RU2457471C2 - Method of determining thermal resistance of section of structural element in nonsteady heat-transfer mode - Google Patents

Method of determining thermal resistance of section of structural element in nonsteady heat-transfer mode Download PDF

Info

Publication number
RU2457471C2
RU2457471C2 RU2010142067/28A RU2010142067A RU2457471C2 RU 2457471 C2 RU2457471 C2 RU 2457471C2 RU 2010142067/28 A RU2010142067/28 A RU 2010142067/28A RU 2010142067 A RU2010142067 A RU 2010142067A RU 2457471 C2 RU2457471 C2 RU 2457471C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
thermal resistance
criterion
heat transfer
heat
quasistationarity
Prior art date
Application number
RU2010142067/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010142067A (en
Inventor
Владимир Иванович Зуев (RU)
Владимир Иванович Зуев
Олег Владимирович Коршунов (RU)
Олег Владимирович Коршунов
Дмитрий Вадимович Сенновский (RU)
Дмитрий Вадимович Сенновский
Роман Тимурович Троицкий-Марков (RU)
Роман Тимурович Троицкий-Марков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Технологический институт энергетических обследований диагностики и неразрушающего контроля "ВЕМО"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Технологический институт энергетических обследований диагностики и неразрушающего контроля "ВЕМО" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Технологический институт энергетических обследований диагностики и неразрушающего контроля "ВЕМО"
Priority to RU2010142067/28A priority Critical patent/RU2457471C2/en
Publication of RU2010142067A publication Critical patent/RU2010142067A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2457471C2 publication Critical patent/RU2457471C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: essence of the invention lies in determining conditions for existence of a quasi-steady heat-transfer mode and criterion θmax thereof. Based on defined quasi-steady mode conditions for a specific section, the duration of the measurement time interval τmin is selected depending on the heat retention time of the section τin and the overall duration of the measurement time interval τ≥τmin≥3τin. The limiting value of the quasi-steadiness criterion θ is determined. Time intervals τi are arbitrarily selected and from the set of values (τi), those time intervals τ ij, where the quasi-steadiness criterion θ(τi) is less than θ, are selected. These time intervals τ ij will be closer to steady. The non-steady mode which is difficult to diagnose and calculate is excluded and the known steady method can be used when determining thermal resistance of the section of the structure.
EFFECT: higher accuracy of determination.
2 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и найдет применение практически во всех процессах строительства, производства, эксплуатации и ремонта различных технических объектов, где необходимы диагностика, контроль качества, обеспечение работоспособности и безопасности эксплуатации непосредственно объектов и их отдельных узлов, блоков и деталей.The invention relates to the field of measuring technology and will find application in almost all processes of construction, production, operation and repair of various technical objects, where diagnostics, quality control, ensuring operability and safety of operation of objects and their individual units, blocks and parts are necessary.

Перенос тепла посредством теплопроводности [1-3] играет в энергетическом балансе зданий и сооружений основную роль [4-6], определяя тем самым уровень энергопотерь в масштабах всего жилищно-коммунального хозяйства страны [4, 5]. Контроль параметров теплопередачи ограждающих наружных стен приобретает вследствие этого особую актуальность, концентрируясь на выявлении термического сопротивления стен - параметра, зависящего лишь от их внутренней структуры и физических характеристик [4-6].Heat transfer through heat conduction [1-3] plays the main role in the energy balance of buildings and structures [4-6], thereby determining the level of energy loss across the entire housing and communal services of the country [4, 5]. The control of the heat transfer parameters of the enclosing external walls is therefore of particular relevance, concentrating on identifying the thermal resistance of the walls, a parameter that depends only on their internal structure and physical characteristics [4-6].

В Российской Федерации на практике используется способ определения качества объектов по анализу их сопротивления теплопередаче - см. ГОСТ 26254-84. «Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций». Введен постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 02 августа 1984 года №127, УДК 624.01.001.006.354. Описанный здесь способ заключается в измерении плотности теплового потока (q) через контролируемое ограждение и температуры сред около ее поверхностей (Тн) и (Тв) в течение не менее 15 суток при достижении в контролируемом ограждении стационарного или близкого ему теплового режима. Достижение данного режима определяется по поведению измеряемой температуры наружной (Тпн) и внутренней (Тпв) поверхности ограждения.In the Russian Federation, in practice, a method is used to determine the quality of objects by analyzing their resistance to heat transfer - see GOST 26254-84. "Buildings and constructions. Methods for determining the heat transfer resistance of building envelopes. " Introduced by resolution of the USSR State Committee for Construction Affairs dated August 2, 1984 No. 127, UDC 624.01.001.006.354. The method described here consists in measuring the density of the heat flux (q) through a controlled fence and the temperature of the media near its surfaces (T n ) and (T c ) for at least 15 days when the controlled fencing reaches a stationary or close thermal regime. The achievement of this mode is determined by the behavior of the measured temperature of the outer (T pn ) and inner (T pv ) surface of the fence.

Определение качества ограждения по его сопротивлению теплопередаче (R0) осуществляется в соответствии с формулой:Determining the quality of the fence by its resistance to heat transfer (R 0 ) is carried out in accordance with the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Rв, Rн - термические сопротивления теплообмену на внутренней и наружной поверхности ограждения;where R in , R n - thermal resistance to heat transfer on the inner and outer surface of the fence;

Rк - термическое сопротивление конструкции ограждения.R to - thermal resistance of the design of the fence.

Figure 00000002
Figure 00000002

Данный метод прост и нагляден, однако имеет недостаток, который ограничивает область его применения и значительно снижает точность получаемых результатов. Метод применим только при условии стационарности процесса теплопередачи через контролируемое сооружение (т.е. только при условии постоянства теплового потока, входящего в сооружение) на одной поверхности и выходящего из сооружения на другой поверхности: q=const.This method is simple and obvious, but it has a drawback that limits its scope and significantly reduces the accuracy of the results. The method is applicable only if the heat transfer process through the controlled structure is stationary (i.e., only if the heat flux entering the structure is constant) on one surface and leaving the structure on another surface: q = const.

На практике при тепловом контроле сооружений с реальным изменением во времени температуры сред Tн и Тв это условие соблюдается крайне редко. Несоблюдение условия постоянства плотности теплового потока приводит к появлению больших ошибок в определении R0 - до 300-500%.In practice, when thermal monitoring of structures with a real change in time of the temperature of the media T n and T in this condition is extremely rare. Failure to comply with the condition of constant heat flux density leads to the appearance of large errors in the determination of R 0 - up to 300-500%.

Согласно ГОСТ 26254-84 в наружных ограждающих конструкциях стационарный процесс теплопередачи в зависимости от их тепловой инерции устанавливается через 1,5-7,5 суток. Однако на практике при контроле строительных конструкций разница температуры наружного воздуха в ночное и дневное время, например, достигает 10-15 градусов. Это вызывает нестационарные процессы теплопередачи в исследуемых конструкциях и делает метод неприменимым.According to GOST 26254-84, in the external enclosing structures, the stationary process of heat transfer, depending on their thermal inertia, is established after 1.5-7.5 days. However, in practice, when monitoring building structures, the difference in outdoor temperature at night and daytime, for example, reaches 10-15 degrees. This causes unsteady heat transfer processes in the studied structures and makes the method inapplicable.

Решение этой проблемы предложено в монографии Будадина О.Н. и др. Тепловой неразрушающий контроль изделий. М.: Наука, 2002 - С.139-145. Оно заключается в решении обратной задачи нестационарной теплопроводности в многослойной среде.The solution to this problem is proposed in the monograph of Budadin ON etc. Thermal non-destructive testing of products. M .: Nauka, 2002 - S.139-145. It consists in solving the inverse problem of unsteady heat conduction in a multilayer medium.

Предложенная методика была положена в разработку современных способов.The proposed methodology was put into the development of modern methods.

Известен способ, которым определяют локальные термические сопротивления обследуемых участков при нестационарном режиме теплопередачи (см. патент №2219534, кл. G01N 25/72, от 12.09.02 г.). Согласно известному способу определяют временной интервал, необходимый и достаточный для получения достоверного результата. В течение всего временного интервала измеряют периодически температуру и плотность теплового потока на наружной и внутренней поверхностях объекта. Задают произвольно и многократно значение теплопроводности нужного слоя. Используя разработанную обобщенную физико-математическую модель теплового неразрушающего контроля многослойных объектов с неоднородностями и заданное значение теплопроводности, рассчитывают для каждого заданного значения теплопроводности теоретически возможную температуру и плотность теплового потока соответственно наружной и внутренней поверхностей, проводят мгновенное тепловизионное обследование и измеряют температуры и плотности тепловых потоков соответственно на внутренней и наружной поверхностях. Сравнивают теоретически возможные значения с измеренными. Выбирают для дальнейших расчетов то значение теплопроводности из числа заданных, которое смогло обеспечить условия сравнения.There is a method that determines the local thermal resistance of the studied areas under unsteady heat transfer (see patent No. 2219534, class G01N 25/72, 09/12/02). According to the known method determine the time interval necessary and sufficient to obtain a reliable result. Throughout the entire time interval, the temperature and heat flux density are measured periodically on the outer and inner surfaces of the object. The value of the thermal conductivity of the desired layer is arbitrarily and repeatedly set. Using the developed generalized physical and mathematical model of thermal non-destructive testing of multilayer objects with inhomogeneities and a given value of thermal conductivity, theoretically possible temperature and density of the heat flux of the external and internal surfaces, respectively, are calculated for each given value of thermal conductivity, an instant thermal imaging inspection is carried out, and temperatures and heat flux densities are measured, respectively on the inner and outer surfaces. Theoretically possible values are compared with the measured ones. For further calculations, the value of thermal conductivity is selected from among the given values, which could provide the conditions for comparison.

