Работа 5
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ
ПОМЕЩЕНИЯ
Цель работы: ознакомление с методами исследования теплового поля помещения, а также с факторами, определяющими его параметры.
Оборудование: передвижная лабораторная установка.
5.1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ [1]
Температурным полем называется совокупность значений температуры во всех точках изучаемого пространства для каждого момента времени 
. Если значение температуры зависит только от координат x, y, z и не зависит от времени, то такое поле называется стационарным, для которого 
.
На формирование температурного поля в помещении влияют как постоянные, так и временные факторы. К постоянным факторам относятся такие, как расположение отопительных и вентиляционных приборов, теплозащитные свойства и воздухопроницаемость ограждений (особенно перекрытий), расположение световых и дверных проемов в помещении по этажам. К временным факторам следует отнести температуру наружного воздуха, направление и силу ветра и др.
|
Известно, что плотность воздуха при постоянном давлении обратно пропорциональна его абсолютной температуре. Это приводит к тому, что теплый воздух в помещении поднимается вверх, а холодный опускается вниз, т.е. возникает конвекция (особенно около отопительных приборов). Наружный воздух обычно имеет более низкую температуру, а, следовательно, большую плотность, чем внутри помещения. Это приводит к тому, что давление воздуха на противоположных сторонах наружной стены здания будет различным. Разность давлений 
, называемая тепловым напором, вызывает проникновение воздуха через поры и неплотности стен. При этом в нижней части стен происходит инфильтрация (проникновение холодного воздуха в помещение); в верхней – эксфильтрация (выход теплого воздуха наружу) (рис 5.1).
В результате этого в помещении создается дополнительное вытеснение теплого воздуха вверх под потолок. Как правило, на некоторой высоте здания разность давления наружного и внутреннего воздуха будет равна нулю. Эта высота называется нейтральной зоной, положение которой зависит от воздухопроницаемости материала верхнего и нижнего перекрытий.
Вытеснение более теплого воздуха под потолок приводит к увеличению тепловых потерь. Для устранения этого негативного явления строительные нормы предусматривают увеличение требуемого сопротивления перекрытий по сравнению с тепловым сопротивлением стен. Ветер создает на наветренной стороне здания избыточное давление, вследствие чего возникает инфильтрация холодного воздуха, в то время как на подветренной стороне наблюдается некоторое разряжение, вызывающее эксфильтрацию. В результате помимо дополнительных тепловых потерь, вызванных ветром, в помещении происходит смещение теплого воздуха в сторону ветра.
Таким образом, многообразие и непрерывная изменчивость факторов, влияющих на формирование температурного поля в помещении, не допускают его аналитического описания. В связи с этим возникает необходимость экспериментальных исследований распределения температуры в помещении с целью выявления и последующего устранения возможных его недостатков.
Помещение считается комфортным, если модуль градиента температуры не превышает в нем 2К/м. Нормативные требования к микроклимату помещения даны в Приложении (табл. 6).
В данной работе предполагается, что при незначительном времени проведения эксперимента по изучению температурного поля в помещении временными факторами его формирования можно пренебречь и считать поле стационарным.
5.2.ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
| |
|
Лабораторная установка смонтирована на подвижном столике 1 (рис. 5.2), на крышке которого установлена вертикальная штанга 4 и мост сопротивлений 2.
|
сети (на рис. не указан).
Уравновешивание моста производится при кратковременном нажатии сначала кнопки «Грубо», а затем – кнопки «Точно». По измеренным значениям сопротивления терморезисторов определяются соответствующие значения температуры из формулы:
(5.1)
(5.2),
где 
Ai, αi – значения постоянных коэффициентов каждого терморезистора известны. К лабораторной работе придается план помещения с указанием размеров и двух сечений A – A' и В – В', в которых измеряют сопротивления терморезисторов (отмечены на сечениях).
5.3. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
1. Выбрать или получить указание об исследуемом сечении A – A' или В – В'.
2. Поместить лабораторную установку в положение I.
3. Примерно через 5 минут после помещения установки измерить значение сопротивления каждого резистора, используя переключатель 3. Результаты измерений записать в таблицу по форме 5.
Форма 5
| Номер термо- резис- тора | Положение штанги в сечении | ||||||||
| I | II | III | |||||||
| R, Ом | t, °C, |  , °C/м,
| R, Ом | t, °C | , °C/м,
| R, Ом | t , °C, | , °C/м,
| |
| … |
4. Переместить установку по линии сечения на середину помещения (положение II) и провести измерения согласно пункту 2.
5. Переместить установку по линии сечения в положение III и произвести действия, указанные в пункте 2.
6. Произвести оценку разброса температуры (Δt°) в каждой точке поля. С этой целью измерения сопротивлений резисторов производить 2-3 раза в данном положении.
5.4. ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
1. По формуле (5.2) определить значения температуры, соответствующие измеренным значениям сопротивления терморезисторов. Результаты записать в таблицу по форме 5.
2. По измеренным значениям температуры для каждой пары соседних по вертикали точек вычислить модуль вертикальной составляющей градиента температуры Δt / Δh. Результаты вычислений записать в таблицу по форме 5.
3. Рассчитать среднее значение градиента температуры в помещении по вертикали.
4. На миллиметровой бумаге в масштабе вычертить вертикальный разрез температурного поля помещения, соответствующий трем положениям штанги, и под каждой исследованной точкой записать значения измеренной температуры.
5. На разрезе помещения путем интерполяции вычислить координаты и нанести на чертеж точки, соответствующие одним и тем же значениям температуры. Через эти точки провести плавные кривые – изотермы, которые следует проводить через каждые 0,5 °С.
Примерный вид температурного поля помещения в сечении A'–A показан на рисунке 5.3.
Рис. 5.3. Вид температурного поля помещения
Вертикальный разрез – сечение А' – А _________
(дата)
План помещения:
Вычисление координат точек (x, y), принадлежащих одной и той же изотерме (рис. 5.4), проводится по формулам:
Рис. 5.4. Вычисление координаты точки, соответствующей заданному значению
заданному значению температуры
Примечание: процедуру интерполяции, конечно, можно проводить, используя метод палетки.
6. Сделать заключение о комфортности исследованного помещения.
Контрольные вопросы
1. Что такое тепловое поле и какими параметрами оно характеризуется?
2. Назовите постоянные и временные факторы, определяющие тепловое поле в помещении.
3. Поясните процесс формирования теплового поля в помещении при воздействии на него постоянных и временных факторов.
4. К каким негативным явлениям приводит возникновение теплового напора? Какими методами борются с этими явлениями?
5. Приведите размерности величин Аi, αi в формуле (5.1).
Литература
1. Федорчук Н.М., Грызлов В.С. Избранные главы физики в строительном деле: Учеб. пособие. – Череповец, 1994.
Дата добавления: 2015-09-18; просмотров: 1263;