Mesure de la densité de flux thermique. Flux de chaleur. Densité de flux de chaleur. Loi de Fourier Instrumentation utilisée

GOST 25380-82

Groupe G19

NORME D'ÉTAT DE L'UNION DE LA SSR

BÂTIMENTS ET CONSTRUCTIONS

Méthode de mesure de la densité des flux de chaleur,

traversant l'enveloppe du bâtiment

Bâtiments et structures.

Méthode de mesure de la densité des flux de chaleur

traversant des structures d'enceinte

Date d'introduction 1983 - 01-01

APPROUVÉ ET INTRODUIT PAR la résolution n° 182 du Comité d'État de l'URSS pour les affaires de construction en date du 14 juillet 1982

RÉPUBLICATION. juin 1987

Cette norme établit une méthode unifiée pour déterminer la densité des flux de chaleur traversant les enveloppes monocouches et multicouches des bâtiments et des structures résidentielles, publiques, industrielles et agricoles lors d'une étude expérimentale et dans leurs conditions d'exploitation.

Les mesures de densité de flux de chaleur sont effectuées à une température ambiante 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 la densité des flux de chaleur permettent de quantifier les performances thermiques des structures enveloppantes des bâtiments et ouvrages et d'établir la consommation thermique réelle au travers des structures enveloppantes extérieures.

La norme ne s'applique pas aux structures de fermeture translucides.

1. Dispositions générales

1.1. La méthode de mesure de la densité de flux thermique est basée sur la mesure de la différence de température sur le "mur auxiliaire" (plaque) installé sur l'enveloppe du bâtiment. Cette différence de température, qui est proportionnelle à sa densité dans le sens du flux de chaleur, est convertie en une fem. des batteries de thermocouples situées dans la "paroi auxiliaire" parallèlement au flux de chaleur et connectées en série en fonction du signal généré. La "paroi auxiliaire" et l'empilement de thermocouples forment un convertisseur de flux de chaleur

1.2. La densité de 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 emf. sur des transducteurs de flux de chaleur pré-calibrés.

Le schéma de mesure de la densité de flux thermique est illustré sur le dessin.

Schéma de mesure de la densité de flux thermique

1 - structure enveloppante ; 2 - convertisseur de flux thermique ; 3 - compteur emf;

Température de l'air intérieur et extérieur ; , , - température extérieure,

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

Résistance thermique de l'enveloppe du bâtiment et convertisseur de flux thermique ;

Densité de flux thermique avant et après fixation du transducteur.

2. Matériel

2.1. Pour mesurer la densité des flux de chaleur, l'appareil ITP-11 est utilisé (il est permis d'utiliser le modèle précédent de l'appareil ITP-7) conformément aux spécifications.

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

2.2. Lors des essais 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 et calibrés séparément avec une résistance thermique jusqu'à 0,025-0,06 (m²) / W et des dispositifs qui mesurent la force électromotrice générée par les convertisseurs .

Il est permis d'utiliser le 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 satisfaire aux exigences de base suivantes :

les matériaux de la « paroi auxiliaire » (plaque) doivent conserver leurs propriétés physiques et mécaniques à une température ambiante de 243 à 323 K (de moins 30 à plus 50°C) ;

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

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

les convertisseurs doivent avoir une zone de garde située autour de la batterie du thermocouple, 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 étalonné dans des organisations qui, de la manière prescrite, ont reçu le droit de produire ces convertisseurs ;

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

2.4. L'étalonnage des transducteurs conformément à 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 de flux thermique est calculée à partir des résultats de la mesure de la différence de température sur des échantillons de référence de matériaux certifiés conformément à GOST 8.140-82 et installé à la place des échantillons testés. La méthode d'étalonnage du convertisseur de flux thermique est donnée dans l'annexe 2 recommandée.

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

2.6. Pour mesurer la fem. convertisseur de flux thermique, il est permis d'utiliser un potentiomètre portable PP-63 selon GOST 9245-79, des voltamètres numériques V7-21, F30 ou d'autres compteurs emf, dans lesquels l'erreur calculée dans la région de la fem mesurée. du convertisseur de flux thermique ne dépasse pas 1 % et la résistance d'entrée est au moins 10 fois supérieure à la résistance interne du convertisseur.

Lors d'essais thermiques d'enveloppes de bâtiments à l'aide de transducteurs séparés, il est préférable d'utiliser des systèmes et des dispositifs d'enregistrement automatiques.

3.Préparation pour la mesure

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

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

3.2. Les surfaces sont choisies spécifiques ou caractéristiques pour l'ensemble de l'enveloppe du bâtiment testé, en fonction de la nécessité de mesurer la densité de flux de chaleur locale ou moyenne.

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

3.3. Les surfaces des structures d'enceinte, sur lesquelles le convertisseur de flux thermique est installé, sont nettoyées jusqu'à ce que les rugosités visibles et tangibles soient éliminées.

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

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

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

3.5. Lors des mesures opérationnelles de la densité de flux thermique, la surface lâche du transducteur est collée avec une couche de matériau ou recouverte d'une peinture avec un degré d'émissivité identique ou proche avec une différence de 0,1 par rapport au matériau de la couche superficielle de la structure enveloppante.

3.6. L'appareil de lecture est placé à une distance de 5-8 m du lieu de mesure ou dans une pièce adjacente pour éliminer l'influence de l'observateur sur la valeur du flux de chaleur.

3.7. Lors de l'utilisation d'appareils de mesure de la force électromotrice, 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 thermique leur est connecté à l'aide de rallonges.

Lors de la mesure 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, y compris en tenant compte du temps d'exposition nécessaire de l'appareil pour y établir un nouveau régime de température.

4. Prendre des mesures

4.1. La mesure de la densité de flux thermique est effectuée :

lors de l'utilisation de l'appareil ITP-11 - après avoir restauré les conditions de transfert de chaleur dans la pièce à proximité des sections de contrôle des structures enveloppantes, déformées lors des opérations préparatoires, et après avoir restauré le régime de transfert de chaleur précédent directement sur le site d'essai, qui a été perturbé lorsque le le convertisseur était attaché ;

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

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

L'indicateur de l'achèvement du mode de transfert de chaleur transitoire et la possibilité de mesurer la densité de flux thermique peuvent être considérés comme la répétabilité des résultats de la mesure de la densité de flux thermique dans l'erreur de mesure établie.

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

5. Traitement des résultats

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

5.2. Lors de l'utilisation de transducteurs et de millivoltmètres séparés pour mesurer la force électromotrice. la densité du flux de chaleur traversant le convertisseur, , W/sq.m, est calculée par la formule

(1)

5.3. La détermination du coefficient d'étalonnage du transducteur, compte tenu de la température d'essai, est effectuée conformément à l'annexe 2 recommandée.

5.4. La valeur de la densité de flux thermique, W / m², lorsqu'elle est mesurée conformément à la clause 4.3 est calculée par la formule

(2)

où -

et -

température de l'air extérieur devant le convertisseur, K (°С);

température de surface dans la zone de mesure près du transducteur et sous le transducteur, respectivement, K (°С).