Известен способ, в котором определяют термическое сопротивление при нестационарном режиме теплопередачи (см. патент РФ №2316760, кл. G01N 25/72, от 22.08.05 г.).There is a method in which thermal resistance is determined under an unsteady heat transfer mode (see RF patent No. 2316760, class G01N 25/72, dated August 22, 2005).

Согласно известному способу выделяют не менее двух термически однородных зон на термограмме внутренней поверхности объекта. На выделенных участках измеряют и рассчитывают температуры их наружной и внутренней поверхностей при задаваемых значениях теплопроводности (λ). Сравнивают эти температуры в одной системе координат. Задают погрешность между сравниваемыми температурами δ±8,5%. Определяют временные интервалы и на выбранных временных интервалах вычисляют коэффициент теплоотдачи (α). Выбирают значения теплопроводности (λ), при которых α≡α+Δα. Определяют термическое сопротивление всех участков с аномалиями температурного поля и соответственно сопротивление термопередаче этих участков и приведенное сопротивление теплопередаче многослойного объекта.According to the known method, at least two thermally homogeneous zones are isolated on the thermogram of the internal surface of the object. In the selected areas, the temperatures of their outer and inner surfaces are measured and calculated at the given values of thermal conductivity (λ). Compare these temperatures in one coordinate system. The error between the compared temperatures is set to δ ± 8.5%. The time intervals are determined and the heat transfer coefficient (α) is calculated on the selected time intervals. Select the values of thermal conductivity (λ) at which α α + Δα. Determine the thermal resistance of all areas with anomalies in the temperature field and, accordingly, the thermal transfer resistance of these areas and the reduced heat transfer resistance of the multilayer object.

Известные способы универсальны, однако широкое применение на практике сдерживается рядом обстоятельств, которые заключаются в следующим:The known methods are universal, but widespread use in practice is constrained by a number of circumstances, which are as follows:

- имеется существенная нелинейная зависимость точности получаемых результатов от погрешности входных данных - результатов первичных измерений. Это приводит к необходимости обеспечивать малые значения погрешности результатов первичных измерений, что требует применение специальных дорогостоящих измерительных приборов, квалифицированных операторов и т.п.; для измерений требуется соблюдение специальных климатических условий;- there is a significant non-linear dependence of the accuracy of the results on the error of the input data - the results of primary measurements. This leads to the need to ensure small values of the error of the results of primary measurements, which requires the use of special expensive measuring instruments, qualified operators, etc .; measurements require compliance with special climatic conditions;

- наличие ошибки входных данных может привести к случаю, когда обратная задача не сходится, т.е. будет отсутствовать решение;- the presence of an input data error can lead to the case when the inverse problem does not converge, i.e. there will be no solution;

- решением обратной задачи, как правило, является не само сопротивление теплопередаче, а величина коэффициента теплопроводности одного из слоев, обычно слоя с наибольшим термическим сопротивлением, например теплоизоляционного слоя ограждения.- the solution to the inverse problem, as a rule, is not the heat transfer resistance itself, but the value of the heat conductivity coefficient of one of the layers, usually the layer with the highest thermal resistance, for example, a heat-insulating layer of a fence.

Кроме этого известные способы требуют необходимой сравнительной базы, для создания которой необходимо длительное время. Все перечисленное делает способы дорогостоящими и длительными.In addition, the known methods require the necessary comparative base, the creation of which requires a long time. All of the above makes the methods expensive and time consuming.

Известен способ (см. патент РФ №2383008, кл. G01N 25/18, от 19.12.08 г.), позволяющий определить состояние конструкций и их теплопотери при исследовании нестационарных процессов. Известный способ включает измерение средних значений температуры и теплового потока на наружной и внутренней поверхностях в течение нескольких интервалов времени, последовательное изменение величины и начальных значений временных интервалов фиксацию тех временных интервалов и измеренных средних значений температуры и теплового потока, в которых данные величины отличаются на величину, не превышающую величину заранее заданной погрешности, и определение сопротивления теплопередачи контролируемого участка и определение термического сопротивления по всей поверхности исследуемого объекта.A known method (see RF patent No. 2383008, class G01N 25/18, dated 12/19/08), which allows to determine the state of structures and their heat loss in the study of non-stationary processes. The known method includes measuring the average temperature and heat flux on the outer and inner surfaces for several time intervals, sequentially changing the magnitude and initial values of the time intervals fixing those time intervals and the measured average temperature and heat flux in which these values differ by not exceeding the value of a predetermined error, and determining the heat transfer resistance of the controlled area and determining the thermal drag across the surface of the object.

Недостатком известного способа является то, что он не может быть реализован, т.к. противоречит стационарному уравнению теплопроводности (см., например, [1-3]). Допущена ошибка в определении сопротивления теплопередаче, кроме того, невозможно в общем случае измерить средние значения температуры и тепловых потоков, в данном случае они могут быть только рассчитаны.The disadvantage of this method is that it cannot be implemented, because contradicts the stationary heat equation (see, for example, [1-3]). An error was made in determining the heat transfer resistance, in addition, it is impossible in the general case to measure the average values of temperature and heat fluxes, in this case they can only be calculated.

Прототипом предложенного способа может служить способ (см. патент РФ №2262686, кл. G01N 25/72, от 23.04.04 г.), который используется для технической диагностики неоднородных конструкций по термическому сопротивлению. Сущность способа заключается в том, что определяют плотность теплового потока через контролируемое ограждение, измеряют его величину (q) на одной из поверхностей (например, на внутренней поверхности - qв), измеряют температуры сред около противоположных поверхностей (Тн, Тв), температуры противоположных поверхностей (Тпн, Тпв) и определяют качества контролируемого объекта по его сопротивлению теплопередаче R0 в соответствии с формулой:A prototype of the proposed method can be a method (see RF patent No. 2262686, class G01N 25/72, 04/23/04), which is used for the technical diagnosis of heterogeneous structures by thermal resistance. The essence of the method lies in the fact that the density of the heat flux through the controlled fence is determined, its value (q) is measured on one of the surfaces (for example, on the inner surface - q c ), the temperatures of the media near the opposite surfaces are measured (T n , T c ), temperatures of opposite surfaces (T mon , T pv ) and determine the quality of the controlled object by its resistance to heat transfer R 0 in accordance with the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

Дополнительно измеряют величину плотности теплового потока на противоположной поверхности (qн); измерения величин плотности теплового потока qн(t), qв(t) и температур Тн(t), Тв(t), Тпн(t), Tпв(t) осуществляют периодически в течение интервала времени (t); задают допустимую для определения качества объекта погрешность измерения плотности тепловых потоков (Δqmax), определяют моменты времени t1, t2,…tn, в которые величины потоков на противоположных поверхностях равны с погрешностью Δq≤Δqmax: |qн(t-qв(t)|≤Δqmax, продолжают измерять плотность тепловых потоков до выхода разности их значений за пределы (Δqmax), из полученных моментов времени выбирают момент (tк), вблизи которого величины плотности тепловых потоков qв(tк) и qн(tк) совпадают с заданной погрешностью (Δqmax) в течение наибольшего интервала времени (Δtк), определяют качество объекта в соответствии с приведенной формулой для значений q=qн, qв, Tн, TПН, Tв, TПВ, измеренных в момент tк.Additionally measure the value of the heat flux density on the opposite surface (q n ); measurements of heat flux density q n (t), q in (t) and temperatures T n (t), T in (t), T mon (t), T pv (t) are carried out periodically during the time interval (t) ; the error of measuring the density of heat fluxes (Δqmax), permissible for determining the quality of the object, is set, the moments of time t 1 , t 2 , ... t n are determined, at which the values of flows on opposite surfaces are equal to the error Δq≤Δqmax: | q n (tq in (t ) | ≤Δqmax, they continue to measure the density of heat fluxes until the difference in their values exceeds the limits (Δqmax), from the obtained time instants choose the moment (t k ) near which the values of the density of heat fluxes q in (t к ) and q н (t к ) coincide with a given error (Δqmax) during the largest interval bp Meni (Δt k), determine the quality of the object in accordance with the above formula for q = q n values, q a, T n, T Mo, T in, T MF measured at time t k.

