Приложение Д. Методика определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций на основе расчета температурных полей. Программа "термик" построения объемных температурных полей по данным автоматизированных измерений Расчет температурных полей учас

Расчет температурных полей участков ограждающих конструкций зданий и сооружений

Назначение программы

Программа предназначена для расчета (двумерных и трехмерных) температурных полей участков ограждающих конструкций зданий и сооружений.

В результате расчета будут получены:

тепловой поток, проходящий через рассчитываемый участок;
температуры в каждой расчетной точке температурного поля рассчитываемого участка ограждения;
температуры на внутренней поверхности рассчитываемого ограждения и точка с минимальной температурой на внутренней поверхности;
графическое изображение температурного поля рассчитываемого ограждения;
изотермы температурного поля рассчитываемого ограждения.

Характеристика программы

Расчет температурного поля выполняется методом сеток.

Расчет может быть произведен точным методом и методом приближений. Максимальное количество расчетных точек при точном методе 100 тысяч для двухмерного поля и 60 тысяч для трехмерного поля. Максимальное количество точек для метода приближений не установлено и определяется возможностью компьютера и монитора.

Ввод данных выполняется графическим методом.

Размеры участка ограждения (узла) и шаг сетки задается пользователем.

Для трехмерного поля пользователем задается количество слоев и их высота. Ограничения по количеству расчетных точек определяются возможностью компьютера.

Размеры столбцов, строк и слоев задаются пользователем (мм). Рекомендуется принимать размеры ячеек в диапазоне 5100 мм в зависимости от характера решаемой задачи.

Ширина для каждого столбца и строки может быть задана отдельно. При задании исходных данных сначала задаем габариты и шаг равномерной сетки. Затем можно переопределить размеры отдельных столбцов, строк и получить сетку с неравномерным шагом. Однако на экране монитора в любом случае отражается равномерная сетка. При этом размеры столбцов и колонок неравномерной сетки отображаются по периметру расчетного поля.

В расчетном узле максимальное количество материалов 8.

Значение температуры наружного и внутреннего воздуха устанавливается пользователем в диапазоне от −100 до +2000°C. Может быть установлено 2 внутренние температуры и одна наружная.

Значение коэффициента теплопередачи на внутренней и наружной поверхности задаются пользователем (в диапазоне 150).

Граничные условия определяются параметрами 2 температуры внутреннего воздуха, температура наружного воздуха и преграда тепловому потоку.

Ограничений на создание граничных условий по четырем параметрам нет.

По умолчанию в программе заданы граничные условия. Верхний горизонтальный ряд граничит с наружным воздухом. Нижний ряд с внутренним воздухом. Левый и правый столбец температурного поля имеют преграду тепловому потоку соответственно слева и справа.

Для ограждающих конструкций зданий плоское температурное поле характерно при наличии в них элементов каркаса, перемычек и пр., когда их протяженность значительно превышает толщину ограждения.

На процесс теплопередачи в рассматриваемой конструкции оказывают существенное влияние теплопроводные включения, например, стальные профили, образующие так называемые «мостики холода». Для разрыва этих мостиков холода профили соединяют с конструкцией, например, через фанерные прокладки. Подобный участок конструкции возможно выделить для расчета температурного поля. Температурное поле рассматриваемого участка двухмерно, так как распределение температуры во всех плоскостях, параллельных плоскости поперечного сечения конструкции, одинаково. Профили в основной части находятся на расстоянии 1, 2, …, х, м, один от другого (рисунок 3).

При определении приведенного сопротивления теплопередаче , м 2.о С/Вт, по данным расчета на персональном компьютере (ПК) стационарного двухмерного температурного поля исследуемая область, выделенная для расчета температурного поля, представляет собой фрагмент ограждающей конструкции, для которого надлежит определить величину .

Искомая величина

где ∑Q – сумма тепловых потоков, пересекающих исследуемую область, Вт/м 2 , определенная в результате расчета температурного поля;

t int , t ext – соответственно температура внутреннего и наружного воздуха, о С;

L – протяженность исследуемой области, м.

При расчете двухмерного температурного поля выбранный участок вычерчивают в масштабе и на основании чертежа составляют схему расчета, упрощая ее для удобства разбивки на участки и блоки.

При этом:

Заменяют сложные конфигурации участков более простыми, если это имеет незначительное влияние в теплотехническом отношении;

Наносят на чертеж границы области исследования и оси координат (х, у или r, z). Выделяют участки с различными теплопроводностями и указывают условия теплообмена на границах. Проставляют все необходимые размеры;

Расчленяют область исследования на элементарные блоки, выделяя отдельно участки с различными коэффициентами теплопроводности. Вычерчи-

вают в масштабе схему расчленения исследуемой области и проставляют размеры всех блоков;

Вычерчивают область исследования в условной системе координат х’, y’, когда все блоки принимаются одного и того же размера. Проставляют координаты вершин полигонов, ограничивающих участки области с различными теплопроводностями (рисунок 4).

Рисунок 3 – Схема расположения узлов двухмерной сетки для расчета

температурного поля

Дифференциальное уравнение плоского температурного поля имеет следующий вид:

Ð 2 t/Ðx 2 = Ð 2 t/Ðy 2 . (3.2)

Интегрирование этого уравнения в общем виде – задача весьма сложная. Она еще более усложняется наличием в пределах поля материалов с различными коэффициентами теплопроводности. Задача значительно упрощается при решении уравнения в конечных разностях. При этом дифференциальное уравнение заменяется системой линейных уравнений, неизвестными в которых будут значения искомой функции в точках поля, лежащих в узлах сетки, составленной из квадратов со стороной принятого размера Δ.

В конечных разностях уравнение имеет вид:

τ xx +τ yy =0, (3.3)

где τ xx ,τ yy – вторые конечные разности функций τ соответственно по x и по y .

Выписывая их подробно, получим (рис. 4)

(τ x + Δ , y - 2 τ x , y + τ x - Δ , y)/ Δ 2 +(τ x , y + Δ - 2 τ x , y + τ x , y - Δ)/ Δ 2 =0.

Откуда, решая полученное уравнение относительно τ x , y , будем иметь:

τ x , y = (τ x + Δ , y + τ x - Δ , y +τ x , y + Δ + τ x , y - Δ)/4,

т.е. в однородном поле температура в каждом узле сетки должна равняться средней арифметической температур четырех соседних узлов.

Рассмотрим узел с температурой τ x , y . Квадрат, в центре которого находится этот узел, получает (или отдает) теплоту в направлении к точкам, расположенным в четырех соседних узлах сетки, имеющих температуры

τ x + Δ , y , τ x - Δ , y , τ x , y + Δ , τ x , y – Δ. Количество теплоты, которым обменивается с окружающим материалом квадрат, вырезанный вокруг точки x,y , будет зависеть не только от температуры соседних узлов, но и от величины коэффициентов теплопередачи в направлении нитей сетки между точкой x,yи этими точками. Обозначив коэффициенты теплопередачи буквами kс соответствующими индексами, получим:

2- количество теплоты, передаваемого в направлении от узла x,y к узлу с температурой τ x - Δ , y

Q 1 = (τ x , y - τ x - Δ , y)k x - Δ; (3.4)

2- количество теплоты, передаваемого в направлении от узла x,y к узлу с температуройτ x , y + Δ

Q 2 = (τ x , y - τ x , y + Δ)k y + Δ; (3.5)

2- количество теплоты, передаваемого в направлении от узла x,y к узлу с температурой τ x + Δ , y

Q 3 = (τ x , y - τ x + Δ , y)k x + Δ; (3.6)

2- количество теплоты, передаваемого в направлении от узла x,y к узлу с температуройτ x , y - Δ

Q 4 = (τ x , y - τ x , y - Δ)k y - Δ. (3.7)

Из условия теплового баланса сумма этих количеств теплоты должна быть равна нулю, т.е.

(τ x , y - τ x - Δ , y)k x - Δ = (τ x , y - τ x , y + Δ)k y + Δ= (τ x , y - τ x + Δ , y)k x + Δ=

=(τ x , y - τ x , y - Δ)k y - Δ =0.

Решая это уравнение относительно τ x , y , получим окончательно

τ x , y = (τ x - Δ , y·k x - Δ + τ x , y + Δ·k y + Δ + τ x + Δ , y · k x + Δ + τ x , y – Δ·k y - Δ)/(k x - Δ + k y + Δ + k y + Δ+ k y - Δ). (3.8)

Это и есть общая формула для вычисления температуры во всех узлах сетки.

Решение следует производить с использованием численного метода, последовательно вычисляя температуру в каждой точке. Расчет производится до тех пор, пока разность между значениями в каждой точке на текущем и предыдущем расчетном шаге не будет превышать заданной точности.

