УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель относится к области испытательной техники, а именно, к устройствам для определения характеристик теплоизоляционных материалов, и может быть использована для оперативного контроля характеристик теплоизоляционных материалов различной природы как в динамических условиях при конвекции охлаждающего воздуха, так и в стационарных условиях нагрева.
Известны установки ИТЭМ-1 и ИТЭМ-1 м предназначенные для экспресс-измерений теплопроводности (см. Коротких А.Г. Теплопроводность материалов, учеб. пособ., Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2011. - 97 с).
Для проведения измерений на известных установках необходимо из исследуемых материалов, а именно, металлов, сплавов, полупроводников и теплоизоляторов предварительно изготавливать образцы правильной геометрической формы.
Диапазон измерений теплопроводности 0,2 до 80 Вт/(м·К).
Известные установки ИТЭМ-1 и ИТЭМ-1 м не позволяют определить коэффициент теплопроводности ниже 0,2 Вт/(м·К) для материалов различной природы, например, минеральной вате, что не позволяет провести сравнение их эффективности, особенно в элементе защищаемой конструкции, например, жилых и производственных помещений, трубопроводах и т.д.
Известны приборы для определения теплопроводности серии ИТП-МГ4, предназначенные для определения теплопроводности теплоизоляционных строительных материалов и материалов, предназначенных для тепловой изоляции промышленного оборудования и трубопроводов (см. Госреестр РФ №30484-11). Рабочий диапазон температур прибора составляет от минус 10°C до плюс 42,5°C. Диапазон измерения теплопроводности 0,02-1,5 Вт/(м·К).
Недостатком известного прибора является узкий диапазон рабочих температур, что не позволяет производить измерения теплоизоляционных характеристик материалов при высоких температурах, соответствующих трубопроводам с горячим теплоносителем.
Известна установка для определения теплопроводности огнеупоров с теплопроводностью то 0,3 до 15 Вт/(м·К) в стационарном одномерном температурном поле на плоском образце (см. ГОСТ 12170 Огнеупоры. Стационарные методы измерения теплопроводности).
Известная установка позволяет оценить эффективность определяемого материала при высоких температурах на горячей стороне образца от 400 до 1350°C
Недостатком известной установки является невозможность определения характеристик теплоизоляционных материалов с теплопроводностью менее 0,1 Вт/(м·К). Кроме того, использование указанной установки не позволяет провести сравнительную оценку эффективности теплоизоляционного материала используемого в составе конструкций жилых и производственных помещениях, трубопроводах и т.д.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является установка для исследования теплопроводности теплоизоляционных материалов, содержащая источник тепла, средства для замера температуры на горячей и холодной стороне исследуемого материала и устройство для регистрации, (см. описание к патенту РФ №2289126, МПК G01N 25/32, опубл. 10.12.2006).
Теплопроводность определяют на образцах цилиндрической формы, изготовленных из исследуемого материала, с отношением длины к внешнему диаметру не менее 6:1 с осевым каналом, при этом источник тепла размещен внутри осевого канала образца, а на торцах образца установлены шайбы из теплоизоляционного материала с термическим сопротивлением не ниже термического сопротивления свода исследуемого цилиндрического образца.
Недостатком известной установки является невозможность определения теплопроводности материалов при температуре ниже 400°C. Использование цилиндрического образца не позволяет проведение испытаний, используемых в составе макетов конструкций жилых и производственных помещений. К тому же данная установка работает в стационарном режиме, что не дает возможность определять значения теплопроводности в динамическом режиме при постоянном подводе холодного теплоносителя к холодной стороне образца исследуемого материала в ходе испытаний.
Технической задачей предлагаемой установки является обеспечение возможности определения характеристик теплоизоляционных материалов различной природы с теплопроводностью от 0,01 Вт/(м·К) в интервале температур от 25 до 600°C, как в динамических условиях при конвекции охлаждающего воздуха, так стационарных условиях нагрева.
Техническая задача решается тем, что устройство для определения характеристик теплоизоляционных материалов содержит помещенное внутрь корпуса с источником тепла приспособление для закрепления исследуемого теплоизоляционного материала, снабженное патрубками для создания конвекции воздуха внутри приспособления, датчики для замера температуры на холодной и горячей стороне исследуемого материала, расположенные в средней части приспособления и внутри корпуса соответственно и соединенное с датчиками устройство для регистрации температуры.