В известном способе из нестационарного процесса теплопередачи в течение времени (t) определяют интервал времени, в течение которого в исследуемом объекте реализуется квазистационарный процесс. Для этого рассматривают тепловые потоки qн(t), qв(t) и определяют моменты времени, в которые величины плотности тепловых потоков на противоположных поверхностях ограждения равны с погрешностью Δq≤Δqmax.In the known method, from the non-stationary process of heat transfer during time (t), a time interval is determined during which a quasi-stationary process is realized in the object under study. To do this, consider the heat fluxes q n (t), q in (t) and determine the times at which the values of the density of heat fluxes on opposite surfaces of the fence are equal with an error Δq≤Δqmax.

Как показала практика, такой подход к определению процесса квазистационарности не верен, так как имеется существенная нелинейная зависимость точности полученных результатов от погрешности входных данных - результатов первичных измерений. Измерения плотности теплового потока, особенно наружного, имеют невысокую точность, и такое сопоставление qв и qн на интервале Δt≤Δtин не является надежным критерием, т.к. равенство плотности тепловых потоков является всего лишь необходимым, но не достаточным условием стационарности. Даже в случае, когда qв=qн при любых интервалах времени измерений Δt, существуют решения, при которых стационарный и квазистационарный процессы теплопередачи не реализуются.As practice has shown, this approach to determining the quasistationary process is not true, since there is a significant nonlinear dependence of the accuracy of the results on the error of the input data - the results of primary measurements. Measurements of the heat flux density, especially of the external one, have low accuracy, and such a comparison of q in and q n in the interval Δt≤Δt in is not a reliable criterion, since the equality of the density of heat fluxes is only a necessary, but not sufficient condition for stationarity. Even in the case when q in = q n for any measurement time intervals Δt, there are solutions in which the stationary and quasi-stationary heat transfer processes are not realized.

Предложенное техническое решение устраняет вышеперечисленные недостатки и направлено на оперативное и достоверное определение теплотехнических характеристик участка элемента конструкции.The proposed technical solution eliminates the above drawbacks and is aimed at prompt and reliable determination of the thermal characteristics of the section of the structural element.

Технический результат состоит в разработке квазистационарного способа контроля параметров теплопередачи различного рода теплоизоляционных конструкций и материалов, включая ограждающие конструкции зданий и сооружений.The technical result consists in the development of a quasi-stationary method for controlling heat transfer parameters of various kinds of heat-insulating structures and materials, including building envelopes of buildings and structures.

Общие признаки прототипа и заявленного способа состоят в том, что определяют временной интервал измерений, необходимый и достаточный для обеспечения требуемого уровня достоверности результата. В течение этого временного интервала непрерывно регистрируют на поверхностях исследуемого участка мгновенные значения температур и плотности тепловых потоков, из полученных значений определяют термическое сопротивление участка.Common features of the prototype and the claimed method are that they determine the time interval of measurements necessary and sufficient to ensure the required level of reliability of the result. During this time interval, instantaneous values of temperatures and heat flux densities are continuously recorded on the surfaces of the investigated area, and the thermal resistance of the area is determined from the obtained values.

Новым в предложенном способе является то, что путем теоретического анализа и аналитического решения линейного нестационарного уравнения теплопередачи с граничными условиями 1-го рода определяют условия квазистационарности режима теплопередачи, критерии квазистационарности режима теплопередачи θmax и поправку термического сопротивления ΔR, вызванную нестационарностью теплопередачи.New in the proposed method is that by theoretical analysis and analytical solution of the linear non-stationary heat transfer equation with boundary conditions of the first kind, the conditions for the quasistationarity of the heat transfer regime, the criteria for the quasistationary heat transfer regime θ max and the correction of thermal resistance ΔR caused by the non-stationary heat transfer are determined.

Затем из определенных выше условий выбирают минимальную продолжительность временного интервала измерений τmin, зависящего от времени тепловой инерционности участка τин и общую продолжительность временного интервала измерений τ таким образом, что:Then, from the conditions defined above, select the minimum duration of the measurement time interval τ min , which depends on the thermal inertia time of the section τ in and the total duration of the measurement time interval τ in such a way that:

τ≥τmin≥3τин τ≥τ min ≥3τ in

где: τин=max(τвин, τнин) - время тепловой инерционности участка;where: τ yn = max (τ to yn, τ N in) - time thermal inertia portion;

τвин, τнин - время тепловой инерционности соответственно внутренней и наружной поверхностей участка.τ in Institute, τ n in - time thermal inertia respectively, the inner and outer surfaces of the portion.

Определяют предельную величину критерия квазистационарности режима теплопередачи θ исходя из заданной погрешности определения термического сопротивления исследуемого участка.The limiting value of the quasistationary criterion of the heat transfer mode θ is determined based on the given error in determining the thermal resistance of the investigated area.

θ=θmax·Δ/15,θ = θ max · Δ / 15,

где: θmax - значение критерия квазистационарности режима теплопередачи при 15% относительной систематической погрешности определения величины термического сопротивления;where: θ max is the value of the quasistationary criterion for the heat transfer mode at 15% relative systematic error in determining the value of thermal resistance;

Δ - относительно допустимая погрешность определения термического сопротивления исследуемого участка, %.Δ is the relatively permissible error in determining the thermal resistance of the investigated area,%.

Выбирают продолжительность временного интервала определения сопротивления теплопередачи участка τ и определяют предельную величину критерия квазистационарности режима теплопередачи θ с тем, чтобы в течение всего временного интервала τ, произвольно выделяя временные промежутки τi, длительностью не менее а·τин The duration of the time interval for determining the heat transfer resistance of the section τ is selected and the limiting value of the criterion for the quasistationarity of the heat transfer mode θ is determined so that throughout the entire time interval τ, arbitrarily identifying time gaps τ i with a duration of at least a · τ in

τ≥τiaτин τ≥τ ia τ in

где: а=2[1+ln(1+θ(τi))] - безразмерный коэффициент, учитывающий изменение зарегистрированных температур поверхностей участка;where: a = 2 [1 + ln (1 + θ (τ i ))] is a dimensionless coefficient taking into account the change in the recorded surface temperatures of the site;

определять на каждом из этих временных промежутках (τi) значение критерия квазистационарности θ (τi)determine at each of these time intervals (τ i ) the value of the quasistationarity criterion θ (τ i )

θ(τi)=|(kqвT'в·τвин-kqнT'н·τнин)/ΔT|,θ (τ i ) = | (k q in T ' in · τ in in -k q n T' n · τ n in ) / ΔT |,

где: ΔT=Tвср-Tнср - усредненное значение разности температур поверхностей участка на интервале τi;where: ΔT = T in sr -T n sr - the average value of the temperature difference of the surfaces of the plot in the interval τ i ;

T'в, T'н - соответственно усредненные значения скорости изменения температуры поверхностей участка на интервале τi;T ' in , T' n - respectively, the average value of the rate of change of temperature of the surface of the plot in the interval τ i ;

kqв, kqн - коэффициенты взаимного влияния тепловых потоков и скоростей изменения температур на соответствующих поверхностях,k q in , k q n - the coefficients of the mutual influence of heat fluxes and rates of temperature changes on the corresponding surfaces,

и сопоставлять его с определенной предельной величиной критерия квазистационарности θ, выявляя из множества значений τi, те временные промежутки τij, где критерии квазистационарности θ (τi) меньше предельной величины критерия квазистационарности θ,and compare it with a certain limit value of the criterion of quasistationarity θ, identifying from the set of values of τ i , those time intervals τ ij , where the criteria of quasistationarity θ (τ i ) is less than the limit value of the criterion of quasistationarity θ,

θ(τi)≤θ,θ (τ i ) ≤θ,

такие временные промежутки τij, и будут содержать измерения, на основе которых определяют значение термического сопротивления участка элемента конструкции исходя из зависимости:such time intervals τ ij , and will contain measurements, on the basis of which the value of the thermal resistance of the section of the structural element is determined based on the dependence:

R=ΔTij/qij+ΔR,R = ΔT ij / q ij + ΔR,

где: ΔTij=(Твср, ijнср, ij) - усредненная разность температур поверхностей участка;where: ΔT ij = (T in Wed , ij -T n Wed , ij ) is the average temperature difference of the surface of the plot;

qij - усредненная плотность тепловых потоков на поверхностях участка;q ij is the average density of heat fluxes on the surfaces of the plot;

ΔR=ΔTRин, T'вij, T'нij, Gнв)/qij - поправка термического сопротивления, вызванная нестационарностью теплопередачи;ΔR = ΔT Rin , T ' in , T' in , G n in ) / q ij - correction of thermal resistance caused by non-stationary heat transfer;

ΔТR - функция, учитывающая нестационарность режима теплопередачи и зависящая от конфигурации, структуры, теплофизических характеристик материалов исследуемого участка (параметры τин, Gнв) и скорости изменения температур поверхностей участка (T'вij, T'нij);ΔТ R is a function that takes into account the non-stationary nature of the heat transfer mode and depends on the configuration, structure, thermophysical characteristics of the materials of the studied area (parameters τ in , G n in ) and the rate of change of surface temperatures of the section (T ' in , T' in );

Gнв=1/Gвннинвин - форм-фактор соответственно наружной и внутренней поверхностей участка, определяемый расчетом исходя из конфигурации элемента конструкции (плоская, цилиндрическая, сферическая или др. форма конструкции), его структуры и теплофизических характеристик материалов состава.G n s = 1 / G in n = τ n yn / τ in the in - form factor, respectively outer and inner surface areas determined by calculation based on the configuration of the structural member (a flat, cylindrical, spherical or other form of construction.), Structure and thermophysical characteristics of the composition materials.

