Oberflächenwärmestromdichte. Messung der Wärmestromdichte (Wärmestrahlung)

1 Grundlegende Konzepte und Definitionen - Temperaturfeld, Gradient, Wärmefluss, Dichte Wärmefluss(q, Q), Fouriersches Gesetz.

Temperaturfeld– eine Reihe von Temperaturwerten an allen Punkten des untersuchten Raums für jeden Zeitpunkt..gif" width="131" height="32 src=">

Die Wärmemenge W, die pro Zeiteinheit durch eine isotherme Fläche der Fläche F strömt, wird genannt Wärmefluss und wird aus dem Ausdruck bestimmt: https://pandia.ru/text/78/654/images/image004_12.gif" width="15" height="32">, W/m2, heißt Wärmestromdichte: .

Der Zusammenhang zwischen der Wärmemenge dQ, J, die während der Zeit dt die auf einer Isothermenfläche befindliche Elementarfläche dF durchläuft, und dem Temperaturgradienten dt/dn wird durch das Fourier-Gesetz festgelegt: .

2. Gleichung der Wärmeleitung, Eindeutigkeitsbedingungen.

Die Differentialgleichung für die Wärmeleitung wird mit folgenden Annahmen hergeleitet:

Der Körper ist homogen und isotrop;

Die physikalischen Parameter sind konstant;

Die mit einer Temperaturänderung verbundene Verformung des betrachteten Volumens ist im Vergleich zum Volumen selbst sehr gering;

Innere Wärmequellen im Körper, die im Allgemeinen als angegeben werden können , sind gleichmäßig verteilt.

https://pandia.ru/text/78/654/images/image009_5.gif" width="195" height="45 src=">.

Die Differentialgleichung der Wärmeleitung stellt einen Zusammenhang zwischen zeitlichen und räumlichen Temperaturänderungen an jeder Stelle im Körper her, an der der Prozess der Wärmeleitung stattfindet.

Wenn wir die thermophysikalischen Eigenschaften konstant nehmen, die bei der Ableitung der Gleichung angenommen wurden, dann hat difur die Form: https://pandia.ru/text/78/654/images/image011_4.gif" width="51" height=" 44"> - Wärmeleitfähigkeitskoeffizient.

Und , Wo ist der Laplace-Operator im kartesischen Koordinatensystem.

Dann .

Eindeutigkeitsbedingungen oder Randbedingungen umfassen:

geometrische Begriffe,

3. Wärmeleitfähigkeit in der Wand (Randbedingungen 1. Art).

Wärmeleitfähigkeit einer einschichtigen Wand.

Betrachten Sie eine homogene flache Wand der Dicke d. An den Außenflächen der Wand werden zeitlich konstante Temperaturen tc1 und tc2 aufrechterhalten. Die Wärmeleitfähigkeit des Wandmaterials ist konstant und gleich l.

Im stationären Modus ändert sich die Temperatur außerdem nur in Richtung senkrecht zur Ebene des Stapels (Achse 0x): ..gif" width="129" height="47">

Bestimmen wir die Wärmestromdichte durch eine ebene Wand. In Übereinstimmung mit dem Fourier-Gesetz können wir unter Berücksichtigung der Gleichheit (*) schreiben: .

Somit (**).

Die Temperaturdifferenz wird in Gleichung (**) aufgerufen Temperaturunterschied. Aus dieser Gleichung ist ersichtlich, dass sich die Wärmestromdichte q direkt proportional zur Wärmeleitfähigkeit l und Temperaturdifferenz Dt und umgekehrt proportional zur Wanddicke d ändert.

Das Verhältnis wird als Wärmeleitfähigkeit der Wand bezeichnet und sein Kehrwert ist https://pandia.ru/text/78/654/images/image023_1.gif" width="213" height="25">.

Die Wärmeleitfähigkeit l ist bei mittlerer Wandtemperatur zu nehmen.

Wärmeleitfähigkeit einer mehrschichtigen Wand.

Für jede Schicht: ; ; https://pandia.ru/text/78/654/images/image027_1.gif" width="433" height="87 src=">

Um die Wärmeleiteigenschaften einer mehrschichtigen flachen Wand mit den Eigenschaften homogener Materialien zu vergleichen, wird das Konzept eingeführt Äquivalente Wärmeleitfähigkeit. Dies ist die Wärmeleitfähigkeit einer einschichtigen Wand, deren Dicke gleich der Dicke der betrachteten mehrschichtigen Wand ist, also.gif" width="331" height="52">

Daher haben wir:

4. Wärmedurchgang durch eine ebene Wand (Randbedingungen 3. Art).

Die Übertragung von Wärme von einem sich bewegenden Medium (Flüssigkeit oder Gas) auf ein anderes durch eine feste Wand beliebiger Form, die sie trennt, wird als Wärmeübertragung bezeichnet. Die Besonderheiten des Prozesses an den Wandgrenzen bei der Wärmeübertragung sind durch Randbedingungen dritter Art gekennzeichnet, die durch die Werte der Flüssigkeitstemperatur auf der einen und der anderen Seite der Wand, sowie der entsprechende Werte der Wärmedurchgangskoeffizienten.

Betrachten Sie einen stationären Prozess der Wärmeübertragung durch eine unendliche homogene flache Wand der Dicke d. Angegeben sind Wärmeleitfähigkeit der Wand l, Umgebungstemperaturen tl1 und tl2, Wärmedurchgangskoeffizienten a1 und a2. Gesucht werden der Wärmefluss von der heißen zur kalten Flüssigkeit und die Temperaturen an den Wandflächen tc1 und tc2. Die Wärmestromdichte vom heißen Medium zur Wand wird durch die Gleichung bestimmt: . Der gleiche Wärmestrom wird durch Wärmeleitung durch eine feste Wand übertragen: und von der zweiten Wandfläche zur kalten Umgebung: DIV_ADBLOCK119">

Dann https://pandia.ru/text/78/654/images/image035_0.gif" width="128" height="75 src="> - Hitzeübertragungskoeffizient, der Zahlenwert k drückt die durch die Wandfläche pro Zeiteinheit pr strömende Wärmemenge aus die Temperaturdifferenz zwischen heißem und kaltem Medium beträgt 1K und hat die gleiche Maßeinheit wie der Wärmedurchgangskoeffizient J / (s * m2K) oder W / (m2K).

Der Kehrwert des Wärmedurchgangskoeffizienten wird genannt thermischer Widerstand gegen Wärmeübertragung:.

https://pandia.ru/text/78/654/images/image038_0.gif" width="37" height="25"> Wärmewiderstand der Wärmeleitfähigkeit.

Für Sandwichwand .

Wärmestromdichte durch eine mehrschichtige Wand: .

Der Wärmestrom Q, W, der durch eine ebene Wand mit der Oberfläche F geht, ist gleich: .

Die Temperatur an der Grenze zweier beliebiger Schichten unter Randbedingungen dritter Art kann durch die Gleichung bestimmt werden . Sie können die Temperatur auch grafisch ermitteln.

5. Wärmeleitfähigkeit in einer zylindrischen Wand (Randbedingungen 1. Art).

Betrachten wir einen stationären Wärmeleitungsprozess durch eine homogene zylindrische Wand (Rohr) der Länge l mit einem Innenradius r1 und einem Außenradius r2. Die Wärmeleitfähigkeit des Wandmaterials l ist ein konstanter Wert. An der Wandoberfläche werden konstante Temperaturen tc1 und tc2 eingestellt.

Im Fall (l>>r) sind die isothermen Flächen zylindrisch und das Temperaturfeld eindimensional. Das heißt, t=f(r), wobei r die aktuelle Koordinate des zylindrischen Systems ist, r1£r£r2..gif" width="113" height="48">.

Die Einführung einer neuen Variablen ermöglicht es uns, die Gleichung in die Form zu bringen: https://pandia.ru/text/78/654/images/image047.gif" width="107" height="25">, wir haben :

https://pandia.ru/text/78/654/images/image049.gif" width="253" height="25 src=">.

Setzen Sie die Werte von C1 und C2 in die Gleichung ein , wir bekommen:

https://pandia.ru/text/78/654/images/image051.gif" width="277" height="25 src=">.

Dieser Ausdruck ist die Gleichung einer logarithmischen Kurve. Folglich ändert sich die Temperatur innerhalb einer homogenen zylindrischen Wand bei einem konstanten Wert der Wärmeleitfähigkeit gemäß einem logarithmischen Gesetz.

Um die Wärmemenge zu ermitteln, die pro Zeiteinheit durch eine zylindrische Wandfläche F strömt, können Sie das Fourier-Gesetz verwenden:

Einsetzen des Werts des Temperaturgradienten gemäß der Gleichung in die Gleichung des Fourier-Gesetzes wir bekommen: (*) ® Q-Wert hängt nicht von der Wandstärke ab, sondern vom Verhältnis des Außendurchmessers zum Innendurchmesser.

Wenn Sie sich auf den Wärmestrom pro Längeneinheit der zylindrischen Wand beziehen, kann die Gleichung (*) als https://pandia.ru/text/78/654/images/image056.gif" width="67" height geschrieben werden ="52 src="> ist der Wärmewiderstand der Wärmeleitfähigkeit der zylindrischen Wand.

Für eine mehrschichtige zylindrische Wand https://pandia.ru/text/78/654/images/image058.gif" width="225" height="57 src=">.

6. Wärmeübergang durch eine zylindrische Wand (Randbedingungen 3. Art).

Betrachten wir eine gleichmäßige zylindrische Wand großer Länge mit einem Innendurchmesser d1, einem Außendurchmesser d2 und einer konstanten Wärmeleitfähigkeit. Angegeben sind die Temperaturwerte des heißen Mediums tl1 und des kalten Mediums tl2 sowie die Wärmedurchgangskoeffizienten a1 und a2. für den stationären Modus können wir schreiben:

https://pandia.ru/text/78/654/images/image060.gif" width="116" height="75 src=">.gif" width="157" height="25 src=">

Wo - linearer Wärmedurchgangskoeffizient, charakterisiert die Intensität der Wärmeübertragung von einer Flüssigkeit zur anderen durch die sie trennende Wand; zahlenmäßig gleich der Wärmemenge, die durch die Wand eines 1 m langen Rohres pro Zeiteinheit bei einem Temperaturunterschied von 1 K von einem Medium zum anderen gelangt.

Der Kehrwert des linearen Wärmeübergangskoeffizienten wird genannt linearer thermischer Widerstand gegen Wärmeübertragung.

Bei einer mehrschichtigen Wand ist der lineare thermische Widerstand gegen Wärmeübertragung die Summe der linearen thermischen Widerstände gegen Wärmeübertragung und die Summe der linearen thermischen Widerstände gegen Wärmeleitfähigkeit der Schichten.

Temperaturen an der Grenze zwischen den Schichten: https://pandia.ru/text/78/654/images/image065.gif" width="145" height="29">; ; https://pandia.ru/text/78/654/images/image068.gif" width="160" height="25 src=">

Wo – Wärmedurchgangskoeffizient für Kugelwand.

Der Kehrwert des Wärmedurchgangskoeffizienten der Kugelwand wird genannt thermischer Widerstand gegen Wärmeübertragung der Kugelwand.

Randbedingungenich Art.

