CC BY
36
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-РАСЧЕТНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИВЕДЕННОГО КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ФРАГМЕНТА НЕОДНОРОДНОЙ ОГРАЖДАЮЩЕЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ ИЗ СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА НА ЦЕМЕНТНО-ПЕСЧАНОМ РАСТВОРЕ МЕТОДОМ ТЕПЛОВОГО НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ
EXPERIMENTAL-CALCULATING DEFINITION OF THE REDUCED FACTOR OF HEAT CONDUCTIVITY OF A FRAGMENT OF A NON-UNIFORM BUILDING ENVELOPE FROM A LIME-AND-SAND BRICK ON A CEMENT-SANDY SOLUTION BY MEANS OF A
METHOD OF THE THERMAL NONDESTRUCTIVE CHECK
Д.Ф. Карпов, M.B. Павлов, В.И. Игонин, A.A. Кочкин D.F. Karpov, M.V. Pavlov, V.I. Igonin, A.A. Kochkin
ГОУ ВПО ВоГТУ
С помощью тепловизионной съемки лабораторной установки типа «наружная стена» в стационарных условиях определен приведенный коэффициент теплопроводности фрагмента ограждающей конструкции. Представлены результаты сравнения полученных значений с данными завода-изготовителя и нормативной величиной
By means of thermal imaging shootings of laboratory installation called «an external wall» in stationary conditions the reduced factor of heat conductivity of a fragment of a building envelope is defined. Results of comparison of the received values with data of manufacturing plant and standard meaning are presented
B настоящее время в России и мире все более актуальными становятся вопросы энерго- и ресурсосбережения в современно-инновационной строительной и энергетической отраслях народного хозяйства, рационального использования различных форм энергии в зданиях, сооружениях, строениях, повышения энергоэффективности и эффективной работы эксплуатируемых и новых строительных ограждающих конструкций, инженерных систем и оборудования различного назначения [6]. Наряду с этим существует проблема поиска и создания надежных, точных и простых в реализации методов теплотехнического расчета наружных ограждающих конструкций и потерь теплоты через них, а также оценки теплофизических свойств (далее ТФС) существующих и инновационных строительных, теплоизоляционных, облицовочных материалов и изделий [9]. ТФС ограждающих конструкций существенно влияют на темпе-ратурно-влажностный режим зданий и сооружений различного назначения, а также на работу систем теплоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха, охлаждения, потребляющих в настоящее время значительное количество тепловой и электри-
ВЕСТНИК 3/2011
ческой форм энергии. Диапазон методов нахождения ТФС ограждающих конструкций крайне широк, однако главным источником информации остается эксперимент [5]. Важнейшим условием повышения эффективности эксперимента является высокая производительность всего цикла измерений, что в свою очередь требует разработки и внедрения неразрушающих методов расчета ограждающих конструкций зданий и материалов, основанных на температурных и тепловых измерениях на поверхностях ограждений, которые с практической точки зрения позволят оценить их влияние на энергосбережение здания за счет снижения уровня эксплуатационного энергопотребления.
Целью работы является экспериментально-расчетное определение показателя кондуктивной способности фрагмента неоднородной ограждающей строительной конструкции из силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе методом теплового неразрушающего контроля в стационарных условиях.
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
- осуществлен тепловизионный анализ температурных состояний на внутренней (ВПО) и наружной (НПО) поверхностях исследуемого объекта;
- определена величина плотности теплового потока q , Вт/м2, проходящего через исследуемый объект;
- выполнен расчет приведенного коэффициента теплопроводности , Вт/(м С);
- проведено сравнение расчетной величины исследуемого объекта с экспе-
cal*
риментальными данными завода-изготовителя силикатного кирпича лra и нормативным n"q значением.
Работа на лабораторной установке типа «наружная стена» (рисунок 1) реализована совместно кафедрами инженерно-строительного факультета ГОУ ВПО ВоГТУ «Те-плогазоснабжение и вентиляция» и «Промышленное и гражданское строительство». Для экспериментов задействован парк измерительно-вычислительных приборов: термогигрометр Testo 625; тепловизор SDS HotFind-D; измеритель плотности теплового потока ИПП-2, и сопутствующее программное обеспечение.
