривую (T_ik(t))_{k=1 или 2} за промежуток времени Δt₁, и вычисляя производную этой функции в точке конца промежутка времени Δt₁. Математическая функция или каждая математическая функция, которая выравнивает кривую (T_ik(t))_{k=1 или 2} за промежуток времени Δt₁, может быть, в частности, экспоненциальной или полиномиальной функцией.

Согласно предпочтительному, но не ограничительному признаку, для каждого из периодов времени D₁ и D₂ работы по измерению внутренней температуры T_ik помещения осуществляют за период времени, достаточный, чтобы получить изменение внутренней температуры T_ik не менее чем на 1°С, предпочтительно от 1°С до 10°С.

Согласно предпочтительному отличительному признаку, контролируемым источником мощности для обогрева помещения может быть стационарное оборудование помещения, то есть средство обогрева, установленное независимо от осуществления способа, при условии, что это средство обогрева является мало инертным и регулируемым для обеспечения быстрого обогрева помещения. Речь может идти о тепловом насосе, коэффициент полезного действия (КПД) которого известен.

В варианте контролируемым источником для обогрева помещения может быть источник, установленный в помещении специально для осуществления способа.

Элементы обогрева помещения могут быть конвективными, проводящими или излучающими или могут сочетать в себе несколько таких технологий. Предпочтительно элементы обогрева являются электрическими приборами, что позволяет напрямую и точно определять мощность обогрева. Примеры электрических нагревательных приборов включают в себя, в частности, приборы конвективного типа, в которых используют нагнетание воздуха, нагретого при помощи электрических сопротивлений; нагревательные коврики или пленки; излучающие зонты. В варианте элементами обогрева могут быть приборы, работающие на газу или на мазуте, если только производительность горелок и расход топлива можно оценить достаточно точно, чтобы определить мощность обогрева.

В предпочтительном варианте осуществления элементы обогрева помещения являются электрическими нагревательными ковриками, которые распределяют в помещении, располагая их вертикально и сматывая их таким образом, чтобы вся тепловая мощность рассеивалась в воздухе. Это обеспечивает быстрый и однородный обогрев помещения, при этом окружающая температура является достаточно близкой к температуре стен внутри помещения.

Согласно предпочтительному признаку, каждая работа по измерению температуры внутри помещения включает в себя измерения окружающей температуры внутри помещения, измерения температуры стен помещения и/или измерения средней радиационной температуры внутри помещения. На практике, можно использовать любой известный метод для определения этих температур, в частности, методы измерения, описанные в норме NF EN ISO 7726. Например, измерения окружающей температуры внутри помещения и температуры стен помещения можно осуществлять при помощи термопар типа K или датчиков Pt100. Для измерения средней радиационной температуры внутри здания можно использовать термометр с черной сферой.

Предпочтительно, если обогрев помещения обеспечивает окружающую температуру, достаточно близкую к температуре стен внутри помещения, измеряют окружающую температуру внутри помещения.

Если обогрев помещения является достаточно однородным, то есть окружающая температура является одинаковой в любой точке помещения или во всех комнатах или зонах помещения, если оно содержит внутренние перегородки, то измерения температуры внутри помещения можно ограничить измерениями внутри только одной комнаты или зоны помещения.

Если заявленный способ применяют в помещении, в котором обогрев является менее однородным, можно измерять температуру в нескольких комнатах или зонах помещения и считать, что температура внутри помещения в каждый момент времени t представляет собой среднее значение измерений температуры, произведенных в момент t в разных комнатах или зонах помещения, при условии, что они не будут сильно отличаться друг от друга, что свидетельствовало бы о недостаточной вентиляции помещения. Можно также предусмотреть несколько разных измерений температуры в каждой комнате или зоне помещения. Так, в каждой комнате или зоне можно осуществить одновременно измерение окружающей температуры и/или измерение температуры стены оболочки помещения и/или измерение средней радиационной температуры.

Другой возможностью в случае менее однородного обогрева является измерение мощности и температуры в каждой комнате или зоне помещения таким образом, чтобы определить коэффициент тепловых потерь каждой комнаты или зоны помещения, затем значения, полученные для разных комнат или зон, суммируют, чтобы получить общий коэффициент тепловых потерь помещения.

В этом тексте под комнатой помещения следует понимать пространство, окруженное стенами. Кромке того, под зоной помещения следует понимать пространство, образованное несколькими комнатами помещения, которые можно обрабатывать одновременно, то есть в рамках заявленного способа для каждой зоны помещения предусмотрен только один датчик измерения мощности и только один датчик измерения температуры.

Согласно отличительному признаку, в рамках заявленного способа определение температуры наружного воздуха T_ek осуществляют посредством работ по измерению через короткие промежутки времени. Измерения температуры наружного воздуха T_ek можно производить одновременно с измерениями внутренней температуры T_ik помещения, то есть в одни и те же короткие промежутки времени.

В варианте определение температуры наружного воздуха T_ek через короткие промежутки времени можно осуществлять посредством интерполяции метеорологических данных в месте нахождения помещения.

Предпочтительно заявленный способ осуществляют за период времени, в который температура наружного воздуха T_ek является стабильной.

Коэффициент K тепловых потерь, определяемый в соответствии с изобретением, включает в себя влияние тепловых потерь от передачи и от инфильтрации воздуха, то есть:

Если необходимо определить коэффициент U теплопередачи помещения, можно разделить участие тепловых потерь от передачи, с одной стороны, и тепловые потери от инфильтраций воздуха, с другой стороны, оценив расход mʹ воздухообмена в помещении.

Если в ходе способа определения коэффициента K не работает ни одна стационарная система вентиляции помещения, расход mʹ равен расходу воздухообмена за счет инфильтрации. Этот расход mʹ можно определить при помощи любого соответствующего метода, в частности, при помощи метода обнаружения с использованием индикаторных газов или посредством теста при помощи воздуходувки с аэродверью, как описано в WO 2012/028829 А1.

Другой возможностью разделения участия тепловых потерь от передачи и участия тепловых потерь при инфильтрациях воздуха является установка в помещении системы вентиляции, расход которой задает пользователь в ходе осуществления заявленного способа. Эта устанавливаемая система вентиляции может быть, в частности, системой наддува или системой создания разрежения в помещении типа аэродвери.

Другим объектом изобретения является носитель записи информации, содержащий команды для осуществления всех или части этапов вычисления описанного выше способа определения коэффициента K тепловых потерь помещения, когда эти команды исполняет электронный блок вычисления, при этом этапы вычисления включают в себя:

- вычисление первой мощности обогрева Р₁, применяемой в первый период времени D₁, на основании значений α, ΔТ(0) и K_ref,

- вычисление за каждый промежуток времени Δt₁ или Δt₂ наклона α₁ и α₂ на основании измерений температуры T_i1 или T_i2 внутри помещения,

- вычисление значения K_calc коэффициента K тепловых потерь помещения на основании наклонов α₁ и α₂ и мощности Р₁ и Р₂.

Согласно предпочтительному признаку, носитель записи информации дополнительно содержит команды для управления, в зависимости от входных данных, контролируемым источником мощности, используемым для применения первой мощности обогрева Р₁ в помещении.

Объектом изобретения является также устройство для осуществления описанного выше способа, которое содержит:

- по меньшей мере один элемент обогрева, содержащий контролируемый источник мощности,

- по меньшей мере один температурный датчик, который измеряет температуру T_ik внутри помещения,

- по меньшей мере один датчик мощности, который измеряет мощность обогрева P_k, подаваемую в помещение,

- по меньшей мере один модуль сбора для сбора измерений температуры T_ik внутри помещения, измерений мощности обогрева P_k, подаваемой в помещение, температуры T_ek наружного воздуха,

- электронный блок вычисления, и

- носитель записи информации, содержащий команды, предназначенные для исполнения электронным блоком вычисления с целью осуществления всех или части этапов вычисления, которые включают в себя: вычисление первой мощности обогрева Р₁, применяемой в первый период времени D₁, на основании значений α, ΔТ(0) и K_ref; вычисление за каждый промежуток времени Δt₁ или Δt₂ наклона α₁ и α₂ на основании измерений температуры T_i1 или T_i2 внутри помещения; вычисление значения K_calc коэффициента K тепловых потерь помещения на основании наклонов α₁ и α₂ и мощности Р₁ и Р₂.

Согласно предпочтительному отличительному признаку, каждый элемент обогрева устройства нагревает воздух в помещении, что обеспечивает быстрый обогрев помещения. Это относится, в частности, к вышеупомянутым электрическим нагревательным коврикам, которые располагают вертикально в помещении и сворачивают таким образом, чтобы вся тепловая мощность рассеивалась в воздухе.

Согласно другому предпочтительному отличительному признаку, каждый температурный датчик измеряет температуру воздуха внутри помещения. В этом случае для каждой комнаты или зоны помещения для получения значения, отображающего среднюю температуру в комнате или зоне, достаточно только одного измерения в объеме воздуха по существу в центре комнаты или зоны при условии, что обогрев является достаточно однородным.

Измерение температуры воздуха внутри помещения является более простым, чем измерение температуры стен. Действительно, если измерять температуру стен, то для получения хорошей оценки средней температуры в комнате или зоне необходимо производить измерения температуры на нескольких стенах комнаты или зоны, затем определить среднее значение этих температур стен, причем независимо от однородности обогрева. Таким образом, измерение температуры в воздухе позволяет сократить число измерений, осуществляемых в рамках заявленного способа, если его осуществлять в комнате или зоне, в основном обогреваемой однородно. Сочетая однородный обогрев помещения и измерение температуры воздуха внутри помещения, можно упростить осуществление заявленного способа и ограничить его продолжительность.

Датчик или каждый датчик мощности может быть датчиком напряжения (вольтметр) и/или датчиком тока (амперметр). Предпочтительно, датчик или каждый датчик мощности является ваттметром, снабженным одновременно датчиком напряжения и датчиком тока. Это обеспечивает точное измерение мощности в помещении и позволяет не учитывать возможные флуктуации напряжения сети или не определять сопротивление элемента или каждого элемента обогрева.

В варианте выполнения устройство содержит по меньшей мере один корпус, который находится в комнате или зоне и содержит:

- модуль управления мощностью, с которым соединен источник мощности элемента или каждого элемента обогрева, находящегося в упомянутой комнате или зоне помещения,

- модуль измерения температуры, с которым соединен датчик или каждый температурный датчик, находящийся в казанной комнате или зоне помещения,

- датчик мощности, который измеряет мощность обогрева, подаваемую в упомянутую комнату или зону помещения,

- средства связи между корпусом и электронным блоком вычисления, при этом электронный блок вычисления выполнен с возможностью получать измерения температуры и мощности и управлять модулем управления мощностью.