Gegeben sei eine Kugel mit inneren und äußeren Oberflächenradien r1 und r2, konstanter Wärmeleitfähigkeit und gegebenen gleichverteilten Oberflächentemperaturen tc1 und tc2.

Unter diesen Bedingungen hängt die Temperatur nur vom Radius r ab. Nach dem Fourier-Gesetz ist der Wärmestrom durch die Kugelwand gleich: .

Integration der Gleichung ergibt folgende Temperaturverteilung in der Kugelschicht:

https://pandia.ru/text/78/654/images/image073.gif" width="316" height="108">;

Somit , d - Wandstärke.

Temperaturverteilung: ® bei konstanter Wärmeleitfähigkeit ändert sich die Temperatur in der Kugelwand nach dem hyperbolischen Gesetz.

8. Thermischer Widerstand.

Einlagige Flachwand:

Randbedingungen 1. Art

Das Verhältnis wird als Wärmeleitfähigkeit der Wand bezeichnet und sein Kehrwert ist https://pandia.ru/text/78/654/images/image036_0.gif" width="349" height="55">.

Einschichtige zylindrische Wand:

Randbedingungen 1. Art

Wert https://pandia.ru/text/78/654/images/image076.gif" width="147" height="56 src=">)

Randbedingungen der 3. Art

Linearer Wärmewiderstand gegen Wärmeübertragung: https://pandia.ru/text/78/654/images/image078.gif" width="249" height="53"> (mehrschichtige Wand)

9. Kritischer Isolationsdurchmesser.

Betrachten wir den Fall, dass das Rohr mit einer einlagigen Wärmedämmung mit einem Außendurchmesser d3 ummantelt ist. unter der Annahme gegebener und konstanter Wärmedurchgangskoeffizienten a1 und a2, Temperaturen beider Flüssigkeiten tl1 und tl2, Wärmeleitfähigkeit des Rohres l1 und Isolierung l2.

Nach der Gleichung , der Ausdruck für den linearen Wärmewiderstand gegen Wärmeübertragung durch eine zweischichtige zylindrische Wand hat die Form: https://pandia.ru/text/78/654/images/image080.gif" width="72" height=" 52 src="> nimmt zu und der Begriff ab. Mit anderen Worten, eine Vergrößerung des Außendurchmessers der Isolierung zieht eine Erhöhung des Wärmeleitwiderstands der Isolierung und eine Verringerung des Wärmeleitwiderstands der Isolierung nach sich seine äußere Oberfläche.Letzteres ist auf eine Vergrößerung der Fläche der äußeren Oberfläche zurückzuführen.

Funktionsextremum Rl – – kritischer Durchmesser bezeichnet als dcr. Dient als Indikator für die Eignung des Materials zur Verwendung als Wärmedämmung für ein Rohr mit einem bestimmten Außendurchmesser d2 bei einem bestimmten Wärmedurchgangskoeffizienten a2.

10. Wahl der Wärmedämmung nach dem kritischen Durchmesser.

Siehe Frage 9. Der Durchmesser der Isolierung muss den kritischen Durchmesser der Isolierung überschreiten.

11. Wärmeübertragung durch eine Rippenwand. Finning-Faktor.

Betrachten Sie eine gerippte Wand mit der Dicke d und der Wärmeleitfähigkeit l. Auf der glatten Seite ist die Oberfläche F1 und auf der gerippten Seite F2. es werden die zeitlich konstanten Temperaturen tl1 und tl2 sowie die Wärmeübergangszahlen a1 und a2 eingestellt.

Bezeichnen wir die Temperatur einer glatten Oberfläche mit tc1. Nehmen wir an, dass die Temperaturen der Oberflächen der Rippen und der Wand selbst gleich und gleich tc2 sind. Eine solche Annahme entspricht im Allgemeinen nicht der Realität, vereinfacht jedoch die Berechnungen und wird häufig verwendet.

Wenn tl1 > tl2, können die folgenden Ausdrücke für den Wärmestrom Q geschrieben werden:

;;https://pandia.ru/text/78/654/images/image086.gif" width="148" height="28 src=">

Wo – Wärmedurchgangskoeffizient für gerippte Wand.

Bei der Berechnung der Wärmestromdichte pro Einheit der ungerippten Wandfläche erhält man: . k1 ist der Wärmedurchgangskoeffizient bezogen auf die nicht berippte Wandfläche.

Das Verhältnis der Fläche der gerippten Oberfläche zur Fläche der glatten Oberfläche wird F2/F1 genannt Finning-Faktor.

12. Instationäre Wärmeleitfähigkeit. Führungspunkt. physikalische Bedeutung Bi, Fo.

Die instationäre Wärmeleitfähigkeit ist ein Prozess, bei dem sich die Temperatur an einem bestimmten Punkt eines Festkörpers im Laufe der Zeit ändert und die Menge der angezeigten Temperaturen ein instationäres Temperaturfeld bildet, dessen Feststellung die Hauptaufgabe der instationären Thermik ist Leitfähigkeit. Transiente Wärmeleitungsvorgänge sind für Heizungs-, Lüftungs-, Klima-, Wärmeversorgungs- und Wärmeerzeugungsanlagen von großer Bedeutung. Bauzäune erfahren zeitlich veränderliche thermische Einwirkungen sowohl von der Außenluft als auch von der Raumseite, somit vollzieht sich der Prozess der instationären Wärmeleitung im Bereich der Gebäudehülle. Das Problem, ein dreidimensionales Temperaturfeld zu finden, kann gemäß den im Abschnitt "Mathematische Formulierung von Wärmeübertragungsproblemen" skizzierten Prinzipien formuliert werden. Die Formulierung des Problems umfasst die Wärmeleitungsgleichung: , wobei die Temperaturleitfähigkeit m2/s ist, sowie die Eindeutigkeitsbedingungen, die es ermöglichen, aus der Menge der Lösungen der Gleichung, die sich im Wert unterscheiden, eine einzige Lösung herauszugreifen der integrierenden Konstanten.

Die Eindeutigkeitsbedingungen umfassen Anfangs- und Randbedingungen. Die Anfangsbedingungen legen die Werte der gewünschten Funktion t zum Anfangszeitpunkt über den gesamten Bereich D fest. Als Bereich D, in dem das Temperaturfeld gefunden werden muss, betrachten wir ein rechteckiges Parallelepiped mit den Abmessungen 2d, 2ly, 2lz beispielsweise ein Element einer Gebäudestruktur. Dann Anfangsbedingungen kann geschrieben werden als: bei t =0 und - d£x£d; - ly£y£ly; -lz£z£lz haben wir t = t(x, y, z, 0) = t0(x, y, z). Aus diesem Eintrag ist ersichtlich, dass der Ursprung des kartesischen Koordinatensystems im Symmetriezentrum des Parallelepipeds liegt.

Die Randbedingungen formulieren wir in Form von Randbedingungen dritter Art, die in der Praxis häufig anzutreffen sind. Randbedingungen der Art III legen für jeden Zeitpunkt an den Grenzen des Bereichs D den Wärmeübergangskoeffizienten und die Umgebungstemperatur fest. Im allgemeinen Fall können diese Werte in verschiedenen Teilen der Oberfläche S des Bereichs D unterschiedlich sein. Für den Fall gleichen Wärmeübergangskoeffizienten a auf der gesamten Oberfläche S und überall gleicher Umgebungstemperatur tzh lassen sich die Randbedingungen dritter Art bei t > 0 schreiben als: ; ;

Wo . S ist die Fläche, die den Bereich D begrenzt.

Die Temperatur in jeder der drei Gleichungen wird auf der entsprechenden Fläche des Parallelepipeds gemessen.

Betrachten wir die analytische Lösung des oben formulierten Problems in der eindimensionalen Version, d.h. unter der Bedingung ly, lz »d. In diesem Fall ist es erforderlich, das Temperaturfeld der Form t = t(x, t) zu finden. Lassen Sie uns die Problemstellung schreiben:

Die gleichung ;

Anfangsbedingung: bei t = 0 gilt t(x, 0) = t0 = const;

Randbedingung: für x = ±d, t > 0 haben wir https://pandia.ru/text/78/654/images/image095.gif" width="141" height="27">. Das Problem ist da um eine bestimmte Formel t = t(x, t) zu erhalten, die es ermöglicht, die Temperatur t an jedem Punkt der Platte zu einem beliebigen Zeitpunkt zu finden.

Formulieren wir das Problem in dimensionslosen Variablen, das reduziert die Eingaben und macht die Lösung universeller. Die dimensionslose Temperatur ist , die dimensionslose Koordinate ist X = x/d..gif" width="149" height="27 src=">.gif" width="120" height="25">, wobei – Biot-Nummer.

Die Formulierung des Problems in dimensionsloser Form enthält einen einzigen Parameter – die Biot-Zahl, die in diesem Fall ein Kriterium ist, da sie sich nur aus den in der Eindeutigkeitsbedingung enthaltenen Größen zusammensetzt. Die Verwendung der Biot-Zahl ist mit dem Auffinden des Temperaturfelds in einem Festkörper verbunden, sodass der Nenner Bi die Wärmeleitfähigkeit des Festkörpers ist. Bi ist ein vorgegebener Parameter und ein Kriterium.

Betrachten wir 2 Prozesse der instationären Wärmeleitung mit gleichen Biot-Zahlen, so sind diese Prozesse nach dem dritten Ähnlichkeitssatz ähnlich. Das bedeutet, dass an ähnlichen Punkten (d. h. bei X1=X2; Fo1=Fo2) die dimensionslosen Temperaturen numerisch gleich sind: Q1=Q2. Daher erhalten wir nach einer Berechnung in dimensionsloser Form ein Ergebnis, das für eine Klasse ähnlicher Phänomene gültig ist, die sich in den Dimensionsparametern a, l, d, t0 und tl unterscheiden können.

13. Instationäre Wärmeleitfähigkeit für eine unbegrenzt ebene Wand.

Siehe Frage 12.

17. Energiegleichung. Bedingungen der Eindeutigkeit.

Die Energiegleichung beschreibt den Prozess der Wärmeübertragung in einem materiellen Medium. Gleichzeitig ist seine Verbreitung mit der Umwandlung in andere Energieformen verbunden. Das Gesetz der Energieerhaltung in Bezug auf die Prozesse ihrer Umwandlung wird in Form des ersten Hauptsatzes der Thermodynamik formuliert, der die Grundlage für die Ableitung der Energiegleichung bildet. Das Medium, in dem sich Wärme ausbreitet, wird als kontinuierlich angenommen; es kann stationär oder in Bewegung sein. Da der Fall eines bewegten Mediums allgemeiner ist, verwenden wir für die Strömung den Ausdruck für den ersten Hauptsatz der Thermodynamik: (17.1) , wobei q die zugeführte Wärme in J/kg ist; h ist die Enthalpie, J/kg; w ist die Geschwindigkeit des Mediums am betrachteten Punkt, m/s; g ist die Beschleunigung im freien Fall; z ist die Höhe, in der sich das betrachtete Element des Mediums befindet, m; ltr ist Arbeit gegen innere Reibungskräfte, J/kg.

Der Wärmeeintrag wird gemäß Gleichung 17.1 zur Erhöhung der Enthalpie, kinematischen Energie und potentiellen Energie im Schwerefeld sowie zur Verrichtung von Arbeit gegen viskose Kräfte aufgewendet..gif" width="265 height=28" height=" 28"> (17.2) .

