Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка методики оперативного инфракрасного контроля и исследование теплозащитных свойств ограждающих конструкций зданий Якушкин Иван Павлович

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Якушкин Иван Павлович. Разработка методики оперативного инфракрасного контроля и исследование теплозащитных свойств ограждающих конструкций зданий: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.11.13 / Якушкин Иван Павлович;[Место защиты: ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский университет «Московский институт электронной техники»], 2018.- 120 с.

Введение к работе

Актуальность проблемы. Одним из основных направлений

энергосбережения и повышения энергетической эффективности является разработка и внедрение в практику оперативной и высокоинформативной системы контроля тепловых потерь на всех этапах генерации, передачи и потребления тепловой энергии. Тепловой контроль (ТК), как неотъемлемая часть такой системы, в настоящее время базируется на широком использовании методов инфракрасной (ИК) диагностики. Основными преимуществами методов ИК являются оперативность и отсутствие разрушающих воздействий на объект исследования. Однако, несмотря на развитие и доступность современного парка программно-аппаратных средств ИК, уровень их практического применения в мире и России недостаточен.

В то же время, от теплофизических свойств ограждающих конструкций (ОК) напрямую зависит работа систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха в зданиях, что особо важно в условиях отопительного периода, который продолжается на большей части России больше половины календарного года. Эффективное использование тепловой энергии путем снижения потерь тепла в окружающую среду улучшает экологическое состояние природной среды и повышает энергоэффективность зданий.

Основными проблемами исследования энергоэффективности ОК являются:

  1. В целом отсутствует комплексный подход к решению задач энергоэффективности генерации, передачи и потребления тепловой энергии;

  2. Отсутствуют оперативные, надежные, аттестованные технологии и методики теплового контроля ОК для большинства объектов;

  3. Используемые в настоящее время методики оперативного контроля тепловых потерь через ОК объектов являются селективно измерительными и оценочными применительно ко всему объему ОК.

  4. Применяемые методы являются статическими и не позволяют прогнозировать дальнейшее состояние тепловой защиты исследуемых объектов.

Таким образом, одной из наиболее актуальных проблем в тепловой дефектоскопии является поиск и создание точных и оперативных методов контроля потерь тепловой энергии и оценки состояния теплофизических свойств наружных ОК, формирующих показатель энергоэффективности как для конкретной ОК, так и для всего объекта в целом.

Актуальность этого вопроса несомненна не только для эксплуатируемых, но и для вновь разрабатываемых строительных, теплоизоляционных, облицовочных материалов и изделий.

Целью диссертационного исследования является разработка и практическая реализация комплексной методики оперативного инфракрасного

контроля тепловых потерь ограждающими конструкциями зданий и оценка их теплозащитных свойств с помощью разработанной методики.

Для достижения цели в работе решаются следующие задачи:

  1. Анализ проблем определения тепловых потерь через ОК и критическая оценка применяемых методов их контроля.

  2. Определение параметров и разработка структуры ИК системы оперативного контроля тепловых потерь через ОК.

  3. Аналитическое исследование тепловых потерь через ОК посредством адаптации основного закона теплопередачи к реальным условиям эксплуатации зданий.

  4. Экспериментальное определение тепловых потерь через ОК методом ИК диагностики и проверка предлагаемых теоретических положений на адекватность.

  5. Определение физических размеров исследуемого участка ОК и разработка метода объединения тепловизионных снимков в единую поверхность.

  6. Разработка методики оперативного контроля тепловых потерь через ОК зданий на основе систем ИК диагностики и ее апробация в реальных условиях.

  7. Установление закономерностей изменения погрешностей тепловых измерений в зависимости от условий эксперимента.

Научная новизна исследования заключается:

  1. На основе системного анализа определены информативные и оперативные способы контроля тепловых потерь через ОК зданий.

  2. Разработана ИК методика оперативного контроля потерь тепловой энергии через ОК, что значительно сокращает временные затраты на проведение замеров на реальном объекте и позволяет оценивать количество тепловых потерь через ОК здания при значительном увеличении площади исследования.

  3. На основе аналитического и статистического анализа погрешностей измерений установлено, что погрешность измерения тепловых потерь по разработанной методике находится в диапазоне ±10%, что соответствует величинам погрешностей методов селективных измерений специализированными приборами ТК.

  4. Разработан метод поиска характерных распределений температур в тепловизионном кадре измеряемой ОК для объединения отдельных кадров в единую поверхность ОК. Для автоматического создания тепловизионного кадра единой поверхности ОК разработано специализированное программное обеспечение (ПО). При экспериментальной апробации достигнуто разрешение поверхности в 13045 элементов на 1 м2.

