W37. Опытное определение термического сопротивления стен зданий

Автор – В. В. Савенко.  Дата публикации – 18.12.2020.

Предложены многочисленные способы опытного определения теплофизических свойств (ТФС) стен зданий. В данной статье рассматриваются только те из них, которые применимы для построенных зданий. Поставлена задача выполнить анализ известных способов и выбрать наиболее приемлемый для практического применения.

Известные стационарные методы применяют, если температуры ограждения на противоположных поверхностях и тепловой поток неизменны во времени. В реальности условия стационарности теплопередачи не выполняются. Например, амплитуда суточных колебаний температуры атмосферного воздуха в разных климатических районах достигает 20 0С и более. Поэтому стационарный режим теплопередачи создают искусственно.

Одним из таких вариантов является установка на ограждение плоского нагревательного элемента. Из-за нестабильности суточной температуры потребовался второй нагреватель на противоположной стороне стены [5]. Для уменьшения погрешности измерений вместо второго нагревателя предлагают использовать охладитель [6]. С нагревателями и охладителями для создания стационарного режима требуется 3 – 4 суток.

Для сокращения времени испытаний предлагают, например, критерием стационарности считать средний тепловой поток через ограждение [7]. Для повышения точности вместо измерения плотности теплового потока предлагают использовать эталонный слой материала с известными свойствами [1].

Общая оценка рассмотренных стационарных способов состоит в том, что большинство из них являются корректными, но требуют значительных затрат времени и энергии. Нестационарные способы направлены на устранение этих основных недостатков.

Предложен ряд нестационарных способов, в которых используют матмодель нестационарной теплопередачи для решения обратной задачи теплопроводности (ОЗТ). При этом результаты измерений используют как условия сходимости задачи [9 – 12]. Однако этот прием из-за существенных недостатков считают применимым лишь для оценивания параметров [4]. Указаны также другие недостатки этих способов.

В других нестационарных способах решение ОЗТ не требуется. В способе из [2, 3, 14 – 16] по результатам измерений определяют не только термическое сопротивление, но и другие ТФС. Однако анализ теоретического обоснования способа и методики практического применения показывает, что способ ошибочный.

Предложены также способы с учетом инерционности процессов теплопередачи, в этих способах применяют такие показатели, как время тепловой инерции и время прогрева стены [4, 18 – 21]. Расшифровано, что представляют собой эти величины, и показана их непригодность для характеристики нестационарной теплопередачи. Их можно использовать, например, для приблизительной оценки времени прогрева стены перед измерениями, но в этом нет потребности.

Рассмотрено несколько способов с учетом инерционности процессов. В способе из [20] опираются на решение, условия получения которого не подходят для стен зданий (известные решения), из-за этого и по другим причинам способ признан ошибочным. В способе из [4, 19] вместо обычных критериев стационарности процесса предлагают свой критерий, который одновременно является искомой величиной термического сопротивления. Показано, что этот способ не имеет серьезного обоснования и не вызывает доверия.

По результатам анализа сделан вывод, что известные стационарные способы очень трудоемки. Из рассмотренных нестационарных способов не удалось выбрать достаточно обоснованный теоретически, чтобы его можно было рекомендовать для практического применения. Вместо этого предложен новый способ, который обоснован известными законами переноса теплоты и в котором учтены реальные процессы теплопередачи в стенах зданий.

При этом способе измеряют, как обычно, температуры и тепловой поток и обрабатывают данные с учетом особенностей теплопередачи по аналитическим решениям, которые из известных решений в наибольшей степени подходят для стен зданий. Результаты одного из таких решений использованы для демонстрации достоверности способа.

Для применения предлагаемого способа колебания температуры атмосферного воздуха должны быть гармоническими, как в решениях из [22, 23], или близкими к ним. По проведенным измерениям вероятность этого невелика, что будет ограничивать применение способа. Однако дальнейшая проработка показала, что гармонический характер изменения температуры не обязателен для применения способа.

Как известно, произвольную кривую можно представить в виде суммы гармоник. Если способ применим для одной из них, то должен быть применим и для их суммы. Показано применение способа на примере негармонической кривой, представленной суммой двух гармоник. На рисунке приведены параметры температурной волны в ограждении, полученные суммированием результатов от каждой из гармоник. Для суммарных параметров использована та же процедура обработки с получением достоверных данных по ТФС ограждения.параметры температурной волны в ограждении

Таким образом, для применения способа температура атмосферного воздуха может изменяться по произвольной кривой. Для получения достоверных результатов достаточно провести измерения в естественных условиях в течение суток. При таких показателях способ является наиболее совершенным из известных.

…………………..Полный текст (усл.)

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *