Способ определения сопротивления теплопередаче стены здания Российский патент 2025 года по МПК G01N25/18 

Изобретение относится к области строительной физики, а именно к получению характеристик сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций зданий в натурных условиях при достижении стационарного режима теплопередачи.

Известен способ определения сопротивления теплопередаче в натурных условиях, заключающийся в том, что на внутренних и наружных поверхностях наружной ограждающей конструкции отапливаемого здания и в примыкающих к ним воздушных средах устанавливают датчики температуры и термопары или терморезисторы и тепломеры (преобразователи теплового потока), после снятия показаний определяют средние значения температуры и плотности теплового потока, затем расчетным путем определяют сопротивление теплопередаче испытуемой ограждающей конструкции (ГОСТ Р 59939-2021 Здания и сооружения. Метод определения сопротивления теплопередаче в натурных условиях).

Недостатком способа является: зависимость результатов измерений от влияния наружного климата и колебаний температуры внутреннего воздуха помещения из-за нестационарного процесса теплопередачи между приборами системы отопления и внутренним воздухом помещения, что негативно сказывается на результатах измерения и определения сопротивления теплопередаче стены здания.

Известно устройство для 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 (патент RU №2454659, G01N 25/58, опубл. 27.06.2012).

Недостатками этого устройства являются: необходимость разрушения целостности стены здания для установки датчиков в толще стены здания.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения принят способ определения характеристик сопротивления теплопередаче с применением тепловизионного обследования одной из поверхностей исследуемого объекта, сравнение теоретических и полученных измерением результатов температурного поля поверхности с пространственным периодом, определяемым размерами минимального дефекта конструкции с дальнейшей установкой датчиков температуры и теплового потока, располагаемых симметрично на противоположных поверхностях стены здания. После испытания проводятся вычисления по определению экспериментального сопротивления теплопередаче, которое сравнивается с расчетным сопротивлением (патент RU №2420730, G01N 25/72, опубл. 10.06.2011).

Недостатками этого способа являются: высокая зависимость результатов измерений от влияния климатических факторов, таких как ветер и постоянное изменение температуры наружного воздуха, что негативно сказывается на результатах измерения и определения сопротивления теплопередаче стены здания.

Технический результат заключается в повышении точности получаемых характеристик сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций зданий.

Технический результат достигается тем, что предложен способ определения сопротивления теплопередаче стены здания, включающий использующий измерение значений температур снаружи и внутри здания, на ее наружной и внутренней поверхностях исследуемого участка стены здания и поверхностную плотность теплового потока, проходящего через стену здания, в котором на противоположных поверхностях стены здания закрепляют симметрично относительно друг друга два утепленных П-образных короба,

в каждом из которых размещают нагреватель и датчики температуры воздуха и температуры поверхности внутренней и наружной поверхностей стены здания, при этом во внутреннем коробе на стене здания размещают датчик поверхностной плотности теплового потока,

открытую полость коробов герметизируют от стены здания,

включают установленные снаружи и внутри коробов датчики и запускают регистрацию их показаний,

с помощью нагревателей внутри коробов устанавливают температуру на 5°С выше температуры снаружи и внутри здания соответственно на начало эксперимента и выдерживают ее до установления стационарного режима теплопередачи в стене здания, о чем свидетельствует прекращение изменения температур наружной и внутренней поверхностей стены здания, а также прекращение изменения поверхностной плотности теплового потока через исследуемый участок стены здания в течение 5 часов,

после установления стационарного режима теплопередачи в стене здания по показаниям датчиков, установленных внутри коробов, определяют экспериментальное сопротивление теплопередачи стены здания по формуле:

,

где

t_н.п - температура наружной поверхности стены здания, °С;

t_в.п - температура внутренней поверхности стены здания, °С;

q - поверхностная плотность теплового потока, Вт/м²,

затем расчетом определяют сопротивление теплопередачи стены здания путем сложения измеренного экспериментально определенного сопротивления теплопередаче стены здания со стандартными значениями сопротивлений теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей стены здания:

,

где

α_в - коэффициент теплоотдачи между внутренним воздухом и внутренней поверхностью стены здания, 8,7 Вт/(м⋅°С);

α_н - коэффициент теплоотдачи между наружным воздухом и наружной поверхностью стены здания, 23 Вт/(м⋅°С);

R_эксп - экспериментально определенное сопротивление теплопередаче, м²/(Вт⋅°С).

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежом.

На Фиг. 1 показано поперечное сечение стены знания, где позициями обозначено:

1 - стена здания;

2 -утепленный наружный короб;

3 - утепленный внутренний короб;

4 - датчик температуры наружного воздуха;

5 - датчик температуры внутреннего воздуха;

6 - датчик температуры воздуха внутри утепленного наружного короба;

7 - датчик температуры воздуха внутри утепленного внутреннего короба;

8 - нагревательный элемент, располагаемый внутри утепленного наружного короба;

9 - нагревательный элемент, располагаемый внутри утепленного внутреннего короба;

10 - датчик температуры наружной поверхности стены здания;

11 - датчик температуры внутренней поверхности стены здания;

12 - датчик поверхностной плотности теплового потока;

знак «+» обозначает пространство внутри здания;

знак «-» обозначает пространство снаружи здания.