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

5.6. Le résultat de la détermination de la densité de flux thermique est pris comme la moyenne arithmétique des résultats de cinq mesures à une position du transducteur sur l'enveloppe du bâtiment.

Annexe 1

Référence

Caractéristiques techniques de l'appareil ITP-11

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

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

2. Division des prix de l'échelle de l'instrument : 1 ; 5 W/m²

3. L'erreur principale de l'appareil 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 % par 10 K (°C) de changement de température dans la plage de 273 à 243 K (de 0 à moins 30 °C).

5. Résistance thermique du convertisseur de flux thermique - pas plus de 3·10 (kv/m·K)/W.

6. Le temps d'établissement des indications ne dépasse pas 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 - 7 m.

11. Poids de l'appareil sans étui - pas plus de 2,5 kg.

12. Alimentation - 3 éléments "316".

Annexe 2

Méthode d'étalonnage du convertisseur de flux thermique

Le convertisseur de flux de chaleur fabriqué est soumis à un étalonnage sur l'installation pour déterminer la conductivité thermique des matériaux de construction selon GOST 7076-78, dans lequel un convertisseur calibré et un échantillon de matériau de référence selon GOST 8.140-82 sont installés à la place de l'échantillon d'essai .

Lors de l'étalonnage, l'espace entre la plaque de contrôle de température 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 traversant dans la section de travail de l'installation. Mesure E.M.F. sur le convertisseur et l'échantillon de référence est effectuée par l'un des dispositifs énumérés à l'article 2.6 de la présente norme.

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

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


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

Il est recommandé de choisir la température moyenne dans les expériences lors de l'étalonnage du transducteur 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 transducteur est pris comme la moyenne arithmétique des valeurs calculées à partir des résultats des mesures d'au moins 10 expériences. Le nombre de chiffres significatifs dans la valeur du facteur d'étalonnage du transducteur est pris en fonction de l'erreur de mesure.

Le coefficient de température du transducteur, K (), est trouvé à partir des résultats des mesures de la fem. dans des expériences d'étalonnage à différentes températures moyennes de transducteur selon le rapport


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

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

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

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

où

(La valeur du coefficient d'étalonnage du transducteur à la température d'essai

W/(m² mV)

Type et nombre d'appareils de mesure


Type de clôture		Lecture de l'instrument, mV		La valeur de la densité de flux de chaleur
soupe aux choux const-	Numéro de lot	Numéro de mesure	Moyenne du site	escaladé	valide
ructions

Signature de l'opérateur ___________________

Date des mesures ___________

Le texte du document est vérifié par :

publication officielle

Gosstroy de l'URSS -

M. : Maison d'édition de normes, 1988

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

champ de température– un ensemble de valeurs de température en tous points de l'espace étudié pour chaque instant de 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 de chaleur: .

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

2. Équation de la conduction thermique, conditions d'unicité.

L'équation différentielle de la conduction 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 ;

Les sources internes de chaleur dans le corps, qui cas général peut être donné comme , sont uniformément répartis.

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

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

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

et , où est l'opérateur de Laplace dans le système de coordonnées cartésiennes.

Puis .

Les conditions d'unicité ou les conditions aux limites comprennent :

termes géométriques,

3. Conductivité thermique dans la paroi (conditions aux limites de 1ère espèce).

Conductivité thermique d'un mur monocouche.

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

En mode stationnaire, de plus, la température ne change que dans la direction perpendiculaire au plan de la pile (axe 0x) : ..gif" largeur="129" hauteur="47">

Déterminons la densité de flux de chaleur à travers une paroi plane. Conformément à la loi de Fourier, compte tenu de l'égalité (*), on peut écrire : .

Par conséquent (**).

La différence de température dans l'équation (**) est appelée différence de température. On peut voir à partir de cette équation que la densité de flux de chaleur 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 s'appelle la conductivité thermique du mur et son 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 de la paroi.

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 de conduction thermique d'une paroi plane multicouche avec les propriétés de matériaux homogènes, le concept est introduit conductivité thermique équivalente. C'est la conductivité thermique d'une paroi monocouche dont l'épaisseur est égale à l'épaisseur de la paroi multicouche considérée, soit.gif" width="331" height="52">

Nous avons donc :

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 toute forme les séparant est appelé transfert de chaleur. Les caractéristiques du processus aux limites de la paroi lors du transfert de chaleur sont caractérisées par des conditions aux limites du troisième type, qui sont définies par les valeurs de la température du liquide d'un côté et de l'autre de la paroi, ainsi que par la valeurs correspondantes des coefficients de transfert de chaleur.

Considérons un processus stationnaire de transfert de chaleur à travers une paroi plane homogène infinie d'épaisseur d. La conductivité thermique de la paroi l, les températures ambiantes tl1 et tl2, les coefficients de transfert de chaleur a1 et a2 sont donnés. Il est nécessaire de trouver le flux de chaleur du liquide chaud vers le liquide froid et les températures sur les surfaces des parois tc1 et tc2. La densité de flux de chaleur du milieu chaud au 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_ADBLOCK119">

Alors 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 l'unité de la surface du mur par unité de temps pr la différence de température entre le milieu chaud et froid est de 1K et a la même unité de mesure que le coefficient de transfert de chaleur, J / (s * m2K) ou W / (m2K).

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

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

Pour mur sandwich .

Densité de flux thermique à travers une paroi multicouche : .

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

La température à la frontière 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 de 1ère espèce).

Considérons un processus stationnaire de conduction thermique à travers une paroi cylindrique homogène (tuyau) de longueur l avec un rayon intérieur r1 et un rayon extérieur r2. La conductivité thermique du matériau de paroi l est une valeur constante. Les 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 nous 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 la loi logarithmique.

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

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

Si vous vous référez au flux de chaleur par unité de longueur de la paroi cylindrique, l'équation (*) peut être écrite comme https://pandia.ru/text/78/654/images/image056.gif" width="67" height ="52 src="> est la résistance thermique de la conductivité thermique de la paroi cylindrique.

Pour une paroi 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 de 3ème espèce).

Considérons une paroi cylindrique uniforme de grande longueur avec un diamètre intérieur d1, un diamètre extérieur d2 et une conductivité thermique constante. Les valeurs de température du milieu chaud tl1 et froid tl2 et les coefficients de transfert de chaleur 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 qui les sépare ; 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 une paroi multicouche, la résistance thermique linéaire au transfert de chaleur est la somme des résistances thermiques linéaires au transfert de chaleur et la somme des résistances thermiques linéaires 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 la paroi sphérique.

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

Conditions frontalièresje suis gentil.

Soit une boule avec des rayons de surface interne et externe r1 et r2, une conductivité thermique constante et des températures de surface uniformément réparties tc1 et tc2.

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

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

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

Par conséquent , d - épaisseur de paroi.

Répartition de la température : ® à conductivité thermique constante, la température dans la paroi sphérique évolue selon la loi hyperbolique.

8. Résistance thermique.

Mur plat monocouche :

Conditions aux limites de 1ère espèce

Le rapport s'appelle la conductivité thermique du mur et son inverse est https://pandia.ru/text/78/654/images/image036_0.gif" width="349" height="55">.