Модуль управления мощностью каждого корпуса предназначен для регулирования мощности обогрева, применяемой в комнате или зоне помещения. Речь может идти о модуле управления мощностью посредством переключения, который переводит элемент или элементы обогрева между их включенным состоянием и их выключенным состоянием, или о модуле управления мощностью, выполненном с возможностью изменения значения мощности, излучаемой элементом или элементами обогрева.

Предпочтительно устройство содержит корпус в каждой комнате или зоне помещения.

Предпочтительно средства связи между корпусом или каждым корпусом и электронным блоком вычисления являются средствами беспроводной связи.

Согласно предпочтительному отличительному признаку, электронный блок вычисления содержит средства автоматического управления источником мощности элемента или каждого элемента обогрева устройства. В частности, электронный блок вычисления выполнен с возможностью вычисления значения первой мощности обогрева Р₁ для применения в первый период времени D₁ на основании значений α, ΔТ₁(0) и K_ref и с возможностью управления источником мощности элемента или каждого элемента обогрева таким образом, чтобы генерировать в помещении вычисленное значение первой мощности обогрева Р₁ в первый период времени D₁.

Например, согласно первому варианту, тест, который можно запустить автономно при помощи такого устройства автоматического управления, содержит следующую последовательность этапов:

- запуск процедуры;

- вычисление значения первой мощности обогрева Р₁, применяемой в первый период времени D₁, на основании значений α, ΔТ(0) и K_ref;

- приведение в действие элемента или элементов обогрева таким образом, чтобы получить вычисленное значение первой мощности обогрева Р₁, регистрация кривой обогрева T_i1(t) в течение заранее установленного времени, в частности, порядка 4 часов, затем выключение элемента или элементов обогрева;

- регистрация кривой охлаждения T_i2(t) в течение заранее установленного времени, в частности, порядка 4 часов;

- вычисление значений наклонов α₁ и α₂ касательных к кривым охлаждения T_i1(t) и T_i2(t) и, на основании значений наклонов α₁ и α₂ и мощностей Р₁ и Р₂, вычисление значения K_calc коэффициента K тепловых потерь помещения.

Согласно второму варианту, тест, который можно запустить автономно при помощи такого устройства автоматического управления, содержит следующую последовательность этапов:

- запуск процедуры;

- вычисление значения первой мощности обогрева Р₁, применяемой в первый период времени D₁, на основании значений α, ΔТ(0) и K_ref;

- приведение в действие элемента или элементов обогрева таким образом, чтобы получить вычисленное значение первой мощности обогрева Р₁,

- если изменение T_i1(t) температуры, измеряемой внутри помещения во время обогрева помещения, является по существу линейным, и температура Т_е1 наружного воздуха является стабильной относительно заранее определенных критериев, вычисление и сохранение в памяти значения наклона α₁ касательной к кривой обогрева T_i1(t) и выключение элемента или элементов обогрева;

- если изменение T_i2(t) температуры, измеряемой внутри помещения во время охлаждения помещения, является по существу линейным, и температура Т_е2 наружного воздуха является стабильной относительно заранее определенных критериев, вычисление и сохранение в памяти значения наклона α₂ касательной к кривой обогрева T_i2(t);

- на основании сохраненных значений наклонов α₁ и α₂ и значений мощностей Р₁ и Р₂ - вычисление значения K_calc коэффициента тепловых потерь помещения.

В этих двух вариантах элемент или каждый элемент обогрева устройства может быть элементом обогрева, связанным с тестируемым помещением, или элементом обогрева, добавленным специально для осуществления испытаний. Точно так же датчики измерения температуры устройства могут быть связаны с помещением или могут быть дополнительными.

Согласно предпочтительному отличительному признаку, программа контроля, установленная в устройстве, может быть разработана таким образом, чтобы каждый тест, запускаемый автономно устройством автоматического контроля, предпочтительно происходил ночью, и, если уже были произведены предыдущие измерения, устройство автоматического контроля оптимизирует цикл каждого теста, чтобы свести к минимуму его продолжительность и максимально повысить точность характеризации.

Предпочтительно критерии способа, применяемые устройством автоматического управления, учитывают точность измерения температуры, то есть точность определения наклона изменения температуры. Чем ниже точность измерения, тем больше времени потребуется для обеспечения правильного определения наклона.

Отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания нескольких вариантов осуществления способа и выполнения устройства в соответствии с изобретением, представленных исключительно в качестве примеров со ссылками на прилагаемые фиг. 1-6, на которых:

Фиг. 1 - принципиальная схема устройства для осуществления заявленного способа определения коэффициента K тепловых потерь помещения.

Фиг. 2 - вид в перспективе электрического нагревательного коврика, который можно использовать для обогрева помещения в рамках заявленного способа и который показан в вертикальном положении и может быть свернут, чтобы обеспечивать рассеяние всей тепловой мощности в воздухе.

Фиг. 3 - схематичный вид индивидуального дома, в котором необходимо определить коэффициент K тепловых потерь в соответствии с изобретением, при этом обогрев дома обеспечивают электрические нагревательные коврики, показанные на фиг. 2 и расположенные в доме.

