Лабораторная работа №2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций

2.1. Цель работы и ее практическое значение

При выполнении данной работы студент должен изучить методику определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций по результатам их теплотехнического обследования в соответствии с ГОСТ 26254-84 «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций».

2.2. Краткие теоретические сведения

Теплотехническое совершенство строительных ограждающих конструкций оценивают по величине приведенного сопротивления теплопередаче, а также по значению коэффициента теплотехнической однородности r, учитывающего влияние мостиков холода и теплопроводных включений на теплопотери через строительные ограждающие конструкции.

Согласно [2] приведенное сопротивление теплопередаче наружной стены определяется по формуле:

, м²·⁰С/Вт, (2.1.)

где - сопротивление теплопередаче глади наружной стены, м²·⁰С/Вт;

- коэффициент теплотехнической однородности.

Величина определяется по формуле:

, м²·⁰С, (2.2.)

где - значения коэффициентов теплоотдачи со стороны внутренней и

наружной поверхностей стены соответственно, Вт/м²·⁰С;

- термическое сопротивление многослойной наружной стены;

- толщина слоя материала, м;

- значение коэффициента теплопроводности материала, Вт/м·⁰С.

Экспериментальным путем значение приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены определяется по формуле:

, (2.3.)

где - площади поверхности термически однородных зон наружной

стены, м²;

- приведенные сопротивления теплопередаче термически

однородных зон наружной стены, м²·⁰С/Вт.

При натурных теплотехнических испытаниях наружных согласно [6] выбирают стены в угловой комнате на первом этаже, ориентированные на север, северо-восток, северо-запад и дополнительно в соответствии с решаемыми задачами на другие стороны горизонта, наиболее неблагоприятные для данной местности (преимущественные ветры, косые дожди и т.д.), и на других этажах.

Для испытаний выбирают не менее двух однотипных ограждающих конструкций, с внутренней стороны которых в помещениях поддерживаются одинаковые температурно-влажностные условия.

Натурные теплотехнические испытания проводятся в период с декабря по февраль включительно при среднесуточных температурах наружного воздуха не выше -5 ⁰С. Для определения сопротивления теплопередаче в натурных условиях эксплуатации зданий используют тот температурный перепад, который устанавливается на ограждающей конструкции вследствие разности температур наружного и внутреннего воздуха.

Для измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающую конструкцию, используется тепломер ИПП-2. Метод измерения плотности теплового потока основан на принципе вспомогательной стенки. На преобразователе теплового потока, который прикладывается к поверхности ограждающей конструкции, в установившемся режиме теплообмена создается температурный перепад, пропорциональной плотности теплового потока, проходящего через ограждение.

Схема измерения плотности теплового потока показана на рис.2.1.

Рис.2.1. Схема измерения плотности теплового потока.

1-ограждающая конструкция; 2-преобразователь теплового потока;

3-измерительный прибор ИПП-2.

Плотность теплового потока через ограждение для стационарного режима теплообмена определяется выражением:

, Вт/м², (2.4.)

где - коэффициент теплопередачи, Вт/м²·⁰С;

- температура внутреннего и наружного воздуха, ⁰С.

На ограждающую конструкцию, имеющую полное термическое сопротивление , накладывается преобразователь теплового потока с термическим сопротивлением . Тепловой поток пронизывает все элементы конструкции ограждения и преобразователь теплового потока, создавая на них температурные перепады. Поскольку инерционность ограждения значительно превышает инерционность преобразователя теплового потока ä , температура под преобразователем при наложении его успевает измениться за время эксперимента. Поэтому пронизывающий преобразователь потока будет пропорционален коэффициенту теплоотдачи от внутренней поверхности ограждения к окружающему воздуху и разности температур между ними. Возникающее при этом несоответствие между тепловым потоком через ограждение до наложения преобразователя и пронизывающим преобразователем определяется выражением:

, (2.5.)

где - плотность теплового потока до наложения преобразователя теплового

потока, Вт/м²;

- плотность теплового потока пронизывающего преобразователь, Вт/м².

Поправка на искажение величины теплового потока может быть учтена при расчетах теплотехнических свойств ограждений. Во многих случаях это искажение можно отнести к погрешности измерения, так как при типовых значениях термического сопротивления = 0,003 м²·⁰С/Вт и коэффициента теплоотдачи свободной конвекцией = 5 Вт/м²·⁰С, поправка составит 1,5%.

2.3.Описание объекта исследования

Объектом исследования являются оконные конструкции или наружная стена помещения, в котором проводится занятие.

Целью работы является определение приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены или оконного блока. Лабораторную работу желательно проводить в период наружного воздуха ниже -5 ⁰С.

При проведении эксперимента следует руководствоваться рекомендациями, приведенным в нормативных документах.

Измерение плотности теплового потока проводится с помощью измерителя теплового потока ИПП-2.

Измерение температур на внутренних поверхностях светопрозрачной части оконного блока рамы и наружной стены осуществляется с помощью электронного измерителя температур CENTER 300, датчиком у которого служит специальная прижимная термопара ТР-04, обеспечивающая плотный контакт с поверхностью стекла или стены.