Paroi cylindrique monocouche :

Conditions aux limites de 1ère espèce

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

Conditions aux limites de 3ème espèce

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

9. Diamètre d'isolation critique.

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

Selon 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="> augmentera et le terme diminuera. En d'autres termes, une augmentation du diamètre extérieur de l'isolant entraîne une augmentation de la résistance thermique à la conductivité thermique de l'isolant et une diminution de la résistance thermique au transfert de chaleur sur sa surface externe.Ce dernier est dû à une augmentation de la surface de la surface externe.

Fonction extrême Rl – – diamètre critique noté dcr. Sert d'indicateur de l'aptitude du 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. Choix de l'isolation thermique en fonction du diamètre critique.

Voir question 9. Le diamètre de l'isolant doit dépasser le diamètre critique de l'isolant.

11. Transfert de chaleur à travers une paroi nervurée. Facteur finning.

Considérons une paroi nervurée 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 fixés.

Notons la température d'une surface lisse tc1. Supposons que les températures des surfaces des ailettes et de la paroi elle-même soient identiques et égales à tc2. Une telle hypothèse, en général, ne correspond pas à la réalité, mais elle simplifie les calculs et est souvent utilisée.

Lorsque tl1 > tl2, les expressions suivantes peuvent être écrites pour le flux de chaleur Q :

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

où – coefficient de transfert de chaleur pour paroi nervurée.

Lors du calcul de la densité de flux de chaleur par unité de surface de paroi non nervurée, nous obtenons : . k1 est le coefficient de transfert thermique lié à la surface de paroi non ailette.

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

12. Conductivité thermique non stationnaire. Point guide. signification physique Bi, Fo.

La conductivité thermique non stationnaire est un processus dans lequel la température dans point donné d'un corps solide, l'ensemble des températures indiquées change avec le temps et forme un champ de température non stationnaire, dont la découverte est la tâche principale de la conduction thermique non stationnaire. Les processus de conduction thermique instable ont grande importance pour les installations de chauffage, de ventilation, de climatisation, de distribution de chaleur et de production de chaleur. Les clôtures de bâtiment subissent des effets thermiques variant dans le temps à la fois de l'air extérieur et du côté de la pièce ; ainsi, le processus de conduction thermique non stationnaire est effectué dans le réseau de l'enveloppe du bâtiment. 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 inclut l'équation de conduction thermique : , où est la diffusivité thermique m2/s, ainsi que les conditions d'unicité qui permettent de distinguer une seule solution de l'ensemble des solutions de l'équation qui diffèrent par la valeur des constantes d'intégration.

Les conditions d'unicité incluent les conditions initiales et aux limites. Les conditions initiales fixent les valeurs de la fonction souhaitée t à l'instant initial sur toute la région D. Comme région D dans laquelle il faut trouver le champ de température, nous considérerons un parallélépipède rectangle de dimensions 2d, 2ly, 2lz, par exemple, un élément d'une structure de bâtiment. Alors les conditions initiales peuvent s'écrire : pour t =0 et - d£x£d ; - ly£y£ly ; -lz£z£lz on a t = t(x, y, z, 0) = t0(x, y, z). On peut voir à partir de cette entrée que l'origine du système de coordonnées cartésiennes est située au centre de symétrie du parallélépipède.

Nous formulons les conditions aux limites sous la forme de conditions aux limites de troisième espèce, que l'on rencontre souvent en pratique. Les conditions aux limites de type III fixent pour tout instant aux limites de la région D le coefficient de transfert de chaleur et la température ambiante. En général, sur différentes régions la surface S de la région D, ces grandeurs peuvent être différentes. Pour le cas d'un même coefficient de transfert de chaleur a sur toute la surface S et partout d'une même température ambiante tzh, les conditions aux limites de troisième espèce à t > 0 s'écrivent : ; ;

où . S est la surface délimitant l'aire 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 la version unidimensionnelle, c'est-à-dire sous la condition ly, lz »d. Dans ce cas, il est nécessaire de trouver le 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 : pour x = ±d, t > 0 nous avons https://pandia.ru/text/78/654/images/image095.gif" width="141" height="27">. Le problème est dans afin d'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 , la coordonnée sans dimension est X = x/d..gif" width="149" height="27 src=">.gif" width="120" height="25">, où – numéro de biote.

La formulation du problème sous une forme sans dimension contient un seul paramètre - le nombre de Biot, qui dans ce cas est un critère, puisqu'il est composé uniquement des 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 est un critère.

Si l'on considère 2 processus de conduction thermique non stationnaire avec les mêmes nombres de Biot, alors, selon le troisième théorème de similarité, ces processus sont similaires. Cela signifie qu'en des points similaires (c'est-à-dire en X1=X2 ; Fo1=Fo2) les températures sans dimension seront numériquement égales : Q1=Q2. par conséquent, après avoir effectué un calcul sous une forme sans dimension, 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 non stationnaire pour un mur plat illimité.

Voir question 12.

17. Équation de l'énergie. conditions de non-ambiguïté.

L'équation énergétique décrit le processus de transfert de chaleur dans environnement matériel. Dans le même temps, sa distribution est associée à la transformation en d'autres formes d'énergie. La loi de conservation de l'énergie en relation avec les processus de sa transformation est formulée sous la forme de la première loi de la thermodynamique, qui est à la base de la dérivation de l'équation de l'énergie. Le milieu dans lequel la chaleur se propage est supposé continu ; il peut être fixe ou mobile. Le cas d'un milieu en mouvement étant plus général, on utilise pour l'écoulement l'expression de la première loi de la thermodynamique : (17.1) , où q est la chaleur d'entrée, J/kg ; h est l'enthalpie, J/kg ; w est la vitesse du milieu au point considéré, m/s ; g - accélération chute libre; z est la hauteur à laquelle se trouve l'élément considéré du milieu, m; ltr est le travail contre les forces de frottement internes, J/kg.

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

T. à. (17.3) .

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

En effectuant une opération similaire pour les axes 0y et 0z, nous obtenons respectivement les différences : différence, nous obtenons la quantité de chaleur résultante fournie (ou retirée) à l'élément par unité de temps.

On se limite au cas d'un écoulement à vitesse modérée, alors la quantité de chaleur apportée est égale à la variation d'enthalpie. Si l'on suppose que le parallélépipède élémentaire est fixe dans l'espace et que ses faces sont perméables au flux, alors ce rapport peut être représenté comme suit : https://pandia.ru/text/78/654/images/image114.gif" width= "18" height="31"> - le taux de changement d'enthalpie en un point fixe de l'espace délimité par un parallélépipède élémentaire ; le signe moins est introduit pour correspondre au transfert de chaleur et au changement d'enthalpie : l'afflux de chaleur qui en résulte<0 должен вызывать увеличение энтальпии.

(17.10) .

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

A paramètres physiques du milieu constants, on obtient l'expression suivante pour la dérivée : (17.12) . Ayant reçu des expressions similaires pour les projections sur d'autres axes, nous en ferons la somme entre parenthèses à droite de l'équation (17.4). Et après quelques transformations on obtient équation énergétique pour un milieu incompressible à débits modérés :

(17.13) .

Le côté gauche de l'équation caractérise le taux de changement de température d'une particule de fluide en mouvement. Le côté droit de l'équation est la somme des dérivées de la forme et, par conséquent, détermine l'apport (ou l'élimination) de chaleur résultant de la conduction thermique.

Ainsi, l'équation de l'énergie a une signification physique claire : le changement de température d'une particule fluide individuelle en mouvement (côté gauche) est déterminé par l'afflux de chaleur dans cette particule à partir du fluide qui l'entoure en raison de la conduction thermique (côté droit).

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

conditions de non-ambiguïté.

Les équations différentielles ont ensemble infini solutions, ce fait se traduit formellement par la présence de constantes arbitraires d'intégration. Pour résoudre un problème d'ingénierie spécifique, certaines équations doivent être ajoutées aux équations. termes supplémentaires liés à l'essence et aux caractéristiques distinctives de cette tâche.

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

I. Mesure de la densité des flux thermiques traversant l'enveloppe du bâtiment. GOST 25380-82.

Flux de chaleur - la quantité de chaleur transférée à travers une surface isotherme par unité de temps. Le flux de chaleur est mesuré en watts ou kcal / h (1 W \u003d 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 de 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 l'enveloppe du bâtiment sont effectuées conformément à GOST 25380-82 "Bâtiments et structures. Méthode de mesure de la densité des flux de chaleur traversant l'enveloppe du bâtiment".

Cette norme établit une méthode unifiée pour déterminer la densité des flux de chaleur traversant les enveloppes de bâtiments monocouches et multicouches des bâtiments et structures résidentiels, publics, industriels et agricoles pendant étude pilote et dans leurs conditions de fonctionnement.

La densité de 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 emf. sur des transducteurs de flux de chaleur pré-calibrés.

Le schéma de mesure de la densité de flux thermique est illustré sur le dessin.

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

tv, tn - température de l'air intérieur et extérieur;

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

R1, R2 - résistance thermique de l'enveloppe du bâtiment et du convertisseur de flux thermique ;

q1, q2 sont la densité de flux de chaleur avant et après la fixation du transducteur

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. Longueur d'onde avec une énergie maximale Radiation thermique est déterminé 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 domaines :

ondes courtes (X = 0,7 - 1,4 microns) ;

onde moyenne (k \u003d 1,4 - 3,0 microns):

grande longueur d'onde (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

Les ondes électriques de la gamme infrarouge ont principalement un effet thermique sur le corps humain. Dans ce cas, il faut tenir compte : de l'intensité et de la longueur d'onde avec le maximum d'énergie ; 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 combinaisons ; caractéristiques individuelles travail.

Les rayons de la gamme des ondes courtes avec une longueur d'onde de λ ≤ 1,4 μm ont la capacité de pénétrer dans les tissus du corps humain de plusieurs centimètres. Un tel rayonnement infrarouge pénètre facilement à travers la peau et le crâne dans le tissu cérébral et peut affecter les cellules cérébrales, provoquant de graves lésions cérébrales, dont les symptômes sont des vomissements, des étourdissements, une dilatation des vaisseaux sanguins de la peau, une chute de la pression artérielle et une circulation sanguine altérée. .et respiration, convulsions, parfois perte de conscience. Lorsqu'il est irradié avec des rayons infrarouges à ondes courtes, une augmentation de la température des poumons, des reins, des muscles et d'autres organes est également observée. Dans le sang, la lymphe, le liquide céphalo-rachidien, des organismes biologiques spécifiques substances actives, il y a une violation des processus métaboliques, l'état fonctionnel du système nerveux central change.

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

L'échauffement le plus intense de la surface de la peau humaine se produit avec le 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 d'irradiation humaine. Selon GOST 12.1.005-88, l'intensité de l'exposition thermique des travailleurs provenant des surfaces chauffées des équipements de traitement et des luminaires ne doit pas dépasser : 35 W/m2 avec une exposition à plus de 50 % de la surface corporelle ; 70 W/m2 lorsqu'il est exposé à 25 à 50 % de la surface corporelle ; 100 W/m2 lorsqu'ils n'irradient pas plus de 25 % de la surface corporelle. À partir de sources ouvertes (métal et verre chauffés, flamme nue), l'intensité de l'exposition thermique ne doit pas dépasser 140 W / m2 avec une exposition ne dépassant pas 25% de la surface corporelle et l'utilisation obligatoire d'équipements de protection individuelle, y compris une protection faciale et œil.

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

La température de surface de l'équipement, à l'intérieur de laquelle la température 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. élimination de la source de chaleur.

La protection temporelle permet de limiter le temps passé par le rayonnement opérant dans la zone de rayonnement. Le temps de séjour sûr d'une personne dans la zone d'action du rayonnement IR dépend de son intensité (densité de flux) et est déterminé selon le tableau 1.

Tableau 1

Temps de 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 de séjour dans la zone de travail et de la densité de rayonnement IR admissible.

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 revêtant les surfaces chauffantes de matériaux calorifuges.

Il existe trois types d'écrans :

opaque;

· transparent;

translucide.

Dans les écrans opaques, l'énergie oscillations électromagnétiques, interagissant avec la substance de l'écran, se transforme en thermique. Dans ce cas, l'écran s'échauffe et, comme tout corps chauffé, devient une source de rayonnement thermique. Le rayonnement de la surface de l'écran opposée à la source est conditionnellement considéré comme le rayonnement transmis de la source. Les écrans opaques incluent : métal, alpha (de 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 optique géométrique, qui offre une visibilité à travers l'écran. Ces écrans sont constitués de différents types de verre, des rideaux d'eau en film (libre et coulant sur le verre) sont également utilisés.

Les écrans translucides combinent les propriétés des écrans transparents et non transparents. Il s'agit notamment des treillis métalliques, des rideaux de chaîne, des écrans de verre renforcés de treillis métallique.

· réfléchissant la chaleur;

· absorbant la chaleur;

dissipateur de chaleur.

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

Les écrans réfléchissant la chaleur ont un faible degré de noirceur de surface, de sorte qu'ils réfléchissent une partie importante de l'énergie rayonnante incidente sur eux dans la direction opposée. Alfol, tôle d'aluminium, 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). Les briques réfractaires et calorifuges, l'amiante et la laine de laitier sont utilisés comme matériaux absorbant la chaleur.

En tant qu'écrans anti-chaleur, les rideaux d'eau sont les plus largement utilisés, tombant librement sous la forme d'un film, ou irriguant une autre surface de criblage (par exemple, en métal), ou enfermés dans un boîtier spécial en verre ou en métal.

E \u003d (q - q3) / q (3)

E \u003d (t - t3) / t (4)

q3 est la densité de flux du rayonnement IR avec l'utilisation de la protection, W/m2 ;

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

t3 est la température du rayonnement IR avec l'utilisation de la protection, °С.

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

En tant qu'équipement de protection individuelle, des combinaisons en coton et en laine, des tissus avec un revêtement métallique (réfléchissant jusqu'à 90% du rayonnement infrarouge) sont utilisées. Des lunettes, des boucliers avec des lunettes spéciales sont conçues pour protéger les yeux - des filtres légers de couleur jaune-vert ou bleu.

