НИИСФ    ИТТФ

Госстроя СССР АН УССР

Руководство

по измерению тепловых потоков в ограждающих конструкциях эксплуатируемых зданий и сооружений при помощи прибора ИТП-7

Москва 1982

Научно-исследовательский институт строительной физики (НИИСФ) Госстроя СССР

Институт технической теплофизики (ИТТФ) АН УССР

РУКОВОДСТВО

по измерению тепловых потоков в ограждающих конструкциях эксплуатируемых зданий и сооружений при помощи прибора ИТП-7

МОСКВА

СТРОЙИЗДАТ

1982

ного тока, на выходе модулятора напряжение будет иметь форму прямоугольных импульсов с частотой повторения, задаваемой источником управляющих сигналов. Это напряжение подается на трехкаскадный усилитель переменного тока, собранный на транзисторах / 3 и У 8. В первом каскаде усилителя обеспечивается подавление высокочастотных помех за счет емкости СЗ.Усиленное напряжение прямоугольной формы поступает на демодулятор, собранный на полевом транзисторе V 9, работающем в ключевом режиме в соответствии с сигналами от источника управляющих сигналов в интегрирующей цепи R 24, СТ. Постоянное напряжение на конденсаторе С 7. вызывает ток в цепи обратной связи, состоящей из резистора R25, рамки измерительного механизма и резистора компенсации (Кб с параллельно подключенным потенциометром RH при работе на пределе 50 Вт/м2 или R2 с параллельно подключенным потенциометром R1 при работе на пределе 250 Вт/м2). Величина тока в этой цепи (соответственно и в рамке измерительного механизма) определяется величиной напряжения на резисторе компенсации, приближающегося в установившемся режиме к входному сигналу, и сопротивлением этого резистора. Таким образом, температурные изменения сопротивления рамки измерительного механизма не сказываются на показаниях измерительного механизма. Регулировочные потенциометры RM и R 1 обеспечивают возможность настройки показаний измерительного механизма на заданный входной сигнал, т.е. регулировку чувствительности измерительного устройства под коэффициент преобразования преобразователя теплового потока.

Переключение пределов измерения осуществляется переключателями 5 3⁹*1^и$2 "*5” подключающими в цепь обратной связи соответствующий резистор компенсации. Одновременно эти переключатели подключают источник питания к схеме.

Переключатель 51 ’’Измерение” подключает преобразователь теплового потока к входным цепям микромилливольтметра. В исходном положении этот переключатель закорачивает входную цепь, обеспечивая возможность контроля измерительного устройства.

Переключатель SM ’’Контроль питания” включает цепь контроля источника питания (при нажатой кнопке S3 ) .

4.3. Прибор состоит из преобразователя теплового потока, расположенного на сборном удлинителе со струбциной, измерительного устройства с автономным источником питания и соединительным электрическим проводом. При транспортировке прибор размещается в футляре (рис. 3).

Преобразователь теплового потока представляет собой диск толщиной 1,85 мм и диаметром 27 мм. Между торцевыми поверхностями уложена батарея гальванических термоэлементов, жестко удерживаемых в заданном положении эпоксидным ком-

10

Рис. 3. Внешний вид измерителя теплового потока ИТП-7

паундом и металлическим кольцом, в котором предусмотрены углубления для крепления преобразователя на кронштейне.

Кронштейн с датчиком, трубка-удлинитель и струбцина, служащие для установки преобразователя на исследуемый объ-ект, собирают с помощью имеющихся на них резьбовых соединений.

Измерительное устройство собрано в пластмассовом корпусе, закрытом пластмассовой крышкой.

На лицевой панели измерительного устройства (рис. 4) расположены кнопки блока переключателей, шкала измерительного механизма, шлиц механического корректора, планка фирменная и планка с надписью о назначении кнопок блока переключателей.

В корпусе измерительного устройства устанавливаются четырехкнопочный блок переключателей с независимой фиксацией и

11

измерительный механизм. Плата, на которой расположены элементы электрической схемы, крепится к корпусу измерительного механизма.

Соединительный электрический провод МГШВЭ2-0,35 длиной 10 м, соединяющий преобразователь теплового потока с входом измерительного устройства, припаивается к лепестку платы и выводится через отверстие в корпусе.

