Теоретические исследования по разработке и применению датчиков с кольцевым нагревателем для определения теплофизических свойств ограждающих конструкций

Abstract

RU: Постановка проблемы. Анализ показал, что все теплозащитные материалы можно условно разделить на однородные – с низкой теплопроводностью (пенобетон, пенопласты и прочее) и композиционные, многослойные – с наличием минеральной среды, имеющие различные теплофизические характеристики, но в сумме дающие положительный эффект термоизоляции при наличии преобладающей доли лучистого тела. Исследования показали, что при наличии равнораспределенного объема воздушной массы имеет место в значительной степени контактный и конвективный теплообмен. Проведенный анализ методов определения теплотехнических характеристик материалов и используемых средств измерения показал, что большинство их основано на решении задач нестационарной теплопроводности с тепловыми источниками, геометрия которых не отражена в расчетных формулах. Следовательно, необходим метод измерения, который позволит определять теплотехнические характеристики строительных материалов ограждающих конструкций по данным опыта непосредственно в производственных условиях. Цель статьи – выполнить теоретические исследования по разработке и применению датчиков с кольцевым нагревателем для определения теплотехнических свойств строительных материалов ограждающих конструкций, что позволит оценивать изменения микроклимата помещений с учетом изменений внешней среды. Вывод. Метод решения задачи с кольцевым источником тепла приводит к получению аналитических зависимостей, описывающих изменение температурного поля массива с учетом начальных и граничных условий, геометрии и мощности тепловых источников. Он может быть естественно обобщен для задач с тепловыми источниками переменной мощности, а также для неоднородных и неизотропных тел, имеющих различные теплотехнические характеристики. В конечном итоге в результате проведенных исследований получены зависимости для определения теплотехнических характеристик исследуемых материалов. На базе расчетных зависимостей нами предложен датчик, с помощью которого, помимо определения теплотехнических характеристик материалов, представляется возможным исследовать теплообмен строительных конструкций с окружающей средой в замкнутых помещениях. При этом нами была принята функциональная схема работы датчика с кольцевым нагревателем, что позволяет оценивать изменения теплотехнических свойств строительных материалов в процессе эксплуатации

UK: Постановка проблеми. Аналіз показав, що всі теплозахисні матеріали можна умовно поділити на однорідні – з низькою теплопровідністю (пінобетон, пінопласти та ін.) і композиційні, багатошарові – з наявністю мінерального середовища, що мають різні теплофізичні характеристики, але в сумі дають позитивний ефект термоізоляції за наявності переважної частки променистого тіла. Дослідження показали, що за наявності рівнорозподіленого обсягу повітряної маси має місце значною мірою контактний і конвективний теплообмін. Проведений аналіз методів визначення теплотехнічних характеристик матеріалів і застосовуваних засобів вимірювання показав, що більшість їх засновано на розв’язані задач нестаціонарної теплопровідності з тепловими джерелами, геометрія яких не відображена в розрахункових формулах. Отже, необхідний метод вимірювання, який дозволить визначати теплотехнічні характеристики будівельних матеріалів огороджувальних конструкцій за даними досліду безпосередньо у виробничих умовах. Мета статті – виконати теоретичне дослідження з розроблення та застосування датчиків із кільцевим нагрівачем для визначення теплотехнічних властивостей будівельних матеріалів огороджувальних конструкцій, що дозволить оцінювати зміни мікроклімату приміщень з урахуванням змін зовнішнього середовища. Висновок. Метод роз’вязання задачі з кільцевим джерелом тепла дозволяє отримати аналітичні залежності, що описують зміну температурного поля масиву з урахуванням початкових і граничних умов, геометрії та потужності теплових джерел. Він може бути природно узагальнений для завдань із тепловими джерелами змінної потужності, а також для неоднорідних і неізотропних тіл, що мають різні теплотехнічні характеристики. Зрештою, в результаті проведених досліджень нами отримані залежності для визначення теплотехнічних характеристик досліджуваних матеріалів. На базі розрахункових залежностей нами запропоновано датчик, за допомогою якого, крім визначення теплотехнічних характеристик матеріалів, уявляється можливим досліджувати теплообмін будівельних конструкцій з навколишнім середовищем замкнутих приміщеннях. При цьому нами прийнято функціональну схему роботи датчика з кільцевим нагрівачем, що дозволяє оцінювати зміни теплотехнічних властивостей будівельних матеріалів у процесі експлуатації

EN: Problem statement. All heat-proof materials can be divided into homogenous – low thermal conductivity (foam, foams, etc.), and composite, laminated – with the presence of mineral media having different thermal characteristics showed the analysis , but in an amount giving a beneficial effect in the presence of thermal insulation of the predominant proportion of radiant body. Studies have shown that in the presence of an equal distribution of the volume of air mass takes place largely pin and convective heat transfer. The analysis methods for determining the thermal properties of materials and their means of measurements showed that the majority of them based on solving the problems of transient heat conduction with heat sources, the geometry of which is not reflected in the calculation formulas. Therefore, a measurement method that allows to determine the thermal performance of building materials walling according to experience directly in a production environment. Purpose – to perform theoretically study the development and application of sensors with ring heater for the determination of thermal properties of building materials walling, which will assess the indoor climate changes, taking into account changes in the environment. Conclusion. The method of solving the problem with the annular heat source results in analytical functions describing the change of the temperature field of the array with the initial and boundary conditions, geometry and thermal power sources. It may naturally be generalized to problems with variable power heat sources, as well as inhomogeneous and isotropic bodies having different thermal performance. Ultimately, as a result of the research we have obtained to determine the dependence of thermal characteristics of the materials studied. On the basis of the calculated dependences we have proposed a sensor, with which, in addition to determining the thermal properties of materials, it is possible to investigate the heat transfer of building structures with the environment in a confined space. At the same time we adopted a functional block diagram of the sensor with a ring heater that allows to evaluate the changes of thermal properties of building materials during the operation