Расчет двумерного температурного поля в связи с большим количеством вычислений целесообразно производить с использованием вычислительной техники. Расчет выполняется с использованием программы на кафедре ОВиК.

Пример

Требуется определить распределение температур и приведенное сопротивление теплопередаче в неоднородной конструкции (рис.4).

Исходные данные

Конструкция состоит из двух материалов: наружной стены здания из кирпичной кладки с коэффициентом теплопроводности 0,81 Вт/(м°С) и перекрытия из железобетонной плиты с коэффициентом теплопроводности 2,04 Вт/(м°С). В расчете приняты следующие условия на сторонах ограждения:

снаружи - t exl = -30 °С; α ext = 23 Вт/(м 2 °С), (5)

внутри - t int = 20 °С; а int = 8,7 Вт/(м 2 °С), (4).

Порядок расчета

Расчеты температурного поля делаются методом итерации, следующим образом.

Предварительно задаются некоторыми произвольными значениями температур во всех узлах сетки. Затем по формуле последовательно вычисляют значение температур во всех узлах, заменяя полученными значениями температур, предыдущее до тех пор, пока в каждом узле сетки поля температура не станет удовлетворять соответствующим уравнениям при заданных температурах воздуха с одной и с другой стороны ограждения (рис. 5).

Процесс можно считать законченным только тогда, когда в пределах заданной точности температуры остаются постоянными во всех узлах сетки. Продолжительность расчета зависит от того, насколько правильно были заданы начальные температуры.

Рисунок 4


-29,44	-13,684	1,981	18,467
-29,44	-13,697	1,969	18,466

-29,44	-13,626	2,248	18,487
-29,44	-13,659	2,2	18,483

-29,44	-13,758	1,958	18,376
-29,45	-13,978	1,839	18,363

-29,46	-14,8	0,491	17,378
-29,48	-15,16	0,183	17,334

-29,62	-16,252	-3,8	7,552	17,69	19,05	19,39	19,5	19,537	19,55	19,56	19,7
-29,66	-16,523	-4,11	7,4327	17,73	19,14	19,49	19,61	19,652	19,67	19,68	19,8

-28,93	-16,831	-5,47	4,463	12,48	16,05	17,51	18,08	18,291	18,38	18,43	18,8
-28,95	-16,942	-5,59	4,4726	12,61	16,3	17,81	18,4	18,634	18,73	18,78	19,1

-28,91	-17,117	-6,19	3,3321	12,24	16,15	17,71	18,31	18,544	18,64	18,69
-28,92	-17,167	-6,24	3,3472	12,32	16,28	17,87	18,5	18,737	18,83	18,89	19,2

-28,19	-16,737	-5,7	2,8765	17,32	19,13	19,53	19,66	19,708	19,73	19,74	19,8
-28,19	-16,758	-5,74	2,8603	17,33	19,13	19,54	19,67	19,719	19,74	19,75	19,8

-29,47	-15,179	-0,4	17,668
-29,47	-15,2	-0,42	17,664

-29,46	-14,192	1,522	18,402
-29,46	-14,211	1,502	18,399

-29,45	-13,724	2,199	18,485
-29,45	-13,742	2,181	18,482

-29,44	-13,531	2,44	18,507
-29,44	-13,546	2,424	18,504

-29,44	-13,461	2,52	18,513
-29,44	-13,473	2,507	18,511

-29,44	-13,446	2,537	18,514
-29,44	-13,453	2,53	18,513

С вводом в действие СП 50.13330.2013 в разделе Энергоэффективность потребуется определять приведенное сопротивление теплопередаче по результатам расчета температурных полей. Некоторые экспертизы эти расчеты уже требуют, хотя сами эксперты в этом ничего не соображают.

Расчет ТП вроде бы можно выполнять в разных програмах (на форуме это обсуждалось). Однако большинство из таких программ освоить обычным архитекторам и инженерам очень сложно. Можно сформулировать требования к такой программе:
1. Она должна делать то, что требуется для расчета приведенного сопротивления по СП 50 и, по возможности, не делать ничего лишнего.

2. Программа должна быть доступна для освоения обычным инженером или архитектором, у которого нет времени полжизни тратить на изучение какого-нибудь программного монстра наподобие ANSYS.

3. Программа должна иметь русскоязычный интерфейс.