T. zu. (17.3) .

Berechnen wir die zugeführte und abgegebene Wärmemenge pro Zeiteinheit für ein mittleres Element in Form eines rechteckigen Parallelepipeds, dessen Abmessungen klein genug sind, um innerhalb seiner Grenzen eine lineare Änderung der Wärmestromdichte anzunehmen..gif" Breite ="236" height="52 ">; ihre Differenz beträgt .

Wenn wir eine ähnliche Operation für die 0y- und 0z-Achsen ausführen, erhalten wir jeweils die Differenzen: Differenz erhalten wir die resultierende Wärmemenge, die dem Element pro Zeiteinheit zugeführt (oder abgeführt) wird.

Wir beschränken uns auf den Fall einer Strömung mit mäßiger Geschwindigkeit, dann ist die zugeführte Wärmemenge gleich der Enthalpieänderung. Wenn wir davon ausgehen, dass der elementare Parallelepiped im Raum fixiert ist und seine Flächen für die Strömung durchlässig sind, dann kann dieses Verhältnis wie folgt dargestellt werden: https://pandia.ru/text/78/654/images/image114.gif" width= "18" height="31"> – die Änderungsgeschwindigkeit der Enthalpie an einem festen Punkt im Raum, der von einem elementaren Quader eingeschlossen ist; das Minuszeichen wird eingeführt, um die Wärmeübertragung und die Enthalpieänderung anzupassen: der resultierende Wärmeeintrag<0 должен вызывать увеличение энтальпии.

(17.10) .

Die Ableitung der Energiegleichung wird durch Einsetzen der Ausdrücke (17.6) und (17.10) in Gleichung (17.4) vervollständigt. da diese Operation formaler Natur ist, führen wir Transformationen nur für die 0x-Achse durch: (17.11) .

Bei konstanten physikalischen Parametern des Mediums erhalten wir für die Ableitung folgenden Ausdruck: (17.12) . Nachdem wir ähnliche Ausdrücke für Projektionen auf andere Achsen erhalten haben, werden wir daraus die in Klammern auf der rechten Seite der Gleichung (17.4) eingeschlossene Summe bilden. Und nach einigen Transformationen erhalten wir Energiegleichung für ein inkompressibles Medium bei mäßigen Durchflussraten:

(17.13) .

Die linke Seite der Gleichung charakterisiert die Temperaturänderungsrate eines sich bewegenden Flüssigkeitsteilchens. Die rechte Seite der Gleichung ist die Summe der Ableitungen der Form und bestimmt daher die resultierende Wärmezufuhr (oder -abfuhr) aufgrund von Wärmeleitung.

Damit hat die Energiegleichung eine klare physikalische Bedeutung: Die Temperaturänderung eines sich bewegenden einzelnen Flüssigkeitsteilchens (linke Seite) wird durch den Wärmeeintrag in dieses Teilchen aus der es umgebenden Flüssigkeit aufgrund von Wärmeleitung (rechte Seite) bestimmt.

Für eine stationäre Umgebung, konvektive Mitglieder https://pandia.ru/text/78/654/images/image128.gif" width="168" height="51">.gif" width="76" height="20 Quelle = ">.

Bedingungen der Eindeutigkeit.

Differentialgleichungen haben unendlich viele Lösungen, formal spiegelt sich diese Tatsache in der Anwesenheit beliebiger Integrationskonstanten wider. Um ein bestimmtes technisches Problem zu lösen, sollten einige zusätzliche Bedingungen zu den Gleichungen hinzugefügt werden, die sich auf das Wesentliche und beziehen Markenzeichen diese Aufgabe.

Die Felder der gewünschten Funktionen – Temperatur, Geschwindigkeit und Druck – befinden sich in einem bestimmten Bereich, für den Form und Abmessungen angegeben werden müssen, und in einem bestimmten Zeitintervall. Um eine einzige Lösung des Problems aus einer Menge möglicher Lösungen abzuleiten, müssen die Werte der gesuchten Funktionen festgelegt werden: zum Anfangszeitpunkt im gesamten betrachteten Bereich; jederzeit an den Grenzen des betrachteten Gebiets.

20.03.2014

Messung der Dichte der Wärmeströme durch die Gebäudehülle. GOST 25380-82

Wärmefluss - die Wärmemenge, die pro Zeiteinheit durch eine isotherme Oberfläche übertragen wird. Der Wärmestrom wird in Watt oder kcal / h gemessen (1 W \u003d 0,86 kcal / h). Der Wärmestrom pro Einheit isothermer Oberfläche wird als Wärmestromdichte oder Wärmelast bezeichnet; normalerweise mit q bezeichnet, gemessen in W / m 2 oder kcal / (m 2 × h). Die Wärmestromdichte ist ein Vektor, von dem jede Komponente numerisch gleich der Wärmemenge ist, die pro Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit senkrecht zur Richtung der genommenen Komponente übertragen wird.

Messungen der Dichte der Wärmeströme durch die Gebäudehülle werden gemäß GOST 25380-82 „Gebäude und Bauwerke. Verfahren zur Messung der Dichte von Wärmeströmen, die durch die Gebäudehülle fließen“.

Dieses GOST legt ein Verfahren zur Messung der Dichte des Wärmeflusses fest, der durch einschichtige und mehrschichtige Umschließungsstrukturen von Gebäuden und Strukturen - öffentlich, privat, landwirtschaftlich und industriell - fließt.

Derzeit wird beim Bau, der Abnahme und dem Betrieb von Gebäuden sowie im Wohnungs- und Kommunalbereich viel Wert auf die Qualität der fertiggestellten Bau- und Innenausstattung, die Wärmedämmung von Wohngebäuden sowie auf Energieeinsparungen gelegt.

Ein wichtiger Bewertungsparameter ist dabei die Wärmeabnahme aus Dämmkonstruktionen. Prüfungen der Qualität des Wärmeschutzes von Umfassungskonstruktionen von Gebäuden können durchgeführt werden unterschiedliche Bühnen: bei der Inbetriebnahme von Gebäuden, auf fertiggestellten Baustellen, während der Bauphase, während der Zeit der Instandsetzung von Bauwerken und während des Betriebs von Gebäuden zur Erstellung von Energiepässen von Gebäuden und bei Beschwerden.

Messungen der Wärmestromdichte sollten bei einer Umgebungstemperatur von -30 bis +50 °C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von nicht mehr als 85 % durchgeführt werden.

Die Messung der Wärmestromdichte ermöglicht die Abschätzung des Wärmeflusses durch die Gebäudehülle und damit die Bestimmung des thermischen Verhaltens des Gebäudes und der Gebäudehülle.

Diese Norm gilt nicht für die Bewertung des Wärmeverhaltens von umschließenden Konstruktionen, die Licht durchlassen (Glas, Kunststoff usw.).

Betrachten wir, worauf die Methode zur Messung der Wärmestromdichte basiert. An der umschließenden Struktur des Gebäudes (Struktur) wird eine Platte (die sogenannte "Hilfswand") installiert. Die sich an dieser „Hilfswand“ ausbildende Temperaturdifferenz ist proportional zu ihrer Dichte in Richtung des Wärmestroms. Die Temperaturdifferenz wird in die elektromotorische Kraft von Thermoelement-Batterien umgewandelt, die sich an der „Hilfswand“ befinden und parallel zum Wärmestrom ausgerichtet sind und entsprechend dem erzeugten Signal in Reihe geschaltet werden. Die "Hilfswand" und der Thermoelementstapel bilden zusammen einen Messumformer zur Messung der Wärmestromdichte.

Basierend auf den Ergebnissen der Messung der elektromotorischen Kraft von Thermoelementbatterien wird die Wärmeflussdichte an vorkalibrierten Wandlern berechnet.

Das Schema zur Messung der Wärmestromdichte ist in der Zeichnung dargestellt.

1 - umschließende Struktur; 2 - Wärmestromwandler; 3 - EMK-Meter;

t ein, t n- Temperatur der Innen- und Außenluft;

τ n, τ ein, τ’ ein- Temperatur der äußeren und inneren Oberflächen der umschließenden Struktur in der Nähe bzw. unter dem Konverter;

R 1 , R 2 - Wärmewiderstand der Gebäudehülle und Wärmestromwandler;

q1, q2- Wärmestromdichte vor und nach der Befestigung des Konverters

Quellen der Infrarotstrahlung. Infrarotschutz am Arbeitsplatz

Die Quelle der Infrarotstrahlung (IR) ist jeder erhitzte Körper, dessen Temperatur die Intensität und das Spektrum der emittierten elektromagnetischen Energie bestimmt. Die Wellenlänge mit der maximalen Energie der Wärmestrahlung wird durch die Formel bestimmt:

λmax = 2,9-103 / T [µm] (1)

wobei T die absolute Temperatur des strahlenden Körpers K ist.

Infrarotstrahlung wird in drei Bereiche unterteilt:

Kurzwelle (X \u003d 0,7 - 1,4 Mikrometer);
mittelwelle (k \u003d 1,4 - 3,0 Mikrometer):
langwellig (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

Auf den menschlichen Körper wirken elektrische Wellen im IR-Bereich hauptsächlich thermisch. Bei der Bewertung dieser Auswirkungen wird Folgendes berücksichtigt:

Länge und Intensität der Welle mit maximaler Energie;

die Fläche der emittierten Oberfläche;

Expositionsdauer während des Arbeitstages;

Dauer der kontinuierlichen Exposition;

die Intensität der körperlichen Arbeit;

die Intensität der Luftbewegung am Arbeitsplatz;

Die Art des Gewebes, aus dem die Overalls hergestellt sind;

individuelle Eigenschaften des Körpers.

Der kurzwellige Bereich umfasst Strahlen mit einer Wellenlänge λ ≤ 1,4 μm. Sie zeichnen sich durch die Fähigkeit aus, bis zu einer Tiefe von mehreren Zentimetern in das Gewebe des menschlichen Körpers einzudringen. Dieser Aufprall verursacht schwere Schäden an verschiedenen menschlichen Organen und Geweben mit erschwerenden Folgen. Die Temperatur von Muskel, Lunge und anderen Geweben steigt an. Im Kreislauf- und Lymphsystem werden spezifische biologisch aktive Substanzen gebildet. Die Arbeit des zentralen Nervensystems ist gestört.

Der Mittelwellenbereich umfasst Strahlen mit einer Wellenlänge λ = 1,4 - 3,0 μm. Sie dringen nur in die oberflächlichen Hautschichten ein, und daher beschränkt sich ihre Wirkung auf den menschlichen Körper auf eine Erhöhung der Temperatur exponierter Hautbereiche und eine Erhöhung der Körpertemperatur.

Langwelliger Bereich - Strahlen mit einer Wellenlänge λ > 3 μm. Sie beeinflussen den menschlichen Körper und verursachen die stärkste Temperaturerhöhung exponierter Hautbereiche, was die Aktivität des Atmungs- und Herz-Kreislauf-Systems stört und das thermische Gleichgewicht des Orgasmus stört, was zu einem Hitzschlag führt.