Les mesures thérapeutiques et préventives prévoient 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 infrarouge et la sévérité du travail. Parallèlement aux inspections périodiques, des examens médicaux sont effectués pour prévenir les maladies professionnelles.

III. Instruments utilisés.

Pour mesurer la densité des flux thermiques traversant l'enveloppe du bâtiment et vérifier les propriétés des écrans thermiques, nos spécialistes ont développé des appareils de la série.

Champ d'application:

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

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

Essais des structures enveloppantes ;

Détermination des pertes de chaleur dans les réseaux de chauffage de l'eau ;

Réalisation de travaux de laboratoire dans les universités (départements « Life Safety », « Industrial Ecology », etc.).

La figure montre un prototype de support "Détermination des paramètres de l'air dans la zone de travail et protection contre les effets thermiques" BZhZ 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 thermique composé de divers matériaux (tissu, tôle, jeu de chaînes, etc.). Derrière l'écran à différentes distances de celui-ci à l'intérieur du modèle de pièce, le dispositif IPP-2 est placé, qui mesure la densité de flux thermique. Une hotte aspirante avec ventilateur est placée au-dessus du modèle de pièce. L'appareil de mesure IPP-2 dispose d'un capteur supplémentaire qui vous permet de mesurer la température de l'air à l'intérieur de la pièce. Ainsi, le stand BZhZ 3 permet de quantifier l'efficacité de différents types de protection thermique et d'un système de ventilation locale.

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

IV. Principe de fonctionnement et conception du dispositif 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'amplitude de la différence de température est proportionnelle à la densité de flux de chaleur. La différence de température est mesurée à l'aide d'un thermocouple à ruban situé à l'intérieur de la plaque de sonde, qui agit comme une "paroi auxiliaire".

En mode de fonctionnement, l'appareil effectue une mesure cyclique du paramètre sélectionné. Une transition est effectuée entre les modes de mesure de la densité de flux thermique et de la température, ainsi que l'indication de la charge de la batterie en pourcentages de 0% ... 100%. Lors de la commutation entre les modes, l'inscription correspondante du mode sélectionné s'affiche sur l'indicateur. L'appareil peut également effectuer un enregistrement automatique périodique des valeurs mesurées dans une mémoire non volatile avec référence au temps. L'activation/désactivation de l'enregistrement des statistiques, le réglage des paramètres d'enregistrement, la lecture des données accumulées s'effectuent à l'aide du logiciel fourni à la commande.

Particularités :

Possibilité de définir des seuils pour les alarmes sonores et lumineuses. Les seuils sont les limites supérieures ou inférieures du changement autorisé de la valeur correspondante. Si la valeur de seuil supérieure ou inférieure est dépassée, l'appareil détecte cet événement et la LED s'allume sur l'indicateur. Si l'appareil est correctement configuré, le dépassement des seuils s'accompagne d'un signal sonore.

· Transfert des valeurs mesurées à l'ordinateur sur l'interface RS 232.

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

Modifications des sondes pour mesurer la densité de flux thermique :

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

Apparition des sondes de flux de chaleur

1. La sonde de flux thermique à presse PTP-ХХХП avec ressort est disponible dans les modifications suivantes (selon la plage de mesure de la densité de 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 sous la forme d'une "pièce" sur un câble flexible PTP-2.0.

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

Modifications des sondes de température :

Apparition des sondes de température

1. Les thermocouples à immersion TPP-A-D-L basés sur la thermistance Pt1000 (thermocouples à résistance) et les thermocouples ТХА-А-D-L basés sur les thermocouples XА (thermocouples électriques) sont conçus pour mesurer la température de divers fluides liquides et gazeux, ainsi que des matériaux en vrac.

Plage de mesure de température :

- pour la Chambre de Commerce et d'Industrie-A-D-L : de -50 à +150 °С ;

- pour ТХА-А-D-L : de -40 à +450 °С.

Dimensions:

- D (diamètre) : 4, 6 ou 8 mm ;

- L (longueur) : de 200 à 1000 mm.

2. Le thermocouple ТХА-А-D1/D2-LП basé sur le thermocouple XА (thermocouple électrique) est conçu pour mesurer la température d'une surface plane.

Dimensions:

- D1 (diamètre de la "goupille métallique") : 3 mm ;

- D2 (diamètre de base - "patch") : 8 mm ;

- L (longueur de la "goupille métallique") : 150 mm.

3. Le thermocouple ТХА-А-D-LC basé sur le thermocouple ХА (thermocouple électrique) est conçu pour mesurer la température des surfaces cylindriques.

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

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 de flux de chaleur.*

3. Sonde de température.*

4. Logiciel.**

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

6. Certificat d'étalonnage.

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

8. Passeport pour les convertisseurs thermoélectriques (sondes de température).

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

10. Adaptateur réseau.

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

** - Les postes sont livrés sur commande spéciale.

V. Préparation de l'appareil pour le fonctionnement et prise de mesures.

Préparation de l'appareil pour le travail.

Retirez l'appareil de l'emballage. Si l'appareil est amené dans une pièce chaude à partir d'une pièce froide, il est nécessaire de laisser l'appareil se réchauffer à température ambiante pendant 2 heures. Chargez complètement la batterie en quatre heures. Placez la sonde à l'endroit où les mesures seront prises. Connectez la sonde à l'instrument. Si l'appareil doit être utilisé en combinaison 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 le logiciel conformément à la description. Allumez l'appareil en appuyant brièvement sur le bouton. Si nécessaire, régler l'appareil conformément au paragraphe 2.4.6. Manuels d'utilisation. Lorsque vous travaillez avec un ordinateur personnel, définissez l'adresse réseau et le taux de change 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 "Travail".

Préparation et réalisation de mesures lors d'essais thermiques d'enveloppes de bâtiments.

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

Il est permis de mesurer la densité des flux de chaleur provenant de l'extérieur des structures enveloppantes s'il est impossible de les mesurer de l'intérieur (environnement agressif, fluctuations des paramètres de l'air), à condition de maintenir une température stable en surface. Le contrôle des conditions de transfert de chaleur est effectué à l'aide d'une sonde de température et de moyens de mesure de la densité de flux thermique : lors de la mesure pendant 10 minutes. leurs lectures doivent être comprises dans l'erreur de mesure des instruments.

2. Les surfaces sont choisies spécifiques ou caractéristiques pour l'ensemble de l'enveloppe du bâtiment testé, en fonction de la nécessité de mesurer la densité de flux de chaleur locale ou moyenne.

3. Les surfaces des structures d'enceinte, sur lesquelles le convertisseur de flux thermique est installé, sont nettoyées jusqu'à ce que la rugosité visible et tangible au toucher soit éliminée.

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

5. Lors des mesures opérationnelles de la densité de flux thermique, la surface lâche du transducteur est collée avec une couche de matériau ou recouverte de peinture avec un degré d'émissivité identique ou similaire avec une différence de 0,1 en tant que 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 lieu de mesure ou dans une pièce adjacente pour exclure l'influence de l'observateur sur la valeur du flux de chaleur.

