Неразрушающий метод оценки показателя эффективности тепловой защиты помещений Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

НЕРАЗРУШАЮЩИЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ПОКАЗАТЕЛЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕПЛОВОЙ ЗАЩИТЫ ПОМЕЩЕНИЙ

Анна Дмитриевна Зонова

Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры метрологии и технологии оптического производства, тел. (383)361-07-45, e-mail: annet-anutka@yandex.ru

Виктор Яковлевич Черепанов

Сибирская государственная геодезическая академия, 630108, Россия, г. Новосибирск, ул. Плахотного, 10, доктор технических наук, профессор кафедры метрологии и технологии оптического производства, тел. (383)361-07-45, e-mail: cherepanov73@mail.ru

В статье показано, что объективную оценку качества тепловой защиты помещений можно осуществить на основе оперативных измерений тепловой мощности, выделяемой системой отопления. Для решения этой задачи предложено использовать неразрушающий теплометрический метод измерений.

Ключевые слова: неразрушающий теплометрический метод, массовый расход, показатель эффективности, тепловая защита помещений, тепловая мощность.

THE NON-DESTRACTIVE METHOD

OF THE ESTIMATION FACTOR TO EFFICIENCY

OF HEAT PROTECTION OF THE PREMISES

Anna D. Zonova

Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D. tech., senior teacher Department of Metrology and Optical instrumentation technology, tel. (383)361-07-45, e-mail: annet-anutka@yandex .ru

Victor Ya. Cherepanov

Siberian State Academy of Geodesy, 630108, Russia, Novosibirsk, 10 Plakhotnogo St., Ph. D., Prof. Department of Metrology and Optical instrumentation technology, tel. (383)361-07-45, e-mail: cherepanov73@mail.ru

In article is shown that objective estimation quality heat protection of the premises possible to realize on base of the operative measurements to heat power, selected a system of the heating. For decision of this problem is offered use of a non-destructive heat measurement method.

Key words: non-destructive heat measurement method, mass consumption, factor to efficiency, heat protection of the premises, heat power.

Главной задачей теплоснабжения является обеспечение нормальной температуры То внутри отапливаемого помещения. Выделяемая системой теплоснабжения тепловая мощность Р распределяется на тепловые утечки (тепловые потоки Qj ) через ограждающие помещение конструкции в окружающую среду с температурой Тс . В стационарном режиме,

соответствующем установившимся значениям Г0 и Тс выполняется условие теплового баланса [1]:

п

(1)

где п - количество разнородных зон в ограждающих конструкциях помещения, отличающихся интенсивностью теплообмена с окружающей средой.

Из этого уравнения следует, что при известных значениях Qi тепловых потоков можно определить необходимую мощность Р отопительной системы помещения. С другой стороны, при известных значениях достаточной для отопления помещения мощности можно решить важную для энергосбережения задачу определения фактического состояния его тепловой защиты. Данная работа направлена на решение этой задачи.

Тепловая защита помещения характеризуется значениями Qi, которые

зависят от эффективных коэффициентов теплоотдачи а0г на внутренних и а а на внешних поверхностях ограждающих конструкций, а также от их теплопроводности А,,-, площади и толщины (11 . Эта зависимость имеет вид [2]:

Таким образом, уменьшение значений таких физических величин, как коэффициенты теплоотдачи, теплопроводность и толщина стен приводит к снижению тепловых потерь (потоков) через ограждающие конструкции и, следовательно, решает главную задачу энергосбережения: при меньших значениях тепловой мощности Р, выделяемой системой отопления, обеспечить комфортную для жизнедеятельности температуру То помещения

при пониженных значениях Тс температуры окружающей его среды.

Однако использование соотношения (2) для расчета 0, затруднено, в частности, из-за неопределенности эффективных значений а0г и аСг , которые зависят от совокупности свойств (геометрических, терморадиационных) поверхности ограждающих конструкций и свойств окружающей их воздушной среды (температуры, давления, влажности, скорости движения). Поэтому их рассчитывают по измеренным значениям

(2)

\-1

где кі =

коэффициент теплопередачи і- ой зоны.

конструкций с привлечением справочных данных по их теплопроводности

Формула для этого расчёта имеет вид:

0,=^~ТаУ,К, (3)

Из формулы следует, что для расчёта значений Qi необходимы данные не только по температурным полям на поверхностях ограждающих конструкций, но и по фактическим значениям теплопроводности материалов, из которых они изготовлены. Многоточечные измерения теплового потока на их поверхностях контактными датчиками с последующим усреднением полученных результатов также не дают полную картину из-за сложного характера теплообмена помещений с окружающей средой.

Таким образом, есть основание полагать, что определить необходимую для создания комфортных условий в помещении тепловую защиту или оценить её качество можно только альтернативным путём, основанным на измерениях фактической мощности, выделяемой системой отопления. Необходимое значение этой мощности, как следует из (1) и (2), равно

~>п

р=Г<>- Тс^ к Р . (4)

;= 1

Отсюда следует, что комфортную температуру помещения можно определить по формуле

р

То= Тс+--------. (5)

п 1 = 1

Уравнение (5) устанавливает взаимосвязь комфортной температуры в отапливаемом помещении при заданных характеристиках теплопередачи его тепловой защиты с температурой окружающей среды и мощностью размещённой в нём отопительной системы.