Приспособление для закрепления исследуемого теплоизоляционного материала выполнено в виде полого металлического куба. Корпус с источником тепла выполнен в виде термошкафа или печи.
Предлагаемое устройство позволяет проводить исследование и сравнение эффективности материалов путем определения перепада температур внутри приспособления 2 с закрепленным на нем теплоизоляционным материалом (холодная сторона) и снаружи приспособления 2 в термошкафе или печи (горячая сторона).
Предлагаемое устройство позволяет проводить исследование и сравнение эффективности материалов как в динамических условиях при принудительной конвекции воздуха внутри приспособления 2 за счет внешнего источника, например, компрессора так и при стационарном теплообмене при отсутствии конвекции воздуха внутри приспособления 2.
Предлагаемое устройство позволяет проводить испытания на любом теплоизоляционном материале, например, минеральной вате, пенопласте, базальтовых плитах.
На фиг. 1 представлено схематичное изображение общего вида устройства для определения характеристик теплоизоляционных материалов с конвекцией воздуха.
Устройство для определения теплоизоляционных характеристик материалов состоит из корпуса 1 с источником тепла, внутри которого помещено приспособление 2 для закрепления исследуемого материала, датчик 3 температуры, установленный в средней части приспособления 2 и датчик 4, установленный в корпусе 1 снаружи от приспособления 2, и регистрирующие устройство 5 (источник тепла на чертеже условно не показан).
Приспособление 2 выполнено из стали в виде полого куба, для имитации закрытого теплоизолированного элемента зданий и сооружений. Выполнение приспособления 2 в виде куба обеспечивает равноудаленность стенок от его центра и обеспечивает точность измерений. Приспособление 2 выполнено из стали так как сталь является основным материалом, используемым для изготовления баков хранения, трубопроводов, емкостей-накопителей и т.д.
В качестве теплоизоляционных материалов используют минеральную вату, пенопласт, базальтовые плиты.
Корпус 1 с источником тепла выполнен, например, в виде термошкафа или печи.
Датчик 3 температуры расположен в средней части куба на одинаковом расстоянии от его граней для замера температуры на холодной стороне приспособления 2, а датчик 4 температуры расположен снаружи между гранью приспособления 2 и стенкой корпуса 1 для замера температуры на горячей стороне.
Принудительную конвекцию воздуха внутри приспособления 2 создают за счет внешнего источника, например, компрессора, имитирующего потоки воздуха в зданиях и сооружениях за счет входного и выходного патрубков 6 (компрессор на чертеже условно не показан). Перекрывая патрубки 6 обеспечивают замер температуры без конвекции воздуха.
Устройство для определения теплоизоляционных характеристик материалов работает следующим образом.
На все грани приспособления 2 крепят исследуемый теплоизоляционный материал заданной толщины. Толщина материала выбирается в зависимости от его природы. Внутри приспособления 2 по центру располагают датчик 3 температуры для регистрации температуры внутри приспособления 2. Затем приспособление 2 с исследуемым материалом устанавливают на подставки 7 внутри корпуса 1, датчик 4 располагают между приспособлением 2 и стенкой корпуса 1 и включают источник тепла, подвергая наружному нагреву исследуемый материал до заданной (выбранной) температуры.
Теплоизоляционные характеристики (эффективность) материалов определяют по разности температур внутри приспособления 2 и снаружи по датчикам 3 и 4. Время достижения равенства температуры внутри приспособления 2 и внутри корпуса 1 (термошкафа или печи) считается временем окончания испытаний. Точность определения температуры составляет 0,1 град. Время достижения равенства температур внутри и снаружи приспособления 2, на поверхности которого закреплены теплоизоляционные материалы различного типа, считается характеристикой эффективности теплоизоляционных материалов.
Предлагаемая установка обеспечивает возможность определения теплоизоляционных характеристик материалов с теплопроводностью от 0,01 Вт/(м·К) в интервале температур от 25 до 600°C.