а - общий вид установки; б - ВПО; в - НПО Рисунок 1 - Лабораторно-экспериментальная установка «наружная стена» Принципиальная схема проведения эксперимента на установке «наружная стена» представлена на рисунке 2.
3/2011
ВЕСТНИК
Рисунок 2 - Схема проведения эксперимента на установке «наружная стена»
Эксперимент проведен «13» декабря 2010 г. За период времени 15.40-16.00 произведено пять замеров плотности теплового потока q , Вт/м2, на ВПО прибором ИПП-2, и средних температур на поверхностях исследуемого объекта ^ и ^ соответственно при х = 0 и * = д (рисунок 2) тепловизором БББ По1Ршё-В.
Лабораторно-экспериментальная установка «наружная стена» (рисунок 1) состоит из морозильной камеры, в которой поддерживается отрицательная температура, и вмонтированного в нее фрагмента ограждающей строительной конструкции на примере стенки, взаимодействующей с внутренним воздухом помещения. Установка позволяет определять ТФС фрагмента ограждающей строительной конструкции их силикатного кирпича на цементно-песчаном растворе по методике, регламентируемой действующими нормами и стандартами страны [3, 4]. При исследовании использован современный метод определения радиационной температуры поверхностей объекта (ВПО и НПО) с помощью бесконтактной тепловизионной съемки в соответствии с регламентирующим документом [2]. При построении термограмм и установлении средних температур поверхностей ограждения с помощью стандартного парка измерительно-вычислительных приборов, включающего тепловизор и термогигрометр, учтены основные параметры микроклимата помещения - температура и относительная влажность внутреннего воздуха. Плотность теплового потока определена экспериментально-расчетным способом с помощью электронного измерителя плотности теплового потока ИПП-2, включающего в себя преобразователь и измерительный блок (рисунок 2). Принцип работы преобразователя плотности теплового потока соответствует действующим стандартам [1].
В таблице 1 представлены параметры настройки изображения при тепловизионной съемке.
ВЕСТНИК МГСУ
3/2011
Таблица 1
Параметры настройки изображения тепловизионной съемки
№ п/п Излучательная Расстояние Температура Относительная
впо/нпо способность до объекта воздуха влажность
£ Л , м 1, °С ф, %
1 впо 0,75 3,0 27,5 32,2
НПО 0,75 1,6 7,3 61,4
2 впо 0,75 3,0 27,4 31,6
НПО 0,75 1,6 7,3 61,4
3 впо 0,75 3,0 27,3 31,9
НПО 0,75 1,6 7,3 61,4
4 впо 0,75 3,0 27,3 32,0
НПО 0,75 1,6 7,3 61,4
5 впо 0,75 3,0 27,3 32,0
НПО 0,75 1,6 7,3 61,4
Некоторые результаты (один из пяти замеров) тепловизионной съемки лаборатор-но-экспериментальной установки «наружная стена» представлены в таблице 2.
Таблица 2
Некоторые результаты тепловизионной съемки лабораторно-
Температурное поле на термограмме Гистограммный анализ температурного поля Основные показатели
Внутренняя поверхность ограждения (ВПО)
1. максимальная температура ¿шах 30,6 С;
2. минимальная температура
1 ■ = 23 9°С-
3. средняя температура 1аув = 26,6°С
Наружная поверхность ограждения (НПО)
1. максимальная температура
1шах 7,8 С;
2. минимальная температура
1 ■ = 4 7°Г-
3. средняя температура
¿гыр. 6,0 С
Результаты определения плотности теплового потока представлены в таблице 3.