Фиг. 4 - кривая, отображающая изменение температуры T_ik внутри дома, показанного на фиг. 3, в зависимости от времени в ходе осуществления заявленного способа и показывающая первый период времени D₁, в течение которого в доме применяют первую мощность обогрева Р₁, при этом Р₁ является такой, что параметр дома по существу равен 0,5, за которым следует второй период D₂, в течение которого в доме применяют по существу нулевую вторую мощность Р₂, чтобы дом мог свободно охлаждаться, и на этой фигуре показано также изменение температуры T_ek наружного воздуха.

Фиг. 5 - схематичный вид бунгало, в котором необходимо определить коэффициент K тепловых потерь в соответствии с изобретением, при этом обогрев бунгало обеспечивают электрические нагревательные коврики, показанные на фиг. 2 и расположенные в доме.

Фиг. 6 - кривая, отображающая изменение температуры T_ik внутри бунгало, показанного на фиг. 5, в зависимости от времени в ходе осуществления заявленного способа и показывающая первый период времени D₁, в течение которого в бунгало применяют первую мощность обогрева Р₁, при этом Р₁ является такой, что параметр бунгало по существу равен 0,5, за которым следует второй период D₂, в течение которого в доме применяют по существу нулевую вторую мощность Р₂, чтобы бунгало могло свободно охлаждаться, и на этой фигуре показано также изменение температуры T_ek наружного воздуха.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства 1 для определения коэффициента K тепловых потерь помещения согласно заявленному способу.

Устройство 1 содержит:

- множество элементов обогрева 2₁,2₂,…,2_m, которые являются, например, электрическими нагревательными ковриками, пример которых показан на фиг. 2;

- множество температурных датчиков 3₁,3₂,…,3_n, которые являются, например, термопарами типа K или датчиками Рt100 для измерения внутренней температуры помещения;

- множество корпусов 4₁,4₂,…,4_р;

- электронный блок 5 вычисления, который является, например, переносным персональным компьютером и который содержит модуль беспроводной связи;

- программное приложение 6, содержащее команды, предназначенные для исполнения электронным блоком 5 вычисления с целью осуществления всех или части этапов вычисления, которые включают в себя: вычисление первой мощности обогрева Р₁, применяемой в первый период времени D₁, на основании значений α, ΔТ(0) и K_ref; вычисление за каждый промежуток времени Δt₁ или Δt₂ наклона α₁ или α₂ на основании измерений температуры T_i1 или T_i2 внутри помещения; вычисление значения K_calc коэффициента K тепловых потерь помещения на основании наклонов α₁ и α₂ и мощности Р₁ и Р₂.

Элементы 2₁,2₂,…,2_m обогрева предназначены для распределения в различных комнатах или зонах помещения, в которых необходимо определить коэффициент K тепловых потерь, при этом число элементов обогрева зависит от значения применяемой первой мощности обогрева Р₁. В каждой комнате или зоне помещения предусмотрен по меньшей мере один элемент обогрева 2 и по меньшей мере один температурный датчик 3.

Предпочтительно один корпус 4_i связан с каждой комнатой или зоной помещения. Каждый корпус 4_i содержит источник 7 электрического питания, разъемы 8 соединения с элементом или элементами 2_i обогрева комнаты или зоны и модуль 9 переключения мощности, позволяющий переключать элементы 2_i обогрева между их выключенным состоянием и их включенным состоянием. Каждый корпус 4_i предназначен для подключения к сети таким образом, чтобы обеспечивать электрическим питанием элемент или элементы 2_i обогрева комнаты или зоны.

Каждый корпус 4_i содержит также датчик 10 мощности, который является, например, ваттметром, и разъемы 11 соединения с температурным датчиком или температурными датчиками 3_i комнаты или зоны. Датчик 10 мощности и разъемы 11 соединения с температурными датчиками 3_i комнаты или зоны связаны с модулем 12 сбора измерений внутренней температуры и мощности, производимых в комнате или зоне. Источник 7 электрического питания служит для питания модуля 9 переключения и модуля 12 сбора.

Кроме того, каждый корпус 4_i содержит модуль 13 беспроводной связи, который позволяет устанавливать связь между корпусом 4_i и электронным блоком 5 вычисления для передачи данных между ними, как показано стрелками F₁ и F₂. В частности, модуль 13 беспроводной связи обеспечивает передачу команд управления от электронного блока 5 вычисления в блок 9 переключения мощности для управления элементом или элементами 2_i обогрева комнаты или зоны, а также передачу измерения температуры и мощности, производимых в комнате или зоне, от модуля 12 сбора в электронный блок 5 вычисления.

Если в рамках способа осуществляют определение температуры наружного воздуха при помощи работ по измерению через короткие промежутки времени, устройство 1 содержит также по меньшей мере один датчик (не показан) для измерения температуры наружного воздуха. Этот датчик измерения температуры наружного воздуха связан с разъемом одного из корпусов 4_i таким образом, чтобы модуль 12 сбора этого корпуса мог получать измерения температуры наружного воздуха.

ПРИМЕР 1

Как показано на фиг. 3, заявленный способ применяют для определения коэффициента K тепловых потерь недавно построенного индивидуального дома 50, имеющего изоляцию внутри и состоящего из гостиной, кухни, ванны и двух спальных комнат, распределенных на двух этажах. Система вентиляции является системой вентиляции с двойным потоком, соединенной с вентиляционной шахтой. Способ осуществляют, когда дом еще пуст, и система вентиляции не активирована, при этом все вентиляционные каналы перекрыты.

