1 Concepts et définitions de base - champ de température, gradient, flux thermique, densité du flux thermique (q, Q), loi de Fourier.

Champ de température– un ensemble de valeurs de température en tous points de l'espace étudié pour chaque instant du temps..gif" width="131" height="32 src=">

La quantité de chaleur, W, passant par unité de temps à travers une surface isotherme de zone F est appelée flux de chaleur et est déterminé à partir de l'expression : https://pandia.ru/text/78/654/images/image004_12.gif" width="15" height="32">, W/m2, est appelé densité de flux thermique: .

La relation entre la quantité de chaleur dQ, J, qui pendant le temps dt traverse une zone élémentaire dF située sur une surface isotherme, et le gradient de température dt/dn est établie par la loi de Fourier : .

2. Équation de conductivité thermique, conditions d'unicité.

L'équation différentielle de la conductivité thermique est dérivée des hypothèses suivantes :

Le corps est homogène et isotrope ;

Les paramètres physiques sont constants ;

La déformation du volume considéré associée à un changement de température est très faible par rapport au volume lui-même ;

Sources de chaleur internes au corps, qui sont cas général peut être donné comme , sont répartis uniformément.

https://pandia.ru/text/78/654/images/image009_5.gif" width="195" height="45 src=">.

L'équation différentielle de la conductivité thermique établit un lien entre les changements temporels et spatiaux de température en tout point du corps où se produit le processus de conductivité thermique.

Si nous prenons les caractéristiques thermophysiques constantes, qui ont été supposées lors de la dérivation de l'équation, alors le difur prend la forme : https://pandia.ru/text/78/654/images/image011_4.gif" width="51" height= "44"> - coefficient de diffusivité thermique.

Et , Où - Opérateur de Laplace dans le système de coordonnées cartésiennes.

Alors .

Les conditions d'unicité ou conditions aux limites comprennent :

Conditions géométriques,

3. Conductivité thermique dans le mur (conditions aux limites de 1ère espèce).

Conductivité thermique d'un mur monocouche.

Considérons une paroi plane homogène d’épaisseur d. Les températures tc1 et tc2 sont maintenues constantes dans le temps sur les surfaces extérieures du mur. La conductivité thermique du matériau du mur est constante et égale à l.

De plus, en mode stationnaire, la température change uniquement dans la direction perpendiculaire au plan de la cheminée (axe 0x) : ..gif" largeur="129" hauteur="47">

Déterminons la densité du flux thermique à travers un mur plat. Conformément à la loi de Fourier, compte tenu de l'égalité (*), on peut écrire : .

Ainsi (**).

La différence des valeurs de température dans l'équation (**) est appelée différence de température. De cette équation, il ressort clairement que la densité du flux thermique q varie en proportion directe de la conductivité thermique l et de la différence de température Dt et inversement proportionnelle à l'épaisseur de paroi d.

Le rapport est appelé conductivité thermique du mur et sa valeur inverse est https://pandia.ru/text/78/654/images/image023_1.gif" width="213" height="25">.

La conductivité thermique l doit être prise à la température moyenne du mur.

Conductivité thermique d'un mur multicouche.

Pour chaque couche : ; ; https://pandia.ru/text/78/654/images/image027_1.gif" width="433" height="87 src=">

Pour comparer les propriétés conductrices de chaleur d'une paroi plane multicouche avec les propriétés de matériaux homogènes, le concept conductivité thermique équivalente. Il s'agit de la conductivité thermique d'un mur monocouche dont l'épaisseur est égale à l'épaisseur du mur multicouche considéré, soit.gif" width="331" height="52">

De là, nous avons :

.

4. Transfert de chaleur à travers une paroi plane (conditions aux limites du 3ème type).

Le transfert de chaleur d'un milieu en mouvement (liquide ou gaz) à un autre à travers une paroi solide de n'importe quelle forme les séparant est appelé transfert de chaleur. Les particularités du processus aux limites de la paroi lors du transfert de chaleur sont caractérisées par des conditions aux limites du troisième type, qui sont fixées par les valeurs de la température du liquide d'un côté et de l'autre de la paroi, ainsi que par valeurs correspondantes des coefficients de transfert de chaleur.

Considérons le processus stationnaire de transfert de chaleur à travers une paroi plate homogène infinie d'épaisseur d. La conductivité thermique du mur l, les températures ambiantes tl1 et tl2 et les coefficients de transfert thermique a1 et a2 sont précisés. Il faut trouver le flux de chaleur du liquide chaud vers le liquide froid et les températures sur les surfaces des murs tc1 et tc2. La densité du flux thermique du fluide chaud vers le mur est déterminée par l'équation : . Le même flux de chaleur est transféré par conduction thermique à travers une paroi solide : et de la deuxième surface du mur à l'environnement froid : DIV_ADBLOCK118">

Puis https://pandia.ru/text/78/654/images/image035_0.gif" width="128" height="75 src="> – coefficient de transfert de chaleur, la valeur numérique k exprime la quantité de chaleur traversant une unité de surface de mur par unité de temps à une différence de température entre les environnements chauds et froids de 1K et a la même unité de mesure que le coefficient de transfert thermique, J/(s*m2K ) ou W/(m2K).

L'inverse du coefficient de transfert thermique est appelé résistance thermique au transfert de chaleur :.

https://pandia.ru/text/78/654/images/image038_0.gif" width="37" height="25">résistance thermique à la conductivité thermique.

Pour mur multicouche .

Densité du flux thermique à travers un mur multicouche : .

Le flux thermique Q, W, traversant une paroi plane de surface F est égal à : .

La température à la limite de deux couches quelconques dans des conditions aux limites du troisième type peut être déterminée par l'équation . Vous pouvez également déterminer la température graphiquement.

5. Conductivité thermique dans une paroi cylindrique (conditions aux limites du 1er type).

Considérons le processus stationnaire de conduction thermique à travers une paroi cylindrique homogène (tuyau) de longueur l avec un rayon interne r1 et un rayon externe r2. La conductivité thermique du matériau du mur l est une valeur constante. Des températures constantes tc1 et tc2 sont réglées sur la surface du mur.

Dans le cas (l>>r), les surfaces isothermes seront cylindriques et le champ de température sera unidimensionnel. Autrement dit, t=f(r), où r est la coordonnée actuelle du système cylindrique, r1£r£r2..gif" width="113" height="48">.

L'introduction d'une nouvelle variable permet de mettre l'équation sous la forme : https://pandia.ru/text/78/654/images/image047.gif" width="107" height="25">, nous avons :

https://pandia.ru/text/78/654/images/image049.gif" width="253" height="25 src=">.

Substitution des valeurs de C1 et C2 dans l'équation , on a:

https://pandia.ru/text/78/654/images/image051.gif" width="277" height="25 src=">.

Cette expression est l'équation d'une courbe logarithmique. Ainsi, à l’intérieur d’une paroi cylindrique homogène à valeur constante conductivité thermique, la température évolue selon une loi logarithmique.

Pour connaître la quantité de chaleur traversant une paroi cylindrique de surface F par unité de temps, vous pouvez utiliser la loi de Fourier :

Substitution de la valeur du gradient de température dans l'équation de la loi de Fourier selon l'équation on a: (*) ® la valeur de Q ne dépend pas de l'épaisseur de la paroi, mais du rapport entre son diamètre extérieur et son diamètre intérieur.

Si nous prenons le flux thermique par unité de longueur de la paroi cylindrique, alors l'équation (*) peut être écrite sous la forme https://pandia.ru/text/78/654/images/image056.gif" width="67" height="52 src="> est la résistance thermique à la conductivité thermique de la paroi cylindrique.

Pour un mur cylindrique multicouche https://pandia.ru/text/78/654/images/image058.gif" width="225" height="57 src=">.

6. Transfert de chaleur à travers une paroi cylindrique (conditions aux limites du 3ème type).

Considérons une paroi cylindrique homogène de grande longueur avec un diamètre interne d1, un diamètre externe d2 et une conductivité thermique constante. Les valeurs de température tl1 et de froid tl2 du milieu et les coefficients de transfert thermique a1 et a2 sont donnés. pour le mode stationnaire on peut écrire :

https://pandia.ru/text/78/654/images/image060.gif" width="116" height="75 src=">.gif" width="157" height="25 src=">

Où - coefficient de transfert de chaleur linéaire, caractérise l'intensité du transfert de chaleur d'un liquide à un autre à travers la paroi les séparant ; numériquement égal à la quantité de chaleur qui passe d'un milieu à un autre à travers la paroi d'un tuyau de 1 m de long par unité de temps avec une différence de température entre eux de 1 K.

L'inverse du coefficient de transfert de chaleur linéaire est appelé résistance thermique linéaire au transfert de chaleur.

Pour un mur multicouche, la résistance thermique linéaire au transfert thermique est la somme de la résistance linéaire au transfert thermique et la somme de la résistance thermique linéaire à la conductivité thermique des couches.

Températures à la limite entre les couches : https://pandia.ru/text/78/654/images/image065.gif" width="145" height="29"> ; ; https://pandia.ru/text/78/654/images/image068.gif" width="160" height="25 src=">

Où – coefficient de transfert de chaleur pour paroi sphérique.

L'inverse du coefficient de transfert thermique de la paroi sphérique est appelé résistance thermique au transfert de chaleur de la paroi sphérique.

Conditions aux frontièresJe suis gentil.

Soit une boule avec des rayons de surfaces intérieure et extérieure r1 et r2, une conductivité thermique constante et des températures de surface données uniformément réparties tc1 et tc2.

Dans ces conditions, la température ne dépend que du rayon r. D'après la loi de Fourier, le flux thermique à travers la paroi sphérique est égal à : .

L'intégration de l'équation donne la répartition de température suivante dans la couche sphérique :

https://pandia.ru/text/78/654/images/image073.gif" width="316" height="108">;

Ainsi , d - épaisseur de paroi.

Répartition de la température : ® à conductivité thermique constante, la température dans la paroi sphérique change selon la loi de l'hyperbole.

8. Résistances thermiques.

Mur plat monocouche :

Conditions aux limites du 1er type

Le rapport est appelé conductivité thermique du mur et sa valeur inverse est https://pandia.ru/text/78/654/images/image036_0.gif" width="349" height="55">.

Paroi cylindrique monocouche :

Conditions aux limites du 1er type

Valeur https://pandia.ru/text/78/654/images/image076.gif" width="147" height="56 src=">)

Conditions aux limites du 3ème type

Résistance thermique linéaire au transfert de chaleur : https://pandia.ru/text/78/654/images/image078.gif" width="249" height="53">(mur multicouche)

9. Diamètre critique de l'isolation.

Considérons le cas où le tuyau est recouvert d'une isolation thermique monocouche d'un diamètre extérieur de d3. en considérant les coefficients de transfert thermique a1 et a2, les températures des deux liquides tl1 et tl2, la conductivité thermique du tuyau l1 et de l'isolation l2 comme données et constantes.

D'après l'équation , l'expression de la résistance thermique linéaire au transfert de chaleur à travers une paroi cylindrique à deux couches a la forme : https://pandia.ru/text/78/654/images/image080.gif" width="72" height=" 52 src="> va augmenter, et le terme diminue. En d'autres termes, une augmentation du diamètre extérieur de l'isolant entraîne une augmentation de la résistance thermique de la conductivité thermique de l'isolant et une diminution de la résistance thermique au transfert de chaleur sur sa surface extérieure, cette dernière étant due à une augmentation de la surface de la surface extérieure.

Extremum de la fonction Rl – – diamètre critique noté dcr. Sert d'indicateur de l'aptitude d'un matériau à être utilisé comme isolant thermique pour un tuyau avec un diamètre extérieur donné d2 à un coefficient de transfert de chaleur donné a2.

10. Sélection de l'isolation thermique en fonction du diamètre critique.

Voir question 9. Le diamètre de l'isolant doit être supérieur au diamètre critique de l'isolant.

11. Transfert de chaleur à travers la paroi à ailettes. Coefficient d'aileron.

Considérons un mur à ailettes d'épaisseur d et de conductivité thermique l. Du côté lisse, la surface est F1 et du côté nervuré, F2. Les températures tl1 et tl2, constantes dans le temps, ainsi que les coefficients de transfert thermique a1 et a2 sont précisés.