Таблица 3
Результаты определения плотности теплового потока q , Вт/м
№ п/п впо/нпо Плотность теплового потока q , Вт/м2 Номер термограммы
1 ВПО 61,0 547 548 549
НПО 61,0 550 551 552
2 ВПО 54,0 553 554 555
НПО 54,0 556 557 558
3 ВПО 60,0 559 560 561
НПО 60,0 562 563 564
4 ВПО 55,0 565 566 567
НПО 55,0 568 569 570
5 ВПО 49,0 571 572 573
НПО 49,0 574 575 576
Среднее арифметическое значение 55,8 -
Знание температурных полей (таблица 2), плотности теплового потока (таблица 3) и геометрических характеристик исследуемого ограждения (рисунок 2), позволяет определить коэффициент теплопроводности л™', Вт/(м С), с учетом требований [3, 4]:
q¡д
(1)
ехг
г _ Г-
яиг ,1 яиг
где q - плотность теплового потока, Вт/м2; д - толщина ограждающей конструкции, м ; и г^Г - соответственно температура на ВПО и НПО, "С; 1 = 1...5 - порядковый номер замера.
Фактический приведенный коэффициент теплопроводности л^', Вт/(м С), находится как среднеарифметическое значение, т. е.:
Я
N
(2)
где N = 5 - количество проведенных замеров.
Результаты определения коэффициента л^', Вт/(мС), через выражения (1) и (2) представлены в таблице 4.
ВЕСТНИК МГСУ
3/2011
Таблица 4
Результаты определения коэффициента теплопроводности л°га', Вт/(м ° С)
№ п/п 4 , Вт/м2 Д, м 1 "С Чм > ^ 1 1, °с ех1 ' л,, Вт/(м С)
1 61 0,250 26,6 6,0 0,74
2 54 0,250 22,4 6,6 0,85
3 60 0,250 22,0 6,2 0,95
4 55 0,250 21,3 6,7 0,94
5 49 0,250 20,5 7,2 0,92
Среднее арифметическое значение 0,88
Результаты сравнения приведенного коэффициента теплопроводности л,а' = 0,88 , Вт/(м С), для исследуемой конструкции из силикатного пустотелого кирпича, с данными завода-изготовителя (Ярославский кирпичный завод - кирпич в сухом состоянии [10]) и нормативными значениями [7] (условия эксплуатации по параметрам Б [8]) представлены в таблице 5 и на рисунке 3.
1,и
| М ■
| I).?
0,6
4 11,611
* (>,ЯЯ
> и.я:
Рисунок 3 - Результаты сравнения коэффициентов л, для силикатного кирпича
Таблица 5
Результаты сравнения приведенного коэффициента теплопроводности л,, Вт/(м ° С), силикатного кирпича
Показатель Экспериментальное значение, л Завод-изготовитель (Ярославский завод силикатного кирпича), л Нормативная величина, Л г,,щ
- 0,88 0,60 0,82
абсолютное отклонение, Ал, 0,06 0,22 -
относительное отклонение, ДЛ,, % 7,32 26,8 -
Полученный в результате экспериментально-расчетных исследований на лабора-торно-экспериментальной установке «наружная стена» приведенный коэффициент теплопроводности для фрагмента ограждения из силикатного кирпича на ЦПР согласуется со справочными (литературными) значениями данного коэффициента.
Предложенный алгоритм определения ТФС методом теплового неразрушающего контроля с применением тепловизионной съемки может быть использован и для реальных строительных объектов.
Литература
1. ГОСТ 25380-82. Здания и сооружения. Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающую конструкцию. - Введ. 01.01.83. - М., 1987. - 9 с.
2. ГОСТ 26629-85. Здания и сооружения. Метод тепловизионного контроля качества теплоизоляции ограждающих конструкций. - Введ. 01.07.86. - М.: Изд-во стандартов, 1986. - 9 с.
3. ГОСТ 7076-99. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. - Взамен ГОСТ 707687; Введ. 01.04.2000. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 2000. - 11 с.
4. ГОСТ 30290-94. Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности поверхностным преобразователем. - Введ. 01.01.1996. - М.: ИПК Изд-во стандартов, 1996. - 21 с.
5. Ковылин, A.B. Разработка метода расчета теплообмена и определения теплофизических свойств ограждений зданий по тепловым измерениям на поверхностях: автореф. дис. канд. техн. наук: 05.23.03 / A.B. Ковылин. - Волгоград: РИО ВолгГАСУ, 2011. - 20 с.
6. Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации: Федер. закон от 23 ноября 2009 г. № 261-ФЗ // Ведомости Федерального Собрания Российской Федерации. - 2009. - 52 с.
