Научный архив: статьи

Thermal control (passive and active) is a non-destructive testing method. During passive thermal control, the test object is characterized by a temperature field formed during its operation. In active thermal control, the test object is additionally thermally stimulated. This technique is widely used in various areas of construction, energy, mechanical engineering, transport. This paper proposes a variant of active thermal non-destructive assessment of the thermal conductivity coefficient of building materials and products on the example of a fragment of a building structure made of silicate bricks. The test object is subjected to thermal stimulation by an external source of thermal energy before reaching a steady-state thermal regime. Thermography of the test object surfaces is carried out. The average integral temperatures of surfaces or individual sections of the test object are calculated. The coefficient of thermal conductivity of the test object is determined, which is used to calculate its thermal resistance (resistance to heat transfer). After that, the coefficient of heat transfer is calculated. The method was implemented in laboratory conditions. It can be used in natural and operational conditions for accurate and quick determination of the key thermophysical properties of building materials and products.

Energy preservation and reduction in greenhouse gas emissions into the atmosphere can be partially gained through decentralization of heat supply. In the case of cultivation facilities, a solution is a combined heating system which includes soil infrared heating and air heating in the winter greenhouse up to the required values by means of autonomous convective heaters. Upon analysing domestic and foreign scientific publications, there has not been found any comprehensive calculation method of the combined heating system. The target of research is normally one of the space heating ways: either radiant or convective. The calculation method considered in the article is based on the solution of the coupled equations set of the greenhouse heat and material balances, its walling and soil surface. It takes into consideration both the features of radiant heat transfer between distant bodies, and convective air heating from heaters. The developed calculation method has been tested using the modern industrial greenhouse “Fermer 7.5” for year-round cultivation of crops. As shown by the results of software calculations, at low temperatures of the outside air, the heat power of winter greenhouse radiant heating should be twice as high as the heat consumption for convective heating of the cultivation facility. There have been obtained heat power change patterns of the winter greenhouse combined heating system depending on a number of important factors, such as: temperature of the outside air; walling thermal resistance; absorption coefficient of the soil surface. Due to the fact that according to the calculations results, the heat loss via the winter greenhouse ventilation proved to be significant, it makes sense to consider further the option of preheating outdoor air necessary for air exchange indoors.

Резюме. Цель. Аварийное отключение системы отопления гражданского здания неизбежно приведет к нарушению теплового режима в обогреваемых помещениях. Впоследствии данный инцидент негативно отразится на тепловом комфорте человека и условиях труда. Таким образом, вопрос прогнозирования теплового режима помещения в случае прекращения подачи тепловой энергии, наряду с поиском энергосберегающих технологий в строительной сфере, является актуальной задачей. Метод. Программные вычисления основаны на классической теории теплоустойчивости помещения в случае прерывистой подачи теплоты и законе регулярного теплового режима первого рода (для системы отопления), суть которого заключается в следующем: понижение температуры во всех точках тела в ходе его остывания происходит одинаково, подчиняясь экспоненциальному закону. Результат. Для комнаты в жилом здании установлено, что температура внутреннего воздуха достигнет точки росы (12,5 ℃) за период времени 8 ч 42 мин после аварийного отключения системы отопления, а нулевого значения – через 23 ч 42 мин. Среднее значение темпа падения температуры за период времени 50 ч равно 0,72 ℃ч⁄, суммарные потери тепловой энергии составили 138,2 МДж. Вывод. Тепловая аккумуляция ограждающих конструкций играет первостепенную роль для гражданских зданий в сохранении требуемого теплового режима помещения в случае аварийного отключения системы отопления. При сравнительно малой теплоемкости и большой теплоотдаче, связанной с высоким температурным напором нагревательных элементов, остывание системы отопления происходит достаточно быстро (имеет высокий показатель темпа охлаждения).

Резюме. Цель. Цель исследования – подтвердить корректность работы цифрового инструмента, который обеспечивает расчет температурного режима помещения, темпа падения температуры воздуха и тепловых потерь в условиях прерывистой подачи энергии, с учетом теплоаккумулирующих свойств ограждающих конструкций и элементов системы отопления. Метод. Методической основой программного обеспечения являются теория теплоустойчивости и закон регулярного теплового режима первого рода, описывающий процесс остывания элементов системы отопления и ограждающих конструкций. Программный алгоритм состоит из двух последовательных вычислительных блоков, которые обрабатывают геометрические, теплофизические и эксплуатационные параметры помещения, наружных ограждений и системы отопления. Программный продукт ориентирован на исследовательские и инженерно-технические расчеты. Результат. Проведена проверка программного продукта для определения температуры внутреннего воздуха в размерном и безразмерном видах, темпа падения температуры и тепловых потерь за период остывания помещения. Тестирование подтвердило устойчивость расчетов и соответствие результатов физической модели теплообмена. Вывод. Новизна результатов исследования заключается в алгоритмической интеграции процессов охлаждения воздуха, ограждающих конструкций и системы отопления в едином программно-вычислительном подходе. Разработанный метод обеспечивает автоматизацию расчетов температурного режима помещения при аварийных отключениях системы отопления и предназначен для анализа надежности, энергоэффективности и эксплуатационной устойчивости зданий.