Notons la température de la surface lisse par tc1. Supposons que la température des surfaces des nervures et de la paroi elle-même soit la même et égale à tc2. Cette hypothèse ne correspond généralement pas à la réalité, mais elle simplifie les calculs et est souvent utilisée.

Pour tl1 > tl2, les expressions suivantes peuvent être écrites pour le flux thermique Q :

;;https://pandia.ru/text/78/654/images/image086.gif" width="148" height="28 src=">

Où – coefficient de transfert de chaleur pour mur à ailettes.

Lors du calcul de la densité de flux thermique par unité de surface de mur sans ailettes, nous obtenons : . k1 – coefficient de transfert de chaleur lié à la surface du mur sans ailettes.

Le rapport de l’aire de la surface nervurée à l’aire de la surface lisse F2/F1 est appelé coefficient de finification.

12. Conductivité thermique instable. Point de guidage. Signification physique Bi, Fo.

La conductivité thermique instable est un processus dans lequel la température dans point donné le corps solide change avec le temps, l'ensemble des températures indiquées forme un champ de température non stationnaire dont la détermination est la tâche principale de la conductivité thermique non stationnaire. Les processus de conductivité thermique non stationnaire ont grande importance pour les installations de chauffage, de ventilation, de climatisation, de fourniture de chaleur et de production de chaleur. Les enceintes des bâtiments subissent des influences thermiques variables dans le temps, à la fois de l'air extérieur et de la pièce, de sorte que le processus de conductivité thermique non stationnaire se produit dans la masse de la structure enveloppante. Le problème de la recherche d'un champ de température tridimensionnel peut être formulé conformément aux principes énoncés dans la section " formulation mathématique problèmes de transfert de chaleur". La formulation du problème comprend l'équation de conductivité thermique : , où est le coefficient de diffusivité thermique m2/s, ainsi que les conditions d'unicité qui permettent de sélectionner une solution unique parmi l'ensemble des solutions de l'équation qui diffèrent par les valeurs ​des constantes d'intégration.

Les conditions d'unicité incluent les conditions initiales et aux limites. Les conditions initiales précisent les valeurs de la fonction t souhaitée à l'instant initial dans toute la région D. Comme région D dans laquelle il faut trouver le champ de température, on considérera un parallélépipède rectangle de dimensions 2d, 2ly, 2lz, par exemple, un élément d'une structure de bâtiment. Alors les conditions initiales peuvent s'écrire sous la forme : à t = 0 et - d £ x £ d ; - ly£у£ly ; -lz£z£lz nous avons t = t(x, y, z,0) = t0(x, y, z). De cet enregistrement, il ressort clairement que l'origine du système de coordonnées cartésiennes est située au centre de symétrie du parallélépipède.

Formulons les conditions aux limites sous la forme de conditions aux limites du troisième type, souvent rencontrées dans la pratique. Les conditions aux limites du troisième type spécifient le coefficient de transfert de chaleur et la température ambiante à tout moment aux limites de la région D. En général, sur divers domaines surface S de la région D, ces valeurs peuvent être différentes. Pour le cas de même coefficient de transfert thermique a sur toute la surface S et de même température ambiante tl, les conditions aux limites du troisième type à t >0 peuvent s'écrire : ; ;

Où . S – zone de délimitation de la surface D.

La température dans chacune des trois équations est prise sur la face correspondante du parallélépipède.

Considérons la solution analytique du problème formulé ci-dessus dans une version unidimensionnelle, c'est-à-dire sous la condition ly, lz »d. Dans ce cas, il faut trouver un champ de température de la forme t = t(x, t). Écrivons l'énoncé du problème :

l'équation ;

condition initiale : à t = 0 on a t(x, 0) = t0 = const ;

condition aux limites : à x = ±d, t > 0 nous avons https://pandia.ru/text/78/654/images/image095.gif" width="141" height="27">. La tâche est de obtenir une formule spécifique t = t(x, t), qui permet de trouver la température t en tout point de la plaque à un instant arbitraire.

Formulons le problème en variables sans dimension, cela réduira les entrées et rendra la solution plus universelle. La température sans dimension est égale à , la coordonnée sans dimension est égale à X = x/d..gif" width="149" height="27 src=">.gif" width="120" height="25">, où - Numéro bio.

La formulation du problème sous forme adimensionnelle contient un seul paramètre - le nombre de Biot, qui dans ce cas est un critère, puisqu'il est composé uniquement de quantités incluses dans la condition d'unicité. L'utilisation du nombre de Biot est associée à la recherche du champ de température dans un solide, donc le dénominateur Bi est la conductivité thermique du solide. Bi est un paramètre prédéterminé et constitue un critère.

Si l'on considère 2 processus de conductivité thermique non stationnaire avec les mêmes nombres de Biot, alors, selon le troisième théorème de similarité, ces processus sont similaires. Cela signifie qu'à des points similaires (c'est-à-dire à X1=X2 ; Fo1=Fo2) les températures sans dimension seront numériquement égales : Q1=Q2. par conséquent, après avoir effectué un calcul sous forme adimensionnelle, nous obtiendrons un résultat valable pour une classe de phénomènes similaires pouvant différer par les paramètres dimensionnels a, l, d, t0 et tl.

13. Conductivité thermique instable pour un mur plat illimité.

Voir question 12.

17. Équation énergétique. Conditions d'absence d'ambiguïté.

L'équation de l'énergie décrit le processus de transfert de chaleur dans environnement matériel. De plus, sa distribution est associée à la transformation en d'autres formes d'énergie. La loi de conservation de l'énergie par rapport aux processus de sa transformation est formulée sous la forme de la première loi de la thermodynamique, qui sert de base à la dérivation de l'équation de l'énergie. Le milieu dans lequel la chaleur se propage est supposé continu ; il peut être stationnaire ou mobile. Le cas d'un milieu en mouvement étant plus général, nous utilisons l'expression de la première loi de la thermodynamique pour l'écoulement : (17.1) , où q – apport de chaleur, J/kg ; h – enthalpie, J/kg ; w – vitesse du milieu au point considéré, m/s ; g – accélération chute libre; z – hauteur à laquelle se trouve l'élément considéré de l'environnement, m ; ltr – travailler contre les forces de friction internes, J/kg.

Conformément à l'équation 17.1, l'apport de chaleur est dépensé pour augmenter l'enthalpie, l'énergie cinématique et énergie potentielle dans le domaine de la gravité, ainsi que pour effectuer des travaux contre les forces visqueuses..gif" width="265 height=28" height="28"> (17.2) .

Parce que (17.3) .

Calculons la quantité d'apport et de sortie de chaleur par unité de temps pour un élément moyen sous la forme d'un parallélépipède rectangle, dont les dimensions sont suffisamment petites pour que, dans ses limites, on puisse supposer un changement linéaire de la densité du flux thermique..gif " width="236" height="52 "> ; leur différence est de .

En effectuant une opération similaire pour les axes 0y et 0z, on obtient respectivement les différences : https://pandia.ru/text/78/654/images/image112.gif" width="93" height="47 src= ">. En additionnant les trois différences, nous obtenons la quantité résultante de chaleur fournie (ou éliminée) à l'élément par unité de temps.

Limitons-nous au cas d'un écoulement à vitesse modérée, alors la quantité de chaleur fournie est égale à la variation d'enthalpie. Si nous supposons qu'un parallélépipède élémentaire est fixe dans l'espace et que ses faces sont perméables à l'écoulement, alors la relation indiquée peut être représentée sous la forme : https://pandia.ru/text/78/654/images/image114.gif " width="18" height="31"> – le taux de changement d'enthalpie en un point fixe dans l'espace couvert par un parallélépipède élémentaire ; le signe moins est introduit pour coordonner le transfert de chaleur et le changement d'enthalpie : la chaleur résultante afflux<0 должен вызывать увеличение энтальпии.

(17.10) .

La dérivation de l'équation de l'énergie est complétée en remplaçant les expressions (17.6) et (17.10) dans l'équation (17.4). puisque cette opération est formelle, nous effectuerons des transformations uniquement pour l'axe 0x : (17.11) .

A paramètres physiques du milieu constants, on obtient l'expression suivante pour la dérivée : (17.12) . Après avoir obtenu des expressions similaires pour les projections sur d'autres axes, nous en compilons la somme entre parenthèses à droite de l'équation (17.4). Et après quelques transformations on obtient équation énergétique pour un milieu incompressible à vitesses d'écoulement modérées :

(17.13) .

Le côté gauche de l’équation caractérise le taux de changement de température d’une particule liquide en mouvement. Le côté droit de l’équation est la somme des dérivées de la forme et détermine donc l’apport (ou l’évacuation) de chaleur résultant de la conductivité thermique.

Ainsi, l'équation énergétique a une signification physique claire : le changement de température d'une particule individuelle de liquide en mouvement (côté gauche) est déterminé par l'afflux de chaleur dans cette particule depuis le liquide environnant en raison de la conductivité thermique (côté droit).

Pour un milieu stationnaire, termes convectifs https://pandia.ru/text/78/654/images/image128.gif" width="168" height="51">.gif" width="76" height="20 src = ">.

Conditions d'absence d'ambiguïté.

Les équations différentielles ont ensemble infini solutions, ce fait se reflète formellement dans la présence de constantes d’intégration arbitraires. Pour résoudre un problème d'ingénierie spécifique, certaines équations doivent être ajoutées conditions additionnelles, associé à l'essence et aux particularités de cette tâche.

Les champs des fonctions requises - température, vitesse et pression - se trouvent dans une certaine zone, dont la forme et les dimensions doivent être spécifiées, et dans un certain intervalle de temps. Pour dériver une solution unique à un problème à partir d'un ensemble de solutions possibles, il est nécessaire de fixer les valeurs des fonctions recherchées : à l'instant initial dans toute la région considérée ; à tout moment aux limites de la région considérée.

GOST 25380-82

Groupe W19

NORME D'ÉTAT DE L'UNION URSS

BÂTIMENTS ET CONSTRUCTIONS

Procédé de mesure de la densité du flux thermique,

traverser des structures enveloppantes

Bâtiments et structures.

Méthode de mesure de la densité des flux de chaleur

traverser des structures d'enceinte

Date d'introduction 1983 - 01-01

APPROUVÉ ET ENTRÉ EN VIGUEUR par la résolution du Comité d'État de l'URSS pour les affaires de construction du 14 juillet 1982 n° 182

RÉÉDITER. juin 1987

Cette norme établit une méthode unifiée pour déterminer la densité des flux de chaleur traversant les structures d'enceinte monocouches et multicouches des bâtiments et structures résidentiels, publics, industriels et agricoles lors de recherches expérimentales et dans des conditions d'exploitation.

Les mesures de densité du flux thermique sont effectuées à des températures ambiantes de 243 à 323 K (de moins 30 à plus 50°C) et une humidité relative de l'air jusqu'à 85 %.

Les mesures de densité du flux thermique permettent de quantifier les qualités techniques thermiques des enveloppes et des structures du bâtiment et d'établir la consommation réelle de chaleur au travers des enveloppes extérieures du bâtiment.

La norme ne s'applique pas aux structures enveloppantes translucides.

1. Dispositions générales

1.1. La méthode de mesure de la densité du flux thermique repose sur la mesure de la différence de température à travers un « mur auxiliaire » (plaque) installé sur l’enveloppe du bâtiment. Cette différence de température, proportionnelle dans le sens du flux thermique à sa densité, est convertie en FEM. batteries de thermocouples situés dans le « mur auxiliaire » en parallèle le long du flux de chaleur et connectés en série le long du signal généré. La "paroi auxiliaire" et la batterie de thermocouples forment un convertisseur de flux thermique

1.2. La densité du flux thermique est mesurée à l'échelle d'un appareil spécialisé, qui comprend un convertisseur de flux thermique, ou est calculée à partir des résultats de la mesure de la force électromotrice. sur des convertisseurs de flux de chaleur pré-calibrés.

Le diagramme de mesure de la densité du flux thermique est présenté dans le dessin.

Circuit de mesure de la densité du flux thermique

1 - structure enveloppante ; 2 - convertisseur de flux de chaleur ; 3 - compteur EMF ;

Température de l’air intérieur et extérieur ; , , - Température extérieure,

les surfaces internes de la structure enveloppante à proximité et sous le convertisseur, respectivement ;

Résistance thermique de la structure enveloppante et du convertisseur de flux thermique ;

Densité du flux thermique avant et après fixation du convertisseur.

