СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ ПОЛЫХ МИКРОСФЕР С ПОМОЩЬЮ ТЕПЛОВИЗОРА
METHOD OF DETERMINING HEAT CONDUCTIVITY COEFFICIENT OF HEAT-INSULATING COATINGS BASED ON HOLLOW MICROSPHERES USING THERMAL IMAGER

Изобретение относится к области исследования и анализа теплофизических свойств материалов и может быть использовано при определении коэффициента теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер.
Предложенный способ определения коэффициента теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер заключается в использовании оптико-электронных приборов - тепловизоров для получения термограмм распределения температур на исследуемых поверхностях. На поверхность ограждающей конструкции наносится теплоизоляционное покрытие на основе полых микросфер. Измерения проводятся оптико-электронным приборами - «профессиональными» тепловизорами, выпускаемые серийно фирмами Testo (Германия), FLIR Systems (США), NEC (Япония), «НПО «Тепловизор», имеющие настройку коэффициента излучения и отраженной температуры RTC. Предварительно в тепловизоре необходимо настроить параметр коэффициента излучения на величину 0,98-1. При этом разница температур внутри и снаружи помещения исследуемой ограждающей конструкции должна быть не менее 25-30°С. Расчет коэффициента теплопроводности по данным термограмм измерений тепловизором производится по формуле:
где
тп
λ - коэффициент теплопроводности теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер;
тп
δ - толщина теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер;
помещения
t - температура внутри помещения;
улицы
t - температура на улице;
тп
α - коэффициент теплоотдачи теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер;
в
α - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции;
н
α - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции;
конструкции
δ - толщина конструкции;
конструкции
λ - коэффициент теплопроводности конструкции.
Технический результат - метод позволяет определять коэффициент теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер дистанционно на уже нанесенные вертикальные ограждающие конструкции зданий и сооружений при натурных измерениях, а также при проведении исследований для составления энергетических паспортов зданий, энергоаудите. Способ является простым, доступным и легко осуществимым.
Изобретение относится к области исследования и анализа теплофизических свойств материалов и может быть использовано при определении коэффициента теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер.
Известен способ определения коэффициента теплопроводности сверхтонких жидких теплоизоляционных покрытий с использованием многослойной плоскопараллельной стенки, состоящей из двух слоев одинакового материала, установленных на источник тепла, измерении температуры источника тепла, температур между двумя слоями материала и наружной поверхности, затем после закрепления на наружной поверхности верхнего слоя материала тонкой металлической пластины с нанесенным на нее сверхтонким жидким теплоизоляционным покрытием, измеряют температуру в контактной поверхности верхнего слоя материала и металлической пластины с теплоизоляцией по расчетной формуле определяют коэффициент теплопроводности сверхтонкого жидкого теплоизоляционного материала (патент RU 2478936 С1, опубл. 10.04.2013).
Недостатками данного способа является исключение из расчета температурного влияния самой металлической пластины, на которую нанесен сверхтонкий жидкий теплоизоляционный материал, а также дополнительных металлических пластин, которые устанавливаются между слоями, в результате между слоями остается некое пространство заполненное воздухом, которое дает погрешность измерениям. Также сложность в креплении термопар в пластины, дополнительное устройство прорезей, которые также искажает чистоту эксперимента.
Известен способ определения коэффициента теплопроводности жидких теплоизоляционных покрытий, включающий использование приборов Elcometr 319 и PosiTektor DPM для измерения температуры на поверхности покрытия, согласно которому на источник тепла устанавливают металлическую пластину с нанесенной жидкой керамической теплоизоляцией, причем пластина закрывает всю площадь нагревательного элемента, чтобы свести к минимуму влияние конвективных потоков от нагретой поверхности пластины, осуществляют ступенчатый нагрев с интервалами времени для релаксации температуры с постепенным повышением температуры, измеряют прибором Elcometer 319 или PosiTektor DPM через 3 часа после включения источника тепла температуру на поверхности жидкой теплоизоляции, измеряют температуру источника тепла и окружающей среды, а расчет коэффициента теплопроводности производят по формуле (патент RU 2594388, опубл. 11.02.2014).
Недостатком данного способа является проведение измерений только в лабораторных условиях, исключая возможность исследования ограждающих конструкций при натурных испытаниях реальных объектов.
Изобретение направлено на измерение коэффициента теплопроводности в натурных условиях работы реальных ограждающих конструкций зданий и сооружений.
При измерении температуры на поверхности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер необходимо учитывать тот факт, что погрешность при измерении температуры на поверхности составляет 30-85%, в зависимости от принципа работы того или иного измерительного прибора. Погрешность контактных измерительных приборов составляет 30-80%, это объясняется тем, что теплоизоляционные покрытия на основе полых микросфер работают по принципу низкой теплоотдачи с поверхности, материалы с высоким тепловосприятием (особенно такие материалы, как металл) радикально увеличивают теплоотдачу с поверхности теплоизоляционных покрытий. Фактически контактные приборы (с обычной термопарой), имея металлический наконечник, показывают температуру с учетом сильного нагрева металла на поверхности теплоизоляционного покрытия.
