Измерение тепловых потоков элементов конструкций в натурных условиях
С целью отработки методик определения температур и тепловых потоков были проведены тестовые измерения по определению сопротивления теплопередаче стен и окон в экспериментальном корпусе Института теплофизики СО РАН и в административном здании Советского района г. Новосибирска.
Помещение экспериментального корпуса представляло собой аэродина- мический зал 15×8 м и высотой 6 метров. Стены кирпичные толщиной в два кирпича с облицовкой в половину силикатного кирпича. Окна с двойным ос — теклением, размером проемов 4×2,8 м, с расстоянием между стеклами 145 мм.
А
Оконные проемы заполнены деревянными рамами размером 1×0,7 м. На нижней раме остекления одного из окон были выполнены измерения.
На рис.2.6 приведено распределение температуры по высоте стекла вдоль центральной линии. Здесь Н — высота стекла, которая составляла 0,9 м. Изме-
1.0
Рис.2.6. Распределение температуры по высоте внутреннего стекла |
Y/H
стекло стена рама |
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
30 60 90 120 150
.2
q, Вт/м
Рис.2,7. Тепловые потоки по высоте стекла
Рис.2.8. Сопротивление теплопередаче наружных ограждений |
*
рения проводились при температуре наружного воздуха /„=-26°С и температуре внутри помещения гв=16°С. Влажность воздуха в помещении составляла 32%. Из рисунка следует, что температура стекла в нижней зоне наиболее низкая. Наблюдается заметный рост температуры с увеличением расстояния от нижнего края стекла. Непосредственно около нижнего края рамы наблюдается незначительное повышение температуры стекла, что связано с тем, что термическое сопротивление деревянной рамы больше термического сопротивления стекла, и, в результате этого, температура стекла в областях, примыкающих к раме, повышается. Максимальный перепад температуры по высоте стекла составлял около 10°С.
На рис.2.7 показаны измеренные по высоте стекла тепловые потоки. Тепловой поток в каждой точке стекла, фиксируемый датчиком, с течением времени колебался около средней величины. Поэтому, в каждой точке проводилось 10-15 отсчетов с интервалом между ними 2 секунды. За измеренную величину теплового потока q принималась средняя величина. Как видно из рисунка, тепловой поток на внутреннем стекле примерно составлял 140 Вт/м2.
Проведены измерения тепловых потоков через наружную стену здания на расстоянии одного метра от окна и через раму. Из рис.2.8 следует, что тепловые потоки через раму и стену в 3-4 раза меньше тепловых потоков через светопропускающую часть окна.
По измеренным тепловым потокам было определено сопротивление теплопередаче прозрачной части окна, рамы и стены по следующей формуле:
R=At/q, (2.1)
где At=te~tH — разность температур между внутренней и наружной температурой воздуха.
Сопротивление теплопередаче светопропускающей части окна оказалось равной 0,3 м2-°С/Вт, рамы — 1,2 м2-°С/Вт. Поверхность рамы составляла 12% от поверхности всего оконного проема. Приведенное сопротивление оконного проема, учитывающее относительные доли поверхности стекла и рамы,
Я^=0,41 м2-°С/Вт. СНиП [88] дает значение сопротивления теплопередаче для двойного остекления в деревянных переплетах равное 0,44 м2-°С/Вт. Согласно рекомендациям СНиП, при поверхности остекления больше 86% от общей поверхности оконного проема, как это имело место в нашем случае, следует брать цифру на 5% меньше от указанной. Таким, согласно СНиП, для данного вида остекления получается значение Rnp=0}42 м2-°С/Вт, что достаточно близко к измеренному значению.
Сопротивление теплопередаче наружной стены по результатам измерений оказалось равным 1,1 м2-°С/Вт. Расчет сопротивления теплопередаче стены из двойного глиняного кирпича с облицовкой в половину силикатного дает близкую цифру, Rp~,2 м2-°С/Вт.
Таким образом, экспериментально определенные сопротивления теплопередаче типовых конструкций экспериментального корпуса, оказались близки к расчетным, что свидетельствует о надежности и корректности выбранных методик и аппаратуры для измерения тепловых потоков и температур.
Второй вывод, который следовал из проведенных измерений, заключается в том, что в исследуемом помещении приведенное сопротивление теплопередаче окон в три раза меньше сопротивления теплопередаче стен.