Измерение температур внутренних поверхностей несветопрозрачной части ограждения производится дистанционно также с помощью оптического пирометра CENTER 312.

Применяя данный прибор, можно измерить температуру в труднодоступных местах, например, на потолке, в верхней части рамы, оконных откосах и наружной стены. Пирометр обладает малой инерционностью, поэтому в настоящее время широко используется как в строительстве, так и для контроля температуры теплоносителя в системах отопления и горячего водоснабжения.

2.4. Порядок выполнения работы

1. В целях уменьшения контактного сопротивления перед проведением эксперимента следует исследуемую поверхность наружной стены зачистить наждачной бумагой до снятия видимых шероховатостей и на нее нанести кисточкой слой глицерина.

2. С помощью изоленты плотно укрепить датчик измерителя теплового потока к исследуемой поверхности.

3. Включить прибор ИПП-2 и снять показания на табло прибора после окончания переходного процесса (примерно через 345 минуты). В момент измерения желательно исключить передвижение студентов в обследуемой зоне ограждения.

4. Измерение температуры и влажности внутреннего и наружного воздуха произвести с помощью прибора CENTER 301. Ввиду инерционности прибора регистрацию показаний произвести после установления стабильных значений температур и влажности воздуха.

5. Измерение температуры внутренних поверхностей оконного блока и наружной стены выполнить с помощью электронного термометра CENTER 300. Результаты измерений сравнить с данными, полученными с помощью термопары ТР-04.

6. Для оконного блока произвести измерения температур и тепловых потоков в точках, указанных на рис.2.2.

7. Для наружной стены выполнить замеры температур и тепловых потоков на оконных откосах, простенках и подоконной панели.

8. Результаты измерений свести в протокол.

Журнал испытаний.

№ точки на плане

Вид ограждения

Темпе- ратура внут- реннего воздуха, tв, °С

Относи- тельная влаж- ность, φ, %

Температура внутренней поверхности, τв, °С

Удельный тепловой поток, q , Вт/м2

Сопро- тивление теплопере- даче, R0 , м2·°С/Вт

Расчётные значения температуры внутренней поверхности, τв , °С при tн=-28°С tв=20°С

Рис.2.2. Схема расстановки датчиков температур и тепловых потоков

на оконном блоке.

1-светопрозрачная часть окна; 2-подвижная часть рамы;

3-неподвижная часть рамы.

2.5. Математическая обработка опытных данных

1. Определить значение сопротивления теплопередаче для термически однородных зон оконного блока или наружной стены по формуле:

, (2.6.)

где - температура внутреннего воздуха в помещении,

- температура наружного воздуха, ⁰С.

- среднее значение удельного теплового потока для термически однородной зоны.

2. Определить значения коэффициентов теплоотдачи у внутренней поверхности стены и окна

, Вт/м²·⁰С. (2.7.)

Полученное значение сравнить с нормативным.

3. Определить приведенное сопротивление теплопередаче несветопрозрачной части оконного блока по формуле:

, (2.8.)

где - площади поверхностей открывающейся и неоткрывающейся частей рамы, м²,

- приведенное сопротивления теплопередаче открывающейся и неоткрывающейся частей рамы, м²·⁰С/Вт.

4. Вычислить приведенное сопротивление теплопередаче оконного блока

, м²·⁰С/Вт, (2.9.)

где - площади поверхностей светопрозрачной и несветопрозрачной частей оконного блока.

Полученное значение сравнить с нормативным для г. Самары.

5. Определить приведенного сопротивления теплопередаче наружной стены.

, (2.10.)

где - площади поверхностей термически однородных зон на наружной стене, м²;

- приведенные сопротивления теплопередаче термически однородных

зон, м²·⁰С/Вт.

Полученное значение сравнить с нормативным для наружных стен.

Под термически однородной зоной понимается участок наружной стены, имеющей близкие значения температур в различных точках.

На рис. 2.3. показана схема разбиения наружной стены на термически однородные зоны.

Рис. 2.3. Фрагмент наружной стены.

I, II, III, IV, V – термически однородные зоны;

О – оконный блок.

6. Определить значения удельных тепловых потоков при расчетных условиях для г. Самары .

. (2.11.)

7. Вычислить значения температур при расчетных условиях:

. (2.12.)

8. Полученное значение сравнить с температурой точки росы и сделать вывод о возможности выпадения конденсата.

Температуру точки росы определить по приложению 1.

2.6. Контрольные вопросы

1. Укажите, в чем состоит различие между процессами теплоотдачи и теплопередачи?

2. Напишите уравнение теплопередачи через плоскую стенку?

3. Какие виды теплообмена участвуют в процессе теплопередачи через наружные стены?

4. От чего зависит коэффициент теплоотдачи при естественной конвекции?

5. С помощью какого прибора измеряется удельный тепловой поток, проходящий через ограждающую конструкцию?

6. Напишите формулу для определения сопротивления теплопередаче по результатам эксперимента?

7. Какие приборы используются для определения температуры на поверхностях ограждающих конструкций?

8. Дайте определение относительной влажности воздуха?

9. Какие параметры характеризуют состояние воздуха в помещении?

10. При какой температуре наружного воздуха проводится теплотехническое обследование?