Estimation of thermal diffusivity of building elements based on temperature measurement for periodically changing boundary conditions

• Autorzy: Owczarek Mariusz , Baryłka Adam

Warianty tytułu

PL

Szacowanie dyfuzyjności cieplnej elementów budynku na podstawie pomiaru temperatury dla okresowo zmiennego warunku brzegowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Thermal diffusivity, also called the temperature equalisation coefficient, is the basic parameter in the Fourier equation for non stationary heat exchange. In construction, its value is needed to calculate heat losses in a transient state. Building elements made, for example, of reinforced concrete have a non-homogeneous structure. For such cases, values available in the literature may differ significantly from the specific object to be modelled. More precise values of thermal diffusivity can be obtained from measurements for a given element. Since these are usually large items, the measurement method should take into account the material in the entire volume of the element. Proposals for such a method based solely on measuring the temperature at several depths in the sample are presented. In the case of external walls of the building, the sinusoidal temperature variation in the 24-hour cycle is natural. The periodic temperature variability was simulated with a one-dimensional flow in a wall with assumed thermal diffusivity. Then, the value of this diffusivity from the calculated temperatures was determined. The obtained results of diffusivity are presented depending on the boundary condition. A minimum relative error rate of 2 to 6 percent was obtained. Using the data presented in the article, conclusions can be drawn as to the conditions that must be met to determine the diffusive value in actual measurements with the required accuracy. The results obtained indicate that this method is worth further research.

PL

Dyfuzyjność cieplna, zwana też współczynnikiem wyrównania temperatury jest podstawowym parametrem w równaniu Fouriera dla niestacjonarnej wymiany ciepła. W budownictwie jej wartość jest potrzebna dla obliczenia strat ciepła w stanie nieustalonym. Elementy budowlane wykonane na przykład z żelbetu mają strukturę niejednorodną. Dla takich przypadków wartości tablicowe z literatury mogą się znacznie różnić od konkretnego obiektu, dla którego modelujemy wymianę ciepła. Dokładniejsze wartości dyfuzyjności cieplnej można uzyskać z pomiarów dla danego elementu. Ponieważ są to zwykle elementy o dużych rozmiarach metoda pomiaru powinna brać pod uwagę materiał w całej objętości elementu. Przedstawiono propozycje takiej metody opierającej się wyłącznie na pomiarze temperatury na kilku głębokościach w próbce. W przypadku ścian zewnętrznych budynku naturalna jest sinusoidalna zmienność temperatury w cyklu dobowym. Symulowano okresową zmienność temperatury przy jednowymiarowym przepływie w ścianie o założonej dyfuzyjności cieplnej. Następnie wyznaczono wartość tej dyfuzyjności z obliczonych temperatur. Przedstawiono otrzymane wyniki dyfuzyjności w zależności od warunku brzegowego. Otrzymano minimalną wartość błędu względnego od 2 do 6 procent. Za pomocą danych przedstawionych w artykule można wyciągnąć wnioski co do warunków jakie muszą być spełnione, aby wyznaczyć wartość dyfuzyjności w rzeczywistych pomiarach z wymaganą dokładnością. Otrzymane wyniki wskazują, że metoda ta jest warta dalszych badań.

Słowa kluczowe

EN

diffusion measurements; thermal diffusivity; temperature distribution; safety engineering

PL

pomiary dyfuzyjności; dyfuzyjność cieplna; rozkład temperatury; inżynieria bezpieczeństwa

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2019
• Tom: Nr 5
• Strony: 76--79
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., fig., tab.

Twórcy

autor

Owczarek Mariusz

• Wydział Inżynierii Lądowej i Geodezji Wojskowej Akademii Technicznej

autor

Baryłka Adam

• Centrum Rzeczoznawstwa Budowlanego

Bibliografia

• [1] Baryłka A.: Issue of building structures necessary for the purposes of state security and defence in the provisions of the act – on spatial planning and development. Inżynieria Bezpieczeństwa Obiektów Antropogenicznych, nr 2/2017
• [2] Baryłka A., Bąk G.: Metodyka szacowania wartości współczynnika wyrównania temperatury obsypki gruntowej schronu w warunkach pożaru, Biuletyn WAT, Nr 3 , 2015
• [3] Baryłka A., Bąk G.: Prognoza numeryczna oddziaływania pożaru zewnętrznego na schron wykopowy, Inżynieria Bezpieczeństwa Obiektów Antropogenicznych nr 2/2016.
• [4] Basheer C.M., Krishnamurthy C.V., Balasubramaniam K,: Hot rod thermography for in-plane thermal diffusivity measurement, Measurement 103 (2017) 235-240
• [5] Grzebielec A., Rusowicz A., Jaworski M., Laskowski R.: Possibility of using adsorption refrigeration unit in district heating network grid. Archives of Thermodynamics 36(3) (2015) 15-24, DOI: 10.1515/aoter-2015-0019
• [6] Oldroyd H.J., Higgins C.W., Huwald H., Selker J.S., Partlange M. B.: Thermal diffusivity of seasonal snow determined from temperature profiles, Adv in Water Res 55 (2013) 121-130
• [7] Owczarek M., Baryłka A.: Determining the thermal diffusivity of the material based on the measurement of the temperature profile in the wall. Rynek Enegii 4(143) (2019) 55-59
• [8] Rusowicz A., Laskowski R., Grzebielec A.: The numerical and experimental study of two passes power plant condenser. Thermal Science 21(1A) (2017) 353-362, DOI: 10.2298/TSCI150917011R
• [9] Rusowicz A., Grzebielec A., Ruciński A.: Energy conservation in buildings using refrigeration units. 9th International Conference. Environmental Engineering, Wilno 2014. DOI: 10.3846/enviro.2014.281
• [10] Sypek J., Rećko K., Panas A.J.: Numeryczne testy założeń zmodyfikowanej metody monotonicznego wymuszenia cieplnego, Biuletyn WAT, Nr 4, 2014
• [11] Szargut J. (red), Modelowanie numeryczne pól temperatury, WNT, Warszawa, 1992
• [12] Tur V., Tur A.: Safety format for non-linear pseudo-static response of the RC-structural systems in accidental design situations, Modern Engineering 1/2017.
• [13] Wiśniewski T., Wiśniewski S.: Wymiana ciepła, WNT 2009

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).