Обогрев дома 50 производят при помощи электрических нагревательных ковриков 2, пример которых показан на фиг. 2, при этом каждый нагревательный коврик имеет мощность около 110 Вт. Нагревательные коврики 2 распределены в разных комнатах дома, расположены вертикально и свернуты, как показано на фиг. 2. Таким образом, вся тепловая мощность рассеивается в воздухе, что обеспечивает быстрый и однородный обогрев дома. Нагревательные коврики 2 образуют контролируемый источник мощности, соответствующий задаче единовременного обогрева в рамках способа во время первого периода времени D₁.

Весь способ осуществляют непрерывно в течение одного периода времени, как показано на фиг. 4, где второй период времени D₂, соответствующий по существу нулевой мощности Р₂ обогрева дома, следует сразу за первым периодом времени D₁, соответствующим строго положительной мощности обогрева Р₁ дома.

В примере, представленном на фиг. 4, способ осуществляют за непрерывный период времени продолжительностью около 8 часов, который начинается с наступлением ночи около 21 часа и заканчивается около 5 часов. В этих условиях участие солнечного излучения в обогреве дома является нулевым.

Кроме того, в ходе осуществления способа в доме 50 не задействован никакой другой источник мощности, кроме нагревательных ковриков 2. Таким образом, для каждого периода времени D_k применяемая мощность P_k по существу равна мощности нагрева, обеспечиваемой нагревательными ковриками 2, если не считать остаточную мощность, связанную с работой измерительной и вычислительной техники в доме для осуществления способа. Во время осуществления способа датчики мощности в виде амперометрических контуров измеряют мощность, подаваемую в разные комнаты дома.

На первом этапе способа, который соответствует перовому периоду времени D₁, производят обогрев дома 50 при помощи нагревательных ковриков 2. В этом примере в соответствии с изобретением первую мощность обогрева Р₁, применяемую в первый период времени D₁, выбирают таким образом, чтобы параметр был по существу равен 0,5. В этом примере контрольное значение K_ref, полученное в рамках теплового проектирования дома, равно 94Вт/K, первоначальная внутренняя температура T_i1d в доме равна 21,2°С, и первоначальная температура T_e1d наружного воздуха равна 2,2°С, что соответствует значению первой мощности обогрева Р₁, приблизительно равной 3738,9 Вт.

Окружающую температуру T_i1 внутри дома измеряют через каждую минуту в каждой из пяти комнат дома, а именно в гостиной, кухне, ванной и двух спальных комнатах. Для этого в каждой из этих комнат в окружающем воздухе над дверями на высоте примерно 200 см устанавливают термометр Pt100 с платиновым сопротивлением.

В этом примере измеряемое изменение внутренней температуры практически одинаково в каждой из пяти комнат дома 50, так как обогрев дома является однородным. На фиг. 4 показано только изменение окружающей температуры внутри гостиной, но при этом подразумевается, что изменение окружающей температуры внутри других комнат дома имеет аналогичный профиль.

На фиг. 4 показана кривая, отображающая изменение внутренней температуры T_i1 дома в зависимости от времени в течение первого периода времени D₁. Как видно на этой фигуре, кривая повышения температуры дома 50 имеет по существу линейную часть за промежуток времени Δt₁. Уравнение этой линейной части кривой выглядит как: T_i1=22,1°С+0,00531 t, где t выражено в минутах.

На фиг. 4 показано также изменение температуры Т_е1 окружающего воздуха в течение первого периода времени D₁. Температура Т_е1 окружающего воздуха за промежуток времени Δt₁ является достаточно стабильной, чтобы ее можно было считать по существу постоянной и равной средней температуре за промежуток времени Δt₁, то есть в этом примере T_e1m=1,9°С.

На втором этапе способа, который соответствует второму периоду времени D₂, в доме 50 применяют по существу нулевую вторую мощность обогрева Р₂, начиная с первоначальной температуры T_i2d=23,3°С, то есть в течение этого второго периода D₂ нагревательные коврики не работают. Как и на первом этапе, окружающую температуру T_i2 внутри дома измеряют через каждую минуту при помощи пяти температурных датчиков, которые являются термометрами Pt100 с платиновым сопротивлением и установлены в каждой комнате дома в окружающем воздухе на высоте 200 см. В данном случае измерения тоже показывают, что изменение внутренней температуры является почти одинаковым для всех пяти комнат дома.

На фиг. 4 показана кривая, отображающая изменение внутренней температуры T_i2 дома в зависимости от времени в течение второго периода времени D₂. Как видно на этой фигуре, кривая понижения температуры дома 50 имеет по существу линейную часть за промежуток времени Δt₂. Уравнение этой линейной части кривой выглядит как: T_i2=22,1°С - 0,00703 t, где t выражено в минутах.

На фиг. 4 показано также изменение температуры Т_е2 окружающего воздуха в течение второго периода времени D₂. Как и на первом этапе, температура Т_е2 окружающего воздуха за промежуток времени Δt₂ является достаточно стабильной, чтобы ее можно было считать по существу постоянной и равной средней температуре за промежуток времени Δt₂, то есть в этом примере T_e2m=2,0°С.

Поскольку в соответствии с вышеупомянутым уравнением (2) , то, используя значения ΔT_im=21,0°C, ΔT_2m=19,0°C, Р₁=3738,9Вт, Р₂=153,5Вт, получаем значение коэффициента K тепловых потерь дома 50:

K_calc=109,0 Вт/K

Заявленный способ позволяет также получить значение инерции или действительной теплоемкости С дома 50, как было указано выше, а именно значение энергии, необходимой для повышения окружающей температуры дома на 1 K при постоянной окружающей температуре в течение времени воздействия:

С=17,7 МДж/K

ПРИМЕР 2

Как показано на фиг. 5 и 6, заявленный способ применяют для определения коэффициента K тепловых потерь бунгало 60, имеющего площадь на земле 12,4 м², внутреннюю высоту 2,4 м, объем 29,76м³ и общую площадь оболочки 62,7 м². Наружная стена бунгало 60 выполнена из многослойных изоляционных панелей, содержащих слой полиуретана толщиной 4 см, расположенный между двумя металлическими пластинами, и содержит дверь и два окна с тройными стеклопакетами.

В оболочку была добавлена дополнительная изоляция, которая включает в себя следующие материалы:

- 6 см стекловаты, гипсовая плита 13 мм и слой алебастра около 1 см для стен;

- 3 см вспененного полистирола для пола и потолка, при этом пол покрыт деревянной плитой с ориентированными тонкими дощечками (OSB).

Способ осуществляют в пустом бунгало 60.

Термический проект бунгало 60 предусматривает контрольное значение K_ref, равное 32,7 Вт/K. Бунгало является очень легким строением, и его временная константа составляет несколько часов.

Как и в примере 1, обогрев бунгало 60 обеспечивают электрические нагревательные коврики, показанные на фиг. 2, при этом каждый нагревательный коврик имеет мощность около 110 Вт. Нагревательные коврики 2 распределены в бунгало, расположены вертикально и свернуты, как показано на фиг. 2, что обеспечивает быстрый и однородный обогрев бунгало.

Весь заявленный способ осуществляют полностью только за один период ночного времени, чтобы избежать участия солнечного излучения в обогреве бунгало 60. Сначала производят обогрев бунгало в первый период времени D₁ с 23 часов до 3 часов, что соответствует применению строго положительной первой мощности обогрева Р₁, затем бунгало свободно охлаждается во второй период времени D₂ с 3 часов до 7 часов, что соответствует применению по существу нулевой второй мощности обогрева Р₂. Таким образом, второй период времени D₂ следует сразу за первым периодом времени D₁.

В ходе осуществления способа в бунгало 60 не задействован никакой другой источник мощности, кроме нагревательных ковриков 2. Таким образом, для каждого периода времени D_k применяемая мощность P_k по существу равна мощности нагрева, обеспечиваемой нагревательными ковриками 2, если не считать остаточную мощность, связанную с работой измерительной и вычислительной техники в бунгало для осуществления способа. Во время осуществления способа датчики мощности в виде амперометрических контуров измеряют мощность, подаваемую в бунгало.

На первом этапе способа, который соответствует первому периоду времени D₁, производят обогрев бунгало 60 при помощи нагревательных ковриков 2. В этом примере в соответствии с изобретением первую мощность обогрева Р₁, применяемую в первый период времени D₁, выбирают таким образом, чтобы параметр был по существу равен 0,5. В этом примере контрольное значение K_ref равно 32,7 Вт/K, первоначальная внутренняя температура T_i1d внутри бунгало равна 10,4°С, и первоначальная температура T_e1d наружного воздуха равна 4,1°С, что соответствует значению первой мощности обогрева Р₁, приблизительно равному 432,8 Вт.

Окружающую температуру T_i1 внутри бунгало измеряют каждые десять секунд. Для этого в бунгало в окружающем воздухе на высоте 180 см устанавливают термопару типа K.

На фиг. 6 показана кривая, отображающая изменение внутренней температуры T_i1 бунгало в зависимости от времени в течение первого периода времени D₁. Как видно на этой фигуре, кривая повышения температуры бунгало 60 имеет по существу линейную часть за промежуток времени Δt₁. Уравнение этой линейной части кривой выглядит как: T_i1=13,4°С+0,00413 t, где t выражено в секундах.

На фиг. 6 показано также изменение температуры Т_е1 окружающего воздуха в течение первого периода времени D₁. Температура Т_е1 окружающего воздуха за промежуток времени Δt₁ является достаточно стабильной, чтобы ее можно было считать по существу постоянной и равной средней температуре за промежуток времени Δt₁, то есть в этом примере T_e1m=3,8°С.

На втором этапе способа, который соответствует второму периоду времени D₂, в бунгало 60 применяют по существу нулевую вторую мощность обогрева Р₂, начиная с первоначальной температуры T_i2d=14,4°С, то есть в течение этого второго периода D₂ нагревательные коврики 2 не работают. Как и на первом этапе, окружающую температуру T_i2 внутри дома измеряют каждые десять секунд при помощи термопары типа K, установленной в центре бунгало в окружающем воздухе на высоте 180 см.

На фиг. 6 показана кривая, отображающая изменение внутренней температуры T_i2 бунгало в зависимости от времени в течение второго периода времени D₂. Как видно на этой фигуре, кривая понижения температуры бунгало 60 имеет по существу линейную часть за промежуток времени Δt₂. Уравнение этой линейной части кривой выглядит как: T_i2=11°С - 0,00871 t, где t выражено в секундах.

