Установка для дослідження теплопровідності енергоефективних теплоізоляційних матеріалів рослинного походження

Abstract

Одним з характерних критеріїв будь-якого теплоізоляційного матеріалу, що визначають його енергоефективність є теплопровідність. Визначення теплопровідності матеріалів рослинного походження, як і будь-яких інших, достовірно можна визначити лише експериментальним шляхом. Запропонована оригінальна конструкція недорогої у виконанні установки для дослідження теплопровідності теплоізоляційних матеріалів рослинного походження містить теплоізольований пустотілий корпус для розміщення досліджуваного зразка та джерело тепла. Тепловий потік створюється нагрівним елементом, який складається з верхньої та нижньої металевої пластини заданої товщини з відомим коефіцієнтом теплопровідності. Створений між пластинами об’єм заповнено шаром кварцового піску для створення додаткового гомогенного теплового потоку. Таке виконання нагрівного елемента забезпечує гомогенний розподіл теплового потоку по площі поперечного перерізу досліджуваного зразка теплоізоляційного матеріалу. Для реєстрації зміни величини теплового потоку використовуються термопари, які розташовані на внутрішній поверхні верхньої пластини джерела тепла та на холодній стороні досліджуваного зразка теплоізоляційного матеріалу. Дані про зміну температур реєструються автоматичним блоком реєстрації. До нижньої пластини симетрично по площі перерізу прикріплено трубчатий електронагрівник відповідної конфігурації. Трубчатий електронагрівник з’єднано з блоком управління напругою. Між нижньою площиною нижньої пластини та корпусом установки міститься повітряний прошарок для мінімізації тепловтрат зі сторони нагрівного елемента. Коефіцієнт теплопровідності, який характеризує ефективність теплоізоляційного матеріалу, обчислюється за відомою формулою Фур’є для стаціонарного температурного режиму за вхідною інформацією про перепад температур в характерних перерізах досліджуваного зразка.

One of the key point criteria of any thermal insulation material that determine its energy efficiency is thermal conductivity. Determination of thermal conductivity of materials of plant origin, as well as any other, can be reliably determined only experimentally. The proposed original design of an inexpensive installation for studying the thermal conductivity of heat-insulating materials of plant origin contains a heat-insulated empty body for placing the test sample and a heat source. The heat flow is created by a heating element, which consists of an upper and lower metal plate of a given thickness with a known coefficient of thermal conductivity. The volume created between the plates is filled with a layer of quartz sand to create additional homogeneous heat flow. This design of the heating element provides a homogeneous distribution of heat flux over the cross-sectional area of the test sample of the insulating material. To register the change in the magnitude of the heat flux, thermocouples are used, which are located on the inner surface of the upper plate of the heat source and on the cold side of the investigated sample of heat-insulating material. Data on temperature changes are registered by the automatic registration block. A tubular electric heater of appropriate configuration is symmetrically attached to the lower plate along the crosssectional area. The tubular electric heater is connected to the voltage control unit. Between the lower plane of the lower plate and the housing of the installation there is an air layer to minimize heat loss from the heating element. The coefficient of thermal conductivity, which characterizes the efficiency of the insulating material, is calculated by the known Fourier formula for the steady-state temperature regime from the input information about the temperature difference in the characteristic cross sections of the sample.

Одним из характерных критериев любого теплоизоляционного материала, определяющие его энергоэффективность является теплопроводность. Определение теплопроводности материалов растительного происхождения, как и любых других, достоверно можно определить только экспериментальным путем. Предложена оригинальная конструкция недорогой в исполнении установки для исследования теплопровидности теплоизоляционных материалов растительного происхождения, которая содержит теплоизолированный пустотелый корпус для размещения исследуемого образца и источник тепла. Тепловой поток создается нагревательным элементом, который состоит из верхней и нижней металлической пластины заданной толщины с известным коэффициентом теплопроводности. Созданный между пластинами объем заполнен слоем кварцевого песка для создания дополнительного гомогенного теплового потока. Такое исполнение нагревательного элемента обеспечивает гомогенное распределение теплового потока по площади поперечного сечения исследуемого образца теплоизоляционного материала. Для регистрации изменения величины теплового потока используются термопары, расположенные на внутренней поверхности верхней пластины источника тепла и на холодной стороне исследуемого образца теплоизоляционного материала. Данные об изменении температур регистрируются автоматическим блоком регистрации. К нижней пластине симметрично по площади сечения прикреплен трубчатый электронагреватель соответствующей конфигурации. Трубчатый электронагреватель соединен с блоком управления напряжением. Между нижней плоскостью нижней пластины и корпусом установки содержится воздушная прослойка для минимизации теплопотерь со стороны нагревательного элемента. Коэффициент теплопроводности, который характеризует эффективность теплоизоляционного материала, вычисляется по известной формуле Фурье для стационарного температурного режима по входной информации о перепаде температур в характерных сечениях исследуемого образца.