Переносной автоматизированный комплекс для определения теплофизических свойств
PORTABLE AUTOMATED COMPLEX FOR DETERMINATION OF THERMOPHYSICAL PROPERTIES

Изобретение относится к термометрии, а именно к области измерения теплофизических свойств ограждающих конструкций зданий, строительных сооружений и других инженерно строительных объектов, где необходимо определение количественных теплофизических характеристик.
Известно устройство для измерения удельного сопротивления теплопередаче через исследуемый объект, содержащий теплообменник, два контактных измерителя температуры, нагревательный, накопительный и сливной баки; входной, выходной, соединительный, сливной и возвратный трубопроводы. Теплообменник выполнен с возможностью пространственного перемещения относительно исследуемого объекта. Внешняя поверхность теплообменника, не включая участка, обращенного к внутренней поверхности исследуемого объекта, снабжена тепловой изоляцией. Первый контактный измеритель температуры размещен на внешней поверхности теплообменника, обращенной к внутренней поверхности исследуемого объекта. Второй контактный измеритель температуры размещен на внешней или боковой поверхности исследуемого объекта. Теплообменник через соединительный трубопровод соединен с нагревательным баком, а через выходной трубопровод - со сливным баком. Нагревательный бак через входной трубопровод соединен с накопительным баком. Накопительный бак через сливной и возвратный трубопроводы соединен со сливным баком. Соединительный трубопровод снабжен измерителем расхода теплоносителя и вентилем. Возвратный трубопровод оснащен вентилем и насосом. До достижения теплоносителем рабочей температуры теплообменник располагают на расстоянии от внутренней поверхности исследуемого объекта, исключающем тепловой контакт между ними. При достижении теплоносителем рабочей температуры обеспечивают тепловой контакт между теплообменником и внутренней поверхностью исследуемого объекта. Измеряют температуру нагреваемого участка внутренней поверхности исследуемого объекта. Измеряют промежуток времени между началом нагревания участка внутренней поверхности и началом повышения температуры в заданной точке на внешней (или боковой) поверхности исследуемого объекта. Регистрируют зависимость величины перегрева внешней (или боковой) поверхности исследуемого объекта от времени. Получают зависимость длительности первой стадии нагрева от величины перегрева внешней (или боковой) поверхности исследуемого объекта. Вычисляют значения удельного сопротивления теплопередаче через исследуемый объект для разных моментов времени. Устанавливают постоянное значение удельного сопротивления теплопередаче через исследуемый объект или рассчитывают его среднее значение (RU 74711, МПК G01N 25/18, опубл. 10.07.2008).
Недостатком известного технического решения является большая длительность процедуры измерений всего объекта в целом.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является устройство измерения сопротивления теплопередаче строительной конструкции, содержащее нагреватель и первый термометр, установленные на одной стороне строительной конструкции, охладитель и второй термометр, установленные на противоположной стороне строительной конструкции, а также измеритель теплового потока, проходящего через строительную конструкцию. Устройство дополнительно снабжено прикрепленной к строительной конструкции теплоизолированной приставной камерой, в которую встроены нагреватель, измеритель теплового потока и первый термометр. Охладитель и второй термометр встроены в короб, снабженный элементами крепления к строительной конструкции (RU 2476866, МПК G01N 25/18, опубл. 27.02.2013).
Недостатками известного технического решения является большая длительность процедуры измерений всего объекта в целом, а также сложность монтажа теплоизолированных нагревательных элементов.
Технический результат заключается в установлении фактических коэффициентов сопротивления теплопередачи и теплосопротивления для всего исследуемого объекта в целом с учетом всех неоднородностей строительных материалов оградительных конструкций с высокой достоверностью результата за счет получения реальных значений в ходе эксперимента для каждого отдельного объекта с учетом его специфических особенностей, уменьшении длительности и увеличении скорости проведения исследования за счет упрощения конструкции и мобильности комплекса.