На фиг. 6 показано также изменение температуры Т_е2 окружающего воздуха в течение этого же периода времени D₂. Как и на первом этапе, температура Т_е2 окружающего воздуха за промежуток времени Δt₂ является достаточно стабильной, чтобы ее можно было считать по существу постоянной и равной средней температуре за промежуток времени Δt₂, то есть в этом примере T_e2m=3,4°С.

Поскольку в соответствии с вышеупомянутым уравнением (2) , то, используя значения ΔT_im=10,5°C, ΔT_2m=5,7°C, Р₁=432,8Вт, Р₂=11,0Вт, получаем значение коэффициента K тепловых потерь бунгало 60:

K_calc=33,2 Вт/K

Заявленный способ позволяет также получить значение инерции или действительной теплоемкости С бунгало 60, как было указано выше, а именно значение энергии, необходимой для повышения окружающей температуры дома на 1 K при постоянной окружающей температуре в течение времени воздействия:

С=1,3 МДж/K

На практике в двух вышеупомянутых примерах этапы выбора промежутков времени Δt_k для обработки данных, линеаризации и вычисления значения K_calc коэффициента тепловых потерь на основании наклонов α_k предпочтительно осуществляют при помощи электронного блока вычисления, принадлежащего к устройству, описанному со ссылками на фиг. 1.

Изобретение не ограничивается описанными выше примерами. В частности, как уже было указано выше, заявленный способ можно осуществлять как со стационарными средствами обогрева, которыми оборудовано помещение, так и со средствами обогрева, установленными в помещении специально для осуществления способа, если только можно точно определить мощность, обеспечиваемую этими средствами обогрева в пределах, необходимых для осуществления способа.

Кроме того, в случае помещения большой площади, такого как многоэтажное здание, заявленный способ можно применять либо для определения коэффициента K тепловых потерь помещения в целом, и в этом случае обогрев воздуха необходимо обеспечить во всем помещении, либо для определения коэффициента K тепловых потерь только части помещения. Так, в случае здания можно тестировать только одну квартиру здания. Для этого предпочтительно, чтобы части, общие с исследуемой квартирой, находились в тепловом состоянии, характеризующем их состояние нормального заселения, в частности, чтобы обычно заселенные части находились при окружающей температуре порядка 20°С. Предпочтительно также по мере возможности свести к минимуму тепловые потери, например, за счет дополнительной изоляции общих стен или за счет такого же кондиционирования общих частей, как и в исследуемой квартире, чтобы обеспечить отклонение температуры с двух сторон от общей стены, как можно более близкое к нулю.

Вместе с тем, преимуществом заявленного способа является то, что он ограничивает теплопередачи между исследуемой квартирой и общими частями, благодаря сокращению времени измерения. Таким образом, нет необходимости вносить поправки в полученное значение K_calc коэффициента тепловых потерь. Таким образом, заявленный способ удовлетворяет всем требованиям для определения коэффициента тепловых потерь частей многоквартирных зданий.

Изобретение относится к области термометрии и может быть использовано для определения коэффициента K тепловых потерь помещения. Заявленный способ определения коэффициента K тепловых потерь помещения, содержит этапы, на которых в помещении за два последовательных периода времени (D_k)k=1 или 2 применяют мощность обогрева Р_k помещения и осуществляют работы по измерению по меньшей мере температуры T_ik внутри помещения через короткие промежутки времени, а также определяют температуру T_ek наружного воздуха через короткие промежутки времени. При этом мощность обогрева Р₁ за первый период D₁ является такой, что следующий параметр (α) был меньше или равен 0,8, тогда как мощность обогрева Р₂ за второй период времени D₂ является по существу нулевой. Для каждого периода времени D_k выбирают промежуток времени Δt_k, при котором изменение T_ik(t) является по существу линейным. За каждый промежуток времени Δt₁ и Δt₂ определяют наклон α₁ или α₂ касательной к кривой T_ik(t). На основании наклонов α₁ и α₂ выводят значение K_calc коэффициента тепловых потерь K помещения. Технический результат – повышение точности получаемых данных. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ определения коэффициента тепловых потерь K помещения, отличающийся тем, что содержит этапы, на которых

в помещении за два последовательных периода времени D₁ и D₂ осуществляют следующие операции:

i. за первый период времени D₁ применяют первую мощность обогрева Р₁ помещения и осуществляют работы по измерению по меньшей мере температуры T_i1 внутри помещения через короткие промежутки времени, а также определяют температуру T_e1 наружного воздуха через короткие промежутки времени, при этом первая мощность обогрева Р₁ является такой, что параметр меньше или равен 0,8 при , где t=0 является точкой начала первого периода времени D₁, T_em является средней температурой наружного воздуха за все периоды времени D₁ и D₂, и K_ref является контрольным значением коэффициента тепловых потерь K помещения, затем

ii. за второй период времени D₂ применяют по существу нулевую вторую мощность обогрева Р₂ помещения и осуществляют работы по измерению по меньшей мере температуры T_i2 внутри помещения через короткие промежутки времени, а также определяют температуру T_e2 наружного воздуха через короткие промежутки времени;

для каждого из первого и второго периодов времени D₁ и D₂ выбирают промежуток времени Δt₁ и Δt₂, при котором изменение T_i1(t) или T_i2(t) является по существу линейным, при этом промежутки времени Δt₁ и Δt₂ являются такими, что промежуток времени Δt₁ длится до конца первого периода D₁ применения первой мощности обогрева Р₁, и такими, что, если совместить точки начала первого периода D₁ и второго периода D₂, то промежутки Δt₁ и Δt₂ имеют одну и ту же точку конца;

за каждый промежуток времени Δt₁ и Δt₂ определяют наклон α₁ или α₂ касательной к кривой (T_ik(t))_{k=1 или 2};

на основании наклонов α₁ и α₂ выводят значение K_calc коэффициента тепловых потерь K помещения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промежутки времени Δt₁ и Δt₂ имеют одинаковую продолжительность.

3. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что первый период времени D₁, в течение которого применяют первую мощность обогрева Р₁, имеет продолжительность, меньшую или равную 4 ч.

4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первая мощность обогрева Р₁ является такой, что параметр меньше или равен 0,75.

5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первая мощность обогрева Р₁ является такой, что параметр меньше или равен 0,7.

6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первая мощность обогрева Р₁ является такой, что параметр превышает или равен 0,25, еще предпочтительнее превышает или равен 0,3.

7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что после определения значения K_calc коэффициента K тепловых потерь помещения на основании наклонов α₁ и α₂ вычисляют значение параметра и проверяют, что значение α_calc находится в интервале значений, заранее определенном для параметра α.

8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что контрольное значение K_ref коэффициента K тепловых потерь помещения определяют на основании коэффициента теплопередачи оболочки помещения, полученного в соответствии с нормой ISO 13789:2007.

9. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первая мощность обогрева Р₁ включает в себя мощность обогрева P_imp1, заданную при помощи контролируемого источника мощности.

10. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что способ применяют, когда помещение пусто.

11. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в каждый из первого и второго периодов времени D₁ и D₂ температура наружного воздуха T_e1 или Т_е2 является стабильной.

12. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в каждый из первого и второго периодов времени D₁ и D₂ солнечное излучение является слабым, предпочтительно нулевым.

13. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что его осуществляют полностью за один ночной период.

14. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что в каждый из первого и второго периодов времени D₁ и D₂ отключают любую стационарную систему вентиляции, которой оборудовано помещение.

15. Носитель записи информации, отличающийся тем, что содержит команды для осуществления всех или части этапов вычисления способа определения коэффициента K тепловых потерь помещения по любому из предыдущих пунктов, когда эти команды исполняет электронный блок вычисления, при этом этапы вычисления включают в себя:

вычисление первой мощности обогрева Р₁ для применения в первый период времени D₁, на основании значений α, ΔТ₁(0) и K_ref,

вычисление за каждый промежуток времени Δt₁ или Δt₂ наклона α₁ или α₂ на основании измерений температуры T_i1 или T_i2 внутри помещения,

вычисление значения K_calc коэффициента K тепловых потерь помещения на основании наклонов α₁ и α₂.

16. Носитель записи информации по п. 15, отличающийся тем, что дополнительно содержит команды для управления, в зависимости от входных данных, контролируемым источником мощности, используемым для применения первой мощности обогрева Р₁ в помещении.

17. Устройство для осуществления способа по любому из пп.1-14, отличающееся тем, что содержит:

по меньшей мере один элемент обогрева, содержащий контролируемый источник мощности,

по меньшей мере один температурный датчик, который измеряет температуру T_ik внутри помещения,

по меньшей мере один датчик мощности, который измеряет мощность обогрева P_k, подаваемую в помещение,

по меньшей мере один модуль сбора для сбора измерений температуры T_ik внутри помещения, измерений мощности обогрева P_k, подаваемой в помещение, температуры T_ek наружного воздуха,

электронный блок вычисления, и

носитель записи информации, содержащий команды, предназначенные для исполнения электронным блоком вычисления с целью осуществления всех или части этапов вычисления способа, которые включают в себя: вычисление первой мощности обогрева Р₁ для применения в первый период времени D₁, на основании значений α, ΔТ₁(0) и K_ref; вычисление за каждый промежуток времени Δt₁ или Δt₂ наклона α₁ или α₂ на основании измерений температуры T_i1 или T_i2 внутри помещения; вычисление значения K_calc коэффициента K тепловых потерь помещения на основании наклонов α₁ и α₂.

18. Устройство по п. 17, отличающееся тем, что элемент обогрева или каждый элемент обогрева нагревает воздух в помещении.

19. Устройство по любому из пп. 17 или 18, отличающееся тем, что температурный датчик или каждый температурный датчик измеряет температуру воздуха внутри помещения.

20. Устройство по любому из пп. 17-19, отличающееся тем, что электронный блок вычисления содержит средства управления источником мощности элемента или каждого элемента обогрева.

21. Устройство по любому из пп. 17-20, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один корпус, который находится в комнате или зоне помещения и содержит:

модуль управления мощностью, с которым соединен источник мощности элемента или каждого элемента обогрева, находящегося в упомянутой комнате или зоне помещения,

модуль измерения температуры, с которым соединен датчик или каждый температурный датчик, находящийся в упомянутой комнате или зоне помещения,

датчик мощности, который измеряет мощность обогрева, подаваемую в упомянутую комнату или зону помещения,

средства связи между корпусом и электронным блоком вычисления, при этом электронный блок вычисления выполнен с возможностью получать измерения температуры и мощности и управлять модулем управления мощностью.

22. Устройство по п. 21, отличающееся тем, что содержит корпус в каждой комнате или зоне помещения.

23. Устройство по любому из пп. 21 или 22, отличающееся тем, что средства связи между корпусом или каждым корпусом и электронным блоком вычисления являются средствами беспроводной связи.