При определении сопротивления теплопередаче стены здания, на противоположных поверхностях стены здания 1 устанавливают симметрично относительно друг друга два утепленных П-образных короба 2 и 3. В свободном пространстве утепленного наружного короба 2 размещают датчик температуры наружной поверхности стены здания 10 и датчик температуры воздуха внутри утепленного наружного короба 6, регулирующий режим работы (включение/отключение) нагревательного элемента 8, располагаемого внутри утепленного наружного короба. В свободном пространстве утепленного внутреннего короба 3 размещают датчик температуры внутренней поверхности стены здания 11 и датчик поверхностной плотности теплового потока 12, а также датчик температуры воздуха внутри утепленного внутреннего короба 7, регулирующий режим работы (включение/отключение) нагревательного элемента 9, располагаемого внутри утепленного внутреннего короба. Открытую полость коробов герметизируют от стены здания. Утепленный наружный короб 2 и утепленный внутренний короб 3 необходимы для снижения влияния климатических факторов на исследуемый участок стены здания, таких как ветер и постоянное изменение температуры наружного воздуха, а также колебания температуры внутреннего воздуха внутри помещения из-за неравномерного процесса теплоотдачи от отопительных приборов системы отопления.

После установки и фиксации датчиков и коробов запускается регистрация температуры наружного воздуха датчиком температуры наружного воздуха 4, регистрация температуры внутреннего воздуха датчиком температуры внутреннего воздуха 5, регистрация температуры воздуха пространства внутри утепленного наружного короба 2 датчиком температуры воздуха внутри утепленного наружного короба 6, регистрация температуры воздуха пространства внутри утепленного внутреннего короба 3 датчиком температуры воздуха внутри утепленного наружного короба 7, регистрация температуры наружной поверхности исследуемого участка стены здания датчиком температуры наружной поверхности стены здания 10, регистрация температуры внутренней поверхности исследуемого участка стены здания датчиком температуры внутренней поверхности стены здания 11, регистрация поверхностной плотности теплового потока через исследуемый участок стены здания датчиком поверхностной плотности теплового потока 12. Далее включается нагревательный элемент 8, располагаемый внутри утепленного наружного короба, который поддерживает внутри утепленного наружного короба 2 постоянную температуру воздуха на 5°С выше, чем температура, зарегистрированная датчиком температуры наружного воздуха 4 на момент начала эксперимента. При этом включается и нагревательный элемент 9, располагаемый внутри утепленного внутреннего короба, который поддерживает внутри утепленного внутреннего короба постоянную температуру воздуха на 5°С выше, чем температура, зарегистрированная датчиком температуры внутреннего воздуха 5 на момент начала эксперимента. Данные мероприятия позволяют поддерживать постоянную температуру внутри коробов и создать стационарный режим теплопередачи на исследуемом участке стены здания.

После того, как значения температуры, зарегистрированные датчиком температуры наружной поверхности стены здания 10 и датчиком температуры внутренней поверхности стены здания 11, а также поверхностная плотность теплового потока, регистрируемая датчиком поверхностной плотности теплового потока 12, прекращают изменяться в течение 5 часов, делается вывод о наступлении стационарного режима теплопередачи через исследуемый участок ограждающей конструкции стены здания.

После наступления стационарного режима теплопередачи исследуемого участка стены здания производятся следующие измерения и вычисления. Фиксируется значение температуры наружной поверхности стены здания t_н.п с помощью датчика температуры наружной поверхности стены здания 10, фиксируется значение температуры внутренней поверхности стены здания t_в.п с помощью датчика температуры внутренней поверхности стены здания 11, фиксируется значение поверхностной плотности теплового потока, проходящего через исследуемый участок стены здания, q с помощью датчика поверхностной плотности теплового потока 12.

Определяется экспериментально определенное сопротивление теплопередаче исследуемого участка стены здания:

,

где

t_н.п - температура наружной поверхности стены здания, регистрируемая датчиком температуры 10, °С;

t_в.п - температура внутренней поверхности стены здания, регистрируемая датчиком температуры 11, °С;

q - поверхностная плотность теплового потока, проходящая через участок исследуемой стены здания, зарегистрированная датчиком поверхностной плотности теплового потока 12, Вт/м².