Сущность изобретения заключается в том, что переносной автоматизированный комплекс для определения теплофизических свойств содержит источник тепла, соединенный с программируемым реле, подключенным к персональному компьютеру и аналоговым датчикам температуры, равномерно расположенным по периметру внутренней стороны исследуемого объекта. Беспроводные датчики температуры равномерно расположены по периметру внешней стороны исследуемого объекта с возможностью передачи данных на персональный компьютер.
На рисунке представлена схема переносного автоматизированного комплекса для определения теплофизических свойств.
Переносной автоматизированный комплекс для определения теплофизических свойств содержит источник тепла 1 (ИТ), соединенный с программируемым реле 2 (ПР), которое подключено к персональному компьютеру 3 (ПК) с программным обеспечением для определения теплофизических свойств исследуемого объекта (например, свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2016612034, от 17.02.2016) и к аналоговым датчикам температуры 4 (ДТ), равномерно расположенным по периметру внутренней стороны исследуемого объекта. Комплекс дополнительно содержит беспроводные датчики температуры 5 (ДТ), равномерно расположенные по периметру внешней стороны исследуемого объекта (например, стены здания или сооружения) с возможностью передачи данных при помощи Wi-Fi или Bluetooth на персональный компьютер 3 (ПК). Количество аналоговых датчиков температуры 4 и беспроводных датчиков температуры 5 зависит от площади или размера объекта, теплофизические свойства которого необходимо определить.
ист
общ
Работа комплекса заключается в следующем. Перед началом проведения исследования устанавливают датчики температуры 4 и 5 по периметру исследуемого объекта на равноудаленное расстояние друг от друга, задают значения, необходимые для дальнейшего проведения исследования, а именно мощность источника теплоснабжения P, общую площадь исследуемого объекта S, время поддержания температуры исследования t и диапазон температуры исследования T. Далее при помощи датчиков температуры 4 и 5 снимают показания, которые зафиксированы программируемым реле 2 и передают на персональный компьютер 3 для исследования. Во время процедуры исследования снимают показатели внутренней и наружной температуры, которые необходимы для дальнейшего расчета искомых показателей. По окончании исследования производится расчет теплофизических свойств исследуемого объекта (коэффициент сопротивления теплопередачи и коэффициент теплосопротивления) по следующим формулам:
Определяют среднюю начальную температуру поддержания (°C)
нi
где T - начальная температура в i момент времени проведения исследования;
нi
n - количество снятых показаний T во время проведения исследования.
Определяют среднюю конечную температуру поддержания (°C)
кi
где T - конечная температура в i момент времени проведения исследования.
Определяют среднюю температуру во время поддержания (°C)
Определяют среднюю температуру на улице за время проведения исследования (°C)
yi
где T - температура окружающей среды в i момент времени проведения исследования.
2
Определяют площадь стен, потолка, пола исследуемой ограждающей конструкции здания или строительного сооружения или (м)
где a - высота, b - ширина.
2
Определяют общую площадь исследуемого объекта (м)
Определяют затраченную мощность на поддержание установленной температуры (Вт)
уст.
где P - фиксированная мощность источника теплоснабжения;
раб.
t - время работы источника теплоснабжения при поддержание установленной температуры;
под.
t - заданное время поддержание установленной температуры (3600 с).
2
Определяют коэффициент сопротивления теплопередачи (Вт/(м⋅°C)
2
Определяют коэффициент теплосопротивления (м⋅°C)/Вт):
По сравнению с известным техническим решением предлагаемое позволяет установить фактические коэффициенты сопротивления теплопередачи и теплосопротивления для всего исследуемого объекта в целом за счет получения реальных значений в ходе эксперимента для каждого отдельного объекта с учетом его специфических особенностей, кроме того, уменьшить длительность и увеличить скорость проведения исследования за счет упрощения конструкции и мобильности комплекса (является переносным и малогабаритным).