При известных значениях фактической мощности отопления, а также разности температур помещения и окружающей среды можно установить показатель п эффективности тепловой защиты помещения:

п і "

„= Е уі=Р/і0-Тс , (6)

I - 1

Значение этого показателя (Вт/°С) можно определять экспериментально для каждого помещения, например, жилого, при вводе его в эксплуатацию, а затем при необходимости периодически его подтверждать и вносить в

специальный паспорт помещения. В случае обнаружения несоответствия показателя установленным для данного помещения значениям проводится экспертиза исправности системы отопления или качества теплоизоляции. Однако для этого необходимо иметь результаты оперативных измерений фактической мощности и температуры.

Для решения этой задачи предлагается использовать неразрушающий теплометрический метод [3, 4]. Сущность метода заключается в следующем. Нагретый теплоноситель, проходя по подающему трубопроводу, создаёт на его поверхности тепловой поток плотностью q. При этом температура

теплоносителя понижается на некоторое значение Аt. В этом случае

массовый расход теплоносителя ОМ будет равен

°м=чР1К8 (7)

где F - площадь поверхности расходомерного участка; К$ - коэффициент, учитывающий калорические свойства теплоносителя и зависящий от его давления и температуры.

Соответственно тепловую мощность, выделяемую теплоносителем в системе отопления или в отопительном приборе, определяют по формуле [4,

5]

P = qFAT/At, (8)

где АТ - разность температуры на входе и выходе отопительного прибора.

Как видно из соотношения (8), в расчётную формулу для тепловой мощности не входит коэффициент К$, учитывающий калорические свойства

теплоносителя. Это является преимуществом предлагаемого метода по сравнению с традиционным энтальпийным методом, который основан на использовании стандартных справочных данных по коэффициенту К$ . Однако эти данные хорошо изучены только для чистой дистиллированной воды и индивидуальны для каждого конкретного теплоносителя. Поэтому данный метод позволяет измерять фактическую мощность, выделяемую реальным теплоносителем, в том числе, содержащим газовую фазу и различные примеси.

На этом методе основано устройство для оперативного неразрушающего контроля эффективности систем отопления помещений и их тепловой защиты (рис. 1).

На поверхности участка трубопровода, соединяющего систему теплоснабжения с отопительным прибором 4, размещают накладные датчики разности температуры 1 и датчик теплового потока 2. Этот участок трубопровода выполняет функцию расходомерного. Расстояние между датчиками температуры выбирают достаточным, чтобы зафиксировать малый перепад Аt температуры на расходомерном участке, обусловленный выделением с его поверхности теплового потока плотностью q, которую

измеряют датчиком 2. Кроме этого, устройство содержит накладные датчики разности температуры 3, измеряющие разность АТ её значений на входе и выходе системы (или прибора) отопления. Сигналы всех датчиков поступают на измерительный прибор 5.

3 1 2 1

а

Рис. 1. Схема устройства для реализации неразрушающего теплометрического метода:

1 - накладные датчики разности температуры на расходомерном участке трубы;

2 - накладной датчик теплового потока; 3 - накладные датчики разности температуры на входе и выходе отопительной системы; 4 - отопительный прибор; 5 - измерительный прибор

Таким образом, устройство представляет собой набор накладных дифференциальных термоэлектрических датчиков температуры и датчика теплового потока, а также измерительного прибора, регистрирующего их сигналы [4]. Оно позволяет оперативно измерять фактическую тепловую мощность, выделяемую системами и приборами отопления, без нарушения их целостности и тем самым решать задачу оценки эффективности тепловой защиты помещений.

Устройство также может быть использовано в качестве переносного прибора для оперативных измерений при энергоаудите систем отопления или стационарного средства измерений, например, при поквартирном учёте тепла. Это открывает перспективы использования его для решения многих задач в сфере рационального использования теплоэнергетических ресурсов.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Черепанов, В. Я. Методы и средства метрологического обеспечения измерений параметров теплообмена и теплоносителей [Рукопись]: дис.... д-ра техн. наук: 05.11.15, 05.11.01 / Черепанов Виктор Яковлевич. - Новосибирск, 2005. - 298 с.

2. ГОСТ 25380-82. Здания и сооружения. Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции: межгос. стандарт. - Введ. 01.01.1983. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 6 с.

3. Зонова А. Д., Черепанов В. Я. Исследование неразрушающего метода измерений тепловой мощности отопительных приборов // ГЕ0-Сибирь-2010. VI Междунар. науч. конгр. : сб. материалов в 6 т. (Новосибирск, 19-29 апреля 2010 г.). - Новосибирск: СГГА, 2010. Т. 5, ч. 2. - С. 124-129.

4. Зонова А. Д., Черепанов В. Я. Методика экспресс-измерений тепловой мощности

отопительных приборов неразрушающим методом // Интерэкспо ГЕ0-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Специализированное

приборостроение, метрология, теплофизика, микротехника, нанотехнологии» : сб.

материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.). - Новосибирск: СГТА, 2012. Т. 2. -С. 158-163.

5. Исаченко В. П., Осипова В. А., Сукомел А. С. Теплопередача. Учебник для вузов. - М.: Изд-во «Энергия», 1975. - 488 с.

© А. Д. Зонова, В. Я. Черепанов, 2014