Практическая и теоретическая значимость работы заключается в следующем:

  1. Использование результатов теоретических исследований процесса теплопередачи путем адаптации основного закона теплопередачи к условиям эксплуатации зданий при контроле тепловых потерь через ОК.

  2. Разработаны требования к структуре, алгоритмам и составным частям методики контроля тепловых потерь через ОК зданий.

  3. Создана оперативная методика контроля потерь тепловой энергии, оценки тепловой защиты и поиска тепловых дефектов ОК зданий с использованием технологий ИК диагностики.

  4. Разработана методика автоматического объединения отдельных кадров в единую поверхность путем анализа и поиска характерных распределений температур в тепловизионных кадрах.

  5. Осуществлена апробация разработанной методики в условиях эксплуатации зданий и предложены рекомендации по ее практическому применению.

Методология и методы исследований. В работе использован экспериментально-аналитический подход к решению рассматриваемой проблемы в соответствии с существующими положениями науки и практики. Теоретической основой проведенных исследований служат фундаментальные законы теплопередачи в плоскопараллельной стенке. Для решения задач настоящей работы используется системный анализ, компьютерное и статистическое моделирование, а также обработка экспериментальных данных на основе оригинальной компьютерной программы.

Достоверность полученных результатов обеспечивается

экспериментальными исследованиями с применением современных аттестованных средств в соответствии с требованиями стандартов в области метрологии, проведением исследований в условиях эксплуатации объектов и сопоставлением экспериментальных данных с результатами аналитических расчетов.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы используются в следующих проектах и процессах:

при выполнении инициативных исследовательских проектов с промышленными предприятиями.

в учебный процесс НИУ МИЭТ в качестве основы учебно-методических разработок подготовки магистров по программе «Энергетическая эффективность производств электронной техники» по дисциплине «Техническое обеспечение энергоаудита».

Результаты внедрения и практического использования результатов подтверждены соответствующими документами.

Личный вклад автора: Все основные результаты диссертации получены лично автором. Главными из них являются:

  1. Проведен системный анализ проблемы контроля потерь тепловой энергии через ОК зданий и сооружений.

  2. Разработаны требования к структуре, алгоритмам и составным частям системы мониторинга тепловых потерь через ОК зданий.

  1. Выполнено аналитическое исследование тепловых потерь посредством адаптация основного закона теплопередачи к условиям эксплуатации зданий.

  2. На основе аналитического и статистического анализа погрешностей измерений определены требования к точности измерения температуры воздуха и ОК внутри помещения.

  3. Разработан алгоритм и компьютерная программа для объединения отдельных кадров в единую поверхность путем автоматического анализа и поиска характерных распределений по таблицам температур.

  4. Разработана методика комплексного контроля тепловых потерь через ОК зданий на основе систем теплового контроля.

  5. Проведены исследования погрешностей результатов тепловых измерений в зависимости от входных данных и других параметров измерений в различных условиях.

На защиту выносятся:

  1. Методика оперативного ИК контроля тепловых потерь через ОК зданий.

  2. Результаты теоретических исследований процесса теплопередачи путем адаптации основного закона теплопередачи к условиям эксплуатации зданий.

  3. Результат экспериментального исследования на реальном объекте с использованием разработанной методики оперативного инфракрасного контроля.

  4. Алгоритмы и ПО для автоматического объединения тепловизионных снимков в единую поверхность ОК с возможностью графического отображения результата. Результаты применения ПО на реальном объекте.

  5. Результаты анализа погрешностей измерений температур и теплового потока через ОК здания.

Апробация работы. Работа в целом и отдельные ее части были представлены и обсуждались на конференциях, коллоквиумах, симпозиумах:

  1. 19-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика – 2012», Москва, апрель 2012г.

  2. 20-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика – 2013», Москва, апрель 2013г.

  3. 21-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика – 2014», Москва, апрель 2014г.

  4. XLIII Международная итоговая научно-практическая конференция «Интеграция мировых научных процессов как основа общественного прогресса», Казань, декабрь 2016г.

  1. Международная научно-практическая конференция «Инновационные механизмы решения проблем научного развития», Уфа, декабрь 2016г.

  2. ХХХ Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты», Новосибирск, декабрь 2016г.

Публикации. Основные результаты, полученные автором и изложенные в диссертации, опубликованы в 19 работах, в том числе 3 статьях в журналах, входящих в перечень изданий ВАК РФ и в 4 статьях в журналах, входящих в перечень изданий Scopus, 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 86 наименований и 2 приложений. Общий объем составляет 121 страницы, в том числе 115 страниц основного текста, 46 рисунков, 19 таблиц.