7. Lors de l'utilisation d'appareils de mesure de la force électromotrice, 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 thermique leur 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 d'exposition nécessaire de l'appareil pour y établir un nouveau régime de température.

Préparation et prise de mesures

(lors du travail en laboratoire sur l'exemple travail de laboratoire"Recherche de moyens de protection contre le rayonnement infrarouge").

Connectez la source IR à la prise. Allumez la source IR ( partie supérieure) et un densimètre IPP-2.

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

Déplacez manuellement le trépied le long de la règle, en réglant 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 sous la forme du tableau 1.

Construire un graphique de la dépendance de la densité de flux IR sur la distance.

Répétez les mesures selon les paragraphes. 1 — 3 avec différentes Données de mesures à saisir sous forme de tableau 1. Construire des graphiques de la dépendance de la densité de flux du rayonnement IR sur la distance pour chaque écran.

Tableau formulaire 1

Evaluer l'efficacité de l'action protectrice des écrans selon la formule (3).

Installez un écran de protection (comme indiqué par l'enseignant), placez une brosse large de l'aspirateur dessus. Allumez l'aspirateur en mode d'admission d'air, simulant un dispositif de ventilation d'échappement, 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).

La dépendance de l'intensité du rayonnement thermique à la distance pour un écran donné en mode de ventilation par aspiration doit être tracée sur le graphique général (voir point 5).

Déterminer l'efficacité de la protection en mesurant la température pour un écran donné avec et sans ventilation par aspiration à l'aide de la formule (4).

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

Mettez l'aspirateur en mode soufflerie et allumez-le. En dirigeant le flux d'air vers la surface d'un écran de protection donné (mode douche), répéter les mesures conformément aux paragraphes. 7 - 10. Comparez les résultats de mesure des paragraphes. 7-10.

Fixez le tuyau de l'aspirateur sur l'une des grilles et allumez l'aspirateur en mode "souffleur", en dirigeant le flux d'air presque perpendiculairement au flux de chaleur (légèrement vers) - une imitation d'un rideau d'air. À l'aide du compteur IPP-2, mesurez la température du rayonnement infrarouge sans et avec le "ventilateur".

Construire des graphiques de l'efficacité de la protection "blower" selon la formule (4).

VI. Les résultats de mesure et leur interprétation

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

Tableau. Cheminée électrique EXP-1,0/220. Rack pour placer des écrans interchangeables. Rack pour l'installation d'une 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 est la distance de la source de rayonnement, m.

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

Il existe trois types d'écrans :

opaque;

· transparent;

translucide.

Selon le principe de fonctionnement, les écrans sont divisés en:

· réfléchissant la chaleur;

· absorbant la chaleur;

dissipateur de chaleur.

Tableau 1

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

E \u003d (q - q3) / q

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

q3 est la densité du flux de rayonnement IR avec l'utilisation de la protection, W/m2.

Types d'écrans de protection (opaques) :

1. Écran mixte - cotte de mailles.

E-mail = (1550 - 560) / 1550 = 0,63

2. Écran métallique avec une surface noircie.

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

3. Écran en aluminium réfléchissant la chaleur.

E al \u003d (1550 - 10) / 1550 \u003d 0,99

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

Pas de protection

Comme on peut le voir, 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 une 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 propriétés thermiques des enveloppes et des structures du bâtiment et de l'établissement de la consommation de chaleur réelle à travers les enveloppes extérieures du bâtiment, les principaux éléments suivants règlements:

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

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

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

·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 du travail. Moyens de protection collective contre le rayonnement infrarouge. Exigences techniques générales".

20.03.2014

Mesure de la densité des flux thermiques traversant l'enveloppe du bâtiment. GOST 25380-82

Flux de chaleur - la quantité de chaleur transférée à travers une surface isotherme par unité de temps. Le flux de chaleur est mesuré en watts ou kcal / h (1 W \u003d 0,86 kcal / h). Le flux thermique par unité de surface isotherme est appelé densité de flux thermique ou charge thermique ; généralement désigné par q, mesuré en W / m 2 ou kcal / (m 2 × h). La densité de 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 l'enveloppe du bâtiment sont effectuées conformément à GOST 25380-82 «Bâtiments et structures. Méthode de mesure de la densité des flux thermiques traversant l'enveloppe du bâtiment ».

Ce GOST établit une méthode de mesure de la densité du flux de chaleur traversant les structures d'enceinte monocouche et multicouche des bâtiments et des structures - publiques, résidentielles, agricoles et industrielles.

Actuellement, dans la construction, la réception et l'exploitation de bâtiments, ainsi que dans le secteur de l'habitation et des collectivités une grande attention faites attention à la qualité de la construction achevée et de la décoration intérieure, à l'isolation thermique des bâtiments résidentiels, ainsi qu'aux économies d'énergie.

Un paramètre d'évaluation important dans ce cas est la consommation de chaleur des structures isolantes. Des tests de la qualité de la protection thermique des enveloppes des bâtiments peuvent être réalisés à différentes étapes : lors de la mise en service des bâtiments, sur les chantiers achevés, lors de la construction, lors de la révision des ouvrages, et lors de l'exploitation des bâtiments pour établir des passeports énergétiques de bâtiments et sur les plaintes.

Les mesures de la densité de flux de chaleur doivent être effectuées à une température ambiante de -30 à +50°C et une humidité relative ne dépassant pas 85 %.

La mesure de la densité de flux de chaleur permet d'estimer le flux de chaleur à travers l'enveloppe du bâtiment et, ainsi, de déterminer les performances thermiques des enveloppes du bâtiment et de la construction.

Cette norme n'est pas applicable pour évaluer les performances thermiques des structures d'enveloppe qui transmettent la lumière (verre, plastique, etc.).

Considérons sur quoi repose la méthode de mesure de la densité de flux thermique. Une plaque (appelée "mur auxiliaire") est installée sur la structure d'enceinte du bâtiment (structure). La différence de température formée sur cette « paroi auxiliaire » est proportionnelle à sa densité dans le sens du flux de chaleur. La différence de température est convertie en force électromotrice des batteries de thermocouples, qui sont situées sur la "paroi auxiliaire" et sont orientées parallèlement au flux de chaleur, et sont connectées en série en fonction du signal généré. Ensemble, la "paroi auxiliaire" et l'empilement de thermocouples constituent un transducteur de mesure pour mesurer la densité de flux thermique.

Sur la base des résultats de la mesure de la force électromotrice des batteries de thermocouples, la densité de flux thermique sur des transducteurs pré-étalonnés est calculée.

Le schéma de mesure de la densité de flux thermique est illustré sur le dessin.

1 - structure enveloppante ; 2 - convertisseur de flux thermique ; 3 - compteur emf;

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

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

R1, R2- résistance thermique de l'enveloppe du bâtiment et 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

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 :

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 domaines :

ondes courtes (X \u003d 0,7 - 1,4 microns);
onde moyenne (k \u003d 1,4 - 3,0 microns):
grande longueur d'onde (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

Sur le corps humain, les ondes électriques dans la gamme IR ont principalement un effet thermique. Lors de l'évaluation de cet impact, les éléments suivants sont pris en compte :

longueur et intensité de l'onde avec une énergie maximale ;

l'aire de la surface émise;

durée d'exposition pendant la journée de travail;

durée d'exposition continue;

l'intensité du travail physique;

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

Le type de tissu à partir duquel la combinaison est fabriquée;

caractéristiques individuelles du corps.