Суть способа заключается в следующем: найти и систематизировать условия существования квазистационарных и нестационарных тепловых состояний наружных стен при разных видах тепловых возмущений.The essence of the method is as follows: to find and systematize the conditions for the existence of quasi-stationary and non-stationary thermal states of external walls for different types of thermal disturbances.

Квазистационарными являются такие изменения характеристик среды, при которых параметры объекта можно описать стационарными уравнениями, например:Quasistationary are such changes in the characteristics of the medium in which the parameters of the object can be described by stationary equations, for example:

Figure 00000004
Figure 00000004

где: ΔT=Tв-Tн - разность температур на соответствующих поверхностях участка;where: ΔT = Tv-Tn is the temperature difference on the corresponding surfaces of the site;

q - плотность теплового потока;q is the heat flux density;

R - термическое сопротивление участка.R is the thermal resistance of the plot.

В предельном случае малости изменений характеристик среды возникает стационарность - неизменность теплового состояния объекта. Их слабые изменения - это квазистационарность. Меру «слабости» и определяет квазистационарный критерий θ(τi).In the extreme case of small changes in the characteristics of the medium, stationarity arises - the invariance of the thermal state of the object. Their weak changes are quasi-stationary. The measure of "weakness" is determined by the quasi-stationary criterion θ (τ i ).

Из уравнения (1) следует, что выполнение этого стационарного уравнения не требует постоянства температур или постоянства тепловых потоков, а необходимо лишь постоянство их отношения, слабо нарушающее тепловое состояние объектаFrom equation (1) it follows that the implementation of this stationary equation does not require a constant temperature or a constant heat flux, but only a constant relationship is needed, slightly violating the thermal state of the object

В квазистационарном режиме изменение теплового состояния может быть существенным, как, например, в случае длительного медленного нагрева (охлаждения) стены при граничных условиях 1-го рода [9], когда требование предельной величины критерия квазистационарности θ(τi)≥θ не выполняется, т.е. когда фактическое значение относительной допустимой погрешности определения термического сопротивления будет превышать заданное значение Δ.In the quasistationary regime, the change in the thermal state can be significant, as, for example, in the case of prolonged slow heating (cooling) of the wall under boundary conditions of the first kind [9], when the requirement for the limiting value of the quasistationarity criterion θ (τ i ) ≥θ is not fulfilled, those. when the actual value of the relative permissible error in determining the thermal resistance will exceed the specified value Δ.

Эти режимы тоже представляют для нас практический интерес, поскольку близки к стационарным и могут быть использованы для тепловой диагностики. Такие случаи характеризуются систематической погрешностью измерения термического сопротивления ΔR, учитываемой как поправка к формуле (1):These modes are also of practical interest to us, since they are close to stationary and can be used for thermal diagnostics. Such cases are characterized by a systematic error in the measurement of thermal resistance ΔR, taken into account as an amendment to formula (1):

Figure 00000005
Figure 00000005

Данная поправка ΔR выводится из аналитического решения нестационарной задачи теплопроводности [9]This correction ΔR is derived from the analytical solution of the unsteady heat conduction problem [9]

ΔR=ΔTRин, T'в, T'н, Gнв)/q,ΔR = ΔT Rin , T ' in , T' n , G n in ) / q,

где: ΔTR - функция, учитывающая нестационарность режима теплопередачи и зависящая от конфигурации, структуры, теплофизических характеристик материалов исследуемого участка (параметры τин, Gнв) и средних скоростей изменения температур поверхностей участка (T'в, T'н)where: ΔT R is a function that takes into account the non-stationary mode of heat transfer and depends on the configuration, structure, thermophysical characteristics of the materials of the studied area (parameters τ in , G n in ) and average rates of temperature change of the surface of the site (T ' in , T' n )

Figure 00000006
форм-фактор соответственно наружной и внутренней поверхностей участка, определяемый расчетом исходя из конфигурации элемента конструкции (плоская, цилиндрическая, сферическая или др. форма конструкции) его структуры и теплофизических характеристик материалов состава.
Figure 00000006
the form factor of the outer and inner surfaces of the plot, respectively, determined by calculation based on the configuration of the structural element (flat, cylindrical, spherical or other design form) of its structure and thermophysical characteristics of the composition materials.

τин=max(τвин, τнин) - время тепловой инерционности участка. yn τ = max (τ to yn, τ N in) - time plot thermal inertia.

τвин, τнин - время тепловой инерционности соответственно внутренней и наружной поверхностей участка.τ in Institute, τ n in - time thermal inertia respectively, the inner and outer surfaces of the portion.

В табл.1 проведено сопоставление рассмотренных характеристик стационарного и нестационарного способов определения термического сопротивления стен. Стационарный способ имеет преимущество по 10 пунктам, отмеченным знаком «+», нестационарный - лишь по одному, и по 4 пунктам они не различаются.Table 1 compares the considered characteristics of stationary and non-stationary methods for determining the thermal resistance of walls. The stationary method has an advantage of 10 points marked with a “+” sign, non-stationary method - only one, and they do not differ by 4 points.

В связи со всем вышеуказанным целесообразно рассматривать более общую теоретическую задачу по выявлению стационарных состояний на практике и смешанных квазистационарных и квазипериодических условиях. Результаты исследований состояли в выявлении временных промежутков, в течение которых состояние теплопередачи близко к стационарному, и критерия, позволяющего определить наличие таких состояний. Тем самым были определены и условия применимости выражений (1) и (2).In connection with all of the above, it is advisable to consider a more general theoretical problem of identifying stationary states in practice and mixed quasistationary and quasiperiodic conditions. The research results consisted in identifying time intervals during which the state of heat transfer is close to stationary, and a criterion for determining the presence of such states. Thus, the conditions of applicability of expressions (1) and (2) were also determined.

Выявляемые временные промежутки могут быть использованы при тепловой диагностике зданий, определяя область применимости нормативного стационарного способа методики [7], и дают возможность обойтись без привлечения громоздкого решения некорректной нестационарной задачи.The detected time intervals can be used in thermal diagnostics of buildings, determining the applicability of the normative stationary method of the method [7], and make it possible to do without involving the cumbersome solution of the incorrect non-stationary problem.

В стационарных условиях, по определению, тепловые потоки снаружи и внутри стен равны друг другу [1-4]. Установить наличие стационарного режима, измеряя и сопоставляя их, было бы наиболее просто. Однако измерения плотности теплового потока, особенно наружного, имеют невысокую точность, и такое сопоставление не является надежным критерием.Under stationary conditions, by definition, the heat fluxes outside and inside the walls are equal to each other [1-4]. To establish the presence of a stationary regime by measuring and comparing them would be most simple. However, measurements of the heat flux density, especially of the external one, have low accuracy, and such a comparison is not a reliable criterion.

Кроме того, даже в условиях, которые могут быть признаны вполне стационарными, наружные тепловые потоки столь чувствительны к любым внешним факторам (ветер, солнечное излучение, осадки и т.п.), что их мгновенные значения почти всегда сильно отличаются от довольно стабильных значений тепловых потоков на внутренней поверхности.In addition, even under conditions that can be considered completely stationary, external heat fluxes are so sensitive to any external factors (wind, solar radiation, precipitation, etc.) that their instantaneous values almost always differ greatly from fairly stable thermal values flows on the inner surface.

Это видно из фиг.1 - иллюстрация влияния неравенства внутреннего (qв) и наружного (qн) тепловых потоков на временной ход отношения ΔT(t)/q(t), измеренного в период с 29.03.07 до 10.04.07 в кирпичной стене (d=91 см) здания, расположенного в центре Москвы, из графиков отношений ΔT(t)/q(t), построенных с использованием тепловых потоков, измеренных на внутренней и наружной сторонах стены (qв, qн - соответственно). Графики пересекаются только в трех точках, да и те лежат далеко за пределами области допустимых значений. Различия между ними даже в правой, наиболее уравновешенной части фиг.1, достигают 90%, что требует дополнительного анализа процессов, приводящих к таким различиям, и создания стационарного способа, учитывающего эти различия.This can be seen from figure 1 - illustration of the effect of the inequality of the internal (q in ) and external (q n ) heat fluxes on the time course of the ratio ΔT (t) / q (t), measured in the period from 29.03.07 to 10.04.07 in brick wall (d = 91 cm) of a building located in the center of Moscow, from the ΔT (t) / q (t) relationship graphs constructed using heat fluxes measured on the inner and outer sides of the wall (q in , q n - respectively). The graphs intersect only at three points, and even those lie far beyond the range of acceptable values. The differences between them even in the right, most balanced part of figure 1, reach 90%, which requires additional analysis of the processes leading to such differences, and the creation of a stationary method that takes into account these differences.