2. Équipement

2.1. Pour mesurer la densité des flux thermiques, l'appareil ITP-11 est utilisé (l'utilisation du modèle précédent de l'appareil ITP-7 est autorisée) selon les conditions techniques.

Les caractéristiques techniques du dispositif ITP-11 sont données en référence Annexe 1.

2.2. Lors des tests techniques thermiques des structures enveloppantes, il est permis de mesurer la densité des flux de chaleur à l'aide de convertisseurs de flux de chaleur fabriqués séparément et calibrés avec une résistance thermique allant jusqu'à 0,025-0,06 (m²)/W et d'instruments qui mesurent la force électromotrice générée. par les convertisseurs.

Il est permis d'utiliser un convertisseur utilisé dans l'installation pour déterminer la conductivité thermique conformément à GOST 7076-78.

2.3. Les convertisseurs de flux de chaleur selon la clause 2.2 doivent répondre aux exigences de base suivantes :

les matériaux du « mur auxiliaire » (plaque) doivent conserver leurs propriétés physiques et mécaniques à des températures ambiantes de 243 à 323 K (de moins 30 à plus 50°C) ;

les matériaux ne doivent pas être mouillés ou humidifiés avec de l'eau en phase liquide et vapeur ;

le rapport entre le diamètre du transducteur et son épaisseur doit être d'au moins 10 ;

les convertisseurs doivent avoir une zone de sécurité située autour de la batterie de thermocouples, dont la taille linéaire doit être d'au moins 30 % du rayon ou la moitié de la taille linéaire du convertisseur ;

chaque convertisseur de flux de chaleur fabriqué doit être calibré dans des organismes qui, conformément à la procédure établie, ont reçu le droit de produire ces convertisseurs ;

dans les conditions environnementales ci-dessus, les caractéristiques d'étalonnage du convertisseur doivent être maintenues pendant au moins un an.

2.4. L'étalonnage des convertisseurs selon la clause 2.2 peut être effectué sur une installation de détermination de la conductivité thermique conformément à GOST 7076-78, dans laquelle la densité du flux thermique est calculée sur la base des résultats de mesure de la différence de température sur des échantillons de référence de matériaux certifiés en conformément à GOST 8.140-82 et installé à la place des échantillons de test. La méthode d'étalonnage du convertisseur de flux thermique est donnée dans l'annexe 2 recommandée.

2.5. Les convertisseurs sont vérifiés au moins une fois par an, comme indiqué dans les paragraphes. 2.3, 2.4.

2.6. Pour mesurer la fem. convertisseur de flux de chaleur, il est permis d'utiliser un potentiomètre portable PP-63 conformément à GOST 9245-79, des voltammètres numériques V7-21, F30 ou d'autres compteurs emf qui ont une erreur calculée dans la région de la fem mesurée. le convertisseur de flux de chaleur ne dépasse pas 1 % et la résistance d'entrée n'est pas inférieure à 10 fois la résistance interne du convertisseur.

Lors de la réalisation d'essais thermiques de structures enveloppantes à l'aide de convertisseurs séparés, il est préférable d'utiliser des systèmes et des instruments d'enregistrement automatiques.

3.Préparation à la mesure

3.1. La mesure de la densité du flux thermique est généralement effectuée depuis l'intérieur des structures enveloppantes des bâtiments et des structures.

Il est permis de mesurer la densité des flux thermiques depuis l'extérieur des structures enveloppantes s'il est impossible de les réaliser depuis l'intérieur (environnement agressif, fluctuations des paramètres de l'air), à condition de maintenir une température stable en surface. Les conditions de transfert de chaleur sont surveillées à l'aide d'une sonde de température et de moyens de mesure de la densité du flux thermique : lorsqu'elles sont mesurées pendant 10 minutes, leurs lectures doivent se situer dans l'erreur de mesure des instruments.

3.2. Les surfaces sélectionnées sont spécifiques ou caractéristiques de l'ensemble de la structure enveloppante testée, en fonction de la nécessité de mesurer la densité de flux thermique locale ou moyenne.

Les zones sélectionnées pour les mesures sur la structure enveloppante doivent avoir une couche superficielle du même matériau, le même traitement et le même état de surface, avoir les mêmes conditions de transfert de chaleur radiante et ne doivent pas être à proximité immédiate d'éléments susceptibles de changer la direction et la valeur. des flux de chaleur.

3.3. Les zones de la surface des structures enveloppantes sur lesquelles le convertisseur de flux thermique est installé sont nettoyées jusqu'à ce que la rugosité visible et tactile soit éliminée.

3.4. Le transducteur est étroitement pressé sur toute sa surface contre la structure enveloppante et fixé dans cette position, assurant un contact constant du transducteur de flux thermique avec la surface des zones étudiées lors de toutes les mesures ultérieures.

Lors de la fixation du convertisseur entre celui-ci et la structure enveloppante, la formation d'entrefers n'est pas autorisée. Pour les éliminer, une fine couche de vaseline technique est appliquée sur la surface des sites de mesure, couvrant les irrégularités de la surface.

Le transducteur peut être fixé le long de sa surface latérale à l'aide d'une solution de plâtre de construction, de vaseline technique, de pâte à modeler, d'une tige avec un ressort et d'autres moyens empêchant la distorsion du flux de chaleur dans la zone de mesure.

3.5. Pour les mesures opérationnelles de la densité du flux thermique, la surface meuble du transducteur est collée avec une couche de matériau ou recouverte d'une peinture avec un degré de noirceur identique ou similaire avec une différence de 0,1 par rapport au matériau de la couche superficielle du structure enveloppante.

3.6. Le dispositif de lecture est situé à une distance de 5 à 8 m du site de mesure ou dans une pièce adjacente pour éliminer l'influence de l'observateur sur la valeur du flux thermique.

3.7. Lors de l'utilisation d'appareils de mesure des champs électromagnétiques qui ont des restrictions sur la température ambiante, ils sont placés dans une pièce avec une température de l'air acceptable pour le fonctionnement de ces appareils, et le convertisseur de flux de chaleur y est connecté à l'aide de rallonges.

Lors de la réalisation de mesures avec l'appareil ITP-1, le convertisseur de flux thermique et l'appareil de mesure sont situés dans la même pièce, quelle que soit la température de l'air dans la pièce.

3.8. L'équipement selon la clause 3.7 est préparé pour fonctionner conformément aux instructions d'utilisation de l'appareil correspondant, notamment en tenant compte du temps de maintien nécessaire de l'appareil pour y établir un nouveau régime de température.

4. Prendre des mesures

4.1. Des mesures de densité de flux thermique sont effectuées :

lors de l'utilisation du dispositif ITP-11 - après avoir rétabli les conditions d'échange thermique dans la pièce à proximité des sections de contrôle des structures d'enceinte, déformées lors des opérations préparatoires, et après avoir rétabli directement dans la zone d'essai le régime d'échange thermique précédent, perturbé lors de la fixation du convertisseur ;

lors d'essais thermiques utilisant des convertisseurs de flux de chaleur conformément à la clause 2.2 - après le début d'un nouvel état stable d'échange thermique sous le convertisseur.

Après avoir terminé les opérations préparatoires selon les paragraphes. 3.2-3.5 lors de l'utilisation de l'appareil ITP-11, le mode d'échange thermique sur le site de mesure est rétabli en 5 à 10 minutes environ, lors de l'utilisation de convertisseurs de flux de chaleur selon la clause 2.2 - après 2 à 6 heures.

Un indicateur de l'achèvement du régime de transfert de chaleur transitoire et de la possibilité de mesurer la densité du flux thermique peut être considéré comme la répétabilité des résultats de mesure de la densité du flux thermique dans les limites de l'erreur de mesure établie.

4.2. Lors de la mesure du flux thermique dans une enveloppe de bâtiment ayant une résistance thermique inférieure à 0,6 (m²)/W, la température de sa surface à une distance de 100 mm du convertisseur, en dessous de celui-ci, et la température de l'intérieur et l'air extérieur à une distance de 100 mm du mur sont mesurés simultanément à l'aide de thermocouples.

5. Traitement des résultats

5.1. Lors de l'utilisation d'appareils ITP-11, la valeur de la densité du flux thermique (W/m²) est obtenue directement à partir de l'échelle de l'appareil.

5.2. Lorsque vous utilisez des convertisseurs et des millivoltmètres séparés pour mesurer la force électromotrice. La densité du flux thermique traversant le convertisseur, W/m², est calculée à l'aide de la formule

(1)

5.3. Le coefficient d'étalonnage du convertisseur, tenant compte de la température d'essai, est déterminé selon l'annexe 2 recommandée.

5.4. La valeur de la densité du flux thermique, W/m², lors de la mesure conformément à la clause 4.3 est calculée à l'aide de la formule

(2)

	Où - Et -	température de l'air extérieur face au convertisseur, K (°C) ; température de surface au site de mesure près du transducteur et sous le transducteur, respectivement, K (°C).

5.5. Les résultats des mesures sont enregistrés sous la forme donnée dans l'annexe 3 recommandée.

5.6. Le résultat de la détermination de la densité du flux thermique est considéré comme la moyenne arithmétique des résultats de cinq mesures en une position du convertisseur sur la structure enveloppante.

Annexe 1

Information

Caractéristiques techniques de l'appareil ITP-11

L'appareil ITP-11 est une combinaison d'un convertisseur de flux thermique en signal électrique en courant continu avec un appareil de mesure dont l'échelle est calibrée en unités de densité de flux thermique.

1. Limites de mesure de la densité du flux thermique : 0-50 ; 0-250 W/m².

2. Valeur de division de l'échelle de l'instrument : 1 ; 5 W/m²

3. L'erreur principale de l'appareil est exprimée en pourcentage à une température de l'air de 20 °C.

4. L'erreur supplémentaire due aux changements de température de l'air entourant l'appareil de mesure ne dépasse pas 1 % pour chaque changement de température de 10 K (°C) dans la plage de 273 à 323 K (de 0 à 50°C).

L'erreur supplémentaire due au changement de température du convertisseur de flux de chaleur ne dépasse pas 0,83 % pour 10 K (°C) de changement de température dans la plage de 273 à 243 K (de 0 à moins 30 °C).

5. La résistance thermique du convertisseur de flux thermique ne dépasse pas 3,10 (carré/m²K)/W.

6. Temps d'établissement des lectures - pas plus de 3,5 minutes.

7. Dimensions hors tout du boîtier - 290x175x100 mm.

8. Dimensions hors tout du convertisseur de flux thermique : diamètre 27 mm, épaisseur 1,85 mm.

9. Dimensions hors tout de l'appareil de mesure - 215x115x90 mm.

10 La longueur du fil électrique de connexion est de 7 m.

11. Le poids de l'appareil sans étui ne dépasse pas 2,5 kg.

12. Alimentation - 3 éléments "316".

Annexe 2

Méthode d'étalonnage du convertisseur de flux de chaleur

Le convertisseur de flux de chaleur fabriqué est calibré sur une installation permettant de déterminer la conductivité thermique des matériaux de construction conformément à GOST 7076-78, dans laquelle, au lieu de l'échantillon d'essai, un convertisseur calibré et un échantillon de matériau de référence conformément à GOST 8.140-82 sont installés.

Lors de l'étalonnage, l'espace entre la plaque thermostatique de l'installation et l'échantillon de référence à l'extérieur du convertisseur doit être rempli d'un matériau similaire en propriétés thermophysiques au matériau du convertisseur afin d'assurer l'unidimensionnalité du flux de chaleur qui le traverse. dans la zone de travail de l'installation. Mesure E.M.F. sur le convertisseur et l'échantillon de référence est effectué par l'un des appareils répertoriés à l'article 2.6 de la présente norme.

Le coefficient d'étalonnage du convertisseur, W/(m².mV) à une température moyenne donnée de l'expérience est déterminé à partir des résultats des mesures de densité de flux thermique et de force électromotrice. selon la relation suivante

La densité du flux thermique est calculée à partir des résultats de mesure de la différence de température sur un échantillon de référence à l'aide de la formule

Où		conductivité thermique du matériau de référence, W/(m.K) ;
		température des surfaces supérieure et inférieure de l'étalon, respectivement, K(°C) ;
		épaisseur standard, m.