Le domaine des ondes courtes comprend les rayons de 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. Cet impact cause de gros dégâts divers organes et des tissus humains avec des conséquences aggravantes. Il y a une augmentation de la température des muscles, des poumons et d'autres tissus. Des substances biologiquement actives spécifiques se forment dans les systèmes circulatoire et lymphatique. Le travail du système nerveux central est perturbé.

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

Gamme de grandes longueurs d'onde - rayons avec une longueur d'onde λ > 3 μm. Influençant le corps humain, ils provoquent la plus forte augmentation de la température des zones cutanées exposées, ce qui perturbe l'activité des systèmes respiratoire et cardiovasculaire et perturbe l'équilibre thermique de l'orgasme, entraînant un coup de chaleur.

Selon GOST 12.1.005-88, l'intensité de l'exposition thermique des travailleurs aux surfaces chauffées des équipements technologiques et des dispositifs d'éclairage ne doit pas dépasser: 35 W / m 2 lorsque plus de 50% de la surface corporelle est irradiée; 70 W/m 2 lorsqu'il est exposé à 25 à 50 % de la surface corporelle ; 100 W / m 2 avec une irradiation ne dépassant pas 25%> 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 / m 2 avec une exposition ne dépassant pas 25% de la surface corporelle et l'utilisation obligatoire d'équipements de protection individuelle, y compris le visage et protection des yeux.

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

La température de surface de l'équipement, à l'intérieur de laquelle la température 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. élimination de la source de chaleur.

Il existe trois types d'écrans :

opaque;

· transparent;

translucide.

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

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

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

· réfléchissant la chaleur;

· absorbant la chaleur;

dissipateur de chaleur.

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

Les écrans réfléchissant la chaleur se distinguent par un faible degré de noirceur de la surface. Par conséquent, ils réfléchissent la plupart des rayons qui tombent sur eux.

Les écrans absorbant la chaleur comprennent des écrans dans lesquels le matériau à partir duquel ils sont fabriqués a un faible coefficient de conductivité thermique (résistance thermique élevée).

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

E \u003d (q - q 3) / q (3)

E \u003d (t - t 3) / t (4)

q 3 - densité de flux du rayonnement IR avec l'utilisation d'une protection, W / m 2;

t est la température du rayonnement IR sans utilisation de protection, °С ;

t 3 - température du rayonnement IR avec utilisation de la protection, ° С.

Instruments utilisés

Pour mesurer la densité des flux thermiques traversant l'enveloppe du bâtiment et vérifier les propriétés des écrans thermiques, nos spécialistes ont développé des appareils de la série.

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

Champ d'application:

· imeuble;

objets d'énergie;

· Recherche scientifique et etc.

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

· essais thermotechniques des structures d'enceinte ;

détermination des pertes de chaleur dans les réseaux de chauffage de l'eau ;

mener des travaux de laboratoire dans les universités (départements « Life Safety », « Industrial Ecology », etc.).

La figure montre un prototype de support "Détermination des paramètres de l'air dans la zone de travail et protection contre les effets thermiques" BZhZ 3 (fabriqué par Intos + LLC).

Sur le support se trouve une source de rayonnement thermique (réflecteur domestique). Des écrans en 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 de la sonde de mesure de la densité de 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 d'un système de ventilation locale.

À l'aide du support, l'efficacité des propriétés protectrices des écrans est déterminée en fonction des matériaux à partir desquels ils sont fabriqués et de la distance entre l'écran et la source de rayonnement thermique.

Le principe de fonctionnement et la conception de l'appareil IPP-2

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

Apparence de l'appareil

1 - Voyant d'état de la batterie

2 - Indication par LED de dépassement de seuil

3 - Indicateur de valeur de mesure

4 - Connecteur pour sonde de mesure

5 , 6 - Boutons de contrôle

7 - Connecteur pour connexion à un ordinateur

8 - Connecteur pour 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'amplitude de la différence de température est proportionnelle à la densité de flux de chaleur. La mesure de la différence de température est effectuée à l'aide d'un thermocouple à ruban situé à l'intérieur de la plaque de la sonde, qui agit comme une "paroi auxiliaire".

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

L'appareil interroge la sonde de mesure, calcule la densité de 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 écrites 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 du logiciel.

Interface de Communication

À l'aide d'une interface numérique, les valeurs actuelles de mesure de la température, les données de mesure accumulées peuvent être lues à partir de l'appareil, 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 configurable par l'utilisateur dans la plage de 1200 à 9600 bps.

Caractéristiques de l'appareil :

la possibilité de définir des seuils pour les alarmes sonores et lumineuses ;
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 de chaleur différentes à l'appareil. Chaque sonde (capteur) a son propre facteur d'étalonnage individuel (facteur de conversion Kq), indiquant de combien la tension du capteur change par rapport au flux de chaleur. Ce coefficient est utilisé par l'instrument pour construire la caractéristique d'étalonnage de la sonde, qui détermine la valeur mesurée actuelle du flux de chaleur.

Modifications des sondes pour mesurer la densité de flux thermique :

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

Apparition des sondes de flux de chaleur

1. La sonde de flux thermique à presse PTP-ХХХП avec ressort est disponible dans les modifications suivantes (selon la plage de mesure de la densité de 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 sous la forme d'une "pièce" sur un câble flexible PTP-2.0.

Plage de mesure de la densité de flux thermique : de 10 à 2000 W/m 2 .

Modifications des sondes de température :

Apparition des sondes de température

Plage de mesure de température :

Pour CCI-A-D-L : de -50 à +150 °С ;

Pour THA-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 thermocouple ТХА-А-D1/D2-LП basé sur le thermocouple ХА (thermocouple électrique) est conçu pour mesurer la température d'une surface plane.

Dimensions:

D1 (diamètre de la "goupille métallique") : 3 mm ;

D2 (diamètre de base - "patch") : 8 mm ;

L (longueur de la "goupille métallique") : 150 mm.

3. Le thermocouple ТХА-А-D-LC basé sur le thermocouple ХА (thermocouple électrique) est conçu pour mesurer la température des surfaces cylindriques.

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

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 de flux de chaleur.*

3. Sonde 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. Passeport pour les convertisseurs thermoélectriques (sondes de température).

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

10. Adaptateur réseau.

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

** – Les articles sont fournis sur commande spéciale.

Préparation de l'instrument pour le fonctionnement et prise de mesures

1. Retirez l'appareil de l'emballage. Si l'appareil est amené dans une pièce chaude à partir d'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 d'une batterie entièrement déchargée est d'au moins 4 heures. Afin d'augmenter la durée de vie la 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 le câble de raccordement.

4. Lorsque vous complétez l'appareil avec un disque avec un logiciel, installez-le sur un ordinateur. Connectez l'appareil à un port COM libre de l'ordinateur avec les câbles de connexion appropriés.