Проведение измерений бесконтактными способом - тепловизорами и пирометрами может давать погрешность 80-85%. Такая большая погрешность связана с тем, что, к примеру, бесконтактные приборы не работают в диапазоне длины волны менее 7 мкм, которая необходима для замеров теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер.
Высокая отражательная способность и низкая степень черноты теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер приводит к существенным ошибкам при использовании пирометров, градуировка которых осуществлена с использованием модельных чернотелых излучателей только для значений излучательной способности, близкой к 0,99, работающих в спектральном диапазоне 7-18 мкм. Ошибки измерений могут составлять десятки градусов.
Результат достигается тем, что при измерении температуры на поверхности теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер, требуется использовать «профессиональные» оптико-электронные приборы - тепловизоры, выпускаемые серийно фирмами Testo (Германия), FLIR Systems (США), NEC (Япония), «НПО «Тепловизор», имеющие настройку коэффициента излучения и отраженной температуры RTC. Предварительно в тепловизоре необходимо настроить параметр коэффициента излучения на величину 0,98-1. При этом разница температур внутри и снаружи помещения исследуемой ограждающей конструкции должна быть не менее 25-30°С.
Расчет коэффициента теплопроводности по данным термограмм измерений тепловизором производится по формуле:
где
тп
λ - коэффициент теплопроводности теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер;
тп
δ - толщина теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер;
помещения
t - температура внутри помещения;
улицы
t - температура на улице;
тп
t - температура на поверхности теплоизоляционного покрытия на оснвое полых микросфер;
тп
α - коэффициент теплоотдачи теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер;
в
α - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающей конструкции;
н
α - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции;
конструкции
δ - толщина конструкции;
конструкции
λ - коэффициент теплопроводности конструкции.
Сущность предполагаемого решения поясняется чертежами.
На фиг. 1 - приведено измерение температуры поверхности ограждающей конструкции с нанесенным теплоизоляционным покрытием тепловизором со стандартными настройками.
На фиг. 2 - приведено измерение температуры поверхности ограждающей конструкции с нанесенным теплоизоляционным покрытием тепловизором с настройкой черноты тела 0,98-1.
На фиг. 3 - приведено пояснение измерения температуры тепловизором со стандартными настройками минеральной ваты и теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер.
На фиг. 1 обозначено: 1 - разрез ограждающей конструкции здания, 2 - теплоизоляционное покрытие на основе полых микросфер; 3 - тепловизор со стандартными настройками; 4 - измерение температуры на поверхности ограждающей конструкции сквозь теплоизоляционное покрытие на основе полых микросфер.
На фиг. 2 обозначено: 1 - разрез ограждающей конструкции здания, 2 - теплоизоляционное покрытие на основе полых микросфер; 5 - тепловизор с настройкой черноты тела 0,98-1; 6 - измерение температуры на поверхности теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер.
На фиг. 3 обозначено: 7 - плоскость на которой измеряет температуру на минеральной вате тепловизор со стандартными настройками; 8 - плоскость, на которой измеряет температуру сквозь теплоизоляционное покрытие на основе полых микросфер тепловизор со стандартными настройками.
Способ определения коэффициента теплопроводности теплоизоляционных покрытий на основе полых микросфер осуществляется следующим образом.
конструкции
тп
Пример. На поверхность ограждающей конструкции здания толщиной δ = 330 мм наносится теплоизоляционное покрытие на основе полых микросфер толщиной δ=2 мм, последовательно за 4 слоя, с межслойной сушкой в 24 часа.
После полимеризации теплоизоляционного покрытия и высушивания в течение 24 часов, приступают к измерениям.
улицы
помещения
тп
помещения
улицы
конструкции
Производят замеры температуры окружающего воздуха t и температуры внутри здания t. Настраивают в тепловизоре TESTO 882 параметр коэффициента излучения на величину 0,98-1. Выбирают два идентичных участка ограждающей конструкции с теплоизоляционным покрытием на основе полых микросфер и без. Производят их тепловизионную съемку. Заносят показания в журнал записи результатов тепловизионных измерений t, t, t, а также температуру поверхности ограждающей конструкции без теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер t.
Полученные значения с помощью тепловизора подставляем в формулу для определения коэффициента теплопроводности теплоизоляционного покрытия на основе полых микросфер:
Предлагаемый способ достаточно простой и доступный. При проведении энергоаудита или составлении энергетического паспорта многоэтажных зданий или сооружений не требуется дополнительной механической оснастки (строительные леса, автокран, альпинистские люльки и т.д) для контактного измерения температур поверхностей.