Gemäß GOST 12.1.005-88 sollte die Intensität der thermischen Exposition von Arbeitnehmern durch beheizte Oberflächen von technologischen Geräten und Beleuchtungsgeräten nicht überschritten werden: 35 W / m 2, wenn mehr als 50% der Körperoberfläche bestrahlt werden; 70 W/m 2 bei Bestrahlung mit 25 bis 50 % der Körperoberfläche; 100 W/m 2 bei Bestrahlung von nicht mehr als 25 % > der Körperoberfläche. Aus offenen Quellen (erhitztes Metall und Glas, offene Flamme) sollte die Intensität der Wärmestrahlung 140 W / m 2 nicht überschreiten, bei einer Exposition von nicht mehr als 25% der Körperoberfläche und der obligatorischen Verwendung von persönlicher Schutzausrüstung, einschließlich Gesicht und Augenschutz.

Die Normen begrenzen auch die Temperatur der beheizten Oberflächen der Geräte im Arbeitsbereich, die 45 °C nicht überschreiten sollte.

Die Oberflächentemperatur des Betriebsmittels, in dem die Temperatur nahe 100 °C liegt, sollte 35 °C nicht überschreiten.

Zu den wichtigsten Arten des Schutzes vor Infrarotstrahlung gehören:

1. Zeitschutz;

2. Distanzschutz;

3. Abschirmung, thermische Isolierung oder Kühlung heißer Oberflächen;

4. Erhöhung der Wärmeübertragung des menschlichen Körpers;

5. persönliche Schutzausrüstung;

6. Beseitigung der Wärmequelle.

Es gibt drei Arten von Bildschirmen:

undurchsichtig;

· transparent;

durchscheinend.

Bei undurchsichtigen Bildschirmen wird die Energie elektromagnetischer Schwingungen, wenn sie mit der Substanz des Bildschirms wechselwirkt, in thermische Energie umgewandelt. Durch diese Umwandlung erwärmt sich der Bildschirm und wird selbst zu einer Wärmestrahlungsquelle. Strahlung durch die der Quelle gegenüberliegende Bildschirmoberfläche wird herkömmlicherweise als von der Quelle durchgelassene Strahlung betrachtet. Es wird möglich, die Dichte des Wärmeflusses zu berechnen, der durch die Flächeneinheit des Bildschirms fließt.

Bei transparenten Bildschirmen ist das anders. Die auf die Oberfläche des Schirms fallende Strahlung verteilt sich darin nach den Gesetzen der geometrischen Optik. Dies erklärt seine optische Transparenz.

Transluzente Bildschirme haben sowohl transparente als auch opake Eigenschaften.

· wärmereflektierend;

· wärmeabsorbierend;

wärmeableitend.

Tatsächlich haben alle Bildschirme bis zu einem gewissen Grad die Eigenschaft, Wärme zu absorbieren, zu reflektieren oder abzuleiten. Daher hängt die Definition des Bildschirms für eine bestimmte Gruppe davon ab, welche Eigenschaft am stärksten ausgeprägt ist.

Wärmereflektierende Bildschirme zeichnen sich durch einen geringen Schwärzungsgrad der Oberfläche aus. Daher reflektieren sie den größten Teil der auf sie fallenden Strahlen.

Wärmeabsorbierende Schirme umfassen Schirme, bei denen das Material, aus dem sie hergestellt sind, einen niedrigen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten (hohen Wärmewiderstand) hat.

Transparente Folien oder Wasservorhänge wirken als Wärmeabfuhrschirme. Es können auch Blenden in Schutzkonturen aus Glas oder Metall verwendet werden.

E \u003d (q - q 3) / q (3)

E \u003d (t - t 3) / t (4)

q 3 - Flussdichte der IR-Strahlung unter Verwendung von Schutz, W / m 2;

t ist die Temperatur der IR-Strahlung ohne Schutz, °С;

t 3 - Temperatur der IR-Strahlung bei Verwendung des Schutzes, ° С.

Instrumentierung verwendet

Zur Messung der Dichte von Wärmeströmen durch die Gebäudehülle und zur Überprüfung der Eigenschaften von Hitzeschilden haben unsere Spezialisten Geräte der Serie entwickelt.

Messbereich der Wärmestromdichte: von 10 bis 250, 500, 2000, 9999 W/m2

Anwendungsgebiet:

· Konstruktion;

Energieobjekte;

· Wissenschaftliche Forschung usw.

Die Messung der Wärmestromdichte, als Indikator für die Wärmedämmeigenschaften verschiedener Materialien, erfolgt mit Geräten der Baureihen bei:

· wärmetechnische Prüfungen von Umfassungskonstruktionen;

Ermittlung von Wärmeverlusten in Warmwasserbereitungsnetzen;

Durchführung von Laborarbeiten an Universitäten (Fachbereiche „Life Safety“, „Industrial Ecology“, etc.).

Die Abbildung zeigt einen Prototypenstand "Bestimmung der Luftparameter im Arbeitsbereich und Schutz vor thermischen Einwirkungen" BZhZ 3 (hergestellt von Intos + LLC).

Auf dem Ständer befindet sich eine Wärmestrahlungsquelle (Haushaltsreflektor). Vor der Quelle werden Schirme aus unterschiedlichen Materialien (Metall, Stoff etc.) aufgestellt. Das Gerät wird hinter dem Bildschirm innerhalb des Raummodells in unterschiedlichen Abständen vom Bildschirm platziert. Über dem Raummodell ist eine Dunstabzugshaube mit Ventilator angebracht. Das Gerät ist neben der Sonde zur Messung der Wärmestromdichte mit einer Sonde zur Messung der Lufttemperatur im Inneren des Modells ausgestattet. Im Allgemeinen ist der Stand ein visuelles Modell zur Bewertung der Wirksamkeit verschiedener Arten von Wärmeschutz und eines lokalen Lüftungssystems.

Mit Hilfe des Ständers wird die Wirksamkeit der Schutzeigenschaften von Bildschirmen in Abhängigkeit von den Materialien, aus denen sie hergestellt sind, und vom Abstand des Bildschirms zur Wärmestrahlungsquelle bestimmt.

Das Funktionsprinzip und das Design des Geräts IPP-2

Strukturell ist das Gerät in einem Kunststoffgehäuse ausgeführt. Auf der Vorderseite des Geräts befinden sich eine vierstellige LED-Anzeige, Steuertasten; An der Seitenfläche befinden sich Anschlüsse zum Anschließen des Geräts an einen Computer und einen Netzwerkadapter. Auf der Oberseite befindet sich ein Stecker zum Anschließen des Primärwandlers.

Aussehen des Geräts

1 - Batteriestatus-LED

2 - LED-Anzeige bei Schwellenwertverletzung

3 - Messwertanzeige

4 - Anschluss für Messsonde

5 , 6 - Steuertasten

7 - Anschluss zum Anschließen an einen Computer

8 - Anschluss für Netzwerkadapter

Arbeitsprinzip

Das Funktionsprinzip des Geräts basiert auf der Messung der Temperaturdifferenz an der „Hilfswand“. Die Größe der Temperaturdifferenz ist proportional zur Wärmestromdichte. Die Messung der Temperaturdifferenz erfolgt über ein Bandthermoelement, das sich innerhalb der Sondenplatte befindet, die als „Hilfswand“ fungiert.

Anzeige von Messwerten und Betriebsarten des Gerätes

Das Gerät fragt die Messsonde ab, berechnet die Wärmestromdichte und zeigt ihren Wert auf der LED-Anzeige an. Das Sondenabfrageintervall beträgt etwa eine Sekunde.

Registrierung von Messungen

Die von der Messsonde empfangenen Daten werden mit einer bestimmten Periode in den nichtflüchtigen Speicher des Geräts geschrieben. Das Einstellen des Zeitraums, das Auslesen und Ansehen von Daten erfolgt über die Software.

Kommunikationsinterface

Mit Hilfe einer digitalen Schnittstelle können die aktuellen Werte der Temperaturmessung, aufgelaufene Messdaten aus dem Gerät ausgelesen, die Geräteeinstellungen geändert werden. Die Messeinheit kann über die digitale Schnittstelle RS-232 mit einem Computer oder anderen Steuerungen zusammenarbeiten. Die Austauschrate über die RS-232-Schnittstelle ist vom Benutzer im Bereich von 1200 bis 9600 bps konfigurierbar.

Geräteeigenschaften:

die Möglichkeit, Schwellenwerte für Ton- und Lichtalarme festzulegen;
Übertragung der Messwerte an einen Computer über RS-232-Schnittstelle.

Der Vorteil des Gerätes ist die Möglichkeit, bis zu 8 verschiedene Wärmestromsonden wechselweise an das Gerät anzuschließen. Jede Sonde (Sensor) hat ihren eigenen individuellen Kalibrierungsfaktor (Umrechnungsfaktor Kq), der zeigt, wie stark sich die Spannung vom Sensor relativ zum Wärmestrom ändert. Aus diesem Koeffizienten bildet das Gerät die Kalibrierkennlinie der Sonde, die den aktuellen Messwert des Wärmeflusses bestimmt.

Modifikationen von Sonden zur Messung der Wärmestromdichte:

Wärmestromsonden dienen zur Messung der Oberflächenwärmestromdichte nach GOST 25380-92.

Aussehen von Wärmestromsonden

1. PTP-ХХХП Press-Wärmestromsonde mit Feder ist in folgenden Modifikationen erhältlich (abhängig vom Bereich der Wärmestromdichtemessung):

PTP-2.0P: von 10 bis 2000 W / m 2;

PTP-9.9P: von 10 bis 9999 W / m 2.

2. Wärmestromsonde in Form einer "Münze" an einem flexiblen Kabel PTP-2.0.

Messbereich der Wärmestromdichte: von 10 bis 2000 W/m 2 .

Modifikationen der Temperatursonde:

Aussehen von Temperatursonden

1. Tauchthermoelemente TPP-A-D-L auf Basis von Pt1000-Thermistor (Widerstandsthermoelemente) und Thermoelemente ТХА-А-D-L auf Basis von XА-Thermoelementen (elektrische Thermoelemente) dienen zur Messung der Temperatur verschiedener flüssiger und gasförmiger Medien sowie Schüttgüter.

Temperaturmessbereich:

Für CCI-A-D-L: von -50 bis +150 °С;

Für THA-A-D-L: von -40 bis +450 °C.

Maße:

D (Durchmesser): 4, 6 oder 8 mm;

L (Länge): von 200 bis 1000 mm.

2. Thermoelement ТХА-А-D1/D2-LП basierend auf Thermoelement ХА (elektrisches Thermoelement) dient zur Messung der Temperatur einer ebenen Oberfläche.

Maße:

D1 (Durchmesser des "Metallstifts"): 3 mm;

D2 (Basisdurchmesser - "Patch"): 8 mm;

L (Länge "Metallstift"): 150 mm.

3. Thermoelement ТХА-А-D-LC basierend auf Thermoelement ХА (elektrisches Thermoelement) dient zur Messung der Temperatur von zylindrischen Oberflächen.

Temperaturmessbereich: von -40 bis +450 °С.

Maße:

D (Durchmesser) - 4 mm;

L (Länge "Metallstift"): 180 mm;

Bandbreite - 6 mm.