7. Свод правил по проектированию и строительству: Проектирование тепловой защиты зданий: СП 23-101-04: введ. 01.06.04. - М.: ФГУП ЦПП, 2004. - 141 с.
8. Строительные нормы и правила: Тепловая защита зданий: СНиП 23-02-2003 / Госстрой России. - Введ. 01.10.03. - М., 2003. - 29 с.
9. Хуторной, А.Н. Теплозащитные свойства неоднородных наружных стен зданий: монография / А.Н. Хуторной, H.A. Цветков, А.Я. Кузин. - Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун.-та, 2006. - 287 с.
10. Ярославский завод силикатного кирпича: Интернет-сайт производителя. - Режим доступа: http://www.yarzsk.ru.
The literature
1. GOST 25380-82. Buildings and constructions. A method of measurement of density of the thermal streams which are passing through protecting design. - It is entered 01.01.83. - M., 1987. - 9 P.
2. GOST 26629-85. Buildings and constructions. A method thermal imaging quality assurance of a thermal protection of protecting designs. - It is entered 01.07.86. - M.: Publishing house of standards, 1986. - 9 p.
3. GOST 7076-99. Materials and products building. A method of definition of heat conductivity and thermal resistance at a stationary thermal mode. - Instead of GOST 7076-87; It is entered 01.04.2000. - M: IPK Publishing house of standards, 2000. - 11 p.
4. GOST 30290-94. Materials and products building. A method of definition of heat conductivity the superficial converter. - It is entered 01.01.1996. - M.: IPK Publishing house of standards, 1996. -21 p.
5. Kovylin, A.V. Working of a method of calculation of heat exchange and definition thermal properties of protections of buildings on thermal measurements on surfaces: The dissertation author's
ВЕСТНИК 3/2011
abstract A Cand. Tech. Sci.: 05.23.03 / A.V. Kovylin. - Volgograd: Volgograd St. Arhit.-builds. Un., 2011. - 20 p.
6. About energy conservation and about increase of power efficiency and about modification of separate acts of the Russian Federation: The federal law from November, 23rd, 2009 № 261-FZ // Sheets of Federal Meeting of the Russian Federation. - 2009. - 52 p.
7. The arch corrected on designing and building: Designing of thermal protection of buildings: SP 23-101-04: instead of 01.06.04. - M., 2004. - 141 p.
8. Building norms and rules: Thermal protection of buildings: SNIP 23-02-2003 / Gosstroy of Russia. - It is entered 01.10.03. - M., 2003. - 29 p.
9. Hutornoj, A.N. Heat-shielding of property of non-uniform external walls of buildings: the mo-nography / A.N. Hutornoj, N.A. Tsvetkov, A.Y. Cousins. - Tomsk: Tomsk St. Arhit.-builds. Un., 2006. - 287 p.
10. The Yaroslavl factory of a silicate brick: the Internet site of the manufacturer. - An access mode: <http://www.yarzsk.ru>.
Ключевые слова: теплопроводность (кондукция), приведенный коэффициент теплопроводности, неоднородная ограждающая конструкция, стационарный тепловой режим, тепловизор, термограмма, гистограммный анализ, измеритель и преобразователь плотности теплового потока
Keywords: the heat conductivity (conduction), the reduced factor of heat conductivity, a non-uniform building envelope, a stationary thermal mode, an infrared, thermogram, the histogrammic analysis, a measuring instrument and the converter of density of a thermal stream
Денис Федорович Карпов: 8 921 125 78 05, E-mail: karpov_denis_85@mail.ru Михаил Васильевич Павлов: 8 921 722 9717, E-mail: pavlov_kaftgv@mail.ru Владимир Иванович Игонин: 8 981 509 74 94, E-mail: igonvlad@yandex.ru Александр Александрович Кочкин: 8 921 716 59 03, E-mail: pgs@mh.vstu.edu.ru
Рецензент: Андрей Николаевич Хуторной, доцент, канд. техн. наук, доцент кафедры «Теплога-зоснабжение», Томский государственный архитектурно-строительный университет