Итак, для экспериментального выявления стационарного режима и определения термического сопротивления по формуле (2) придется пойти другим путем. Вначале необходимо, руководствуясь методикой [7, 6], измерить временные зависимости температуры и теплового потока внутри и снаружи здания. Продолжительность измерений, в отличие от [7, 6], где она всегда превышает 15 суток, должна зависеть от тепловой инерции стены, превышая время τин (время инерционности).So, for the experimental detection of the stationary regime and determination of thermal resistance by the formula (2), one will have to go a different way. First, it is necessary, guided by the methodology [7, 6], to measure the time dependences of temperature and heat flux inside and outside the building. The duration of the measurements, in contrast to [7, 6], where it always exceeds 15 days, should depend on the thermal inertia of the wall, exceeding the time τ in (time of inertia).

В результате проведенного теоретического анализа и аналитического решения линейного нестационарного уравнения теплопередачи [9] с граничными условиями 1-го рода [9], описывающих нестационарный процесс теплопередачи в исследуемом участке элемента конструкции, определяются условия и критерий квазистационарности режима теплопередачи θmax. Затем из определенных условий для конкретного участка элемента конструкции, выбирают минимальную продолжительность временного интервала измерений τmin. Продолжительность временного интервала измерений зависит от времени тепловой инерционности участка (τин). А общую продолжительность временного интервала измерений (τ) определяют из условия:As a result of the theoretical analysis and analytical solution of the linear non-stationary heat transfer equation [9] with boundary conditions of the first kind [9], which describe the unsteady heat transfer process in the studied section of the structural element, the conditions and criterion of quasi-stationary heat transfer θ max are determined. Then, from certain conditions for a particular section of the structural element, the minimum duration of the measurement time interval τ min is selected. The duration of the measurement time interval depends on the time of the thermal inertia of the section (τ in ). And the total duration of the measurement time interval (τ) is determined from the condition:

τ≥τmin≥3τин τ≥τ min ≥3τ in

где: τин - время тепловой инерционности участка.where: τ in - time thermal inertia of the site.

После этого определяют предельную величину критерия квазистационарности режима теплопередачи θ исходя из заданной погрешности Δ определения термического сопротивления исследуемого участка, исходя из зависимости:After that, determine the limit value of the criterion for the quasistationarity of the heat transfer mode θ based on a given error Δ of determining the thermal resistance of the studied area, based on the dependence:

θ=θmax·Δ/15θ = θ max Δ / 15

где: θmax - значение критерия квазистационарности при 15% относительной систематической погрешности определения величины термического сопротивления,where: θ max is the value of the quasistationarity criterion at 15% relative systematic error in determining the value of thermal resistance,

Δ - относительно допустимая погрешность определения термического сопротивления, %.Δ is the relatively permissible error in determining the thermal resistance,%.

Затем из этих данных необходимо выявить временные промежутки применимости формулы (1), которые характеризуются постоянством отношения ΔT(t)/q(t)≈const=R, когда изменения ΔT(t) и q(t) происходят квазистационарно (если происходят), не нарушая этого отношения.Then, from these data, it is necessary to identify the time intervals for the applicability of formula (1), which are characterized by the constancy of the ratio ΔT (t) / q (t) ≈const = R, when the changes ΔT (t) and q (t) occur quasi-stationary (if they occur), without breaking this relationship.

Так определяются условия существования квазистационарного теплового состояния, к которому всегда стремится тепловая система, и вопрос лишь в том, насколько быстро она это делает. Оно сохраняется, если внешнее воздействие происходит медленнее внутренних процессов, и отслеживается соответствующим изменением внутренних параметров при сохранении между ними прежних стационарных соотношений (в данном случае соотношения (1)). Эти состояния, в отличие от собственно стационарных, наиболее распространены в природе.This defines the conditions for the existence of a quasistationary thermal state, which the thermal system always strives for, and the only question is how quickly it does it. It is preserved if the external action is slower than the internal processes, and is monitored by a corresponding change in the internal parameters while maintaining the same stationary relations between them (in this case, relations (1)). These states, unlike the stationary ones, are most common in nature.

Важным ориентиром при выявлении таких квазистационарных условий является упомянутое время тепловой инерции.An important guideline in identifying such quasistationary conditions is the aforementioned time of thermal inertia.

В течение всего определенного ранее временного интервала - τ, произвольно выделяют временные промежутки τi длительностью не менее a·τин Throughout the entire previously determined time interval - τ, randomly allocate time intervals τ i with a duration of at least a · τ in

τ≥τiaτин,τ≥τ ia τ in ,

где: а=2[1+ln(1+θ(τi))] безразмерный коэффициент, учитывающий измерение зарегистрированных температур поверхностей участка.where: a = 2 [1 + ln (1 + θ (τ i ))] is a dimensionless coefficient taking into account the measurement of the recorded surface temperatures of the site.

Определяют на каждом из этих временных промежутках (τi) значение критерия квазистационарности θ(τi) исходя из зависимости:At each of these time intervals (τ i ), the value of the quasistationarity criterion θ (τ i ) is determined based on the dependence:

θ(τi)=|(kqв·T'в·τвин-kqн·T'н·τнин)/ΔT|θ (τ i ) = | (k q in · T ' in · in in -k q n · T' n · τ n in ) / ΔT |

где: ΔT=Твсрнср - усредненное значение разности температур поверхностей участка на интервале τi,where: ΔT = T in sr -T n sr - the average value of the temperature difference of the surfaces of the plot in the interval τ i ,

T'в, T'н - соответственно усредненные значения скорости изменения температуры поверхностей участка в интервале τI,T ' in , T' n - respectively, the average values of the rate of change of temperature of the surface of the plot in the interval τ I ,

kв, kн - коэффициенты взаимного влияния тепловых потоков и скоростей изменения температур на соответствующих поверхностях.k in , k n - the coefficients of the mutual influence of heat fluxes and rates of temperature changes on the corresponding surfaces.

После определения θ(τi) сопоставляют его с определенной ранее предельной величиной θ и выявляют из множества значений τi, те промежутки времени τij, где критерии квазистационарности θ(τi) меньше предельной величины критерия квазистационарности θAfter determining θ (τ i ), compare it with the previously determined limit value θ and identify from the set of values of τ i those time intervals τ ij where the criteria for quasistationarity θ (τ i ) are less than the limit value for the criterion for quasistationary θ

θ(τi)≤θ.θ (τ i ) ≤θ.

Эти временные промежутки τij будут содержать измерения, на основе которых определяют значение термического сопротивления участка элемента конструкции исходя из зависимости θ:These time intervals τ ij will contain measurements, based on which the value of the thermal resistance of the section of the structural element is determined based on the dependence θ:

R=ΔTij/qij+ΔRR = ΔT ij / q ij + ΔR

где: ΔТij= (Tвср-Tнср) - усредненная разность температур поверхностей участка,where: ΔT ij = (T in Wed -T n Wed ) is the average temperature difference of the surface of the plot,

qij - усредненная плотность тепловых потоков на поверхностях участка,q ij is the average density of heat fluxes on the surfaces of the plot,

ΔR - поправка термического сопротивления, вызванная нестационарностью теплопередачи.ΔR is the correction of thermal resistance caused by non-stationary heat transfer.

В табл.2 указаны значения τин для различных типов однородных стен, иллюстрирующие весь спектр тепловой инерции материалов, из которых строятся ограждающие конструкции жилых и производственных зданий. Данные оценки являются достаточно универсальными, т.к. разброс значений τин с учетом влажностного режима помещений и зон влажности района нахождения не превышает 20%.Table 2 shows the values of τ in for various types of homogeneous walls, illustrating the entire spectrum of thermal inertia of the materials from which the building envelopes of residential and industrial buildings are built. These estimates are quite universal, because the spread of τ in values taking into account the humidity regime of the premises and the humidity zones of the location area does not exceed 20%.

Из табл.2 видно, что измерения на стенках с невысокой тепловой инерцией (например, деревянных) при благоприятном стечении обстоятельств могут занять не более суток, в то время как толстые кирпичные и бетонные стены могут потребовать недели и более.From Table 2 it can be seen that measurements on walls with low thermal inertia (for example, wooden), under a favorable set of circumstances, can take no more than a day, while thick brick and concrete walls may take a week or more.