Im Lieferumfang des Gerätes zur Messung der Dichte der thermischen Belastung des Mediums sind enthalten:

1. Wärmestromdichtemessgerät (Messeinheit).

2. Sonde zur Messung der Wärmestromdichte.*

3. Temperatursonde.*

4. Software.**

5. Kabel zum Anschließen an einen PC. **

6. Kalibrierzertifikat.

7. Bedienungsanleitung und Pass für das Gerät.

8. Reisepass für thermoelektrische Wandler (Temperatursonden).

9. Reisepass für die Wärmestromdichtesonde.

10. Netzwerkadapter.

* – Messbereiche und Sondenausführung werden bei der Bestellung festgelegt

** – Artikel werden auf Sonderbestellung geliefert.

Gerät für den Betrieb vorbereiten und Messungen durchführen

1. Nehmen Sie das Gerät aus der Verpackung. Wenn das Gerät aus einem kalten in einen warmen Raum gebracht wird, muss das Gerät mindestens 2 Stunden auf Raumtemperatur aufwärmen.

2. Laden Sie die Akkus auf, indem Sie das Netzteil an das Gerät anschließen. Die Ladezeit für einen vollständig entladenen Akku beträgt mindestens 4 Stunden. Um die Lebensdauer des Akkus zu verlängern, wird empfohlen, einmal im Monat eine Tiefentladung durchzuführen, bis sich das Gerät automatisch ausschaltet und anschließend vollständig auflädt.

3. Messgerät und Messsonde mit Verbindungskabel verbinden.

4. Wenn Sie das Gerät mit einer Diskette mit Software vervollständigen, installieren Sie es auf einem Computer. Verbinden Sie das Gerät mit geeigneten Verbindungskabeln mit einem freien COM-Port des Computers.

5. Schalten Sie das Gerät ein, indem Sie kurz die „Select“-Taste drücken.

6. Beim Einschalten des Gerätes wird für 5 Sekunden ein Selbsttest des Gerätes durchgeführt. Bei internen Störungen signalisiert das Gerät auf der Anzeige die Nummer der Störung, begleitet von einem akustischen Signal. Nach erfolgreicher Prüfung und Abschluss des Downloads zeigt der Indikator den aktuellen Wert der Wärmestromdichte an. Erläuterungen zu Testfehlern und anderen Fehlern beim Betrieb des Geräts finden Sie im Abschnitt 6 dieser Bedienungsanleitung.

7. Schalten Sie das Gerät nach Gebrauch durch kurzes Drücken der „Select“-Taste aus.

8. Wenn das Gerät längere Zeit (mehr als 3 Monate) gelagert werden soll, sollten die Batterien aus dem Batteriefach entfernt werden.

Unten sehen Sie ein Diagramm zum Umschalten in den Modus „Betrieb“.

Vorbereitung und Durchführung von Messungen bei der thermischen Prüfung von Gebäudehüllen.

1. Die Messung der Wärmestromdichte erfolgt in der Regel von der Innenseite der umschließenden Strukturen von Gebäuden und Bauwerken.

Es ist erlaubt, die Dichte der Wärmeströme von der Außenseite der umschließenden Strukturen zu messen, wenn es unmöglich ist, sie von innen zu messen (aggressive Umgebung, Schwankungen der Luftparameter), vorausgesetzt, dass eine stabile Temperatur auf der Oberfläche aufrechterhalten wird. Die Kontrolle der Wärmeübertragungsbedingungen erfolgt mit einer Temperatursonde und Mitteln zur Messung der Wärmestromdichte: bei einer Messung von 10 Minuten. Ihre Messwerte müssen innerhalb des Messfehlers der Instrumente liegen.

2. Oberflächenbereiche werden spezifisch oder charakteristisch für die gesamte geprüfte Gebäudehülle gewählt, je nachdem, wie die lokale oder durchschnittliche Wärmestromdichte gemessen werden muss.

Die für Messungen ausgewählten Bereiche der umschließenden Struktur müssen eine Oberflächenschicht aus dem gleichen Material, die gleiche Verarbeitung und Oberflächenbeschaffenheit haben, die gleichen Bedingungen für die Strahlungswärmeübertragung haben und sollten sich nicht in unmittelbarer Nähe von Elementen befinden, die die Richtung und den Wert ändern können von Wärmeströmen.

3. Die Oberflächenbereiche der Umfassungskonstruktionen, auf denen der Wärmestromwandler installiert ist, werden gereinigt, bis die sicht- und fühlbare Rauhigkeit beseitigt ist.

4. Der Wandler wird über seine gesamte Oberfläche fest an die umschließende Struktur gedrückt und in dieser Position fixiert, wodurch während aller nachfolgenden Messungen ein ständiger Kontakt des Wärmestromwandlers mit der Oberfläche der untersuchten Bereiche gewährleistet ist.

Bei der Montage des Wandlers zwischen diesem und der umschließenden Konstruktion ist die Bildung von Luftspalten nicht zulässig. Um sie auszuschließen, wird an den Messstellen eine dünne Schicht technischer Vaseline auf die Oberfläche aufgetragen, die die Oberflächenunebenheiten abdeckt.

Der Wandler kann entlang seiner Seitenfläche mit einer Lösung aus Baugips, technischer Vaseline, Plastilin, einem Stab mit Feder und anderen Mitteln befestigt werden, die eine Verzerrung des Wärmeflusses in der Messzone ausschließen.

5. Bei Betriebsmessungen der Wärmestromdichte wird die lose Oberfläche des Wandlers mit einer Materialschicht beklebt oder mit Farbe mit gleichem oder ähnlichem Emissionsgrad mit einer Differenz Δε ≤ 0,1 wie das Material der Oberfläche überstrichen Schicht der umschließenden Struktur.

6. Das Ablesegerät befindet sich in einem Abstand von 5-8 m vom Messort oder in einem angrenzenden Raum, um den Einfluss des Beobachters auf den Wert des Wärmestroms auszuschließen.

7. Bei Verwendung von Geräten zur Messung von EMK, die Einschränkungen hinsichtlich der Umgebungstemperatur haben, werden sie in einem Raum mit einer für den Betrieb dieser Geräte akzeptablen Lufttemperatur aufgestellt und der Wärmeflusswandler wird mit Verlängerungskabeln an sie angeschlossen.

8. Das Gerät nach Anspruch 7 wird für den Betrieb gemäß der Bedienungsanleitung für das entsprechende Gerät vorbereitet, einschließlich der Berücksichtigung der notwendigen Einwirkzeit des Geräts, um ein neues Temperaturregime in ihm herzustellen.

Vorbereitung und Durchführung von Messungen

(während der Laborarbeit am Beispiel Labor arbeit„Untersuchung von Schutzmaßnahmen gegen Infrarotstrahlung“)

Verbinden Sie die IR-Quelle mit der Buchse. Schalten Sie die IR-Strahlungsquelle (oberer Teil) und das IPP-2-Wärmeflussdichtemessgerät ein.

Installieren Sie den Kopf des Wärmestromdichtemessgeräts in einem Abstand von 100 mm von der IR-Strahlungsquelle und bestimmen Sie die Wärmestromdichte (Mittelwert aus drei bis vier Messungen).

Bewegen Sie das Stativ manuell entlang des Lineals, stellen Sie den Messkopf auf die in Tabelle 1 angegebenen Entfernungen von der Strahlungsquelle ein und wiederholen Sie die Messungen. Tragen Sie die Messdaten in Form von Tabelle 1 ein.

Erstellen Sie ein Diagramm der Abhängigkeit der IR-Flussdichte vom Abstand.

Wiederholen Sie die Messungen gemäß den Absätzen. 1 - 3 mit verschiedenen Schutzschirmen (wärmereflektierendes Aluminium, wärmeabsorbierendes Gewebe, Metall mit geschwärzter Oberfläche, gemischt - Kettenhemd). Tragen Sie die Messdaten in Form einer Tabelle ein. 1. Erstellen Sie Diagramme der Abhängigkeit der IR-Strahlungsflussdichte vom Abstand für jeden Bildschirm.

Tabellenform 1

Schätzen Sie die Wirksamkeit der Schutzwirkung der Schirme nach Formel (3) ab.

Installieren Sie ein Schutzgitter (nach Anweisung des Lehrers), legen Sie eine breite Bürste des Staubsaugers darauf. Schalten Sie den Staubsauger im Lufteinlassmodus ein, simulieren Sie ein Abluftgerät, und bestimmen Sie nach 2-3 Minuten (nachdem das thermische Regime des Bildschirms eingerichtet ist) die Intensität der Wärmestrahlung in den gleichen Abständen wie in Absatz 3. Bewerten Sie die Wirksamkeit des kombinierten Wärmeschutzes mit der Formel (3 ).

Die Abhängigkeit der Intensität der Wärmestrahlung von der Entfernung für einen bestimmten Bildschirm im Abluftmodus sollte in das allgemeine Diagramm eingezeichnet werden (siehe Punkt 5).

Bestimmen Sie die Wirksamkeit des Schutzes, indem Sie die Temperatur für einen bestimmten Bildschirm mit und ohne Absaugung unter Verwendung von Formel (4) messen.

Konstruieren Sie Diagramme der Wirksamkeit des Schutzes der Absaugung und ohne sie.

Schalten Sie den Staubsauger in den Blasmodus und schalten Sie ihn ein. Wiederholen Sie die Messungen gemäß den Absätzen, indem Sie den Luftstrom auf die Oberfläche eines bestimmten Schutzgitters richten (Duschmodus). 7 - 10. Vergleichen Sie die Messergebnisse der Absätze. 7-10.

Befestigen Sie den Schlauch des Staubsaugers an einem der Gestelle und schalten Sie den Staubsauger im "Gebläse" -Modus ein, wobei Sie den Luftstrom fast senkrecht zum Wärmestrom (leicht in Richtung) richten - eine Imitation eines Luftvorhangs. Messen Sie mit einem Messgerät die Temperatur der Infrarotstrahlung ohne und mit dem „Gebläse“.

Erstellen Sie Diagramme der Schutzeffizienz "Gebläse" gemäß der Formel (4).

Messergebnisse und ihre Interpretation

(am Beispiel einer Laborarbeit zum Thema "Forschung von Schutzmitteln gegen Infrarotstrahlung" an einer der technischen Universitäten in Moskau).

Tisch.
Elektrokamin EXP-1,0/220.
Gestell zum Aufstellen von Wechselsieben.
Gestell zum Einbau eines Messkopfes.
Wärmestromdichtemessgerät.
Herrscher.
Staubsauger Typhoon-1200.

Die Intensität (Flussdichte) der IR-Strahlung q wird durch die Formel bestimmt:

q \u003d 0,78 x S x (T 4 x 10 -8 - 110) / r 2 [W / m 2]

wobei S die Fläche der strahlenden Oberfläche ist, m 2 ;

T ist die Temperatur der strahlenden Oberfläche, K;

r - Entfernung von der Strahlungsquelle, m.

Eine der gängigsten Arten des Schutzes vor IR-Strahlung ist die Abschirmung von emittierenden Flächen.

Es gibt drei Arten von Bildschirmen:

undurchsichtig;

transparent;

durchscheinend.

Je nach Funktionsprinzip sind die Bildschirme unterteilt in:

wärmereflektierend;

wärmeabsorbierend;

wärmeabführend.

Die Wirksamkeit des Schutzes gegen Wärmestrahlung mit Hilfe von Abschirmungen E wird durch die Formeln bestimmt:

E \u003d (q - q 3) / q

wobei q die Flussdichte der IR-Strahlung ohne Schutz ist, W / m 2;

q3 - Flussdichte der IR-Strahlung mit Schutz, W/m 2 .