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

6. Lorsque l'appareil est allumé, un auto-test de l'appareil est effectué pendant 5 secondes. En présence de dysfonctionnements internes, le dispositif sur l'indicateur signale le numéro du dysfonctionnement, accompagné d'un signal sonore. Après un test réussi et l'achèvement du téléchargement, l'indicateur affiche la valeur actuelle de la densité de flux thermique. L'explication des échecs de test et d'autres erreurs dans le fonctionnement de l'appareil est donnée dans la section 6 de ce mode d'emploi.

7. Après utilisation, éteignez l'appareil en appuyant brièvement sur le bouton "Select".

8. Si l'appareil doit être stocké pendant une longue période (plus de 3 mois), les piles doivent être retirées du compartiment à piles.

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

Préparation et réalisation de mesures lors d'essais thermiques d'enveloppes de bâtiments.

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

Il est permis de mesurer la densité des flux de chaleur provenant de l'extérieur des structures enveloppantes s'il est impossible de les mesurer de l'intérieur (environnement agressif, fluctuations des paramètres de l'air), à condition de maintenir une température stable en surface. Le contrôle des conditions de transfert de chaleur est effectué à l'aide d'une sonde de température et de moyens de mesure de la densité de flux thermique : lors de la mesure pendant 10 minutes. leurs lectures doivent être comprises dans l'erreur de mesure des instruments.

5. Pendant les mesures opérationnelles de la densité de flux thermique, la surface lâche du transducteur est collée avec une couche de matériau ou recouverte de peinture avec un degré d'émissivité identique ou similaire avec une différence Δε ≤ 0,1, en tant que matériau de la surface couche de la structure enveloppante.

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

Préparation et prise de mesures

(lors des travaux de laboratoire sur l'exemple du travail de laboratoire "Enquête sur les moyens de protection contre le rayonnement infrarouge")

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

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

Construire un graphique de la dépendance de la densité de flux IR sur la distance.

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

Tableau formulaire 1

Estimer l'efficacité de l'action protectrice des écrans selon la formule (3).

Installez un écran de protection (comme indiqué par l'enseignant), placez une brosse large de l'aspirateur dessus. Allumez l'aspirateur en mode d'admission d'air, en simulant un dispositif de ventilation par aspiration, et après 2-3 minutes (après l'établissement du régime thermique de l'écran), déterminez l'intensité du rayonnement thermique aux mêmes distances qu'au paragraphe 3. Évaluez le efficacité de la protection thermique combinée selon la formule (3).

La dépendance de l'intensité du rayonnement thermique à la distance pour un écran donné en mode de ventilation par aspiration doit être tracée sur le graphique général (voir point 5).

Déterminer l'efficacité de la protection en mesurant la température pour un écran donné avec et sans ventilation par aspiration à l'aide de la formule (4).

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

Fixez le tuyau de l'aspirateur sur l'une des grilles et allumez l'aspirateur en mode "souffleur", en dirigeant le flux d'air presque perpendiculairement au flux de chaleur (légèrement vers) - une imitation d'un rideau d'air. A l'aide d'un mètre, mesurer la température du rayonnement infrarouge sans et avec le "blower".

Construire des graphiques de l'efficacité de la protection "blower" selon la formule (4).

Les résultats de mesure et leur interprétation

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

Tableau.
Cheminée électrique EXP-1,0/220.
Rack pour placer des écrans interchangeables.
Rack pour l'installation d'une tête de mesure.
Densimètre de flux thermique.
Règle.
Aspirateur Typhoon-1200.

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

q \u003d 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, m 2 ;

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 le rayonnement infrarouge est le blindage des surfaces émettrices.

Il existe trois types d'écrans :

opaque;

transparent;

translucide.

Selon le principe de fonctionnement, les écrans sont divisés en:

réfléchissant la chaleur;

absorbant la chaleur;

évacuation de la chaleur.

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

E \u003d (q - q 3) / q

où q est la densité de flux du rayonnement IR sans utilisation de protection, W / m 2;

q3 - densité de flux du rayonnement IR avec l'utilisation d'une protection, W/m 2 .

Types d'écrans de protection (opaques) :

1. Écran mixte - cotte de mailles.

Chaîne de courrier électronique \u003d (1550 - 560) / 1550 \u003d 0,63

2. Écran métallique avec une surface noircie.

E al+couverture \u003d (1550 - 210) / 1550 \u003d 0,86

3. Écran en aluminium réfléchissant la chaleur.

E al \u003d (1550 - 10) / 1550 \u003d 0,99

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

Comme on peut le voir, 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 une 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 performances thermiques des enveloppes et des structures du bâtiment et de l'établissement de la consommation de chaleur réelle par les 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 performances thermiques de divers moyens de protection contre le rayonnement infrarouge, les principaux documents réglementaires suivants sont utilisés :

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

·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 du 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 de chaleur Q, W.

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

Densité de flux thermique q, est dirigé le long de la normale à la surface isotherme dans la direction opposée au gradient de température, c'est-à-dire dans le sens de la température décroissante.

Si la distribution est connue qà la surface F, alors la quantité totale de chaleur Qτ a traversé cette surface pendant le temps τ , peut être trouvée selon l'équation :

et le flux de chaleur :

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

Loi de Fourier

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

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

Densité de flux thermique dans une direction arbitraire je représente la projection sur cette direction du flux de chaleur dans la direction de la normale :

Coefficient de conductivité thermique

Coefficient λ , W/(m·K), dans l'équation de la loi de Fourier est numériquement égal à la densité de flux de chaleur lorsque la température baisse d'un Kelvin (degré) par unité de longueur. La conductivité thermique de diverses substances dépend de leur propriétés physiques. Pour un certain corps, la valeur du coefficient de conductivité thermique dépend de la structure du corps, de son poids volumétrique, de l'humidité, composition chimique, pression, température. Dans les calculs techniques, la valeur λ tirées de tables de référence, et il faut s'assurer que les conditions pour lesquelles la valeur du coefficient de conductivité thermique est donnée dans la table 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 les vapeurs dépendent fortement de la pression. Valeur numérique Le coefficient de conductivité thermique de diverses substances varie dans une très large gamme - de 425 W / (m K) pour l'argent à des valeurs de l'ordre de 0,01 W / (m K) pour les gaz. Cela s'explique par le fait que le mécanisme de transfert de chaleur par conduction thermique dans différents milieux physiques est 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), de l'acier à 0,5% de carbone - 50 W / (m K), de l'acier allié à 18% de chrome et 9% de nickel - seulement 16 W / (m K).

La dépendance de la conductivité thermique de certains métaux à la température est illustrée à la fig. 9.2.

Les gaz ont une faible conductivité thermique (de l'ordre de 0,01...1 W/(m K)), qui augmente fortement 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, la conductivité thermique des gouttes liquides (eau, huile, glycérine) est supérieure à celle des gaz, mais inférieure à celle des solides et se situe dans la plage de 0,1 à 0,7 W / (m K).

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

Mesure de la densité de flux thermique. Flux de chaleur. Densité de flux de chaleur. Loi de Fourier Instrumentation utilisée

Mesure de la densité des flux thermiques traversant l'enveloppe du bâtiment. GOST 25380-82

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

Instruments utilisés