На фиг.2 - определение термического сопротивления стены в 3,5 кирпича (d = 91 см) из временного хода отношения ΔT(t)/q(t) за период с 29.03.07 по 10.04.07 в зданиях, расположенным в центре Москвы. Приведенный типичный временной ход отношения ΔT(t)/q(t), получен на массивной кирпичной стене в весенний период года. Для корректной обработки результатов целесообразно ввести коридор достоверных значений, определяемый точностью измерений ΔT(t)/q(t). (В соответствии с [7] это 15%.) В этих пределах отношение ΔT(t)/q(t) совпадает с термическим сопротивлением стены R.Figure 2 - determination of thermal resistance of a wall of 3.5 bricks (d = 91 cm) from the time course of the ratio ΔT (t) / q (t) for the period from 03/29/07 to 04/10/07 in buildings located in the center of Moscow . The typical time course of the ΔT (t) / q (t) ratio shown is obtained on a massive brick wall in the spring season. For the correct processing of the results, it is advisable to introduce a corridor of reliable values determined by the measurement accuracy ΔT (t) / q (t). (According to [7], this is 15%.) Within these limits, the ratio ΔT (t) / q (t) coincides with the thermal resistance of the wall R.

На фиг.2 в течение последних, более чем 3 суток, наблюдается стабилизация отношения ΔT(t)/q(t). Это признак квазистационарной теплопередачи, поскольку наблюдаемая стабилизация длится больше времени тепловой инерции (в соответствии с (1) и [8], tин=2 суткам), что говорит о установившемся, а не переходном состоянии. Важно, что даже для такой массивной, почти метровой кирпичной стены и в далеко не лучшее для измерений время (апрель) устанавливается квазистационарный тепловой режим. Это свидетельствует о перспективности заявленного способа определения термического сопротивления.In figure 2, during the last, more than 3 days, the stabilization of the ratio ΔT (t) / q (t) is observed. This is a sign of quasi-stationary heat transfer, since the observed stabilization lasts longer than the thermal inertia time (in accordance with (1) and [8], t in = 2 days), which indicates a steady state, and not a transitional state. It is important that even for such a massive, almost meter-long brick wall and at a far from the best time for measurements (April), a quasi-stationary thermal regime is established. This indicates the prospects of the claimed method for determining thermal resistance.

При данном подходе к исследованию смешанного режима теплопередачи нестационарными участками мы просто пренебрегаем.With this approach to the study of the mixed regime of heat transfer by non-stationary sections, we simply neglect it.

Сложный для диагностики и обсчета нестационарный режим исключается из рассмотрения, стационарный способ находит свое применение, формула (2),The non-stationary mode, difficult for diagnostics and calculation, is excluded from consideration, the stationary method finds its application, formula (2),

Figure 00000007
Figure 00000007

Например: для плоской одномерной конструкции:For example: for a flat one-dimensional structure:

τmini=a·τин - минимальная продолжительность временного интервала измерений равна минимальной продолжительности временного интервала определения термического сопротивление участка,τ min = τ i = a · τ in - the minimum duration of the measurement time interval is equal to the minimum duration of the time interval for determining the thermal resistance of the section,

а=1+ln(1+θ(τi)) - безразмерный коэффициент, учитывающий зарегистрированные изменения температуры поверхностей элемента на непрерывном интервале τ, a = 1 + ln (1 + θ (τ i )) is a dimensionless coefficient that takes into account the registered changes in the temperature of the surfaces of the element on a continuous interval τ,

θ(τi)=|(kqвT'в·τвин-kqнT'н·τнин)/ΔT| - значение критерия квазистационарности участка на интервале τi,θ (τ i ) = | (k q in T ' in · τ in in -k q n T' n · τ n in ) / ΔT | - the value of the criterion of quasistationary plot in the interval τ i ,

где:Where:

ΔT=Tвср-Tнср - усредненное значение разности температур поверхностей участка на интервале τi,ΔT = T in sr -T n sr - the average value of the temperature difference of the surfaces of the plot in the interval τ i ,

Т'в, Т'н - соответственно усредненные значения скорости изменения температуры поверхностей участка на интервале τi,T ' in , T' n - respectively, the average values of the rate of change of temperature of the surface of the plot in the interval τ i ,

kqв, kqн - коэффициент взаимного влияния скорости изменения температур и тепловых потоков на соответствующих поверхностях, (для плоской одномерной конструкции, для схемы измерения теплового потока на одной из поверхностей

Figure 00000008
и
Figure 00000009
для схемы измерения теплового потока на обеих поверхностях kqн=kqв=0,5).k q in , k q n - coefficient of mutual influence of the rate of change of temperature and heat fluxes on the corresponding surfaces, (for a flat one-dimensional design, for the scheme of measuring the heat flux on one of the surfaces
Figure 00000008
and
Figure 00000009
circuitry for measuring the heat flux on both surfaces k q = n k q s = 0.5).

Для погрешности определения термического сопротивления ±15% критерий квазистационарности: θmax=0,09 - для схемы измерения теплового потока только на одной из поверхностей и θmax=0,18 для схемы измерения теплового потока на обеих поверхностях участка.For the error in determining the thermal resistance ± 15%, the quasistationarity criterion is: θ max = 0.09 - for the heat flux measurement circuit on only one of the surfaces and θ max = 0.18 for the heat flux measurement circuit on both surfaces of the section.

В случае однородной плоской стены и схемы измерения, предусматривающей измерения плотности теплового потока на внутренней и наружной поверхностях участка:In the case of a homogeneous flat wall and measurement scheme, providing for the measurement of heat flux density on the inner and outer surfaces of the plot:

форм-фактор Gнвн=1, иform factor G n vn = 1, and

ΔTR2τинΔT'/12, гдеΔT R = π 2 τ jn ΔT '/ 12, where

ΔT' - скорость изменения разности температур внутренней и наружной поверхностей участка ΔT'=Т'в-Т'н,ΔT 'is the rate of change of the temperature difference of the inner and outer surfaces of the plot ΔT' = T ' in -T' n ,

τвиннин=d22a - соответственно время тепловой инерционности поверхностей участка и участка элемента конструкции,τ in in = τ n in = d 2 / π 2 a - respectively, the time of thermal inertia of the surfaces of the plot and the plot of the structural element,

где:Where:

α - коэффициент температуропроводности материала,α is the coefficient of thermal diffusivity of the material,

d - толщина участка стены.d is the thickness of the wall section.

Использование предложенного способа позволит оценивать квазистационарность процесса теплопередачи в тепло-инерционных элементах произвольной конструкции, внутренней структуры и состава конструкции, подчиняющихся закону теплопроводности Фурье в условиях нестационарного теплообмена. Предложенный способ не требует применения специальных дорогостоящих измерительных приборов и квалифицированных операторов, что делает его более дешевым по сравнению с известным. Способ не связан с решением обратной задачи и поэтому более точный по сравнению с существующими.Using the proposed method will allow us to estimate the quasistationary nature of the heat transfer process in heat-inertial elements of an arbitrary structure, internal structure and structure, obeying the Fourier law of thermal conductivity under conditions of unsteady heat transfer. The proposed method does not require the use of special expensive measuring instruments and skilled operators, which makes it cheaper compared to the known one. The method is not related to solving the inverse problem and therefore more accurate than existing ones.

Таблица 1Table 1 Сопоставление особенностей нестационарной и стационарной моделей расчета термического сопротивления стенComparison of the features of non-stationary and stationary models for calculating the thermal resistance of walls No. ХарактеристикаCharacteristic Нестационарная модельNon-stationary model Стационарная модельStationary model 1one Измеряемые параметрыMeasured parameters Одни и те жеSame 22 Требования к измеряемым параметрамRequirements for Measured Parameters НепостоянствоInconstancy ПостоянствоConstancy 33 Применимость к внешним условиям (температурному напору и пр.)Applicability to external conditions (temperature pressure, etc.) Одинаково ограниченаEqually limited 4four Зависимость времени измерения от тепловой инерции стеныThe dependence of the measurement time on the thermal inertia of the wall Слабая; ~5 сутокWeak ~ 5 days Сильная, от долей минуты до ~5 сутокStrong, from fractions of a minute to ~ 5 days ++ 55 Погрешность расчетаCalculation error Может быть высокой («оценивание»)May be high ("rating") Всегда контролируемаAlways controlled ++ 66 Чувствительность к погрешности измеренийSensitivity to measurement error Очень высокая, вплоть до расходимости решенияVery high, up to the divergence of the solution НизкаяLow ++ 77 Степень сложности решенияDegree of difficulty ВысокаяHigh НулеваяZero ++ 88 Разработанность и давность исследованийDevelopment and prescription of research Примерно одинаковыAbout the same 99 Наличие аналитических решений и их практическая применимостьAvailability of analytical solutions and their practical applicability ОграниченыLimited Всегда существуютAlways exist ++ 1010 Возможность численного решенияPossibility of numerical solution Ограничена условиями сходимости, корректности, единственностиLimited by conditions of convergence, correctness, uniqueness Всегда существуетAlways exists ++ 11eleven ТрудозатратыLabor costs БольшиеLarge УмеренныеModerate ++ 1212 Применимость к слоистым стенамApplicability to laminate walls Практически неприменимаAlmost not applicable ПрименимаApplicable ++ 1313 Применение на практикеPractical application УзкоеNarrow ШирокоеWide ++ 14fourteen Степень надежности, достоверность результатовReliability degree, reliability of results НевысокиеLow ВысокиеHigh ++ 15fifteen Критерии применимостиApplicability Criteria СуществуютExists ОтсутствуютAre absent ++