Arten von Schutzscheiben (undurchsichtig):

1. Bildschirm gemischt - Kettenhemd.

E-Kettenpost \u003d (1550 - 560) / 1550 \u003d 0,63

2. Metallsieb mit geschwärzter Oberfläche.

E al+Deckel \u003d (1550 - 210) / 1550 \u003d 0,86

3. Wärmereflektierender Aluminiumschirm.

E al \u003d (1550 - 10) / 1550 \u003d 0,99

Lassen Sie uns die Abhängigkeit der IR-Flussdichte vom Abstand für jeden Bildschirm darstellen.

Wie wir sehen können, ist die Wirksamkeit der Schutzwirkung der Bildschirme unterschiedlich:

1. Die minimale Schutzwirkung eines gemischten Bildschirms - Kettenhemd - 0,63;

2. Aluminiumsieb mit geschwärzter Oberfläche - 0,86;

3. Der wärmereflektierende Aluminiumschirm hat die größte Schutzwirkung - 0,99.

Normative Verweisungen

Bei der Bewertung der thermischen Leistung von Gebäudehüllen und -konstruktionen und der Ermittlung des tatsächlichen Wärmeverbrauchs durch äußere Gebäudehüllen werden die folgenden wichtigsten regulatorischen Dokumente verwendet:

· GOST 25380-82. Ein Verfahren zur Messung der Dichte von Wärmeströmen, die durch Gebäudehüllen hindurchgehen.

Bei der Bewertung der thermischen Leistung verschiedener Schutzmittel gegen Infrarotstrahlung werden die folgenden wichtigsten Regulierungsdokumente verwendet:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Luft im Arbeitsbereich. Allgemeine sanitäre und hygienische Anforderungen.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Mittel zum Schutz vor Infrarotstrahlung. Einstufung. Allgemeine technische Anforderungen.

· GOST 12.4.123-83 „System der Arbeitssicherheitsnormen. Mittel zum kollektiven Schutz vor Infrarotstrahlung. Allgemeine technische Anforderungen“.

Die Wärmemenge, die pro Zeiteinheit durch eine bestimmte Oberfläche geht, wird genannt Wärmestrom Q, W.

Die Wärmemenge pro Flächeneinheit pro Zeiteinheit wird genannt Wärmestromdichte oder spezifischer Wärmefluss und charakterisiert die Intensität der Wärmeübertragung.

Wärmestromdichte Q entlang der Normalen zur isothermen Oberfläche in die dem Temperaturgradienten entgegengesetzte Richtung gerichtet, d. h. in Richtung abnehmender Temperatur.

Wenn die Verteilung bekannt ist Q an der Oberfläche F, dann die Gesamtwärmemenge Qτ passierte diese Oberfläche während der Zeit τ , kann gemäß der Gleichung gefunden werden:

und der Wärmestrom:

Wenn der Wert Qüber der betrachteten Fläche konstant ist, dann gilt:

Fourier-Gesetz

Das Gesetz legt die Menge des Wärmeflusses fest, wenn Wärme durch Wärmeleitung übertragen wird. Der französische Wissenschaftler J. B. Fourier 1807 stellte er fest, dass die Dichte des Wärmeflusses durch eine isotherme Oberfläche proportional zum Temperaturgradienten ist:

Das Minuszeichen in (9.6) zeigt an, dass der Wärmestrom dem Temperaturgradienten entgegengerichtet ist (siehe Abb. 9.1.).

Wärmestromdichte in beliebiger Richtung l stellt die Projektion auf diese Richtung des Wärmestroms in Richtung der Normalen dar:

Koeffizient der Wärmeleitfähigkeit

Koeffizient λ , W/(m·K), in der Gleichung des Fourier-Gesetzes ist numerisch gleich der Wärmeflussdichte, wenn die Temperatur um ein Kelvin (Grad) pro Längeneinheit fällt. Koeffizient der Wärmeleitfähigkeit verschiedene Substanzen hängt von ihnen ab physikalische Eigenschaften. Für einen bestimmten Körper hängt der Wert des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten von der Struktur des Körpers, seinem Volumengewicht, seiner Feuchtigkeit, chemische Zusammensetzung, Druck, Temperatur. In technischen Berechnungen der Wert λ Referenztabellen entnommen, und es muss sichergestellt werden, dass die Bedingungen, für die der Wert des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten in der Tabelle angegeben ist, den Bedingungen des berechneten Problems entsprechen.

Die Wärmeleitzahl ist besonders stark von der Temperatur abhängig. Für die meisten Materialien lässt sich diese Abhängigkeit erfahrungsgemäß durch eine lineare Formel ausdrücken:

Wo λ o - Wärmeleitfähigkeitskoeffizient bei 0 °C;

β - Temperaturkoeffizient.

Wärmeleitfähigkeitskoeffizient von Gasen, insbesondere Dämpfe, stark druckabhängig. Der Zahlenwert des Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten für verschiedene Stoffe variiert in einem sehr weiten Bereich - von 425 W / (m K) für Silber bis zu Werten in der Größenordnung von 0,01 W / (m K) für Gase. Dies erklärt sich dadurch, dass der Mechanismus der Wärmeübertragung durch Wärmeleitung in verschiedenen physikalischen Medien unterschiedlich ist.

Metalle haben den höchsten Wärmeleitfähigkeitswert. Die Wärmeleitfähigkeit von Metallen nimmt mit steigender Temperatur ab und nimmt in Gegenwart von Verunreinigungen und Legierungselementen stark ab. Die Wärmeleitfähigkeit von reinem Kupfer beträgt also 390 W / (m K) und von Kupfer mit Spuren von Arsen 140 W / (m K). Die Wärmeleitfähigkeit von reinem Eisen beträgt 70 W/(m·K), Stahl mit 0,5 % Kohlenstoff – 50 W/(m·K), legierter Stahl mit 18 % Chrom und 9 % Nickel – nur 16 W/(m·K).

Die Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit einiger Metalle von der Temperatur ist in Abb. 1 dargestellt. 9.2.

Gase haben eine geringe Wärmeleitfähigkeit (in der Größenordnung von 0,01...1 W/(m·K)), die mit steigender Temperatur stark ansteigt.

Die Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten verschlechtert sich mit steigender Temperatur. Die Ausnahme ist Wasser und Glycerin. Im Allgemeinen ist die Wärmeleitfähigkeit von tropfenden Flüssigkeiten (Wasser, Öl, Glyzerin) höher als die von Gasen, aber niedriger als die von Feststoffe und liegt im Bereich von 0,1 bis 0,7 W/(m K).

Reis. 9.2. Einfluss der Temperatur auf die Wärmeleitfähigkeit von Metallen

I. Messung der Dichte der Wärmeströme durch die Gebäudehülle. GOST 25380-82.

Wärmefluss - die Wärmemenge, die pro Zeiteinheit durch eine isotherme Oberfläche übertragen wird. Der Wärmestrom wird in Watt oder kcal / h gemessen (1 W \u003d 0,86 kcal / h). Der Wärmestrom pro Einheit isothermer Oberfläche wird als Wärmestromdichte oder Wärmelast bezeichnet; normalerweise mit q bezeichnet, gemessen in W / m2 oder kcal / (m2 × h). Die Wärmestromdichte ist ein Vektor, von dem jede Komponente numerisch gleich der Wärmemenge ist, die pro Zeiteinheit durch eine Flächeneinheit senkrecht zur Richtung der genommenen Komponente übertragen wird.

Messungen der Dichte von Wärmeströmen durch die Gebäudehülle werden gemäß GOST 25380-82 "Gebäude und Bauwerke. Verfahren zur Messung der Dichte von Wärmeströmen durch die Gebäudehülle" durchgeführt.

Diese Norm legt ein einheitliches Verfahren zur Bestimmung der Dichte von Wärmeströmen fest, die durch einschichtige und mehrschichtige Gebäudehüllen von Wohngebäuden, öffentlichen, industriellen und landwirtschaftlichen Gebäuden und Bauwerken während einer experimentellen Studie und unter ihren Betriebsbedingungen fließen.

Die Wärmestromdichte wird auf der Skala eines spezialisierten Geräts gemessen, das einen Wärmestromwandler enthält, oder aus den Ergebnissen der EMK-Messung berechnet. auf vorkalibrierten Wärmestromwandlern.

Das Schema zur Messung der Wärmestromdichte ist in der Zeichnung dargestellt.

1 - umschließende Struktur; 2 - Wärmestromwandler; 3 - EMK-Meter;

tv, tn - Temperatur der Innen- und Außenluft;

τн, τв, τ"в — die Temperatur der Außen- und Innenflächen der umschließenden Struktur in der Nähe bzw. unter dem Konverter;

R1, R2 - Wärmewiderstand der Gebäudehülle und Wärmestromwandler;

q1, q2 sind die Wärmestromdichte vor und nach der Befestigung des Wandlers

II. Infrarotstrahlung. Quellen. Schutz.

Schutz vor Infrarotstrahlung am Arbeitsplatz.

λmax = 2,9-103 / T [µm] (1)

wobei T die absolute Temperatur des strahlenden Körpers K ist.

Infrarotstrahlung wird in drei Bereiche unterteilt:

Kurzwelle (X = 0,7 - 1,4 Mikrometer);

mittelwelle (k \u003d 1,4 - 3,0 Mikrometer):

langwellig (k = 3,0 μm - 1,0 mm).

Elektrische Wellen des Infrarotbereichs wirken hauptsächlich thermisch auf den menschlichen Körper. In diesem Fall müssen berücksichtigt werden: die Intensität und Wellenlänge mit maximaler Energie; bestrahlte Fläche; Expositionsdauer pro Arbeitstag und Dauer der kontinuierlichen Exposition; Intensität der körperlichen Arbeit und Luftmobilität am Arbeitsplatz; Qualität der Overalls; individuelle Merkmale des Arbeitnehmers.

Strahlen des kurzwelligen Bereichs mit einer Wellenlänge von λ ≤ 1,4 μm haben die Fähigkeit, das Gewebe zu durchdringen menschlicher Körper um wenige Zentimeter. Solche IR-Strahlung dringt leicht durch die Haut und den Schädel in das Gehirngewebe ein und kann Gehirnzellen beeinträchtigen und schwere Gehirnschäden verursachen, deren Symptome Erbrechen, Schwindel, Erweiterung der Blutgefäße der Haut, Blutdruckabfall und Durchblutungsstörungen sind und Atmung, Krämpfe, manchmal Bewusstlosigkeit. Bei Bestrahlung mit kurzwelligen Infrarotstrahlen wird auch ein Temperaturanstieg von Lunge, Nieren, Muskeln und anderen Organen beobachtet. Spezifische biologisch aktive Substanzen erscheinen im Blut, Lymphe, Liquor cerebrospinalis, Stoffwechselstörungen werden beobachtet, Veränderungen funktionsfähiger Zustand zentrales Nervensystem.

Die Strahlen des Mittelwellenbereichs mit einer Wellenlänge von λ = 1,4 - 3,0 Mikrometer werden in den Oberflächenschichten der Haut in einer Tiefe von 0,1 - 0,2 mm zurückgehalten. Daher äußert sich ihre physiologische Wirkung auf den Körper hauptsächlich in einer Erhöhung der Hauttemperatur und einer Erwärmung des Körpers.