Il est recommandé de sélectionner la température moyenne lors des expériences lors de l'étalonnage du convertisseur dans la plage de 243 à 323 K (de moins 30 à plus 50 °C) et de la maintenir avec un écart ne dépassant pas ±2 K (°C).

Le résultat de la détermination du coefficient du convertisseur est considéré comme la moyenne arithmétique des valeurs calculées à partir des résultats de mesure d'au moins 10 expériences. Le nombre de chiffres significatifs dans la valeur du coefficient d'étalonnage du convertisseur est pris en fonction de l'erreur de mesure.

Le coefficient de température du convertisseur, K (), est obtenu à partir des résultats des mesures de force électromotrice. dans des expériences d'étalonnage à différentes températures moyennes du convertisseur en fonction du rapport

,

Où ,	Températures moyennes du convertisseur dans deux expériences, K (°C) ;
	Coefficients d'étalonnage du convertisseur à température moyenne et respectivement, W/(m²·V).

La différence entre les températures moyennes doit être d'au moins 40 K (°C).

Le résultat de la détermination du coefficient de température du convertisseur est considéré comme la valeur moyenne arithmétique de la densité, calculée à partir des résultats d'au moins 10 expériences avec différentes températures moyennes du convertisseur.

La valeur du coefficient d'étalonnage du convertisseur de flux thermique à la température d'essai, W/(m² mV), est trouvée à l'aide de la formule suivante

,

Où

(La valeur du coefficient d'étalonnage du convertisseur à la température d'essai W/(m² mV) Type et numéro d'appareil de mesure Type de clôture Lecture de l'appareil, mV Valeur de densité du flux thermique soupe aux choux const- Numéro de parcelle Numéro de mesure Moyenne pour la région escaladé réel mains Signature de l'opérateur ___________________ Date des mesures ___________ Le texte du document est vérifié selon : publication officielle Gosstroy URSS - M. : Maison d'édition de normes, 1988

20.03.2014

Mesurer la densité des flux thermiques traversant les enveloppes des bâtiments. GOST 25380-82

Le flux de chaleur est la quantité de chaleur transférée à travers une surface isotherme par unité de temps. Le flux de chaleur se mesure en watts ou kcal/h (1 W = 0,86 kcal/h). Le flux thermique par unité de surface isotherme est appelé densité de flux thermique ou charge thermique ; généralement noté q, mesuré en W/m2 ou kcal/(m2 ×h). La densité du flux thermique est un vecteur dont toute composante est numériquement égale à la quantité de chaleur transférée par unité de temps à travers une unité de surface perpendiculaire à la direction de la composante prise.

Les mesures de la densité des flux de chaleur traversant les structures enveloppantes sont effectuées conformément à GOST 25380-82 « Bâtiments et structures. Méthode de mesure de la densité des flux de chaleur traversant des structures enveloppantes.

Ce GOST établit une méthode pour mesurer la densité du flux de chaleur traversant les structures d'enceinte monocouches et multicouches des bâtiments et des structures - publiques, résidentielles, agricoles et industrielles.

Actuellement, lors de la construction, de la réception et de l'exploitation de bâtiments, ainsi que dans le secteur du logement et des services communaux grande attention faites attention à la qualité de la construction et de la finition des locaux, à l'isolation thermique des bâtiments résidentiels, ainsi qu'à l'économie des ressources énergétiques.

Dans ce cas, un paramètre d'évaluation important est la consommation de chaleur des structures isolantes. Les tests de qualité de protection thermique des enveloppes des bâtiments peuvent être réalisés à différentes étapes : pendant la période de mise en service des bâtiments, lors des projets de construction achevés, pendant la construction, lors des grosses réparations des ouvrages, et pendant l'exploitation des bâtiments pour la préparation des passeports énergétiques des bâtiments, et sur la base de plaintes.

Les mesures de densité de flux thermique doivent être effectuées à des températures ambiantes de -30 à +50°C et une humidité relative ne dépassant pas 85 %.

La mesure de la densité du flux thermique permet d'estimer le flux de chaleur à travers les structures d'enceinte et, ainsi, de déterminer les qualités techniques thermiques des structures d'enceinte des bâtiments et des ouvrages.

Cette norme ne s'applique pas à l'évaluation des propriétés thermiques des structures enveloppantes transmettant la lumière (verre, plastique, etc.).

Voyons sur quoi est basée la méthode de mesure de la densité du flux thermique. Une plaque (appelée « mur auxiliaire ») est installée sur l'enveloppe (structure) du bâtiment. La différence de température formée sur cette « paroi auxiliaire » est proportionnelle à sa densité dans le sens du flux thermique. La différence de température est convertie en force électromotrice des batteries de thermocouples, situées sur la « paroi auxiliaire » et orientées parallèlement au flux de chaleur, et connectées en série le long du signal généré. Ensemble, la « paroi auxiliaire » et la banque de thermocouples constituent un transmetteur permettant de mesurer la densité du flux thermique.

Sur la base des résultats de mesure de la force électromotrice des batteries à thermocouples, la densité du flux thermique est calculée sur des convertisseurs pré-calibrés.

Le diagramme de mesure de la densité du flux thermique est présenté dans le dessin.

1 - structure enveloppante ; 2 - convertisseur de flux de chaleur ; 3 - compteur EMF ;

t dans, t n- température de l'air intérieur et extérieur ;

τ n, τ in, τ’ in- température des surfaces extérieures et intérieures de la structure enveloppante respectivement à proximité et sous le convertisseur ;

R1, R2 - résistance thermique de la structure enveloppante et du convertisseur de flux thermique ;

q 1 , q 2- densité de flux thermique avant et après fixation du convertisseur

Sources de rayonnement infrarouge. Protection infrarouge sur les lieux de travail

Une source de rayonnement infrarouge (IR) est tout corps chauffé dont la température détermine l'intensité et le spectre de l'énergie électromagnétique émise. La longueur d'onde avec l'énergie maximale du rayonnement thermique est déterminée par la formule :

λ max = 2,9-103 / T [µm] (1)

où T est la température absolue du corps rayonnant, K.

Le rayonnement infrarouge est divisé en trois zones :

• ondes courtes (X = 0,7 - 1,4 µm) ;
• onde moyenne (k = 1,4 - 3,0 µm) :
• ondes longues (k = 3,0 µm - 1,0 mm).

Les ondes électriques infrarouges ont un effet principalement thermique sur le corps humain. Lors de l’évaluation de cet impact, les éléments suivants sont pris en compte :

· longueur d'onde et intensité avec une énergie maximale ;

· superficie émise ;

· durée d'exposition pendant la journée de travail ;

· durée d'exposition continue ;

· intensité du travail physique ;

· intensité du mouvement de l'air sur le lieu de travail ;

· type de tissu à partir duquel les vêtements de travail sont fabriqués ;

· caractéristiques individuelles corps.

La gamme des ondes courtes comprend les rayons d'une longueur d'onde λ ≤ 1,4 µm. Ils se caractérisent par leur capacité à pénétrer dans les tissus du corps humain jusqu'à une profondeur de plusieurs centimètres. Cette exposition provoque de graves dommages divers organes et les tissus humains, avec des conséquences aggravantes. Il y a une augmentation de la température des muscles, des poumons et d'autres tissus. Dans les systèmes circulatoire et lymphatique, des substances actives. Le fonctionnement du système nerveux central est perturbé.

La gamme des ondes moyennes comprend les rayons d'une longueur d'onde λ = 1,4 - 3,0 µm. Ils ne pénètrent que dans les couches superficielles de la peau et leur effet sur le corps humain se limite donc à une augmentation de la température des zones exposées de la peau et à une augmentation de la température corporelle.

Gamme d'ondes longues – rayons de longueur d'onde λ > 3 µm. Influençant le corps humain, ils provoquent la plus forte augmentation de la température des zones touchées de la peau, ce qui perturbe le fonctionnement des systèmes respiratoire et cardiovasculaire et perturbe l'équilibre thermique de l'orgasme, conduisant à un coup de chaleur.

Selon GOST 12.1.005-88, l'intensité du rayonnement thermique des travailleurs provenant des surfaces chauffées équipement technologique et les appareils d'éclairage ne doivent pas dépasser : 35 W/m2 lorsqu'ils irradient plus de 50 % de la surface du corps ; 70 W/m2 avec irradiation de 25 à 50 % de la surface corporelle ; 100 W/m2 avec irradiation de 25 % maximum de la surface corporelle. À partir de sources ouvertes (métal et verre chauffés, flamme nue), l'intensité du rayonnement thermique ne doit pas dépasser 140 W/m2 avec une irradiation ne dépassant pas 25 % de la surface corporelle et l'utilisation obligatoire d'équipements de protection individuelle, y compris le visage et les yeux. protection.

Les normes limitent également la température des surfaces chauffées des équipements dans la zone de travail, qui ne doit pas dépasser 45 °C.

La température de surface des équipements dont l’intérieur est proche de 100 °C ne doit pas dépasser 35 °C.

Les principaux types de protection contre le rayonnement infrarouge comprennent :

1. protection du temps ;

2. protection à distance ;

3. blindage, isolation thermique ou refroidissement des surfaces chaudes ;

4. augmentation du transfert de chaleur du corps humain ;

5. équipement de protection individuelle ;

6. éliminer la source de génération de chaleur.

Il existe trois types d'écrans :

· opaques;

· transparent;

· translucide.

Dans les écrans opaques lorsque l'énergie interagit vibrations électromagnétiques avec la substance de l'écran, elle est transformée en énergie thermique. Suite à cette transformation, l'écran s'échauffe et devient lui-même une source de rayonnement thermique. Le rayonnement provenant de la surface de l'écran opposée à la source est classiquement considéré comme un rayonnement transmis par la source. Il devient possible de calculer la densité du flux thermique traversant une unité de surface de l'écran.

Avec les écrans transparents, les choses sont différentes. Le rayonnement tombant sur la surface de l'écran est réparti à l'intérieur selon les lois optique géométrique. Ceci explique sa transparence optique.

Les écrans translucides ont les propriétés à la fois transparentes et opaques.

· réfléchissant la chaleur ;

· absorbant la chaleur ;

· dissipation de la chaleur.

En effet, tous les écrans, à un degré ou à un autre, ont la propriété d'absorber, de réfléchir ou de disperser la chaleur. Par conséquent, la définition d’un écran pour un groupe particulier dépend de la propriété qui est la plus fortement exprimée.

Les écrans réfléchissant la chaleur se distinguent par un faible degré de noirceur de surface. Ils réfléchissent donc la plupart des rayons qui leur parviennent.

Les écrans absorbant la chaleur comprennent les écrans dans lesquels le matériau dans lequel ils sont fabriqués présente un faible coefficient de conductivité thermique (résistance thermique élevée).

Les films transparents ou rideaux d’eau agissent comme des écrans évacuant la chaleur. Des écrans situés à l’intérieur de contours de protection en verre ou en métal peuvent également être utilisés.

E = (q – q 3) / q (3)

E = (t – t 3) / t (4)

q 3 - Densité de flux de rayonnement IR utilisant la protection, W/m 2 ;

t - température du rayonnement IR sans protection, °C ;

t 3 - température du rayonnement IR utilisant la protection, °C.

Instruments utilisés

Pour mesurer la densité des flux thermiques traversant les enveloppes des bâtiments et vérifier les propriétés des écrans de protection thermique, nos spécialistes ont développé des appareils en série.

Plage de mesure de la densité du flux thermique : de 10 à 250, 500, 2000, 9999 W/m2

Champ d'application:

· construction;

· installations énergétiques;

· Recherche scientifique et etc.

La mesure de la densité du flux thermique, en tant qu'indicateur des propriétés d'isolation thermique de divers matériaux, avec des appareils en série est effectuée à :

· Essais thermiques des structures enveloppantes ;

· détermination des déperditions thermiques dans les réseaux de chauffage d'eau ;

réaliser des travaux de laboratoire dans des universités (départements « Sécurité des personnes », « Écologie industrielle », etc.).

La figure montre un prototype du stand « Détermination des paramètres de l'air dans la zone de travail et protection contre les influences thermiques » BZZ 3 (fabriqué par Intos+ LLC).