В корпусе устанавливают шесть элементов 316. Смену элементов 316 производят без доступа к элементам электрической схемы.

5. ПОДГОТОВКА ПРИБОРА К РАБОТЕ

5.1.    При транспортировании прибора в условиях повышенной влажности или низких температур его выдерживают не менее 24 ч в нормальных условиях (при температуре 20 ± 5°С и относительной влажности до 80%) в распакованном состоянии.

5.2.    Из укладочных мест извлекают кронштейн с укрепленным на нем преобразователем, трубку и струбцину и собирают их путем свинчивания.

5.3.    Напряжение источника питания прибора и установку стрелки измерительного механизма на ”0” проверяют следующим образом:

измерительное устройство располагают горизонтально и нажимают кнопки ’’Контроль питания” и ”х1’\ Стрелка измерительного механизма должна отклониться за отметку 40. Если напряжение питания ниже 8В (стрелка отклоняется менее 40 делений), шесть элементов 316 заменяют новыми, обращая внимание на полярность;

кнопку ’’Контроль питания” возвращают в исходное положение повторным нажатием. После окончания переходного процесса стрелка измерительного механизма должна находиться на отметке ”0”. При необходимости стрелку ставят на ”0” корректором измерительного механизма;

кнопку ”х1” возвращают в исходное положение повторным нажатием.

5.4.    Готовность прибора к работе проверяют следующим образом:

включают кнопки ’’Измерение” и ”х1”;

подносят преобразователь теплового потока к ладони. Стрелка измерительного механизма должна показывать величину плотности теплового потока. Если стрелка измерительного механизма отклоняется влево, то преобразователь переворачивают на 180°;

кнопки ’’Измерение” и ”х1” возвращают в исходное положение повторным нажатием.

12

6. ВЫПОЛНЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

6.1.    При измерении плотности тепловых, потоков в помещении, температура в котором резко отличается от температуры, при которой находился прибор перед началом измерения, прибор выдерживают в этом помещении в течение 20 мин.

6.2.    Измерения не рекомендуется проводить в непосредственной близости от неизолированных поверхностей, имеющих высокую теплоотдачу, так как они могут дать искаженные значения измеряемой плотности тепловых потоков.

6.3.    К моменту измерений тепловых потоков на исследуемом объекте должно наступить стационарное распределение температуры (если специально не исследуется объект в динамике).

6.4.    Исследуемую поверхность зачищают наждачной бумагой до снятия видимых шероховатостей.

6.5.    Кронштейн с преобразователем при помощи струбцины прикрепляют к лестнице или к другой стационарной или переносной конструкции, расположенной вблизи исследуемой поверхности.

6.6.    Манипулируя кронштейном, трубкой и струбциной, обеспечивают плотное прилегание всей поверхности преобразователя к поверхности, через которую проходит измеряемый тепловой поток.

Неплотное прилегание преобразователя к поверхности ограждения и непостоянство контакта может вносить погрешность в результаты измерений.

6.7.    Следует исключить попадание на преобразователь прямых солнечных лучей и теплового излучения посторонних источников.

6.8.    С целью уменьшения влияния степени черноты наружную поверхность датчика рекомендуется оклеить или закрасить материалом с такой же степенью черноты, как и у исследуемой поверхности.

6.9.    К измерениям следует приступать после восстановления прежнего режима теплообмена и наступления стационарного распределения температуры, если при измерении особенно малых плотностей тепловых потчков произошло перемещение воздуха или колебание его температуры.

6.10.    Измерительное устройство располагают в горизонталь* ном положении на рабочем месте, отстоящем от преобразователя на 5 -8 м.

6.11.    В зависимости от выбранного предела измерения нажимают кнопку "хГ или ”х5” (при нажатой кнопке ”хГ’ предел измерения соответствует 50 Вт/м2, а при нажатой кнопке ”х5” — 250 Вт/м2).

6.12.    Проверяют установку стрелки прибора на ”0” и при необходимости ее устанавливают на отметку ”0” корректором измерительного механизма.

13

6.13.    Нажимают кнопку ’’Измерение”. Если стрелка прибора отклоняется влево, то преобразователь поворачивают на 180°.

6.14.    Рабочие измерения следует проводить после окончания переходного процесса, связанного с наложением датчика на поверхность ограждения, и выходом стрелки на установившееся значение. Обычно показания можно снимать через 3 мин после прижатия датчика к поверхности ограждения.

6.15.    Выключать прибор следует повторным нажатием кнопок ’’Измерение” и ”х1” или ”х5”.

Приложение

Пример применения прибора ИТП-7 для оценки теплотехнических качеств ограждающей конструкции

Требуется определить значения коэффициента теплопередачи, сопротивления теплопередаче, термического сопротивления и коэффициенты теплоотдачи у наружной и внутренней поверхности однослойной керамзитобетонной панели толщиной 0,34 м с объемной массой 1100 кг/м3 и влажностью по массе 7%, если из опыта в стационарном режиме испытаний известны средние значения (из 10 измерений каждой) следующих величин:

=— 21,4° С; *,= 183°С, 7_Н= -19,3°С, ?_в=12,6°С, «*42,6Вт/мА Коэффициент теплопередачи рассчитываем по соотношению:

^k* t_B - *_н ⁼ 18,3+21,4 ^{= 10?Г}    С(9,25    ккал/п

Сопротивление теплопередаче ограждения:

*о^тТГ*т!м ^0,955 „2'С/В^тО,0вг1*ч^в-С/ккал).

Термическое сопротивление панели:

Т_Л~Т»    12,б + >19,3 _ 31,9 . _ м*•°С _t___„    _    .

Коэффициенты теплоотдачи:

42,6    _цг_л6_    ,

18,3 ^J-1Z, 6    ₅₎₇"/,5    ВТ/м    L,

°*^н    21,9-19,3    ^=    =20’^{3    вт}/«²    °С.

Требуемое сопротивление теплопередаче ограждения рассчитанное по главе СНиП Д-3-79 для конструкции средней массивности при условии эксплуатации в г.Москве, равно

*_в^ГР= 0,89м* •°С/5т(1,03м² ч°С/ккал).

Таким образом, по сопротивлению теплопередаче панель соответствует нормативным требованиям.

15

УДК 697.11

Рекомендовано к изданию решением секции ограждающих конструкций НТС НИИСФ Госстроя СССР.

Руководство по измерению тепловых потоков в ограждающих конструкциях эксплуатируемых зданий и сооружений при помощи прибора ИТП-7 /НИИСФ Госстроя СССР, ИТТФ АН УССР. - М.: Стройиздат, 1982.- 16 с.

Разработано к главе СНиП П-3-79 ’’Строительная теплотехника. Нормы проектирования”.

Содержит сведения о конструкции, технических характеристиках, области применения и особенностях использования нового прибора ИТП-7 для измерения плотности тепловых потоков, а также пример применения этого прибора для оценки технологических свойств ограждающих конструкций в натурных условиях эксплуатации зданий.

Для работников научно-исследовательских организаций, занимающихся испытанием ограждающих конструкций в натурных лабораторных условиях.

3202000000-240

04f(0lf-82

ПРЕДИСЛОВИЕ

В нашей стране всегда уделялось большое внимание повышению эффективности использования топливно-энергетических ресурсов.

С 1979 г, Госстроем СССР установлены новые обязательные для всех министерств и ведомств требования, в соответствии с которыми при возведении производственных, жилых и общественных зданий подлежат проверке теплоизоляционные свойства ограждающих конструкций, герметичность стыков и швов, теплоизоляция трубопроводов и др. Результаты этих испытаний, оформленные соответствующими актами, наравне с другой технической документацией, представляются Государственной комиссии при приемке объектов в эксплуатацию.

В настоящее время для измерения тепловых потоков через ограждающие конструкции применяются в основном термоэлектрические контактные преобразователи, подключаемые к потенциометрам или микровольтметрам. Однако в связи с тем, что диаметр рабочей зоны таких дисковых преобразователей составляет от 100 до 300 мм, толщина — от 8 до 12 мм и инерционность измеряется часами, они не могут быть использованы для оперативного контроля и измерения локальных тепловых потоков через небольшие участки ограждения (стыки,.теплопроводные включения и т.п.). К тому же выпускаемые промышленностью стандартные потенциометры по своим техническим характеристикам могут работать только при температуре окружающего воздуха выше 15°С, они имеют значительные габариты и массу, и поэтому возможность использования их при натурных испытаниях ограничена. Стандартных портативных приборов для оперативного измерения тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции в реальных условиях эксплуатации, до последнего времени не было.

Измеритель тепловых потоков для строительства ИТП-7 разработан Киевским институтом технической теплофизики АН УССР по техническому заданию НИИ строительной физики, согласованному с Госстроем СССР. Приборы изготовлены ОКТБ ИТТФ, проградуированы на радиационном стенде ИТТФ, испытаны в климатических камерах НИИСФ и в натурных условиях эксплуатации строительных объектов.

Работа выполнена совместно НИИСФ Госстроя СССР (канд. техн. наук И.Г.Кожевников) и ИТТФ АН УССР (д-р техн. наук

О.А.Геращенко, инж. В.Т.Бузынюк).

3

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1.    Измеритель теплового потока ИТП-7 предназначен для непосредственного измерения плотности тепловых потоков через ограждающие конструкции жилых, общественных, промышленных и сельскохозяйственных зданий и сооружений,

1.2.    Прибор предназначен для эксплуатации при температуре окружающего воздуха от -30 до + 30°С и относительной влажности воздуха до 80% при 30°С.

1.3.    При использовании совместно с термощупом ИТП-7 позволяет оперативно определять основные теплотехнические свойства ограждающих конструкций: термическое сопротивление, сопротивление теплопередаче, коэффициенты теплоотдачи поверхностей и др.

2. ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

2.1.    Пределы измерения плотности теплового потока — от 0 до 50 и от 0 до 250 Вт/м2.

2.2.    Цена деления шкалы прибора 1 или 5 Вт/м2.

2.3.    Основная погрешность прибора, %

где $_яр - значение предела измерения;

<2_изи— текущее значение плотности измеряемого теплового потока.

2.4.    Дополнительная погрешность от изменения температуры окружающего воздуха не превышает половины мультипликативной составляющей основной погрешности на каждые 10°С изменения температуры.

2.5.    Время выхода сигнала преобразователя теплового потока на установившееся значение не более двух мин.

2.6.    Габаритные размеры футляра - 290 х 175 х 100 мм. Габаритные размеры преобразователя теплового потока — диаметр, 0-27 мм, толщина, <5“=1,85 мм.

Габаритные размеры измерительного устройства - 190 х 110х х 65 мм.

2.7.    Длина соединительного электрического провода - 10 м.

2.8.    Масса прибора без футляра — не более 4 кг.

2.9.    Источник питания - шесть элементов 316.

4

3. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА

3.1. Метод измерения плотности теплового потока основан на принципе вспомогательной стенки. На преобразователе теплового потока, который прикладывают к поверхности ограждающей конструкции, в установившемся режиме теплообмена создается температурный перепад, пропорциональный плотности теплового потока, проходящего через ограждение.

Схема измерения плотности теплового потока показана на рис. 1.

Рис. 1. Схема измерения плотности левого потока

1 - ограждающая конструкция; преобразователь теплового потока; измерительный прибор

3.2. Плотность теплового потока через ограждение для стационарного режима теплообмена определяется выражением

Я = *    "*«)    Вт/л¹,

где к - коэффициент теплопередачи, Вт/м2 ■ °С;

£_ei_H — температура внутреннего и наружного воздуха, °С. па ограждающую конструкцию, имеющую полное термическое сопротивление R_Ty накладывается преобразователь теплового потока с термическим сопротивлением R _д. Тепловой поток пронизывает все элементы конструкции ограждения и преобразователь теплового потока, создавая на них температурные перепады. Поскольку инерционность ограждения значительно превышает инерционность преобразователя теплового потока R_r д| температура под преобразователем при наложении его не успевает измениться за время измерения. Поэтому пронизывающий преобразователь поток будет пропорционален коэффициенту теплоотдачи оС_ь от внутренней поверхности ограждения к окружающему воздуху и разности температур между ними. Возникающее при этом несоответствие между тепловым потоком через ограждение до наложения преобразователя и пронизывающим преобразователем определяется выражением:

5

где q — плотность теплового потока до наложения преобразователя теплового потока;

— плотность теплового потока, пронизывающего преобразователь.