Die stärkste Erwärmung der menschlichen Hautoberfläche tritt bei IR-Strahlung mit λ > 3 µm auf. Unter seinem Einfluss wird die Aktivität des Herz-Kreislauf- und Atmungssysteme, sowie den Wärmehaushalt des Körpers, was zu einem Hitzschlag führen kann.

Die Intensität der Wärmestrahlung wird basierend auf dem subjektiven Empfinden der Strahlungsenergie durch eine Person reguliert. Gemäß GOST 12.1.005-88 sollte die Intensität der thermischen Exposition von Arbeitnehmern durch beheizte Oberflächen von Prozessanlagen und Beleuchtungskörpern nicht überschritten werden: 35 W/m2 bei einer Exposition gegenüber mehr als 50% der Körperoberfläche; 70 W/m2 bei Bestrahlung mit 25 bis 50 % der Körperoberfläche; 100 W/m2 bei Bestrahlung von nicht mehr als 25 % der Körperoberfläche. Aus offenen Quellen (erhitztes Metall und Glas, offene Flamme) sollte die Intensität der thermischen Einwirkung 140 W / m2 bei einer Einwirkung von nicht mehr als 25% der Körperoberfläche und der obligatorischen Verwendung von persönlicher Schutzausrüstung, einschließlich Gesichtsschutz, nicht überschreiten Auge.

Die Normen begrenzen auch die Temperatur der beheizten Oberflächen der Geräte im Arbeitsbereich, die 45 °C nicht überschreiten sollte.

Die Oberflächentemperatur des Geräts, in dem die Temperatur nahe 100 0 C liegt, sollte 35 0 C nicht überschreiten.

q = 0,78 x S x (T4 x 10-8 - 110) / r2 [W/m2] (2)

Zu den wichtigsten Arten des Schutzes vor Infrarotstrahlung gehören:

1. Zeitschutz;

2. Distanzschutz;

3. Abschirmung, thermische Isolierung oder Kühlung heißer Oberflächen;

4. Erhöhung der Wärmeübertragung des menschlichen Körpers;

5. persönliche Schutzausrüstung;

6. Beseitigung der Wärmequelle.

Der Zeitschutz sieht vor, die Zeit zu begrenzen, die die Strahlung im Strahlungsbereich verbringt. Die ungefährliche Aufenthaltsdauer einer Person im Wirkungsbereich der IR-Strahlung hängt von deren Intensität (Flussdichte) ab und wird nach Tabelle 1 bestimmt.

Tabelle 1

Zeit des sicheren Aufenthalts von Personen in der IR-Strahlungszone

Der Sicherheitsabstand wird nach Formel (2) in Abhängigkeit von der Aufenthaltsdauer im Arbeitsbereich und der zulässigen Dichte der IR-Strahlung bestimmt.

Die Leistung der IR-Strahlung kann durch konstruktive und technologische Lösungen (Ersatz der Art und Weise der Erwärmung von Produkten usw.) sowie durch Beschichtung der Heizflächen mit wärmeisolierenden Materialien reduziert werden.

Es gibt drei Arten von Bildschirmen:

undurchsichtig;

· transparent;

durchscheinend.

Bei undurchsichtigen Bildschirmen wird die Energie elektromagnetischer Schwingungen, die mit der Substanz des Bildschirms wechselwirken, in Wärme umgewandelt. In diesem Fall erwärmt sich der Bildschirm und wird wie jeder erhitzte Körper zu einer Quelle von Wärmestrahlung. Als transmittierte Strahlung der Quelle gilt bedingt die Strahlung der der Quelle gegenüberliegenden Bildschirmfläche. Undurchsichtige Siebe umfassen: Metall, Alfa (aus Aluminiumfolie), poröse (Schaumbeton, Schaumglas, Blähton, Bimsstein), Asbest und andere.

In transparenten Bildschirmen breitet sich die Strahlung in ihrem Inneren gemäß den Gesetzen der geometrischen Optik aus, was die Sichtbarkeit durch den Bildschirm gewährleistet. Diese Bildschirme bestehen aus verschiedenen Glasarten, es werden auch Folienwasservorhänge (frei und am Glas herunterfließend) verwendet.

Durchscheinende Bildschirme vereinen die Eigenschaften von transparenten und nicht transparenten Bildschirmen. Dazu gehören Metallgewebe, Kettenvorhänge, mit Metallgewebe verstärkte Glasschirme.

· wärmereflektierend;

· wärmeabsorbierend;

wärmeableitend.

Diese Aufteilung ist ziemlich willkürlich, da jeder Bildschirm die Fähigkeit hat, Wärme zu reflektieren, zu absorbieren und abzuführen. Die Zuordnung des Bildschirms zu der einen oder anderen Gruppe richtet sich danach, welche seiner Fähigkeiten ausgeprägter ist.

Wärmereflektierende Schirme haben eine geringe Oberflächenschwärzung, wodurch sie einen erheblichen Teil der auf sie einfallenden Strahlungsenergie in die entgegengesetzte Richtung reflektieren. Als wärmereflektierende Materialien werden Alfol, Aluminiumblech, verzinkter Stahl verwendet.

Als wärmeabsorbierende Schirme werden Schirme aus Materialien mit hohem Wärmewiderstand (geringe Wärmeleitfähigkeit) bezeichnet. Als wärmeabsorbierende Materialien werden feuerfeste und wärmedämmende Steine, Asbest und Schlackenwolle verwendet.

Als wärmeabführende Schirme werden am häufigsten Wasservorhänge verwendet, die in Form einer Folie frei fallen oder eine andere Schirmfläche (z. B. Metall) bewässern oder in einem speziellen Gehäuse aus Glas oder Metall eingeschlossen sind.

E \u003d (q - q3) / q (3)

E \u003d (t - t3) / t (4)

q3 ist die Flussdichte der IR-Strahlung mit Schutz, W/m2;

t ist die Temperatur der IR-Strahlung ohne Schutz, °C;

t3 ist die Temperatur der IR-Strahlung bei Verwendung des Schutzes, °С.

Der direkt auf den Arbeiter gerichtete Luftstrom ermöglicht es, die Wärmeabfuhr von seinem Körper zu erhöhen Umfeld. Die Wahl der Luftströmungsgeschwindigkeit hängt von der Schwere der durchgeführten Arbeit und der Intensität der Infrarotstrahlung ab, sollte jedoch 5 m / s nicht überschreiten, da der Arbeiter in diesem Fall unangenehme Empfindungen (z. B. Tinnitus) verspürt. Die Wirksamkeit von Luftduschen steigt mit gezielter Abkühlung Arbeitsplatz Luft oder durch Zumischen von fein zerstäubtem Wasser (Wasser-Luft-Dusche).

Als persönliche Schutzausrüstung werden Overalls aus Baumwoll- und Wollstoffen, Stoffe mit Metallbeschichtung (die bis zu 90% der IR-Strahlung reflektieren) verwendet. Schutzbrillen, Schilde mit Spezialgläsern dienen zum Schutz der Augen - Lichtfilter von gelbgrüner oder blauer Farbe.

Therapeutische und vorbeugende Maßnahmen sorgen für die Organisation eines rationellen Arbeits- und Ruheregimes. Die Dauer der Arbeitspausen und deren Häufigkeit werden durch die Intensität der IR-Strahlung und die Schwere der Arbeit bestimmt. Neben regelmäßigen Kontrollen werden ärztliche Untersuchungen zur Vorbeugung von Berufskrankheiten durchgeführt.

III. Verwendete Instrumente.

Zur Messung der Dichte von Wärmeströmen durch die Gebäudehülle und zur Überprüfung der Eigenschaften von Hitzeschilden haben unsere Spezialisten Geräte der Serie entwickelt.

Anwendungsgebiet:

Geräte der IPP-2-Serie werden häufig im Bauwesen, in wissenschaftlichen Organisationen, in verschiedenen Energieanlagen und in vielen anderen Branchen eingesetzt.

Die Messung der Wärmestromdichte als Indikator für die Wärmedämmeigenschaften verschiedener Materialien erfolgt mit Geräten der IPP-2-Serie bei:

Prüfung von umschließenden Strukturen;

Ermittlung von Wärmeverlusten in Warmwasserbereitungsnetzen;

Durchführung von Laborarbeiten an Hochschulen (Fachbereiche „Life Safety“, „Industrial Ecology“, etc.).

Die Abbildung zeigt einen Prototypenstand "Bestimmung der Luftparameter im Arbeitsbereich und Schutz vor thermischen Einwirkungen" BZhZ 3 (hergestellt von Intos + LLC).

Der Ständer enthält eine Wärmestrahlungsquelle in Form eines Haushaltsreflektors, vor dem ein Hitzeschild aus verschiedenen Materialien (Stoff, Blech, Kettensatz etc.) montiert ist. Hinter dem Schirm ist in verschiedenen Abständen davon innerhalb des Raummodells das IPP-2-Gerät platziert, das die Wärmestromdichte misst. Über dem Raummodell ist eine Dunstabzugshaube mit Ventilator platziert. Messgerät IPP-2 verfügt über einen zusätzlichen Sensor, mit dem Sie die Lufttemperatur im Raum messen können. So ermöglicht der Stand BZhZ 3 die Quantifizierung der Wirksamkeit verschiedener Arten des Wärmeschutzes und einer lokalen Lüftungsanlage.

Das Stativ ermöglicht es, die Intensität der Wärmestrahlung in Abhängigkeit von der Entfernung zur Quelle zu messen, um die Wirksamkeit der Schutzeigenschaften von Bildschirmen aus verschiedenen Materialien zu bestimmen.

IV. Funktionsprinzip und Aufbau des IPP-2-Geräts.

Strukturell ist die Messeinheit des Geräts in einem Kunststoffgehäuse ausgeführt.

Das Funktionsprinzip des Geräts basiert auf der Messung der Temperaturdifferenz an der "Hilfswand". Die Größe der Temperaturdifferenz ist proportional zur Wärmestromdichte. Die Temperaturdifferenz wird mit einem Bandthermoelement gemessen, das sich innerhalb der Sondenplatte befindet, die als "Hilfswand" fungiert.

Im Betriebsmodus führt das Gerät eine zyklische Messung des ausgewählten Parameters durch. Es wird zwischen den Modi der Messung der Wärmestromdichte und der Temperatur sowie der Anzeige der Batterieladung in Prozent von 0 % ... 100 % gewechselt. Beim Umschalten zwischen den Modi wird die entsprechende Beschriftung des ausgewählten Modus auf der Anzeige angezeigt. Das Gerät kann auch eine periodische automatische Aufzeichnung von Messwerten in einem nichtflüchtigen Speicher mit Zeitbezug durchführen. Das Aktivieren/Deaktivieren der Aufzeichnung von Statistiken, das Einstellen der Aufzeichnungsparameter, das Auslesen der gesammelten Daten erfolgt mit der bei Bestellung gelieferten Software.

Besonderheiten:

Möglichkeit, Schwellenwerte für Ton- und Lichtalarme festzulegen. Schwellenwerte sind die oberen oder unteren Grenzen der zulässigen Änderung des entsprechenden Werts. Wird der obere oder untere Schwellwert verletzt, erkennt das Gerät dieses Ereignis und die LED am Indikator leuchtet auf. Bei entsprechender Konfiguration des Gerätes wird das Überschreiten der Schwellwerte durch ein akustisches Signal begleitet.