Тепловая изоляция трубопроводов тепловых сетей является критически важным элементом централизованного теплоснабжения с точки зрения энергосбережения и экологической безопасности. При проектировании толщина тепловой изоляции, определяемая типом материала и способом прокладки трубопроводов, должна соответствовать действующим нормативным требованиям по тепловой защите. Расчеты целесообразно выполнять с использованием специализированного программного обеспечения. Цель исследования – определить толщину тепловой изоляции трубопроводов двухтрубных тепловых сетей, обеспечивающую соответствие суммарной нормативной линейной плотности теплового потока. Объектом исследования является двухтрубная тепловая сеть подземной бесканальной прокладки. Предмет исследования – требуемая толщина тепловой изоляции и тепловые потери трубопроводов двухтрубных тепловых сетей подземной бесканальной прокладки. В основе программного расчета лежит решение уравнения стационарной теплопередачи для многослойной цилиндрической стенки, включающей тепловую изоляцию и грунт. В отличие от нормативной методики, предполагающей ручные итерационные расчеты, разработанная программа позволяет автоматизированно определять искомые величины с высокой точностью за счет встроенной проверки результатов. На примере распределительного участка двухтрубной тепловой сети системы централизованного теплоснабжения с условным диаметром трубопроводов 125 мм (133×4,0 мм) рассмотрена реализация программного расчета тепловой изоляции для климатических условий города Вологды. При среднегодовых температурах сетевой воды в подающем и обратном трубопроводах 65 ℃ и 50 ℃, с учетом нормативной величины суммарной линейной плотности теплового потока 56 Вт/м, требуемая толщина слоя тепловой изоляции из пенополиуретана составляет 40 мм, а линейные плотности теплового потока от подающего и обратного трубопроводов – 32 Вт/м и 24 Вт/м соответственно. Разработанное программное обеспечение предназначено для проектирования тепловой изоляции наружных поверхностей подающего и обратного трубопроводов тепловых сетей при их бесканальной прокладке в грунте. Программная реализация предложенного алгоритма расчета соответствует требованиям СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов».

Актуальность исследования обусловлена повышением требований к энергетической эффективности зданий и надежности ограждающих конструкций, определяющих необходимость применения высокоточных методов неразрушающего контроля теплового вида и инструментальной диагностики. В статье представлен программно-вычислительный метод определения минимальной температуры на внутренней поверхности наружной ограждающей конструкции здания, основанный на результатах тепловизионной съемки и натурных измерений параметров воздушной среды. Предметом исследования являются методы оценки теплозащитных характеристик ограждающих конструкций с применением средств приборного контроля и программной обработки данных измерений. Цель работы заключается в обосновании и демонстрации возможностей разработанного программного обеспечения, позволяющего определять нормируемый показатель теплозащитной оболочки здания – минимальную температуру на внутренней поверхности ограждения при расчетных условиях эксплуатации с одновременной оценкой абсолютной погрешности косвенных измерений. Методика исследования базируется на использовании нормативной расчетной зависимости для пересчета измеренной температуры поверхности ограждения, полученной в процессе термографирования, к расчетным значениям температур внутреннего и наружного воздуха. Абсолютная погрешность результата определяется с применением математического аппарата дифференциального исчисления с учетом номинальных погрешностей прямых измерений, выполненных тепловизором и контактными средствами измерения температуры. В работе приведена структура программного продукта, включающая модуль ввода исходных данных и вычислительный модуль, реализующий алгоритмы расчета минимальной температуры поверхности и ее абсолютной погрешности. Результаты исследования подтверждают возможность повышения достоверности оценки теплозащитных характеристик ограждающих конструкций за счет комплексного учета измерительных неопределенностей. Полученные расчетные зависимости и программная реализация обеспечивают воспроизводимость результатов и могут служить основой для интеграции метода в цифровые системы мониторинга и диагностики технического состояния ограждающих конструкций. Предложенный программно-вычислительный метод может быть использован при термографировании, а также в рамках задач энергетического контроля и повышения энергетической эффективности объектов строительства.

Тепловая изоляция трубопроводов остается одним из самых эффективных энергоресурсосберегающих мероприятий в системах централизованного теплоснабжения. Объект исследования: тепловая изоляция, расположенная на наружной поверхности трубопровода круглого сечения. Цель работы – определение толщины тепловой изоляции трубопровода, при которой суммарные капитальные затраты на приобретение, установку, обслуживание и использование теплоизоляционной конструкции в течение эксплуатационного периода будут достигать минимального значения. Использованные методы и подходы: законы теплообмена для многослойной цилиндрической стенки при стационарных условиях; теория оптимизации; системы компьютерной алгебры из класса систем автоматизированного проектирования (САПР).
В исследовании получены следующие основные результаты: 1. На основе оптимизации целевой функции получено уравнение для определения требуемой толщины тепловой изоляции трубопровода. Предлагаемое в статье решение учитывает как расходы денежных средств на приобретение и установку теплоизоляционной конструкции на поверхности трубопровода, так и текущие цены на тепловую энергию с учетом их ежегодного роста в течение эксплуатационного периода. Рассмотренный метод расчета основан на нормативной методике расчета тепловой изоляции трубопроводов тепловых сетей при их надземной прокладке, представленной в СП 61.13330.2012 «Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов». 2. На примере отдельного участка системы централизованного теплоснабжения вычислена оптимальная толщина теплоизоляционного изделия из пенополиуретана. Для подающего трубопровода с условным диаметром 100 мм оптимальная толщина тепловой изоляции по расчету составила 82 мм (для сравнения требуемая толщина тепловой изоляции трубопровода – 55 мм). В этом случае суммарные капитальные затраты на приобретение, установку, обслуживание и использование теплоизоляционной конструкции за расчетный период эксплуатации трубопровода (15 лет) оказались минимальными и равными 11 405 руб./м. При этом оптимальная линейная плотность теплового потока составила 20 Вт/м (для сравнения норма плотности теплового потока – 26 Вт/м).