Затем расчетом определяется сопротивление теплопередачи исследуемого участка стены здания путем сложения измеренного экспериментально определенного сопротивления теплопередаче стены здания со стандартными значениями сопротивлений теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей стены здания:

,

где

α_в - коэффициент теплоотдачи между внутренним воздухом и внутренней поверхностью стены здания, 8,7 Вт/(м⋅°С);

α_н - коэффициент теплоотдачи между наружным воздухом и наружной поверхностью стены здания, 23 Вт/(м⋅°С);

R_эксп - экспериментально определенное сопротивление теплопередаче стены здания, м²/(Вт⋅°С).

Значения коэффициентов теплоотдачи α_в и α_н являются для внутренней и наружной поверхностей ограждающей конструкции стены здания стандартными табличными значениями и принимаются в соответствии с нормативным документом СП 50.13330.2012 «Тепловая защита зданий».

Изобретение относится к области строительной физики, а именно к получению характеристик сопротивления теплопередаче наружных ограждающих конструкций зданий в натурных условиях при достижении стационарного режима теплопередачи. Предложен способ определения сопротивления теплопередаче стены здания, использующий замеренные значения температур снаружи и внутри здания, на ее наружной и внутренней поверхностях исследуемого участка стены здания и поверхностную плотность теплового потока, проходящего через стену здания, в котором на противоположных поверхностях стены здания закрепляют симметрично относительно друг друга два утепленных П-образных короба, в каждом из которых размещают нагреватель и датчики температуры воздуха и температуры поверхности внутренней и наружной поверхностей стены здания. При этом во внутреннем коробе на стене здания размещают датчик поверхностной плотности теплового потока, а открытую полость коробов герметизируют от стены здания. Включают установленные снаружи и внутри коробов датчики и запускают регистрацию их показаний. С помощью нагревателей внутри коробов устанавливают температуру на 5°С выше температуры снаружи и внутри здания соответственно на начало эксперимента и выдерживают ее до установления стационарного режима теплопередачи в стене здания. После установления стационарного режима теплопередачи в стене здания по показаниям датчиков, установленных внутри коробов, определяют экспериментальное сопротивление теплопередачи стены здания по формуле: , где t_н.п - температура наружной поверхности стены здания, °С; t_в.п - температура внутренней поверхности стены здания, °С; q - поверхностная плотность теплового потока, Вт/м₂. Затем определяют сопротивление теплопередачи стены здания путем сложения измеренного экспериментально определенного сопротивления теплопередаче стены здания со стандартными значениями сопротивлений теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей стены здания: , где α_в - коэффициент теплоотдачи между внутренним воздухом и внутренней поверхностью стены здания, 8,7 Вт/(м⋅°С); α_н - коэффициент теплоотдачи между наружным воздухом и наружной поверхностью стены здания, 23 Вт/(м⋅°С); R_эксп - экспериментально определенное сопротивление теплопередаче, м²/(Вт⋅°С). Технический результат - повышение точности получаемых характеристик сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций зданий. 1 ил.

Способ определения сопротивления теплопередаче стены здания, включающий измерение значений температур снаружи и внутри здания, на наружной и внутренней поверхностях исследуемого участка стены здания, а также поверхностной плотности теплового потока, проходящего через стену здания, отличающийся тем, что

на противоположных поверхностях стены здания закрепляют симметрично относительно друг друга два утепленных П-образных короба,

в каждом из которых размещают нагреватель и датчики температуры воздуха и температуры поверхности внутренней и наружной поверхностей стены здания,

при этом во внутреннем коробе на стене здания размещают датчик поверхностной плотности теплового потока,

открытую полость коробов герметизируют от стены здания,

включают установленные снаружи и внутри коробов датчики и запускают регистрацию их показаний,

с помощью нагревателей внутри коробов устанавливают температуру на 5°С выше температуры снаружи и внутри здания соответственно на начало эксперимента и выдерживают ее до установления стационарного режима теплопередачи в стене здания, о чем свидетельствует прекращение изменения температур наружной и внутренней поверхностей стены здания, а также прекращение изменения поверхностной плотности теплового потока через исследуемый участок стены здания в течение 5 часов,

после установления стационарного режима теплопередачи в стене здания по показаниям датчиков, установленных внутри коробов, определяют экспериментальное сопротивление теплопередачи стены здания по формуле:

,

где

t_н.п - температура наружной поверхности стены здания, °С;

t_в.п - температура внутренней поверхности стены здания, °С;

q - поверхностная плотность теплового потока, Вт/м²,

затем расчетом определяют сопротивление теплопередачи стены здания путем сложения измеренного экспериментально определенного сопротивления теплопередачи стены здания со стандартными значениями сопротивлений теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей стены здания:

,

где

α_в - коэффициент теплоотдачи между внутренним воздухом и внутренней поверхностью конструкции, 8,7 Вт/(м⋅°С);

α_н - коэффициент теплоотдачи между наружным воздухом и наружной поверхностью конструкции, 23 Вт/(м⋅°С);

R_эксп - экспериментальное сопротивление теплопередаче, м²/(Вт⋅°С).