Новые средства измерений теплофизических и теплотехнических параметров материалов и конструкций

Аксёнов Дмитрий Николаевич

инженер 3 категории ОАО НПП «Эталон»

Потребность в измерении теплопроводности различных материалов существует практически в любых областях науки и промышленности. Прежде всего, к ним относятся строительство и энергетика. Необходимость технологического контроля и сертификации по теплопроводности возникает при производстве и эксплуатации новых материалов различного назначения, а также при испытаниях на соответствие требованиям нормативных документов наиболее важных элементов сложных инженерных объектов, например, ограждающих конструкций отапливаемых зданий и сооружений.

Таким образом, в современном технологическом обществе, характеризующемся все возрастающим уровнем энергопотребления на фоне постоянного увеличения стоимости и ограниченности запасов энергоносителей, измерения теплопроводности наиболее востребованы среди других видов измерений теплофизических свойств материалов и конструкций.

В последнее время интенсивно ведутся работы по усовершенствованию метрологического обеспечения измерений плотности теплового потока и теплопроводности, а также средств измерений.

Для мобильного измерения теплофизических свойств материалов и конструкций специалистами ОАО НПП «Эталон» был разработан многоканальный измеритель теплового сопротивления ИТС-1, отвечающий всем современным требованиям.

Измерительный комплекс теплового сопротивления ограждающих конструкций предназначен для применения на предприятиях стройиндустрии, органах госнадзора, аудита и сертификационных центрах.

Комплекс позволяет определять приведенное сопротивление теплопередаче и термическое сопротивление ограждающих конструкций и материалов по ГОСТ 26254-84 и ГОСТ 26602.1-99 (стен, перекрытий, оконных и дверных блоков), а так же измерять плотность теплового потока, напряжения, температуру внутри и снаружи помещения.

Измерительный комплекс обладает рядом преимуществ перед существующими аналогами:

Разрешающая способность при измерении:

Количество каналов измерения в зависимости от вида исполнения — 16, 32, 48, 64, 80, 96.

Измерительный комплекс работает со всеми видами рабочих датчиков теплового потока ДТП 0924, производства ОАО НПП «Эталон» (которых насчитывается 26 типов). Применяется термопара типа -ТХА(К), рекомендуется термопара ТХА 1105 так же нашего производства.

Технические характеристики ИТС-1:

Для проверки соответствия фактических характеристик требованиям, предусмотренным ТЗ и ТУ, в процессе разработке проводились лабораторные испытания опытных образцов. В частности проверялись такие параметры как абсолютная основная погрешность и диапазон измерений напряжения. Результаты измерений представлены в таблицах 1-3.

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 3

Так же проводилась проверка на наличие ошибок в обмене данными УСИ-1 (устройство сбора информации) и модулями КИ-16 (коммутаторы измерительные), и записи данных на SD карту.

Заключение: в ходе проведения испытаний опытных образцов УСИ-1 было установлено, что полученные технические характеристики соответствуют нормам ТУ.

В процессе измерений теплофизических и теплотехнических параметров материалов и конструкций, из-за наличие множества не утвержденных методов измерений, приходится сталкиваться с многими проблемами, влияющими на обеспечение единства измерений. Хотя и существующие государственные стандарты так же поддаются критике.

Вот, к примеру, возьмем - ГОСТ 26254-84 « Здания и сооружения. Методы определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций», в соответсвии с которым мы проводим измерения приведенного сопротивления теплопередаче:

«- пункт 6.4

При обработке результатов натурных испытаний строят графики изменения во времени характерных температур и плотности тепловых потоков, по которым выбирают периоды с наиболее установившимся режимом с отклонением среднесуточной температуры наружного воздуха от среднего значения за этот период в пределах 1,5 и вычисляют средние значения сопротивления теплопередаче для каждого периода.»

Согласно ГОСТу 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, и это не предел. Этот фактор, в свою очередь, вызывает нестационарные процессы теплопередачи в исследуемых конструкциях. Отсюда и такая продолжительность измерений, не менее 15 суток, а то и больше, что тормозит процесс измерений.

«Очевидно, что данный способ измерения 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 (лабораторные условия). В то время как при тепловом контроле сооружений с реальным изменением во времени внутренних и наружных температур окружающей среды это условие соблюдается крайне редко. Это несоблюдение условия постоянства плотности теплового потока значительно снижает точность получаемых результатов и приводит к появлению больших погрешностей в определении R0.»

Лабораторные исследования являются весьма дорогостоящими и требуют длительного времени, к тому же их результаты не характеризуют с достаточной достоверностью теплозащитные свойства реального объекта. В то время как натурные исследования наиболее полно отражают фактические теплотехнические характеристики наружных ограждающих конструкций, поскольку проводятся в конкретных климатических условиях на реально существующих объектах.

Вывод: