ПЛОТНОСТЬ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА

ПЛОТНОСТЬ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА (ПОВЕРХНОСТНАЯ) q, Вт/м²: величина теплового потока, проходящего через единицу площади поверхности конструкции. [3]

ПОВЕРХНОСТНАЯ ПЛОТНОСТЬ ТЕПЛОВОГО ПОТОКА — лучистый тепловой поток, воздействующий на единицу поверхности образца (ГОСТ Р 51032-9 МАТЕРИАЛЫ СТРОИТЕЛЬНЫЕ. МЕТОД ИСПЫТАНИЯ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ ПЛАМЕНИ). [2]

4.1 Сущность метода измерения плотности теплового потока [3]

4.1.1. Метод измерения плотности теплового потока (см. ТЕПЛОВОЙ ПОТОК) основан на измерении перепада температуры (см. ТЕМПЕРАТУРА. ТЕМПЕРАТУРНЫЕ РЕЖИМЫ) на «дополнительной стенке» (пластинке), устанавливаемой на ограждающей конструкции здания (см. ЗДАНИЕ). Этот температурный перепад, пропорциональный в направлении теплового потока его плотности, преобразуется в термоЭДС (термоэлектродвижущую силу) батареей термопар, расположенных в «дополнительной стенке» параллельно по тепловому потоку и соединенных последовательно по генерируемому сигналу. «Дополнительная стенка» (пластинка) и батарея термопар образуют преобразователь теплового потока.

4.1.2. Плотность теплового потока отсчитывается по шкале специализированного прибора ИТП-МГ 4.03 «Поток», в состав которого входит преобразователь теплового потока, или рассчитывается по результатам измерения термоЭДС на предварительно оттарированных преобразователях теплового потока.

Величина плотности теплового потока q определяется по формуле:

q = K × E;

где q — плотность теплового потока, Вт/м²;

K — коэффициент преобразования, Вт/м²·мВ;

E — величина термоэлектрического сигнала, мВ.

Схема измерения плотности теплового потока приведена на рисунке 1.

1 – измерительный прибор (потенциометр постоянного тока по ГОСТ 9245);

2 – подсоединение измерительного прибора к преобразователю теплового потока;

3 – преобразователь теплового потока; 4 – исследуемая ограждающая конструкция;

q – плотность теплового потока, Вт/м²

Рисунок 1 — Схема измерения плотности теплового потока

4.2 Аппаратура [3]

4.2.1. Для измерения плотности тепловых потоков применяют прибор ИТП-МГ 4.03 «Поток».

4.2.2. При теплотехнических испытаниях ограждающих конструкций допускается проводить измерения плотности тепловых потоков при помощи отдельно изготовленных и оттарированных преобразователей теплового потока с термическим сопротивлением до 0,005–0,06 (м·°С)/Вт и приборов, измеряющих термоЭДС, генерируемую преобразователями.

Допускается применение преобразователя, конструкция которого приведена в ГОСТ 7076.

4.2.3. Преобразователи теплового потока по 4.2.2 должны удовлетворять следующим основным требованиям:

- материалы для «дополнительной стенки» (пластинки) должны сохранять свои физико-механические свойства при температуре окружающего воздуха от 243 до 343 К (от минус 30 до плюс 70 °С);

- материалы не должны смачиваться и увлажняться водой в жидкой и парообразной фазах; отношение диаметра датчика к его толщине должно быть не менее 10;

- преобразователи должны иметь охранную зону, расположенную вокруг батареи термопар, линейный размер которой должен составлять не менее 30 % радиуса или половины линейного размера преобразователя;

- преобразователь теплового потока должен быть оттарирован в организациях, которые в установленном порядке получили право на выпуск этих преобразователей;

- в указанных выше условиях внешней среды тарировочные характеристики преобразователя должны сохраняться не менее одного года.

4.2.4. Тарировку преобразователей теплового потока по 4.2.2 допускается проводить на установке для определения теплопроводности по ГОСТ 7076, в которой плотность теплового потока рассчитывают по результатам измерения температурного перепада на эталонных образцах материалов, аттестованных по ГОСТ 8.140 и установленных вместо испытуемых образцов.

4.2.5. Проверка преобразователя производится не реже одного раза в год, как это указано в 4.2.3, 4.2.4.

4.2.6. Для измерения термоЭДС преобразователя теплового потока допускается использовать переносной потенциометр ПП-63 по ГОСТ 9245, цифровые вольтамперметры В7-21, Ф30 по ГОСТ 8711 или другие измерители термоЭДС, расчетная погрешность которых в области измеряемых термоЭДС преобразователя теплового потока не превышает 1 % и входное сопротивление которых не менее чем в 10 раз превышает внутреннее сопротивление преобразователя.

При теплотехнических испытаниях ограждающих конструкций с использованием отдельных преобразователей предпочтительно применять автоматические регистрирующие системы и приборы.

4.3 Подготовка к измерению [3]

4.3.1. Измерение плотности тепловых потоков проводят, как правило, с внутренней стороны ограждающих конструкций зданий и сооружений.

Допускается проведение измерения плотности тепловых потоков с наружной стороны ограждающих конструкций в случае невозможности их проведения с внутренней стороны (агрессивная среда, флуктуации параметров воздуха) при условии сохранения устойчивой температуры на поверхности. Контроль условий теплообмена проводят с помощью термощупа и средств для измерения плотности теплового потока: при измерении в течение 10 мин их показания должны быть в пределах погрешности измерений приборов.