Le stand contient une source de rayonnement thermique (réflecteur domestique). Des écrans constitués de différents matériaux (métal, tissu, etc.) sont placés devant la source. L'appareil est placé derrière l'écran à l'intérieur du modèle de pièce à différentes distances de l'écran. Une hotte aspirante avec ventilateur est fixée au dessus du modèle de pièce. L'appareil, en plus d'une sonde de mesure de la densité du flux thermique, est équipé d'une sonde de mesure de la température de l'air à l'intérieur du modèle. De manière générale, le stand est un modèle visuel permettant d'évaluer l'efficacité de différents types de protection thermique et de systèmes de ventilation locale.

A l'aide du support, l'efficacité des propriétés protectrices des écrans est déterminée en fonction des matériaux qui les composent et de la distance entre l'écran et la source de rayonnement thermique.

Principe de fonctionnement et conception du dispositif IPP-2

Structurellement, l'appareil est réalisé dans un boîtier en plastique. Sur le panneau avant de l'appareil se trouvent un indicateur LED à quatre chiffres et des boutons de commande ; Sur la surface latérale se trouvent des connecteurs permettant de connecter l'appareil à un ordinateur et à une carte réseau. Sur le panneau supérieur se trouve un connecteur pour connecter le convertisseur primaire.

Apparence de l'appareil

1 - Indication de l'état de la batterie par LED

2 - Indication LED du dépassement du seuil

3 - Indicateur de valeur de mesure

4 - Connecteur pour connecter une sonde de mesure

5 , 6 - Boutons de commande

7 - Connecteur pour connexion à un ordinateur

8 - Connecteur pour connecter un adaptateur réseau

Principe d'opération

Le principe de fonctionnement de l'appareil repose sur la mesure de la différence de température sur la « paroi auxiliaire ». L'ampleur de la différence de température est proportionnelle à la densité du flux thermique. La différence de température est mesurée à l'aide d'un thermocouple à bande situé à l'intérieur de la plaque de sonde, qui fait office de « paroi auxiliaire ».

Indication des mesures et des modes de fonctionnement de l'appareil

L'appareil interroge la sonde de mesure, calcule la densité du flux thermique et affiche sa valeur sur l'indicateur LED. L'intervalle d'interrogation de la sonde est d'environ une seconde.

Enregistrement des mesures

Les données reçues de la sonde de mesure sont enregistrées dans la mémoire non volatile de l'appareil avec une certaine période. Le réglage de la période, la lecture et la visualisation des données s'effectuent à l'aide d'un logiciel.

Interface de Communication

Grâce à l'interface numérique, les valeurs de mesure de température actuelles, les données de mesure accumulées peuvent être lues à partir de l'appareil et les paramètres de l'appareil peuvent être modifiés. L'unité de mesure peut fonctionner avec un ordinateur ou d'autres contrôleurs via l'interface numérique RS-232. Le taux de change via l'interface RS-232 est réglable par l'utilisateur de 1 200 à 9 600 bps.

Caractéristiques de l'appareil :

• la possibilité de définir des seuils d'alarme sonore et lumineuse ;
• transfert des valeurs mesurées vers un ordinateur via l'interface RS-232.

L'avantage de l'appareil est la possibilité de connecter alternativement jusqu'à 8 sondes de flux thermique différentes à l'appareil. Chaque sonde (capteur) possède son propre coefficient d'étalonnage individuel (facteur de conversion Kq), qui indique dans quelle mesure la tension du capteur change par rapport au flux de chaleur. Ce coefficient utilisé par l'appareil pour construire une caractéristique d'étalonnage de la sonde, à partir de laquelle la valeur actuellement mesurée du flux thermique est déterminée.

Modifications des sondes pour mesurer la densité du flux thermique :

Les sondes de flux thermique sont conçues pour mesurer la densité du flux thermique de surface conformément à GOST 25380-92.

Aspect des sondes de flux thermique

1. La sonde de flux thermique à pression avec ressort PTP-ХХХП est disponible dans les modifications suivantes (en fonction de la plage de mesure de la densité du flux thermique) :

PTP-2.0P : de 10 à 2000 W/m2 ;

PTP-9.9P : de 10 à 9999 W/m2.

2. Sonde de flux thermique en forme de « pièce de monnaie » sur un câble flexible PTP-2.0.

Plage de mesure de la densité du flux thermique : de 10 à 2000 W/m2.

Modifications des sondes de température :

Apparition des sondes de température

1. Les convertisseurs thermiques submersibles TPP-A-D-L basés sur la thermistance Pt1000 (convertisseurs thermiques à résistance) et les convertisseurs thermiques TXA-A-D-L basés sur le thermocouple XA (convertisseurs thermiques électriques) sont conçus pour mesurer la température de divers milieux liquides et gazeux, ainsi que matériaux en vrac.

Plage de mesure de la température :

Pour TPP-A-D-L : de -50 à +150 °C ;

Pour TXA-A-D-L : de -40 à +450 °C.

Dimensions:

D (diamètre) : 4, 6 ou 8 mm ;

L (longueur) : de 200 à 1000 mm.

2. Le transducteur thermique TXA-A-D1/D2-LP basé sur le thermocouple XA (transducteur thermique électrique) est conçu pour mesurer la température d'une surface plane.

Dimensions:

D1 (diamètre de la « broche métallique ») : 3 mm ;

D2 (diamètre de la base – « patch ») : 8 mm ;

L (longueur du « pion métallique ») : 150 mm.

3. Le transducteur thermique TXA-A-D-LC basé sur le thermocouple XA (transducteur thermique électrique) est conçu pour mesurer la température des surfaces cylindriques.

Plage de mesure de température : de -40 à +450 °C.

Dimensions:

D (diamètre) – 4 mm ;

L (longueur de la « goupille métallique ») : 180 mm ;

Largeur du ruban – 6 mm.

Le kit de livraison de l'appareil de mesure de la densité de la charge thermique du fluide comprend :

1. Densimètre de flux thermique (unité de mesure).

2. Sonde pour mesurer la densité du flux thermique.*

3. Sonde de mesure de température.*

4. Logiciel**

5. Câble de connexion à un ordinateur personnel. **

6. Certificat d'étalonnage.

7. Manuel d'utilisation et passeport de l'appareil.

8. Certificat pour convertisseurs thermoélectriques (sondes de température).

9. Certificat pour la sonde de densité de flux thermique.

10. Adaptateur réseau.

* – Les plages de mesure et la conception de la sonde sont déterminées au moment de la commande

** – Les articles sont disponibles sur commande spéciale.

Préparation de l'appareil au fonctionnement et prise de mesures

1. Retirez l'appareil de son emballage. Si l'appareil est amené dans une pièce chaude après une pièce froide, il est nécessaire de laisser l'appareil se réchauffer à température ambiante pendant au moins 2 heures.

2. Chargez les batteries en connectant l'adaptateur secteur à l'appareil. Le temps de charge pour une batterie complètement déchargée est d'au moins 4 heures. Afin d'augmenter la durée de vie batterie Il est recommandé d'effectuer une décharge complète une fois par mois jusqu'à ce que l'appareil s'éteigne automatiquement, suivi d'une charge complète.

3. Connectez l'unité de mesure et la sonde de mesure avec un câble de connexion.

4. Lorsque l'appareil est fourni avec un disque contenant le logiciel, installez-le sur votre ordinateur. Connectez l'appareil à un port COM libre de l'ordinateur à l'aide des câbles de connexion appropriés.

5. Allumez l'appareil en appuyant brièvement sur le bouton "Sélectionner".

6. Lorsque l'appareil est allumé, l'appareil effectue un auto-test pendant 5 secondes. En cas de défauts internes, l'appareil affiche le numéro du défaut sur l'indicateur, accompagné d'un signal sonore. Après des tests réussis et l'achèvement du chargement, l'indicateur affiche la valeur actuelle de la densité du flux thermique. L'explication des défauts de test et autres erreurs dans le fonctionnement de l'appareil est donnée dans la section 6 de ce manuel d'utilisation.

7. Après utilisation, éteignez l'appareil en appuyant brièvement sur le bouton « Sélectionner ».

8. Si vous prévoyez de stocker l'appareil pendant une longue période (plus de 3 mois), vous devez retirer les piles du compartiment à piles.

Vous trouverez ci-dessous un schéma de commutation en mode « Fonctionnement ».

Préparation et réalisation de mesures lors des essais thermiques des structures d'enceinte.

1. La mesure de la densité du flux thermique est effectuée, en règle générale, depuis l'intérieur des structures enveloppantes des bâtiments et des structures.

Il est permis de mesurer la densité des flux thermiques depuis l'extérieur des structures enveloppantes s'il est impossible de les réaliser depuis l'intérieur (environnement agressif, fluctuations des paramètres de l'air), à condition de maintenir une température stable en surface. Les conditions de transfert de chaleur sont surveillées à l'aide d'une sonde de température et de moyens de mesure de la densité du flux thermique : lorsqu'elle est mesurée pendant 10 minutes. leurs lectures doivent se situer dans l’erreur de mesure des instruments.

2. Les surfaces sélectionnées sont spécifiques ou caractéristiques de l'ensemble de la structure enveloppante testée, en fonction de la nécessité de mesurer la densité de flux thermique locale ou moyenne.

Les zones sélectionnées pour les mesures sur la structure enveloppante doivent avoir une couche superficielle du même matériau, le même traitement et le même état de surface, avoir les mêmes conditions de transfert de chaleur radiante et ne doivent pas être à proximité immédiate d'éléments susceptibles de changer la direction et la valeur. des flux de chaleur.

3. Les zones de la surface des structures enveloppantes sur lesquelles le convertisseur de flux thermique est installé sont nettoyées jusqu'à ce que la rugosité visible et tactile soit éliminée.

4. Le transducteur est fermement pressé sur toute sa surface contre la structure enveloppante et fixé dans cette position, assurant un contact constant du transducteur de flux thermique avec la surface des zones étudiées lors de toutes les mesures ultérieures.

Lors de la fixation du convertisseur entre celui-ci et la structure enveloppante, la formation d'entrefers n'est pas autorisée. Pour les éliminer, une fine couche de vaseline technique est appliquée sur la surface des sites de mesure, couvrant les irrégularités de la surface.

Le transducteur peut être fixé le long de sa surface latérale à l'aide d'une solution de plâtre de construction, de vaseline technique, de pâte à modeler, d'une tige avec un ressort et d'autres moyens empêchant la distorsion du flux de chaleur dans la zone de mesure.

5. Pour les mesures opérationnelles de la densité du flux thermique, la surface meuble du transducteur est collée avec une couche de matériau ou recouverte d'une peinture avec un degré de noirceur identique ou similaire avec une différence de Δε ≤ 0,1 comme celle du matériau du couche superficielle de la structure enveloppante.

6. L'appareil de lecture est situé à une distance de 5 à 8 m du site de mesure ou dans une pièce adjacente pour éliminer l'influence de l'observateur sur la valeur du flux thermique.

7. Lors de l'utilisation d'appareils de mesure des champs électromagnétiques qui ont des restrictions sur la température ambiante, ils sont placés dans une pièce avec une température de l'air acceptable pour le fonctionnement de ces appareils et le convertisseur de flux de chaleur y est connecté à l'aide de rallonges.

8. L'équipement selon la revendication 7 est préparé pour fonctionner conformément au mode d'emploi de l'appareil correspondant, notamment en tenant compte du temps de maintien requis de l'appareil pour y établir un nouveau régime de température.

Préparation et réalisation des mesures

(lors d'un travail de laboratoire en utilisant l'exemple travail de laboratoire"Recherche sur les moyens de protection contre les rayonnements infrarouges")

Connectez la source de rayonnement IR à une prise de courant. Allumez la source de rayonnement IR ( la partie supérieure) et le densimètre de flux thermique IPP-2.

Placez la tête du densimètre de flux thermique à une distance de 100 mm de la source de rayonnement IR et déterminez la densité de flux thermique (la valeur moyenne de trois à quatre mesures).

Déplacez manuellement le trépied le long de la règle, en installant la tête de mesure aux distances de la source de rayonnement indiquées sous la forme du tableau 1, et répétez les mesures. Entrez les données de mesure dans le formulaire Tableau 1.