· Übertragung der Messwerte zum Rechner über die RS 232 Schnittstelle.

Modifikationen von Sonden zur Messung der Wärmestromdichte:

Wärmestromsonden dienen zur Messung der Oberflächenwärmestromdichte nach GOST 25380-92.

Aussehen von Wärmestromsonden

1. PTP-ХХХП Press-Wärmestromsonde mit Feder ist in folgenden Modifikationen erhältlich (abhängig vom Bereich der Wärmestromdichtemessung):

— PTP-2.0P: von 10 bis 2000 W/m2;

— PTP-9.9P: von 10 bis 9999 W/m2.

2. Wärmestromsonde in Form einer "Münze" an einem flexiblen Kabel PTP-2.0.

Messbereich der Wärmestromdichte: von 10 bis 2000 W/m2.

Modifikationen der Temperatursonde:

Aussehen von Temperatursonden

Temperaturmessbereich:

- für Industrie- und Handelskammer-A-D-L: von -50 bis +150 °С;

- für ТХА-А-D-L: von -40 bis +450 °С.

Maße:

- D (Durchmesser): 4, 6 oder 8 mm;

- L (Länge): von 200 bis 1000 mm.

2. Thermoelement ТХА-А-D1/D2-LП basierend auf XА-Thermoelement (elektrisches Thermoelement) dient zur Messung der Temperatur einer ebenen Oberfläche.

Maße:

- D1 (Durchmesser des "Metallstifts"): 3 mm;

- D2 (Basisdurchmesser - "Patch"): 8 mm;

- L (Länge des "Metallstifts"): 150 mm.

3. Thermoelement ТХА-А-D-LC basierend auf Thermoelement ХА (elektrisches Thermoelement) dient zur Messung der Temperatur von zylindrischen Oberflächen.

Temperaturmessbereich: von -40 bis +450 °С.

Maße:

- D (Durchmesser) - 4 mm;

- L (Länge des "Metallstifts"): 180 mm;

- Bandbreite - 6 mm.

Im Lieferumfang des Gerätes zur Messung der Dichte der thermischen Belastung des Mediums sind enthalten:

2. Sonde zur Messung der Wärmestromdichte.*

3. Temperatursonde.*

4. Software.**

5. Kabel zum Anschließen an einen PC. **

6. Kalibrierzertifikat.

7. Bedienungsanleitung und Pass für das IPP-2-Gerät.

8. Reisepass für thermoelektrische Wandler (Temperatursonden).

9. Reisepass für die Wärmestromdichtesonde.

10. Netzwerkadapter.

* - Messbereiche und Sondenausführung werden bei der Bestellung festgelegt

** - Positionen werden auf Sonderbestellung geliefert.

V. Gerät für den Betrieb vorbereiten und Messungen durchführen.

Gerät für die Arbeit vorbereiten.

Nehmen Sie das Gerät aus der Verpackung. Wenn das Gerät von einem kalten in einen warmen Raum gebracht wird, ist es notwendig, das Gerät 2 Stunden auf Raumtemperatur erwärmen zu lassen. Laden Sie den Akku innerhalb von vier Stunden vollständig auf. Platzieren Sie die Sonde an der Stelle, an der Messungen durchgeführt werden. Verbinden Sie die Sonde mit dem Instrument. Soll das Gerät in Kombination mit einem Personal Computer betrieben werden, ist es notwendig, das Gerät mit einem Verbindungskabel an einen freien COM-Port des Computers anzuschließen. Verbinden Sie den Netzwerkadapter mit dem Gerät und installieren Sie die Software gemäß der Beschreibung. Schalten Sie das Gerät ein, indem Sie kurz auf die Taste drücken. Justieren Sie das Gerät ggf. gemäß Abschnitt 2.4.6. Bedienungsanleitungen. Stellen Sie bei der Arbeit mit einem PC die Netzwerkadresse und den Wechselkurs des Geräts gemäß Abschnitt 2.4.8 ein. Bedienungsanleitungen. Beginnen Sie mit der Messung.

Unten ist ein Diagramm zum Umschalten in den "Arbeitsmodus".

Vorbereitung und Durchführung von Messungen bei der thermischen Prüfung von Gebäudehüllen.

1. Die Messung der Wärmestromdichte erfolgt in der Regel von der Innenseite der umschließenden Strukturen von Gebäuden und Bauwerken.

3. Die Oberflächenbereiche der Umfassungskonstruktionen, auf denen der Wärmestromwandler installiert ist, werden gereinigt, bis die sicht- und fühlbare Rauhigkeit beseitigt ist.

5. Bei Betriebsmessungen der Wärmestromdichte wird die lose Oberfläche des Wandlers mit einer Materialschicht beklebt oder mit Farbe mit gleichem oder ähnlichem Emissionsgrad mit einer Differenz von 0,1 wie das Material der Oberflächenschicht überstrichen die umschließende Struktur.

6. Das Ablesegerät befindet sich in einem Abstand von 5-8 m vom Messort oder in einem angrenzenden Raum, um den Einfluss des Beobachters auf den Wert des Wärmestroms auszuschließen.

Vorbereitung und Durchführung von Messungen

(während der Laborarbeit am Beispiel der Laborarbeit "Forschung von Schutzmitteln gegen Infrarotstrahlung").

Verbinden Sie die IR-Quelle mit der Buchse. Schalten Sie die IR-Strahlungsquelle (oberer Teil) und das IPP-2-Wärmeflussdichtemessgerät ein.

Montieren Sie den Kopf des Wärmestromdichtemessgerätes in 100 mm Abstand von der IR-Strahlungsquelle und ermitteln Sie die Wärmestromdichte (Mittelwert aus drei bis vier Messungen).

Erstellen Sie ein Diagramm der Abhängigkeit der IR-Flussdichte vom Abstand.

Wiederholen Sie die Messungen gemäß den Absätzen. 1 — 3 mit unterschiedlichen Messdaten in Form der Tabelle 1 eintragen. Erstellen Sie für jeden Schirm Graphen der Abhängigkeit der Flussdichte der IR-Strahlung vom Abstand.

Tabellenform 1

Bewerten Sie die Wirksamkeit der Schutzwirkung der Schirme nach Formel (3).

Installieren Sie ein Schutzgitter (nach Anweisung des Lehrers), legen Sie eine breite Bürste des Staubsaugers darauf. Schalten Sie den Staubsauger im Lufteinlassmodus ein, simulieren Sie ein Abluftgerät, und bestimmen Sie nach 2-3 Minuten (nachdem das Wärmeregime des Bildschirms festgelegt ist) die Intensität der Wärmestrahlung in den gleichen Abständen wie in Absatz 3. Bewerten Sie die Wirksamkeit des kombinierten Wärmeschutzes anhand der Formel (3).

Die Abhängigkeit der Intensität der Wärmestrahlung von der Entfernung für einen bestimmten Bildschirm im Abluftmodus sollte in das allgemeine Diagramm eingezeichnet werden (siehe Punkt 5).

Bestimmen Sie die Wirksamkeit des Schutzes, indem Sie die Temperatur für einen bestimmten Bildschirm mit und ohne Absaugung unter Verwendung von Formel (4) messen.

Erstellen Sie Diagramme der Wirksamkeit des Schutzes der Absaugung und ohne sie.

Befestigen Sie den Schlauch des Staubsaugers an einem der Gestelle und schalten Sie den Staubsauger im "Gebläse" -Modus ein, wobei Sie den Luftstrom fast senkrecht zum Wärmestrom (leicht in Richtung) richten - eine Imitation eines Luftvorhangs. Messen Sie mit dem IPP-2-Meter die Temperatur der Infrarotstrahlung ohne und mit dem "Gebläse".

Erstellen Sie Diagramme der Schutzeffizienz "Gebläse" gemäß der Formel (4).

VI. Messergebnisse und ihre Interpretation

(am Beispiel einer Laborarbeit zum Thema "Forschung von Schutzmitteln gegen Infrarotstrahlung" an einer der technischen Universitäten in Moskau).

Tisch. Elektrokamin EXP-1,0/220. Gestell zum Aufstellen von Wechselsieben. Gestell zum Einbau eines Messkopfes. Wärmestromdichtemessgerät IPP-2M. Herrscher. Staubsauger Typhoon-1200.

Die Intensität (Flussdichte) der IR-Strahlung q wird durch die Formel bestimmt:

q = 0,78 x S x (T4 x 10-8 - 110) / r2 [W/m2]

wobei S die Fläche der strahlenden Oberfläche ist, m2;

T ist die Temperatur der strahlenden Oberfläche, K;

r ist der Abstand von der Strahlungsquelle, m.

Eine der gängigsten Arten des Schutzes vor IR-Strahlung ist die Abschirmung von emittierenden Flächen.

Es gibt drei Arten von Bildschirmen:

undurchsichtig;

· transparent;

durchscheinend.

Je nach Funktionsprinzip sind die Bildschirme unterteilt in:

· wärmereflektierend;

· wärmeabsorbierend;

wärmeableitend.

Tabelle 1

Die Wirksamkeit des Schutzes vor Wärmestrahlung mit Hilfe von Bildschirmen E wird durch die Formeln bestimmt:

E \u003d (q - q3) / q

wobei q die IR-Strahlungsflussdichte ohne Schutz ist, W/m2;

q3 ist die Dichte des IR-Strahlungsflusses mit Schutz, W/m2.

Arten von Schutzscheiben (undurchsichtig):

1. Bildschirm gemischt - Kettenhemd.

E-Mail = (1550 - 560) / 1550 = 0,63

2. Metallsieb mit geschwärzter Oberfläche.

E al+Deckel = (1550 - 210) / 1550 = 0,86

3. Wärmereflektierender Aluminiumschirm.

E al \u003d (1550 - 10) / 1550 \u003d 0,99

Lassen Sie uns die Abhängigkeit der IR-Flussdichte vom Abstand für jeden Bildschirm darstellen.

Kein Schutz

Wie wir sehen können, ist die Wirksamkeit der Schutzwirkung der Bildschirme unterschiedlich:

1. Die minimale Schutzwirkung eines gemischten Bildschirms - Kettenhemd - 0,63;

2. Aluminiumsieb mit geschwärzter Oberfläche - 0,86;

3. Der wärmereflektierende Aluminiumschirm hat die größte Schutzwirkung - 0,99.

· GOST 25380-82. Ein Verfahren zur Messung der Dichte von Wärmeströmen, die durch Gebäudehüllen hindurchgehen.

Bei der Bewertung der thermischen Leistung verschiedener Schutzmittel gegen Infrarotstrahlung werden die folgenden wichtigsten Regulierungsdokumente verwendet:

· GOST 12.1.005-88. SSBT. Luft im Arbeitsbereich. Allgemeine sanitäre und hygienische Anforderungen.

· GOST 12.4.123-83. SSBT. Mittel zum Schutz vor Infrarotstrahlung. Einstufung. Allgemeine technische Anforderungen.

· GOST 12.4.123-83 „System der Arbeitssicherheitsnormen. Mittel zum kollektiven Schutz vor Infrarotstrahlung. Allgemeine technische Anforderungen“.