Контрольные вопросы

1. С какой целью на практике вводят теплопроводные включения в ограждающие конструкции?

2. В чем заключается сущность метода электрического моделирования?

3. Что такое геометрическая аналогия и масштаб сопротивлений?

4. Как аналитическим методом рассчитывается термическое сопротивление неоднородной ограждающей конструкции?

5. В чем заключается физический смысл приведенного сопротивления ?

6. В чем причина отклонения значений и от истинного значения R_к?

7. Предложите строительные мероприятия по снижению негативного влияния теплопроводного включения на тепловые потери.

Литература

1. СНиП РФ 23-02-2003 «Тепловая защита зданий»; СП 23-101-2004. «Проектирование тепловой защиты зданий».

2. Федорчук Н.М., Грызлов В.С. Избранные главы физики в строительном деле: Учеб. пособие. – Череповец, 1994.

3. Дундич Е.А. Лабораторный практикум по строительной физике ограждающих конструкций. – Харьков, 1962.

4. Фокин К.Ф. Строительная теплофизика ограждающих частей здания. – М.: Стройиздат, 1973.

Работа 4 определение коэффициента теплопроводности строительных материалов методом цилиндрического зонда

Цель работы: ознакомление с методом цилиндрического зонда при измерении коэффициента теплопроводности строительных материалов и получение навыков экспериментирования по его применению.

Оборудование: цилиндрический зонд-датчик, стабилизированные источники электрического тока, мост сопротивлений, набор образцов строительных материалов, мультиметр С-111.

4.1. Теоретическое введение [1]

Передача теплоты твердыми строительными материалами осуществляется в основном за счет теплопроводности в соответствии с дифференциальным законом Фурье:

, (4.1)

где , t- температура, τ - время, а - коэффициент температуропроводности, - оператор Лапласа, q_V - объемная мощность внутренних источников тепла, - плотность среды, c - удельная теплоемкость среды, λ - коэффициент теплопроводности.

При нестационарном тепловом процессе температура каждой точки среды, по которой распространяется тепловой поток, изменяется по тому или иному закону в зависимости от времени. Поэтому в опытах со стационарными тепловыми процессами обычно измеряется коэффициент теплопроводности λ, а в опытах с нестационарными тепловыми процессами измеряется коэффициент температуропроводности a.

В настоящее время для измерения тепловых характеристик строительных материалов широкое распространение получил метод цилиндрического зонда. Принципиальная блок-схема представлена на рисунке 4.1.

Рис. 4.1. Блок–схема измерительной установки: зонд

Опыт показывает, что данный метод по сравнению с другими обладает рядом существенных преимуществ:

а) для измерения не требуется значительных затрат времени;

б) может использоваться для исследования ограждающих конструкций в процессе их эксплуатации;

в) нестационарный тепловой процесс позволяет определять коэффициент теплопроводности для целого ряда строительных материалов, мало отличающихся друг от друга по теплоемкости и объемному весу.

Теоретической основой для осуществления этого метода, как и всех нестационарных методов, являются частные решения дифференциального уравнения (4.1), которое устанавливает связь между временными и пространственными аΔt изменениями температуры. Для решения уравнения (4.1) должны быть заданы начальные и граничные условия. В случае зонда постоянной мощности решение уравнения (4.1) проводится для бесконечно протяженной среды, внутренне ограниченной металлическим круговым цилиндром, к которому в единицу времени подводится постоянное количество тепла. Решение может быть представлено в виде:

(4.2)

где ; - избыточная температура зонда; τ - время нагрева зонда; t₀- температура среды вдали от зонда; P - мощность зонда; l - рабочая длина зонда; α - коэффициент теплообмена на границе «зонд-среда»; r - радиус зонда; β, D, E- постоянные величины, не зависящие от времени. Как следует из уравнения (4.2), по истечении достаточного времени величина будет стремиться к нулю, а переменная становится линейной функцией lnτ. Тогда формула примет вид:

(4.3)

Используя линейный участок для значений τ₁, τ₂ и соответствующих им величин и , можно получить из уравнения (4.3) выражение коэффициента теплопроводности:

(4.4)