Construisez un graphique de la dépendance de la densité de flux de rayonnement IR à la distance.

Répétez les mesures selon les paragraphes. 1 à 3 avec divers écrans de protection (aluminium réfléchissant la chaleur, tissu absorbant la chaleur, métal à surface noircie, cotte de mailles mixte). Entrez les données de mesure sous la forme du tableau 1. Construisez des graphiques de la dépendance de la densité de flux de rayonnement IR sur la distance pour chaque écran.

Formulaire de tableau 1

Évaluer l'efficacité de l'action protectrice des écrans à l'aide de la formule (3).

Installez un écran de protection (selon les directives de l'enseignant) et placez-y une large brosse d'aspirateur. Allumez l'aspirateur en mode extraction d'air, en simulant un dispositif de ventilation par aspiration, et après 2-3 minutes (après avoir établi régime thermiqueécran) déterminer l'intensité du rayonnement thermique aux mêmes distances qu'au paragraphe 3. Évaluer l'efficacité de la protection thermique combinée à l'aide de la formule (3).

Tracer la dépendance de l'intensité du rayonnement thermique sur la distance pour un écran donné en mode ventilation aspirante sur un graphique général (voir paragraphe 5).

Déterminez l'efficacité de la protection en mesurant la température d'un écran donné avec et sans ventilation aspirante à l'aide de la formule (4).

Construire des graphiques de l'efficacité de la protection par ventilation aspirante et sans elle.

Réglez l'aspirateur en mode souffleur et allumez-le. En dirigeant le flux d'air vers la surface de l'écran de protection spécifié (mode douche), répétez les mesures conformément aux paragraphes. 7 - 10. Comparez les résultats de mesure pp. 7-10.

Fixez le tuyau de l'aspirateur à l'un des supports et allumez l'aspirateur en mode « souffleur », en dirigeant le flux d'air presque perpendiculairement au flux de chaleur (légèrement vers) - imitation d'un rideau d'air. À l'aide d'un appareil de mesure, mesurez la température du rayonnement IR sans et avec un « souffleur ».

Construire des graphiques de l'efficacité de protection du « souffleur » à l'aide de la formule (4).

Résultats de mesure et leur interprétation

(en prenant l'exemple de travaux de laboratoire sur le thème « Recherche de moyens de protection contre le rayonnement infrarouge » dans l'un des universités techniques Moscou).

1. Tableau.
2. Foyer électrique EXP-1.0/220.
3. Support pour placer des écrans remplaçables.
4. Support pour le montage de la tête de mesure.
5. Densimètre de flux thermique.
6. Règle.
7. Aspirateur Typhoon-1200.

L'intensité (densité de flux) du rayonnement IR q est déterminée par la formule :

q = 0,78 x S x (T 4 x 10 -8 - 110) / r 2 [W/m 2 ]

où S est l'aire de la surface rayonnante, m2 ;

T est la température de la surface rayonnante, K ;

r - distance de la source de rayonnement, m.

L'un des types de protection les plus courants contre les rayonnements infrarouges est le blindage des surfaces émettrices.

Il existe trois types d'écrans :

·opaque;

·transparent;

· translucide.

Selon leur principe de fonctionnement, les écrans sont répartis en :

· réfléchissant la chaleur ;

·absorbant la chaleur ;

· dissipation de la chaleur.

L'efficacité de la protection contre le rayonnement thermique à l'aide des écrans E est déterminée par les formules :

E = (q – q 3) / q

où q est la densité de flux du rayonnement IR sans protection, W/m2 ;

q3 - Densité de flux de rayonnement IR utilisant la protection, W/m 2.

Types d'écrans de protection (opaques) :

1. Écran mixte - cotte de mailles.

Cotte de mailles E = (1550 – 560) / 1550 = 0,63

2. Écran métallique avec surface noircie.

E al+revêtement = (1550 – 210) / 1550 = 0,86

3. Écran en aluminium réfléchissant la chaleur.

Eal = (1550 – 10) / 1550 = 0,99

Traçons la dépendance de la densité de flux de rayonnement IR sur la distance pour chaque écran.

Comme on peut le constater, l’efficacité de l’action protectrice des écrans varie :

1. L'effet protecteur minimum d'un écran mixte - cotte de mailles - 0,63 ;

2. Écran en aluminium avec surface noircie – 0,86 ;

3. L'écran en aluminium réfléchissant la chaleur a le plus grand effet protecteur - 0,99.

Références normatives

Lors de l'évaluation des qualités techniques thermiques des enveloppes et des structures des bâtiments et de l'établissement de la consommation réelle de chaleur au travers des enveloppes extérieures du bâtiment, les principaux documents réglementaires suivants sont utilisés :

· GOST 25380-82. Méthode de mesure de la densité des flux thermiques traversant les enveloppes des bâtiments.

· Lors de l'évaluation des propriétés thermiques des différents moyens de protection contre le rayonnement infrarouge, les principaux documents réglementaires suivants sont utilisés :

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Air de la zone de travail. Exigences générales sanitaires et hygiéniques.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Moyens de protection contre le rayonnement infrarouge. Classification. Exigences techniques générales.

· GOST 12.4.123-83 « Système de normes de sécurité au travail. Moyens de protection collective contre le rayonnement infrarouge. Exigences techniques générales".

I. Mesure de la densité des flux thermiques traversant les enveloppes des bâtiments. GOST 25380-82.

Le flux de chaleur est la quantité de chaleur transférée à travers une surface isotherme par unité de temps. Le flux de chaleur se mesure en watts ou kcal/h (1 W = 0,86 kcal/h). Le flux thermique par unité de surface isotherme est appelé densité de flux thermique ou charge thermique ; généralement noté q, mesuré en W/m2 ou kcal/(m2×h). La densité du flux thermique est un vecteur dont toute composante est numériquement égale à la quantité de chaleur transférée par unité de temps à travers une unité de surface perpendiculaire à la direction de la composante prise.

Les mesures de la densité des flux de chaleur traversant les structures enveloppantes sont effectuées conformément à GOST 25380-82 "Bâtiments et structures. Méthode de mesure de la densité des flux de chaleur traversant les structures enveloppantes".

Cette norme établit une méthode unifiée pour déterminer la densité des flux de chaleur traversant les structures d'enceinte monocouches et multicouches des bâtiments et structures résidentiels, publics, industriels et agricoles à étude expérimentale et dans leurs conditions d'exploitation.

La densité du flux thermique est mesurée à l'échelle d'un appareil spécialisé, qui comprend un convertisseur de flux thermique, ou est calculée à partir des résultats de la mesure de la force électromotrice. sur des convertisseurs de flux de chaleur pré-calibrés.

Le diagramme de mesure de la densité du flux thermique est présenté dans le dessin.

1 - structure enveloppante ; 2-convertisseur de flux de chaleur ; 3 - compteur EMF ;

tв, tн — température de l'air intérieur et extérieur;

τн, τв, τ"в — température des surfaces extérieures et intérieures de la structure enveloppante à proximité et sous le convertisseur, respectivement ;

R1, R2 - résistance thermique de la structure enveloppante et convertisseur de flux de chaleur ;

q1, q2 - densité de flux thermique avant et après fixation du convertisseur

II. Rayonnement infrarouge. Sources. Protection.

Protection contre le rayonnement infrarouge sur le lieu de travail.

La source de rayonnement infrarouge (IR) est tout corps chauffé dont la température détermine l'intensité et le spectre de l'énergie électromagnétique émise. La longueur d'onde avec l'énergie maximale du rayonnement thermique est déterminée par la formule :

λmax = 2,9-103 / T [µm] (1)

où T est la température absolue du corps rayonnant, K.

Le rayonnement infrarouge est divisé en trois zones :

· ondes courtes (X = 0,7 - 1,4 µm) ;

onde moyenne (k = 1,4 - 3,0 µm) :

· ondes longues (k = 3,0 µm - 1,0 mm).

Les ondes électriques dans la gamme infrarouge ont un effet principalement thermique sur le corps humain. Dans ce cas, il faut prendre en compte : l'intensité et la longueur d'onde avec l'énergie maximale ; surface rayonnée ; durée d'exposition par jour de travail et durée d'exposition continue ; intensité du travail physique et mobilité aérienne sur le lieu de travail ; qualité des vêtements de travail; caractéristiques individuelles du travailleur.

Les rayons à ondes courtes d'une longueur d'onde λ ≤ 1,4 μm ont la capacité de pénétrer plusieurs centimètres dans les tissus du corps humain. Un tel rayonnement infrarouge pénètre facilement à travers la peau et le crâne jusqu'aux tissus cérébraux et peut affecter les cellules cérébrales, provoquant de graves dommages, dont les symptômes sont des vomissements, des étourdissements, une dilatation des vaisseaux sanguins de la peau, une chute de la tension artérielle et des troubles circulatoires. ... et respiration, convulsions et parfois perte de conscience. Lorsqu'il est irradié par des rayons infrarouges à ondes courtes, une augmentation de la température des poumons, des reins, des muscles et d'autres organes est également observée. Des substances biologiquement actives spécifiques apparaissent dans le sang, la lymphe et le liquide céphalo-rachidien, les processus métaboliques sont perturbés et l'état fonctionnel du système nerveux central change.

Les rayons d'ondes moyennes d'une longueur d'onde λ = 1,4 à 3,0 µm sont retenus dans les couches superficielles de la peau à une profondeur de 0,1 à 0,2 mm. Par conséquent, leur effet physiologique sur le corps se manifeste principalement par une augmentation de la température cutanée et un échauffement du corps.

L'échauffement le plus intense de la surface de la peau humaine se produit avec un rayonnement IR avec λ > 3 μm. Sous son influence, l’activité des systèmes cardiovasculaire et respiratoire, ainsi que l’équilibre thermique de l’organisme, sont perturbés, ce qui peut entraîner un coup de chaleur.

L'intensité du rayonnement thermique est régulée en fonction de sentiment subjectif l'énergie du rayonnement humain. Selon GOST 12.1.005-88, l'intensité du rayonnement thermique des équipements technologiques et des dispositifs d'éclairage fonctionnant à partir de surfaces chauffées ne doit pas dépasser : 35 W/m2 lors de l'irradiation de plus de 50 % de la surface du corps ; 70 W/m2 avec irradiation de 25 à 50 % de la surface corporelle ; 100 W/m2 avec irradiation de 25 % maximum de la surface corporelle. À partir de sources ouvertes (métal et verre chauffés, flamme nue), l'intensité du rayonnement thermique ne doit pas dépasser 140 W/m2 avec une irradiation ne dépassant pas 25 % de la surface corporelle et l'utilisation obligatoire d'équipements de protection individuelle, y compris le visage et les yeux. .

Les normes limitent également la température des surfaces chauffées des équipements dans la zone de travail, qui ne doit pas dépasser 45 °C.

La température de surface des équipements dont l'intérieur est proche de 100 0C ne doit pas dépasser 35 0C.

q = 0,78 x S x (T4 x 10-8 - 110) / r2 [W/m2] (2)

Les principaux types de protection contre le rayonnement infrarouge comprennent :

1. protection du temps ;

2. protection à distance ;

3. blindage, isolation thermique ou refroidissement des surfaces chaudes ;

4. augmentation du transfert de chaleur du corps humain ;

5. équipement de protection individuelle ;

6. éliminer la source de génération de chaleur.

La protection temporelle permet de limiter la durée de séjour d'un travailleur dans la zone de rayonnement. Le temps de sécurité pendant lequel une personne reste dans la zone de rayonnement IR dépend de son intensité (densité de flux) et est déterminé selon le tableau 1.

Tableau 1

Temps nécessaire au séjour en toute sécurité des personnes dans la zone de rayonnement IR

La distance de sécurité est déterminée par la formule (2) en fonction de la durée du séjour dans la zone de travail et de la densité admissible du rayonnement IR.

La puissance du rayonnement IR peut être réduite par des solutions de conception et technologiques (remplacement du mode et de la méthode de chauffage des produits, etc.), ainsi qu'en recouvrant les surfaces chauffées de matériaux calorifuges.

Il existe trois types d'écrans :

· opaques;

· transparent;

· translucide.

Dans les écrans opaques, l'énergie des vibrations électromagnétiques, interagissant avec la substance de l'écran, se transforme en chaleur. Dans ce cas, l'écran s'échauffe et, comme tout corps chauffé, devient une source de rayonnement thermique. Le rayonnement provenant de la surface de l'écran opposée à la source est classiquement considéré comme un rayonnement transmis depuis la source. Les écrans opaques comprennent : le métal, l'alfolique (en feuille d'aluminium), poreux (béton mousse, verre mousse, argile expansée, pierre ponce), amiante et autres.

Dans les écrans transparents, le rayonnement se propage à l'intérieur selon les lois de l'optique géométrique, ce qui assure la visibilité à travers l'écran. Ces écrans sont fabriqués à partir de divers verres ; des rideaux d'eau en film (libres et coulant le long du verre) sont également utilisés.

Les écrans translucides combinent les propriétés des écrans transparents et non transparents. Il s'agit notamment de treillis métalliques, de rideaux à chaînes, d'écrans en verre renforcé de treillis métallique.

· réfléchissant la chaleur ;

· absorbant la chaleur ;

· dissipation de la chaleur.

Cette division est assez arbitraire, puisque chaque écran a la capacité de réfléchir, d'absorber et d'évacuer la chaleur. L'attribution d'un écran à un groupe ou à un autre est déterminée par laquelle de ses capacités est la plus prononcée.

Les écrans réfléchissant la chaleur ont un faible degré d'émissivité superficielle, de sorte qu'ils réfléchissent une partie importante de l'énergie radiante qui les frappe dans la direction opposée. L'alfol, la tôle d'aluminium et l'acier galvanisé sont utilisés comme matériaux réfléchissant la chaleur.

Les écrans absorbant la chaleur sont appelés écrans constitués de matériaux à haute résistance thermique (faible conductivité thermique). Des briques ignifuges et calorifuges, de l'amiante et de la laine de laitier sont utilisés comme matériaux absorbant la chaleur.

Les écrans d'évacuation de la chaleur les plus utilisés sont les rideaux d'eau, tombant librement sous la forme d'un film, soit irriguant une autre surface de protection (par exemple en métal), soit enfermés dans un boîtier spécial en verre ou en métal.

E = (q - q3) / q (3)

E = (t - t3) / t (4)

q3 — Densité de flux de rayonnement IR utilisant la protection, W/m2 ;

t est la température du rayonnement IR sans protection, °C ;

t3 est la température du rayonnement IR utilisant la protection, °C.

Le flux d'air dirigé directement vers le travailleur permet d'augmenter l'évacuation de la chaleur de son corps en environnement. Le choix de la vitesse du flux d'air dépend de la gravité du travail effectué et de l'intensité du rayonnement infrarouge, mais elle ne doit pas dépasser 5 m/s, car dans ce cas le travailleur éprouve des sensations désagréables (par exemple des acouphènes). L'efficacité des douches à air augmente lorsque le flux d'air est refroidi. lieu de travail l'air ou en y mélangeant de l'eau finement pulvérisée (douche eau-air).

Comme équipement de protection individuelle, des vêtements spéciaux en tissus de coton et de laine et en tissus métallisés (réfléchissant jusqu'à 90 % des rayonnements IR) sont utilisés. Pour protéger les yeux, des lunettes et des écrans avec des lunettes spéciales sont utilisés - des filtres lumineux de couleur jaune-vert ou bleu.

Les mesures thérapeutiques et préventives comprennent l'organisation d'un régime rationnel de travail et de repos. La durée des interruptions de travail et leur fréquence sont déterminées par l'intensité du rayonnement IR et la sévérité du travail. Parallèlement aux contrôles périodiques, des examens médicaux sont effectués pour prévenir les maladies professionnelles.

III. Instruments utilisés.

Pour mesurer la densité des flux thermiques traversant les enveloppes des bâtiments et vérifier les propriétés des écrans de protection thermique, nos spécialistes ont développé des appareils en série.

Champ d'application:

Appareils de la série IPP-2 trouvés large application en construction, organisations scientifiques, dans diverses installations énergétiques et dans de nombreuses autres industries.

La mesure de la densité du flux thermique, en tant qu'indicateur des propriétés d'isolation thermique de divers matériaux, avec des appareils de la série IPP-2, est effectuée à :

Test des structures enveloppantes ;

Détermination des déperditions thermiques dans les réseaux de chauffage d'eau ;

Réalisation de travaux de laboratoire dans les universités (départements « Sécurité des personnes », « Écologie industrielle », etc.).

La figure montre un prototype du stand « Détermination des paramètres de l'air dans la zone de travail et protection contre les influences thermiques » BZZ 3 (fabriqué par Intos+ LLC).

Le stand contient une source de rayonnement thermique sous la forme d'un réflecteur domestique, devant lequel est installé un écran de protection thermique composé de divers matériaux (tissu, tôle, un jeu de chaînes, etc.). Derrière l'écran, à différentes distances de celui-ci, à l'intérieur du modèle de pièce, est placé un appareil IPP-2 qui mesure la densité du flux thermique. Une hotte aspirante avec ventilateur est placée au-dessus du modèle de pièce. Appareil de mesure IPP-2 dispose d'un capteur supplémentaire qui vous permet de mesurer la température de l'air intérieur. Ainsi, le stand BZhZ 3 permet d'évaluer quantitativement l'efficacité de différents types de systèmes de protection thermique et de ventilation locale.

Le support permet de mesurer l'intensité du rayonnement thermique en fonction de la distance à la source, et de déterminer l'efficacité des propriétés protectrices des écrans constitués de divers matériaux.

IV. Principe de fonctionnement et conception de l'appareil IPP-2.

Structurellement, l'unité de mesure de l'appareil est réalisée dans un boîtier en plastique.

Le principe de fonctionnement de l'appareil repose sur la mesure de la différence de température sur la « paroi auxiliaire ». L'ampleur de la différence de température est proportionnelle à la densité du flux thermique. La différence de température est mesurée à l'aide d'un thermocouple à bande situé à l'intérieur de la plaque de sonde, qui fait office de « paroi auxiliaire ».

En mode de fonctionnement, l'appareil effectue des mesures cycliques du paramètre sélectionné. Il existe une transition entre les modes de mesure de la densité du flux thermique et de la température, ainsi que l'indication de la charge de la batterie en pourcentages de 0 %... 100 %. Lors du basculement entre les modes, l'indicateur affiche l'inscription correspondante du mode sélectionné. L'appareil peut également enregistrer périodiquement et automatiquement les valeurs mesurées dans une mémoire non volatile avec une référence temporelle. L'activation/désactivation de l'enregistrement des statistiques, le réglage des paramètres d'enregistrement et la lecture des données accumulées sont effectués à l'aide d'un logiciel fourni sur demande.

Particularités :

• Possibilité de paramétrer des seuils d’alarme sonore et lumineuse. Les seuils sont les limites supérieures ou inférieures de la modification autorisée de la valeur correspondante. Si la valeur seuil supérieure ou inférieure est dépassée, l'appareil détecte cet événement et la LED de l'indicateur s'allume. Lorsque l'appareil est correctement configuré, le dépassement des seuils s'accompagne d'un signal sonore.

· Transfert des valeurs mesurées vers un ordinateur via l'interface RS 232.

L'avantage de l'appareil est la possibilité de connecter alternativement jusqu'à 8 sondes de flux thermique différentes à l'appareil. Chaque sonde (capteur) possède son propre coefficient d'étalonnage individuel (facteur de conversion Kq), qui indique dans quelle mesure la tension du capteur change par rapport au flux de chaleur. Ce coefficient est utilisé par l'appareil pour construire la caractéristique d'étalonnage de la sonde, qui est utilisée pour déterminer la valeur actuellement mesurée du flux thermique.

Modifications des sondes pour mesurer la densité du flux thermique :

Les sondes de flux thermique sont conçues pour mesurer la densité du flux thermique de surface conformément à GOST 25380-92.

Aspect des sondes de flux thermique

1. La sonde de flux thermique à pression avec ressort PTP-ХХХП est disponible dans les modifications suivantes (en fonction de la plage de mesure de la densité du flux thermique) :

— PTP-2.0P : de 10 à 2000 W/m2 ;

— PTP-9.9P : de 10 à 9999 W/m2.

2. Sonde de flux thermique en forme de « pièce de monnaie » sur un câble flexible PTP-2.0.

Plage de mesure de la densité du flux thermique : de 10 à 2000 W/m2.

Modifications des sondes de température :

Apparition des sondes de température

1. Les convertisseurs thermiques submersibles TPP-A-D-L basés sur la thermistance Pt1000 (convertisseurs thermiques à résistance) et les convertisseurs thermiques TXA-A-D-L basés sur le thermocouple XA (convertisseurs thermiques électriques) sont conçus pour mesurer la température de divers milieux liquides et gazeux, ainsi que matériaux en vrac.

Plage de mesure de la température :

— pour TPP-A-D-L : de -50 à +150 °C ;

— pour TXA-A-D-L: de -40 à +450 °C.

Dimensions:

— D (diamètre) : 4, 6 ou 8 mm ;

— L (longueur) : de 200 à 1000 mm.

2. Le transducteur thermique TXA-A-D1/D2-LP basé sur le thermocouple XA (transducteur thermique électrique) est conçu pour mesurer la température d'une surface plane.

Dimensions:

— D1 (diamètre de la « broche métallique ») : 3 mm ;

— D2 (diamètre de la base - « patch ») : 8 mm ;

— L (longueur de la « goupille métallique ») : 150 mm.

3. Le transducteur thermique TXA-A-D-LC basé sur le thermocouple XA (transducteur thermique électrique) est conçu pour mesurer la température des surfaces cylindriques.

Plage de mesure de température : de -40 à +450 °C.

Dimensions:

— D (diamètre) - 4 mm ;

— L (longueur de la « goupille métallique ») : 180 mm ;

— largeur du ruban - 6 mm.

Le kit de livraison de l'appareil de mesure de la densité de la charge thermique du fluide comprend :

2. Sonde pour mesurer la densité du flux thermique.*

3. Sonde de mesure de température.*

4. Logiciel**

5. Câble de connexion à un ordinateur personnel. **

6. Certificat d'étalonnage.

7. Manuel d'utilisation et passeport de l'appareil IPP-2.

8. Certificat pour convertisseurs thermoélectriques (sondes de température).

9. Certificat pour la sonde de densité de flux thermique.

10. Adaptateur réseau.

* - Les plages de mesure et la conception de la sonde sont déterminées au moment de la commande

** - Les articles sont disponibles sur commande spéciale.

V. Préparation de l'appareil au fonctionnement et réalisation des mesures.

Préparation de l'appareil au fonctionnement.

Retirez l'appareil de son emballage. Si l'appareil est amené dans une pièce chaude après une pièce froide, il est nécessaire de laisser l'appareil se réchauffer à température ambiante dans les 2 heures. Chargez complètement la batterie dans les quatre heures. Placez la sonde à l'endroit où les mesures seront effectuées. Connectez la sonde à l'appareil. Si l'appareil est destiné à fonctionner avec un ordinateur personnel, il est nécessaire de connecter l'appareil à un port COM libre de l'ordinateur à l'aide d'un câble de connexion. Connectez l'adaptateur réseau à l'appareil et installez logiciel conforme au descriptif. Allumez l'appareil en appuyant brièvement sur le bouton. Si nécessaire, configurez l'appareil conformément au paragraphe 2.4.6. Manuels d'utilisation. Lorsque vous travaillez avec un ordinateur personnel, configurez l'adresse réseau et le débit en bauds de l'appareil conformément au paragraphe 2.4.8. Manuels d'utilisation. Commencez à mesurer.

Vous trouverez ci-dessous un schéma de commutation en mode « Fonctionnement ».

Préparation et réalisation de mesures lors des essais thermiques des structures d'enceinte.

1. La mesure de la densité du flux thermique est effectuée, en règle générale, depuis l'intérieur des structures enveloppantes des bâtiments et des structures.

Il est permis de mesurer la densité des flux thermiques depuis l'extérieur des structures enveloppantes s'il est impossible de les réaliser depuis l'intérieur (environnement agressif, fluctuations des paramètres de l'air), à condition de maintenir une température stable en surface. Les conditions de transfert de chaleur sont surveillées à l'aide d'une sonde de température et de moyens de mesure de la densité du flux thermique : lorsqu'elle est mesurée pendant 10 minutes. leurs lectures doivent se situer dans l’erreur de mesure des instruments.