Таблица 2table 2 Время тепловой инерции однородной стенкиThe thermal inertia time of a homogeneous wall (Указан диапазон между значениями во влажных и сухих условиях эксплуатации помещений)(The range between the values in wet and dry environments is indicated) Материал огражденияFencing material Толщина ограждения
d, м
Fencing thickness
d, m
Время тепловой инерции
τин, суток
Thermal inertia time
τ in , days
Глиняный кирпичClay brick 0,650.65 0,9÷1,10.9 ÷ 1.1 БетонConcrete 0,650.65 0,54÷0,570.54 ÷ 0.57 КерамзитобетонExpanded clay

Figure 00000010
Figure 00000010
0,82÷0,950.82 ÷ 0.95 0,31÷0,360.31 ÷ 0.36 Сосновый брусPine timber 0,20.2 0,3÷0,380.3 ÷ 0.38 ПенополистиролExpanded polystyrene 0,20.2 0,16÷0,190.16 ÷ 0.19 СтеклоGlass 2×0,0042 × 0.004 18 сек18 sec

Используемая литератураUsed Books

1. Лыков А.В. Теория теплопроводности. - М.: Высшая школа, 1967.1. Lykov A.V. Theory of thermal conductivity. - M.: Higher School, 1967.

2. Петухов Б.С., Генин Л.Г., Ковалев С.А., Соловьев С.Л. Теплообмен в ядерных энергетических установках. Изд. 3. Гл. 2. Уравнение теплопроводности и методы его решения. - М.: Изд. МЭИ, 2003.2. Petukhov B.S., Genin L.G., Kovalev S.A., Soloviev S.L. Heat transfer in nuclear power plants. Ed. 3. Ch. 2. The heat equation and methods for solving it. - M.: Publishing. MPEI, 2003.

3. Телегин А.С., Швыдкий B.C., Ярошенко Ю.Г. Тепломассоперенос. Изд. 2. Гл. 2. Теплопроводность. - И.: ИКЦ «Академкнига», 2002.3. Telegin A.S., Shvydky B.C., Yaroshenko Yu.G. Heat and mass transfer. Ed. 2. Ch. 2. Thermal conductivity. - I .: ICC "Academkniga", 2002.

4. Фокин К.Ф. Строительная теплотехника ограждающих частей зданий. 5-е изд. - АВОК-ПРЕСС, 2006, стр.256.4. Fokin K.F. Construction heat engineering of enclosing parts of buildings. 5th ed. - AVOK-PRESS, 2006, p. 256.

5. О.Н.Будадин, А.И.Потапов, В.И.Колганов и др. Тепловой неразрушающий контроль изделий. - М.: Наука, 2002, стр.139-145.5. O. N. Budadin, A. I. Potapov, V. I. Kolganov and others. Thermal non-destructive testing of products. - M .: Nauka, 2002, pp. 139-145.

6. МЭД 01.01.00. Методика-2-2006. Методика обследования состояния наружных ограждающих конструкций зданий и сооружений тепловизионным методом. КП МЭД, Москва, 2006.6. MED 01.01.00. Methodology-2-2006. Methodology for examining the condition of the external building envelopes of buildings and structures using the thermal imaging method. KP MED, Moscow, 2006.

7. ГОСТ 26254-84. Здания и сооружения. Метод определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций. Введ. пост. Гос. ком. СССР по делам строительства. 2.08.84, №127. М., 1985.7. GOST 26254-84. Buildings and constructions. Method for determining the heat transfer resistance of building envelopes. Enter fast. Gos. com USSR for construction. 2.08.84, No. 127. M., 1985.

8. Свод правил СП 23-101-2004. Проектирование тепловой защиты зданий. М.: 2004, рекомендован в качестве нормативного документа Госстроем России 26.03.04.8. The code of rules SP 23-101-2004. Design of thermal protection of buildings. M .: 2004, recommended as a regulatory document by the Gosstroy of Russia 03/26/04.

9. Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. Автомиздат, 1979, стр.416.9. Kutateladze S.S. Fundamentals of the theory of heat transfer. Automizdat, 1979, p. 416.

Claims (1)

Способ определения термического сопротивления участка элемента конструкции при нестационарном режиме теплопередачи, заключающийся в том, что для исследуемого участка элемента конструкции определяют временной интервал измерений, необходимый для обеспечения требуемого уровня достоверности результата, в течение всего временного интервала измерений непрерывно регистрируют на поверхностях исследуемого участка мгновенные значения температур и плотности тепловых потоков, из полученных значений определяют термическое сопротивление участка, отличающийся тем, что определяют условия квазистационарности режима теплопередачи, критерий квазистационарности режима теплопередачи θmax и поправку термического сопротивления ΔR, вызванную нестационарностью теплопередачи, путем теоретического анализа и аналитического решения линейного нестационарного уравнения теплопередачи с граничными условиями 1-го рода, описывающих нестационарный процесс теплопередачи в исследуемом участке элемента конструкции, из определенных выше указанных условий для конкретного участка элемента конструкции, выбирают минимальную продолжительность временного интервала измерений τmin, зависящую от времени тепловой инерционности участка τин, и общую продолжительность временного интервала измерений τ таким образом, что:
τ≥τmin≥3τин,
где τин=max(τвин, τнин) - время тепловой инерционности участка;
τвин, τнин - время тепловой инерционности соответственно внутренней и наружной поверхностей участка, определяют предельную величину критерия квазистационарности режима теплопередачи θ, исходя из заданной погрешности определения термического сопротивления исследуемого участка:
θ=θmax·Δ/15,
где θmax - значение критерия квазистационарности при 15%-ной относительной систематической погрешности определения величины термического сопротивления;
Δ - относительно допустимая погрешность определения термического сопротивления, %,
с тем, чтобы в течение всего временного интервала τ, произвольно выделяя временные промежутки τi длительностью не менее а·τин
τ≥τi≥aτин,
где а=2[1+ln(1+θ(τi))] - безразмерный коэффициент, учитывающий изменение зарегистрированных температур поверхностей участка; определять на каждом из этих временных промежутках (τi) значение критерия квазистационарности θ(τi)
θ(τi)=|(kвq T'в·τвин-kнq T'н·τнин)/ΔT|,
где ΔT=Tвср, Tнср - усредненное значение разности температур поверхностей участка на интервале τi;
T'в, T'н - соответственно усредненные значения скорости изменения температуры поверхностей участка на интервале τi;
kвq, kнq - коэффициенты взаимного влияния тепловых потоков и скоростей изменения температур на соответствующих поверхностях,
и сопоставлять его с определенной предельной величиной критерия квазистационарности θ, выявляя те временные промежутки τij из множества τi, где критерии квазистационарности θ (τi) меньше предельной величины критерия квазистационарности θ,
θ(τi)≤θ,
такие временные промежутки τij и будут содержать измерения, на основе которых определяют значение термического сопротивления участка элемента конструкции, исходя из зависимости:
R=ΔTij/qij+ΔR,
где ΔTij=(Tвср, ij -Tнср, ij) - усредненная разность температур поверхностей участка;
qij - усредненная плотность тепловых потоков на поверхностях участка;
ΔR=ΔTRин, T'вij, T'нij, Gнв)/qij - поправка термического сопротивления, вызванная нестационарностью теплопередачи;
ΔТR - функция, учитывающая нестационарность режима теплопередачи и зависящая от конфигурации, структуры, теплофизических характеристик материалов исследуемого участка (параметры τин, Gнв) и средних скоростей изменения температур поверхностей участка (T'вij, T'нij);
Gнв=1/Gвннинвин - форм-фактор соответственно наружной и внутренней поверхностей участка, определяемый расчетом, исходя из конфигурации элемента конструкции (плоская, цилиндрическая, сферическая или др. форма конструкции), его структуры и теплофизических характеристик материалов состава.
A method for determining the thermal resistance of a section of an element of a structure under an unsteady heat transfer mode, which consists in the fact that for the studied section of a structural element, the measurement time interval necessary to ensure the required level of reliability of the result is determined, instantaneous temperature values are continuously recorded on the surfaces of the studied section throughout the entire measurement interval and heat flux densities, from the obtained values determine the thermal resistance ASTK, characterized in that the determined conditions quasistationarity heat mode, criterion quasistationarity mode of heat transfer θ max and the correction of thermal resistance ΔR, cause non-stationary heat transfer through theoretical analysis and analytical solutions of a linear time-dependent equation heat transfer boundary conditions of the 1st kind, which describe the unsteady heat transfer process in the studied section of the structural element, from the conditions specified above for a specific section of the element design, choose the minimum duration of the time interval of measurements τ min , depending on the time of the thermal inertia of the plot τ in , and the total duration of the time interval of measurements τ so that:
τ≥τ min ≥3τ in ,
where τ yn = max (τ to yn, τ N in) - time thermal inertia portion;
τ in Institute, τ n in - time thermal inertia, respectively inner and outer surfaces of the portion is determined limit value quasistationarity heat mode criterion θ, based on a predetermined error calculation of thermal resistance test site:
θ = θ max · Δ / 15,
where θ max is the value of the quasistationarity criterion at a 15% relative systematic error in determining the value of thermal resistance;
Δ is the relatively permissible error in determining the thermal resistance,%,
so that throughout the entire time interval τ, arbitrarily identifying time intervals τ i with a duration of at least a · τ in
τ≥τ i ≥aτ in ,
where a = 2 [1 + ln (1 + θ (τ i ))] is a dimensionless coefficient taking into account the change in the recorded surface temperatures of the plot; determine at each of these time intervals (τ i ) the value of the quasistationarity criterion θ (τ i )
θ (τ i ) = | (k in q T ' in · τ in in -k n q T' n · τ n in ) / ΔT |,
where ΔT = T in avg , T n av - the average value of the temperature difference of the surfaces of the plot in the interval τ i ;
T ' in , T' n - respectively, the average values of the rate of change of temperature of the surface of the plot in the interval τ i ;
k in q , k n q are the coefficients of the mutual influence of heat fluxes and rates of temperature change on the corresponding surfaces,
and compare it with a certain limit value of the quasistationarity criterion θ, identifying those time intervals τ ij from the set τ i , where the quasistationarity criterion θ (τ i ) is less than the limit value of the quasistationarity criterion θ,
θ (τ i ) ≤θ,
such time intervals τ ij will contain measurements, on the basis of which the value of the thermal resistance of the section of the structural element is determined based on the dependence:
R = ΔT ij / q ij + ΔR,
where ΔT ij = (T in avg , ij -T n av , ij ) is the average temperature difference of the surface of the site;
q ij is the average density of heat fluxes on the surfaces of the plot;
ΔR = ΔT Rin , T ' in , T' in , G n in ) / q ij - correction of thermal resistance caused by non-stationary heat transfer;
ΔТ R is a function that takes into account the non-stationary nature of the heat transfer mode and depends on the configuration, structure, thermophysical characteristics of the materials of the investigated area (parameters τ in , G n in ) and average rates of temperature change of the surface of the area (T ' in , T' in );
G n s = 1 / G in n = τ n yn / τ in the in - form factor, respectively outer and inner surface areas determined by calculation, based on the configuration of the structural member (a flat, cylindrical, spherical or other shape structure.), A structure and thermophysical characteristics of the composition materials.
RU2010142067/28A 2010-10-14 2010-10-14 Method of determining thermal resistance of section of structural element in nonsteady heat-transfer mode RU2457471C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010142067/28A RU2457471C2 (en) 2010-10-14 2010-10-14 Method of determining thermal resistance of section of structural element in nonsteady heat-transfer mode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010142067/28A RU2457471C2 (en) 2010-10-14 2010-10-14 Method of determining thermal resistance of section of structural element in nonsteady heat-transfer mode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010142067A RU2010142067A (en) 2012-04-20
RU2457471C2 true RU2457471C2 (en) 2012-07-27