Поправка на искажение величины теплового потока может быть учтена при расчетах теплотехнических свойств ограждений. Во многих случаях это искажение можно отнести к погрешности измерения, так как при типовых значениях термического сопротивления /?_д ⁼ 0,003°С - м2/Вт и коэффициента теплоотдачи свободной конвекцией <эС_в * 5 Вт/м2 . °С , поправка составит 1,5%.

3.3. По результатам измерения теплового потока, зная толщину ограждения и измерив предварительно температуры    и

Т_н, определяют основные теплотехнические свойства ограждающей конструкции по следующим соотношениям.

Термическое сопротивление

*.-^у» g" м^г °с/е> т.

Коэффициенты теплоотдачи у наружной и внутренней поверхностей ограждения

fr. «'/"'•'^с;

*^и*?й-*_н ^Вг1"^г-°^с>

где tp _ytp - температуры внутреннего и наружного воздуха, °С, T_bj*L_H — температуры на внутренней и наружной поверхностях ограждения, °С.

Сопротивление теплопередаче

R »r*- + R_T +^~    м²-    °С/Вт.

Коэффициент теплопередачи определяется по сопротивлению теплопередаче.

4. ПРИНЦИП РАБОТЫ И УСТРОЙСТВО ИЗМЕРИТЕЛЯ ПЛОТНОСТИ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА

4.1. Прибор ИТП-7 представляет собой совокупность преобразователя теплового потока в электрический сигнал постоянного тока с измерительным устройством, содержащим автоком-пенсационный микромилливольтметр постоянного тока, шкала измерительного механизма которого проградуирована в единицах теплового потока.

Принципиальная электрическая схема прибора ИТП-7 приведена на рис. 2. Обозначения к рис. 2 даны в таблице.

Преобразователь теплового потока представляет собой вспомогательную стенку, выполненную в виде батареи гальванических термоэлементов, расположенных параллельно по измеряемому потоку и соединенных последовательно по генерируемому сигналу.

Плотность теплового потока я, проходящего через все элементы конструкции ограждения и преобразователь теплового потока, создает на них при стационарном режиме теплообмена постоянный температурный перепад.

В зависимости от плотности теплового потока и, соответственно, разности температур, между спаями термоэлементов, преобразователь генерирует термо-ЭДС,

Высокая плотность укладки термоэлементов обеспечивает высокую чувствительность при сравнительно мал<?м термическом сопротивлении (К_дс 3 * 10^°С*м2/Вт),вследствие чего наложение преобразователя на исследуемую поверхность не вносит значительных искажений в картину распределения температурного поля.

4.2. Измерительное устройство содержит автокомпенсацион-ный микромилливольтметр постоянного тока, источник питания, соединительный провод, узел коммутации, обеспечивающий выбор предела измерения, подключение преобразователя теплового потока и контроль питания.

Автокомпенсационный микромилливольтметр является измерителем со статистической характеристикой и состоит из усилителя постоянного тока, измерительного механизма и цепи отрицательной обратной связи с компенсационным резистором, напряжение на котором компенсирует измеряемый сигнал (с некоторой недокомпенсацией) на входе усилителя постоянного тока.

Для подавления влияния температурной зависимости сопротивления рамки измерительного механизма микромилливольтметр выполнен по схеме с выходным током, т.е. измерительный механизм включен в цепь обратной связи.

Усилитель постоянного тока выполнен по схеме М-ДМ (модулятор-демодулятор) с целью получения малых величин временного и температурного дрейфа и содержит модулятор полезного сигнала, усилитель переменного тока, демодулятор, источник управляющих сигналов, связанный своими выходами с модулятором и демодулятором. Модулятор выполнен по последовательно-параллельной схеме на полевых транзисторах ]/Z₇ работающих в ключевом режиме. К затворам этих транзисторов подводится напряжение прямоугольной формы частотой 200-250 Гц, вырабатываемое источником управляющих сигналов, собранным по схеме мультивибратора на транзисторах V 17, V 18. При положительном уровне напряжения на затворе сопротивление участка сток-исток велико, значительно превышает сопротивление участка при нулевом уровне напряжения на за-

7

; кл.1 или

Резистор СП5-3-2; 2кОм±Ю%; ТУ ОЖО.468.506 Резистор 300 Ом, намотан манганиновым проводом Резистор МЛТ-0,25-1 кОм ± 10%, ГОСТ 7113-77 Е Резистор СП5-3-470 Ом ± 10%, ТУ-ОЖО.468.506 Резистор МЛТ-0,25-270 кОм ±5%, ГОСТ 7113-77 Е Резистор 60 Ом намотан манганиновым проводом Л2 Резистор МЛТ-0,25-1,5 мОм ±20%, ГОСТ 7113-77 Е Ak.HAk Резистор МЛТ-0,25-360 кОм ± 5%, ГОСТ 7113 —77 Е Я\Ья15 Резистор МЛТ-0,25-120 кОм ±5%, ГОСТ 7113-77 Е Я11 Резистор МЛТ-0,25-4,3 кОм ±5%, ГОСТ 7113-77 Е Я12,ЯП Резистор МЛТ-0,25^10 Ом ±5%, ГОСТ 7113-77 Е к13    Резистор МЛТ-0,25-51 кОм ±5%, ГОСТ 7113-77 Е

R16R20 Резистор МЛТ-0,25-20 кОм ±5%, ГОСТ 7113 -77 Е Я1% Резистор МЛТ-0,25-360 кОм +5%, ГОСТ 7113-77 Е Я19 Резистор МЛТ-0,25-120 кОм ±5%, ГОСТ 7113 -77 Е Я21    Резистор МЛТ-0,25-510 Ом ±5%, ГОСТ 7113-77 Е

ЯП    Резистор МЛТ-0,25-5,1 кОм ±5%, ГОСТ 7113-77 Е

R1Z    Резистор МЛТ-0,25-1,5 кОм ±5%, ГОСТ 7113-77 Е

Я2Ч Резистор МЛТ-0,25-10 кОм ±5%, ГОСТ 7113-77 Е Я25    Резистор МЛТ-0,25 -7,5 кОм ± 5%, ГОСТ 7113 -77 Е

R2G-R3 0 Резистор МЛТ-0,25-91 кОм ±5%* ГОСГ7113-77 Е Я31    Резистор МЛТ-0,25-200 кОм ±5%, ГОСТ 7113-77 Е

Я32    Резистор МЛТ-0,25-15 кОм ±20%, ГОСТ 7113 -77 Е

Обозна-    Наименование    элемента    схемы    I    Коли-

чение    I    чество

R33fi37 Резистор МЛТ-0,25-51 кОм ±5%, ГОСТ 7113 -77 Е    2

ХЗЧЯЗЬ Резистор МЛТ-0,25-620 кОм ±5%, ГОСТ 7 ИЗ -77 Е    2

Резистор МЛТО.25^91 кОм ±5%, ГОСТ 7113 -77 Е    2

&1S4    Переключатель П2К, ТУ 11.ЕЩО.360.037    4

171-УЗ    Транзистор полевой КН103, ТУ.ИТФЗ. 365.000    3

V4-VB    Транзистор КТ315Г,ТУ,ЖК3.365.200    5

Транзистор полевой КП 103, ТУ ИТФЗ.365.000    1

yiQ-№    Диод КД 503А, ТУ ТТЗ. 362.088    7

ЩШ    Транзистор КТ 315Г, ТУ ЖК3.365.200    2

V19    Диод КД 503А-ТУ ТТЗ .362.088    1

и    Датчик теплового потока ДТП-05    1

£ 1    Провод МПШВЭ2х0,35, ТУ 16-505.437 73    10    м

творе. Поскольку на затворы подается противофазное напряжение, то транзисторы VI, V2 будут поочередно запираться. Таким образом, при подаче на вход модулятора сигнала постоян-

9