4.3.2. Участки поверхности выбирают специфические или характерные для всей испытываемой ограждающей конструкции в зависимости от необходимости измерения локальной или усредненной плотности теплового потока.

Выбранные на ограждающей конструкции участки для измерений должны иметь поверхностный слой из одного материала, одинаковой обработки и состояния поверхности, иметь одинаковые условия по лучистому теплообмену и не должны находиться в непосредственной близости от элементов, которые могут изменить направление и значение тепловых потоков.

4.3.3. Участки поверхности ограждающих конструкций, на которые устанавливают преобразователь теплового потока, зачищают до устранения видимых и осязаемых на ощупь шероховатостей.

4.3.4. Преобразователь плотно прижимают по всей его поверхности к ограждающей конструкции и закрепляют в этом положении, обеспечивая постоянный контакт преобразователя теплового потока с поверхностью исследуемых участков в течение всех последующих измерений.

При креплении преобразователя между ним и ограждающей конструкцией не допускается образование воздушных зазоров. Для их исключения на участке поверхности в местах измерений наносят тонкий слой технического вазелина, перекрывающий неровности поверхности.

Преобразователь может быть закреплен по его боковой поверхности при помощи раствора строительного гипса, технического вазелина, пластилина, штанги с пружиной и других средств, исключающих искажение теплового потока в зоне измерения.

4.3.5. При оперативных измерениях плотности теплового потока на незакрепленную поверхность преобразователя наклеивают тонкий слой материала ограждения, на котором крепится преобразователь, или закрашивают краской с той же или близкой степенью черноты с различием , что и у материала поверхностного слоя ограждающей конструкции.

4.3.6. Отсчетное устройство располагают на расстоянии от 5 до 8 м от места измерения или в соседнем помещении для исключения влияния наблюдателя на значение теплового потока.

4.3.7. При использовании приборов для измерения термоЭДС, имеющих ограничения по температуре окружающего воздуха, их располагают в помещении с температурой воздуха, допустимой для эксплуатации этих приборов, и подключение к ним преобразователей теплового потока производят при помощи удлинительных проводов.

При проведении измерения прибором ИТП-МГ 4.03 «Поток» преобразователи теплового потока и измерительное устройство располагают в одном помещении независимо от температуры воздуха в помещении.

4.3.8. Аппаратуру по 4.3.7 подготавливают к работе в соответствии с инструкцией по эксплуатации соответствующего прибора, в том числе учитывают необходимое время выдержки прибора для установления в нем нового температурного режима.

4.4 Проведение измерений [3]

4.4.1. Измерение плотности теплового потока проводят:

- при использовании прибора ИТП-МГ 4.03 «Поток» — после восстановления условий теплообмена в помещении вблизи контрольных участков ограждающих конструкций, искаженных при выполнении подготовительных операций, и после восстановления непосредственно на исследуемом участке прежнего режима теплообмена, нарушенного при креплении преобразователей;

- при теплотехнических испытаниях с использованием преобразователей теплового потока по 4.2.2 — после наступления нового установившегося теплообмена под преобразователем.

После выполнения подготовительных операций по 4.3.2–4.3.5 при использовании прибора ИТП-МГ 4.03 «Поток» режим теплообмена на участке измерения восстанавливается ориентировочно через 5–10 мин, при использовании преобразователей теплового потока по 4.2.2 — через 2–6 ч.

Показателем завершения переходного режима теплообмена и возможности проведения измерений плотности теплового потока может считаться повторяемость результатов измерения плотности тепловых потоков в пределах установленной погрешности измерения.

4.4.2. При измерении теплового потока в ограждающей конструкции с термическим сопротивлением менее 0,6 (м·°С)/Вт одновременно измеряют с помощью термопар температуру ее поверхности на расстоянии 100 мм от преобразователя , под ним  и температуру внутреннего t_в и наружного t_н воздуха на расстоянии 100 мм от стены.

4.5 Обработка результатов измерений [3]

4.5.1. При использовании приборов ИТП-МГ 4.03 «Поток» значение плотности теплового потока (Вт/м²) фиксируется на экране дисплея электронного блока прибора и используется для теплотехнических расчетов или заносится в архив измеренных значений для последующего использования в аналитических исследованиях.

4.5.2. При использовании отдельных преобразователей и милливольтметров для измерения термоЭДС плотность теплового потока, проходящего через преобразователь, q , Вт/м², рассчитывают по формуле (1).

4.5.3. Определение коэффициента преобразования K с учетом температуры испытаний производят по приложению Б.

4.5.4. Значение плотности теплового потока q^’, Вт/м², при измерении по 4.2.2 вычисляют по формуле:

,

где t_н — температура наружного воздуха напротив преобразователя, °С;

 — температура поверхности на участке измерения возле преобразователя теплового потока и под ним соответственно, °С.

4.5.5. Результаты измерения по 4.5.2 записывают по форме, приведенной в приложении В.

4.5.6. За результат измерения плотности теплового потока принимают среднее арифметическое значение результатов пяти измерений при одном положении преобразователя теплового потока на ограждающей конструкции. [3]

Литература

1. ГОСТ Р 53269-2009 Техника пожарная. Каски пожарные. Общие технические требования. Методы испытаний.

2. ГОСТ Р 51032-97 Материалы строительные. Метод испытания на распространение пламени.

3. ГОСТ 25380-2014 Здания и сооружения. Метод измерения плотности тепловых потоков, проходящих через ограждающие конструкции.