2. Les surfaces sélectionnées sont spécifiques ou caractéristiques de l'ensemble de la structure enveloppante testée, en fonction de la nécessité de mesurer la densité de flux thermique locale ou moyenne.

Les zones sélectionnées pour les mesures sur la structure enveloppante doivent avoir une couche superficielle du même matériau, le même traitement et le même état de surface, avoir les mêmes conditions de transfert de chaleur radiante et ne doivent pas être à proximité immédiate d'éléments susceptibles de changer la direction et la valeur. des flux de chaleur.

3. Les zones de la surface des structures enveloppantes sur lesquelles le convertisseur de flux thermique est installé sont nettoyées jusqu'à ce que la rugosité visible et tactile soit éliminée.

4. Le transducteur est fermement pressé sur toute sa surface contre la structure enveloppante et fixé dans cette position, assurant un contact constant du transducteur de flux thermique avec la surface des zones étudiées lors de toutes les mesures ultérieures.

Lors de la fixation du convertisseur entre celui-ci et la structure enveloppante, la formation d'entrefers n'est pas autorisée. Pour les éliminer, une fine couche de vaseline technique est appliquée sur la surface des sites de mesure, couvrant les irrégularités de la surface.

Le transducteur peut être fixé le long de sa surface latérale à l'aide d'une solution de plâtre de construction, de vaseline technique, de pâte à modeler, d'une tige avec un ressort et d'autres moyens empêchant la distorsion du flux de chaleur dans la zone de mesure.

5. Pour les mesures opérationnelles de la densité du flux thermique, la surface meuble du transducteur est collée avec une couche de matériau ou recouverte d'une peinture avec un degré de noirceur identique ou similaire avec une différence de 0,1 par rapport au matériau de la couche de surface. de la structure enveloppante.

6. L'appareil de lecture est situé à une distance de 5 à 8 m du site de mesure ou dans une pièce adjacente pour éliminer l'influence de l'observateur sur la valeur du flux thermique.

7. Lors de l'utilisation d'appareils de mesure des champs électromagnétiques qui ont des restrictions sur la température ambiante, ils sont placés dans une pièce avec une température de l'air acceptable pour le fonctionnement de ces appareils et le convertisseur de flux de chaleur y est connecté à l'aide de rallonges.

8. L'équipement selon la revendication 7 est préparé pour fonctionner conformément au mode d'emploi de l'appareil correspondant, notamment en tenant compte du temps de maintien requis de l'appareil pour y établir un nouveau régime de température.

Préparation et réalisation des mesures

(lors de la réalisation de travaux de laboratoire en utilisant l'exemple de travaux de laboratoire « Recherche de moyens de protection contre le rayonnement infrarouge »).

Connectez la source de rayonnement IR à une prise de courant. Allumez la source de rayonnement IR (partie supérieure) et le densimètre de flux thermique IPP-2.

Placez la tête du densimètre de flux thermique à une distance de 100 mm de la source de rayonnement IR et déterminez la densité de flux thermique (la valeur moyenne de trois à quatre mesures).

Déplacez manuellement le trépied le long de la règle, en installant la tête de mesure aux distances de la source de rayonnement indiquées sous la forme du tableau 1, et répétez les mesures. Entrez les données de mesure dans le formulaire Tableau 1.

Construisez un graphique de la dépendance de la densité de flux de rayonnement IR à la distance.

Répétez les mesures selon les paragraphes. 1 - 3 avec différents Saisissez les données de mesure sous la forme du tableau 1. Construisez des graphiques de la dépendance de la densité de flux de rayonnement IR sur la distance pour chaque écran.

Formulaire de tableau 1

Évaluer l'efficacité de l'action protectrice des écrans à l'aide de la formule (3).

Installez un écran de protection (selon les directives de l'enseignant), placez-y une brosse large de l'aspirateur. Allumez l'aspirateur en mode extraction d'air, en simulant un dispositif de ventilation par aspiration, et après 2-3 minutes (après avoir établi le mode thermique de l'écran), déterminez l'intensité du rayonnement thermique aux mêmes distances qu'à l'étape 3. Évaluez le efficacité de la protection thermique combinée utilisant la formule (3).

Tracer la dépendance de l'intensité du rayonnement thermique sur la distance pour un écran donné en mode ventilation aspirante sur un graphique général (voir paragraphe 5).

Déterminez l'efficacité de la protection en mesurant la température d'un écran donné avec et sans ventilation aspirante à l'aide de la formule (4).

Construire des graphiques de l'efficacité de la protection par ventilation aspirante et sans elle.

Réglez l'aspirateur en mode souffleur et allumez-le. En dirigeant le flux d'air vers la surface de l'écran de protection spécifié (mode douche), répétez les mesures conformément aux paragraphes. 7 - 10. Comparez les résultats de mesure pp. 7-10.

Fixez le tuyau de l'aspirateur à l'un des supports et allumez l'aspirateur en mode « souffleur », en dirigeant le flux d'air presque perpendiculairement au flux de chaleur (légèrement vers) - imitation d'un rideau d'air. À l'aide du compteur IPP-2, mesurez la température du rayonnement IR sans « souffleur » et avec celui-ci.

Construire des graphiques de l'efficacité de protection du « souffleur » à l'aide de la formule (4).

VI. Résultats de mesure et leur interprétation

(en utilisant l'exemple de travaux de laboratoire sur le thème « Recherche de moyens de protection contre le rayonnement infrarouge » dans l'une des universités techniques de Moscou).

Tableau. Foyer électrique EXP-1.0/220. Support pour placer des écrans remplaçables. Support pour le montage de la tête de mesure. Densimètre de flux thermique IPP-2M. Règle. Aspirateur Typhoon-1200.

L'intensité (densité de flux) du rayonnement IR q est déterminée par la formule :

q = 0,78 x S x (T4 x 10-8 - 110) / r2 [W/m2]

où S est l'aire de la surface rayonnante, m2 ;

T est la température de la surface rayonnante, K ;

r - distance de la source de rayonnement, m.

L'un des types de protection les plus courants contre les rayonnements infrarouges est le blindage des surfaces émettrices.

Il existe trois types d'écrans :

· opaques;

· transparent;

· translucide.

Selon leur principe de fonctionnement, les écrans sont répartis en :

· réfléchissant la chaleur ;

· absorbant la chaleur ;

· dissipation de la chaleur.

Tableau 1

L'efficacité de la protection contre le rayonnement thermique à l'aide des écrans E est déterminée par les formules :

E = (q - q3) / q

où q est la densité de flux du rayonnement IR sans protection, W/m2 ;

q3 — Densité de flux de rayonnement IR utilisant la protection, W/m2.

Types d'écrans de protection (opaques) :

1. Écran mixte - cotte de mailles.

Cotte de mailles E = (1550 - 560) / 1550 = 0,63

2. Écran métallique avec surface noircie.

E al+revêtement = (1550 - 210) / 1550 = 0,86

3. Écran en aluminium réfléchissant la chaleur.

Eal = (1550 - 10) / 1550 = 0,99

Traçons la dépendance de la densité de flux de rayonnement IR sur la distance pour chaque écran.

Pas de protection

Comme on peut le constater, l’efficacité de l’action protectrice des écrans varie :

1. L'effet protecteur minimum d'un écran mixte - cotte de mailles - 0,63 ;

2. Écran en aluminium avec surface noircie - 0,86 ;

3. L'écran en aluminium réfléchissant la chaleur a le plus grand effet protecteur - 0,99.

Lors de l'évaluation des qualités techniques thermiques des enveloppes et des structures des bâtiments et de l'établissement de la consommation réelle de chaleur au travers des enveloppes extérieures du bâtiment, les principaux documents réglementaires suivants sont utilisés :

· GOST 25380-82. Méthode de mesure de la densité des flux thermiques traversant les enveloppes des bâtiments.

Lors de l'évaluation des propriétés thermiques des différents moyens de protection contre le rayonnement infrarouge, les principaux documents réglementaires suivants sont utilisés :

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Air de la zone de travail. Exigences générales sanitaires et hygiéniques.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Moyens de protection contre le rayonnement infrarouge. Classification. Exigences techniques générales.

· GOST 12.4.123-83 « Système de normes de sécurité au travail. Moyens de protection collective contre le rayonnement infrarouge. Exigences techniques générales".

La quantité de chaleur traversant une surface donnée par unité de temps est appelée flux thermique Q, Mar.

La quantité de chaleur traversant une unité de surface par unité de temps est appelée densité de flux thermique ou flux de chaleur spécifique et caractérise l'intensité du transfert de chaleur.

Densité du flux thermique q, est dirigé normalement à la surface isotherme dans la direction opposée au gradient de température, c'est-à-dire dans la direction d'une température décroissante.

Si la distribution est connue qà la surface F, alors la quantité totale de chaleur Qτ a traversé cette surface dans le temps τ , trouvé par l'équation :

et flux de chaleur :

Si la valeur q est constante sur la surface considérée, alors :

loi de Fourier

Cette loi définit la quantité de flux de chaleur lorsque la chaleur est transférée par conduction. Le scientifique français J.B. Fourier en 1807, il établit que la densité du flux thermique à travers une surface isotherme est proportionnelle au gradient de température :

Le signe moins (9.6) indique que le flux de chaleur est dirigé dans la direction opposée au gradient de température (voir Fig. 9.1.).

Densité du flux thermique dans toutes les directions je représente la projection sur cette direction du flux thermique dans la direction normale :

Coefficient de conductivité thermique

Coefficient λ , W/(m·K), dans l'équation de la loi de Fourier, est numériquement égal à la densité du flux thermique lorsque la température chute d'un Kelvin (degré) par unité de longueur. Le coefficient de conductivité thermique de diverses substances dépend de leur propriétés physiques. Pour un corps donné, la valeur du coefficient de conductivité thermique dépend de la structure du corps, de son poids volumétrique, de son humidité, composition chimique, pression, température. Dans les calculs techniques, la valeur λ tirées des tableaux de référence, et il faut s'assurer que les conditions pour lesquelles la valeur du coefficient de conductivité thermique est donnée dans le tableau correspondent aux conditions du problème calculé.

Le coefficient de conductivité thermique dépend particulièrement fortement de la température. Pour la plupart des matériaux, comme le montre l'expérience, cette dépendance peut être exprimée par une formule linéaire :

Où λ o - coefficient de conductivité thermique à 0 °C ;

β - coéfficent de température.

Coefficient de conductivité thermique des gaz, et en particulier la vapeur, dépend fortement de la pression. Valeur numérique Le coefficient de conductivité thermique de diverses substances varie dans une très large plage - de 425 W/(m K) pour l'argent à des valeurs de l'ordre de 0,01 W/(m K) pour les gaz. Ceci s'explique par le fait que le mécanisme de transfert de chaleur par conductivité thermique dans divers environnements physiques différent.

Les métaux ont valeur la plus élevée coefficient de conductivité thermique. La conductivité thermique des métaux diminue avec l'augmentation de la température et diminue fortement en présence d'impuretés et d'éléments d'alliage. Ainsi, la conductivité thermique du cuivre pur est de 390 W/(m K), et celle du cuivre contenant des traces d'arsenic est de 140 W/(m K). La conductivité thermique du fer pur est de 70 W/(m K), celle de l'acier à 0,5 % de carbone est de 50 W/(m K), celle de l'acier allié avec 18 % de chrome et 9 % de nickel n'est que de 16 W/(m K).

La dépendance de la conductivité thermique de certains métaux en fonction de la température est illustrée sur la figure. 9.2.

Les gaz ont une faible conductivité thermique (environ 0,01...1 W/(m·K)), qui augmente considérablement avec l'augmentation de la température.

La conductivité thermique des liquides se détériore avec l'augmentation de la température. L'exception est l'eau et glycérol. En général, le coefficient de conductivité thermique des gouttelettes de liquides (eau, huile, glycérine) est supérieur à celui des gaz, mais inférieur à celui des solides et se situe dans la plage de 0,1 à 0,7 W/(m K).

Riz. 9.2. L'influence de la température sur la conductivité thermique des métaux