Family

ID=46032313

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010142067/28A RU2457471C2 (en) 2010-10-14 2010-10-14 Method of determining thermal resistance of section of structural element in nonsteady heat-transfer mode

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2457471C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2518224C1 (en) * 2012-12-25 2014-06-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный университет" (ВоГУ) Analysis method for nonsteady thermal condition of solid body
RU2625625C2 (en) * 2015-06-04 2017-07-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук" (НИИСФ РААСН) Method and device for express control of thermo-technical qualities of building structures materials
RU2644087C1 (en) * 2017-05-03 2018-02-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Method of determining the time interval when carrying out field thermophysical researches of external walls of brick buildings, in which in the wall fencing, occur conditions of the quasi-stationary heat transfer regime

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114137018A (en) * 2021-11-30 2022-03-04 国网北京市电力公司 Simulation test system, method and application of house anti-power-off endurance time

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU958937A1 (en) * 1980-07-14 1982-09-15 Научно-Исследовательский Институт Строительной Физики Госстроя Ссср Thermal resistance determination method
SU1529091A1 (en) * 1987-08-04 1989-12-15 Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола Method of measuring thermo-physical characteristics of materials
RU2262686C1 (en) * 2004-04-23 2005-10-20 ООО Технологический Институт Энергетических Обследований, Диагностики И Неразрушающего Контроля "ВЕМО" Method of thermal non-destructive inspection
RU2383008C1 (en) * 2008-12-19 2010-02-27 Олег Николаевич Будадин Method for thermal nondestructive check of thermotechnical characteristics of materials and structures

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU958937A1 (en) * 1980-07-14 1982-09-15 Научно-Исследовательский Институт Строительной Физики Госстроя Ссср Thermal resistance determination method
SU1529091A1 (en) * 1987-08-04 1989-12-15 Львовский политехнический институт им.Ленинского комсомола Method of measuring thermo-physical characteristics of materials
RU2262686C1 (en) * 2004-04-23 2005-10-20 ООО Технологический Институт Энергетических Обследований, Диагностики И Неразрушающего Контроля "ВЕМО" Method of thermal non-destructive inspection
RU2383008C1 (en) * 2008-12-19 2010-02-27 Олег Николаевич Будадин Method for thermal nondestructive check of thermotechnical characteristics of materials and structures

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2518224C1 (en) * 2012-12-25 2014-06-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Вологодский государственный университет" (ВоГУ) Analysis method for nonsteady thermal condition of solid body
RU2625625C2 (en) * 2015-06-04 2017-07-17 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук" (НИИСФ РААСН) Method and device for express control of thermo-technical qualities of building structures materials
RU2644087C1 (en) * 2017-05-03 2018-02-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный технологический университет" Method of determining the time interval when carrying out field thermophysical researches of external walls of brick buildings, in which in the wall fencing, occur conditions of the quasi-stationary heat transfer regime

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010142067A (en) 2012-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rasooli et al. In-situ characterization of walls’ thermal resistance: An extension to the ISO 9869 standard method
Atsonios et al. A comparative assessment of the standardized methods for the in–situ measurement of the thermal resistance of building walls
O’Grady et al. Infrared thermography technique as an in-situ method of assessing heat loss through thermal bridging
RU2383008C1 (en) Method for thermal nondestructive check of thermotechnical characteristics of materials and structures
Danielski et al. Diagnosis of buildings’ thermal performance-a quantitative method using thermography under non-steady state heat flow
RU2457471C2 (en) Method of determining thermal resistance of section of structural element in nonsteady heat-transfer mode
Janković et al. Alternative method for on site evaluation of thermal transmittance
Baldinelli et al. Dynamic thermal properties of building components: Hot box experimental assessment under different solicitations
Ghiaus et al. Design of experiments for Quick U-building method for building energy performance measurement
Bishara et al. Experimental determination of the building envelope’s dynamic thermal characteristics in consideration of hygrothermal modelling–Assessment of methods and sources of uncertainty
Prata et al. Heat transfer measurements of a linear thermal bridge in a wooden building corner
Bomberg et al. Influence of moisture and moisture gradients on heat transfer through porous building materials
Simões et al. Laboratory assessment of thermal transmittance of homogeneous building elements using infrared thermography
RU2657332C1 (en) Method for determining reduced thermal resistance of non-uniform enclosing structure in climatic chamber
Yang et al. Construction and calibration of a large-area heat flow meter apparatus
Asdrubali et al. Comparative analysis of different methods to evaluate the thermal conductivity of homogenous materials
RU2262686C1 (en) Method of thermal non-destructive inspection
Rennex Error analysis for the National Bureau of Standards 1016 mm guarded hot plate
RU2644087C1 (en) Method of determining the time interval when carrying out field thermophysical researches of external walls of brick buildings, in which in the wall fencing, occur conditions of the quasi-stationary heat transfer regime
RU2475729C1 (en) Heat-engineering investigation method of buildings and facilities
Najafi Real-time heat flux estimation using filter based solutions for inverse heat conduction problems
RU2468359C1 (en) Method of determining heat-transfer resistance of building enclosures
RU2650052C1 (en) Method for determining changes in thermal resistance and the coefficient of thermal conductivity through thickness of the external wall fencing results of thermophysical tests in nuclear conditions
RU2285915C2 (en) Method of testing heat protecting properties of guarding structure
RU2618501C1 (en) Method for determining zones inside outer brick wall fence, characterized by quasi-stationary conditions of heat transfer at field experimental studies in winter

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE

Effective date: 20160208

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171015