Перед проведением экспериментальных исследований сопротивления теплопередаче окна в административном здании теплосетей Советского района г. Новосибирска было выполнено термографическое обследование с использованием тепловизионной ИК-камеры Сова-2 фирмы “TBJI” г, Новосибирска [14, 25]. Температура наружного воздуха при обследовании составляла минус 26°С, температура в помещении 16°С. На рис.2.9 приведены термографические картины фасада здания. Следует отметить низкую температуру поверхностей окон первого этажа, что связано, как показали инструментальные замеры, с повышенной инфильтрацией через окна холодного воздуха внутрь помещения, который приводил к охлаждению поверхностей остекления. Поверхности окон второго, третьего и четвертого этажей имеют более высокую температуру, чем окна первого этажа, что связано с постепенным снижением инфильтрации холодного воздуха с ростом этажности и преобладанием процесса экс-
Рис.2.9. Термографические картины фасада административного здания |
фильтрации, то есть выхода теплого воздуха из помещения на улицу, что ведет к увеличению температуры остекления.
Таким образом, основной вывод, который можно сделать исходя их наружного термографического обследования окон административного здания теплосетей Советского района г. Новосибирска — это низкие температуры окон первого этажа, что свидетельствуют о их высокой воздухопроницаемости.
Далее было проведено термографическое обследование внутренней поверхности окна в одном из помещений первого этажа [22]. На рис.2.10 показаны термограммы оконного проема, показывающие качественную картину распределения температур по поверхности окна. Из рисунка видно, что наиболее низкая температура имеет место на поверхности остекления. Она составляла минус 2°С. Фотография окна в ИК-диапазоне показывает неравномерность распределения температуры по поверхности окна. Зоны пониженной температуры расположены в различных областях окна, а не только в нижней его части, что свидетельствует о высокой воздухопроницаемости окна. Температура рамы окна была выше, чем температура остекления, и составляла около 6-8°С.
Для получения количественных данных по сопротивлению теплопередаче окна было выполнено инструментальное обследование.
Определение сопротивления теплопередаче окна в административном здании было проведено на оконном проеме первого этажа. Согласно проведенному термографическому обследованию данный оконный проем имеет наружные температуры поверхностей типичные для окон первого этажа. Размер оконного проема составил 1,45×1,77 м. Оконный проем заполнен деревянной рамой с двойным остеклением в раздельных переплетах. Каждый ряд остекления состоял из двух открывающихся застекленных створок, среднего стекла и
•у
форточки. Стекло левой створки размером 129×38 см, среднее стекло — 129×53 см2, стекло правой створки — 79×38 см2, размер стекла форточки 38×38 см2. Отношение площади остекления к площади оконного проема составляло 70 %.
Для исследования температур и плотностей тепловых потоков на поверхности остекления и рамы устанавливались хромель-апюмелевые термопары и
Рис.2.10. Термографические картины окна здания с внутренней стороны |
датчики тепловых потоков модели ПТП 0.11.13.14.00 размером 0 27×2 мм [66], Сигнал с термопар и тепломеров поступал на милливольтметр.
На основе полученных данных, были определены средние тепловые потоки q„ проходящие через стекло и раму, и соответствующие им сопротивления теплопередачи Rt-At/qh где At — перепад температур воздуха с обеих сторон поверхности. Результаты расчетов сведены в таблицу 2.1.
Таблица 2.1 Результаты расчетов qt и /Ї,
|
Согласно ГОСТ 26602-85 [15] были определены приведенные сопротивления теплопередаче остекления Rce=0,25 м2*°С/Вт и рамы RHenp=0,57 м2-°С/Вт. Общее сопротивление теплопередаче окна оказалось равным 7?„р=0,30 м2°С/Вт. Согласно Приложению 6* Изменения № 4 СНиП II—3—79* приведенное сопротивление теплопередаче для двойного остекления в раздельных деревянных рамах должно составлять 0,44 м2-°С/Вт.
Таким образом, полученное в испытаниях приведенное сопротивление теплопередаче оконного блока 0,30 м2-°С/Вт, что на 32 % меньше, чем сопротивление теплопередаче согласно СНиП II-3-79*. Такое снижение приведенного сопротивления теплопередаче оконного проема связано со значительным превышением от нормативных значений, как будет показано далее в параграфе
3.1, инфильтрации наружного воздуха через оконный проем внутрь помещения.
В ходе проведенных экспериментальных исследований показано, что методика и аппаратура для проведения экспериментов прошли проверку при ис
следовании тепловых потерь реальных здания в натурных условиях и позволяют получить не только качественную картину распределения температур по поверхности ограждающих конструкций, но и количественные данные по температурам, тепловым потокам и сопротивлениям теплопередаче.
Posted in Теплопередача и оконные заполнители