4. Программ должна быть хорошо документирована и иметь справочную систему.

5. Программу можно скачать хотя бы для опробования перед покупкой.

Вроде бы ничего особенного в этих требованиях нет? Но выполнить их не так-то просто. Казалось бы таких программ должно быть много. И кажется, что их много, а выбрать не из чего. Можете сами поискать в Интернете и попробовать.

Однако пример одной такой программы мы приведем. Это ELCUT. Она удовлеворяет большинству (но не всем) нашим условиям.

1. ELCUT вполне может выполнять расчеты температурных полей, хотя делает ещё много чего полезного, но нам не нужного.

2. ELCUT легко освоить. Первый раз, при знакомстве, на расчет можно потратить полдня, па потом - максимум полчаса.

3. ELCUT имеет русскоязычный интерфейс.

4. ELCUT оснащена превосходной справочной системой и дополнительными обучающими видео-роликами.

5. ELCUT имеет бесплатную "студенческую" версию, которой вполне достаточно для решения наших задач. В "студенческой" версии ограничено количество узлов расчетной сетки, но для задач, подобных нашим этого вполне достаточно - надо только разумно задать шаг узлов.

Разобравшись с этой программой я написал по ней небольшую документацию с разборкой конкретного примера расчета. А также как использовать результаты этого расчета в пояснительной записке раздела 10.1, да так, чтобы никакой эксперт и не подумал "возникать".

Сообщение #2 от fylosov
Спасибо за Ваш труд!
Для себя, прорешав несколько простых примеров, понял что ELCUT завышает теплопотери в 2 раза. Баг это или фича - выяснять нет ни времени ни желания.
В Вашем примере расхождение тоже примерно двухкратное.

Я не оцениваю - больше или меньше. Величина теплового потока, показываемая любой программой расчета температурных полей зависит исключительно от того, какой граничный элемент (его размер) укажет пользователь. В ELCUT это делается указанием, в других программах - указанием "ребра". А тум можно как угодно сделать - и в 2 раза больше, и в 4 раза меньше задать.

По идее в СП (раз уж ввели обязательный расчет ТП) должны были четко расписать и требования. А там ничего нет - одна картинка, происхождение которой вообще неизвестно.
Страх и ужас...
Так скоро энергоэффективность по количеству страниц догонит (и обгонит) охрану окружающей среды (~300 листов табличек 7-8 шрифтом)
Если несколько зданий, так и побольше будет. И это заложено самим П87. Там везде требуется "обоснование". На основании этого чрезмерно ретивые и дотошные эксперты требуют "расписывать по цифрам" ход расчета по каждому показателю - откуда что взялось, как считали. Если бы, как положено, в записке приводились результаты, а "обоснования" были бы в архиве, объем был бы меньше. Но они бы все равно расчеты затребовали бы и их все равно надо оформлять.

А с введением изменений в П87 будет ещё хуже - это будет уже не один раздел, а "глава" почти в каждом разеле.

На сегодняшний день, большинство компьютерных программ для расчета температурных полей используют, на наш взгляд, устаревший подход: формулировка задачи производится в неудобной табличной форме, требующей специального изучения от пользователя. При этом методика и модель расчета практически пользователю недоступна. Конечно, такой способ дает определенную выгоду при экономии памяти и вычислительных ресурсов, но в связи со стремительным развитием вычислительной техники подобные ограничения уже отходят на второй план. На первое место, с учетом большой насыщенности разнородных элементов в узле, теперь выступает требование "естественности" постановки задачи и гибкости в изменении исходных данных, поскольку очевидно, что для нахождения проектировщиком оптимального решения относительно разрабатываемой конструкции требуются расчеты нескольких вариантов компоновки узла с изменением геометрических и физических характеристик составляющих его элементов.

Сложность программирования и дороговизна специализированных программ заставляет конструкторские организации отказываться от определения сопротивления теплопередачи узла, исходя из расчета температурных полей, и принимать во внимание лишь нормативную толщину утеплителя. Очевидно, что этого совершенно недостаточно для расчета сложных конструкций с множеством слоев и теплопроводными включениями.
Таким образом можно сказать, что жизнь настаивает на разработке и внедрении в массовую практику программ расчета температурных полей, которые бы были просты и удобны для пользователя, допускали использование существующей аппаратной базы и не требовали специальных знаний в области программирования и теплотехники.
Для этого в Stratum 2000 разработан конструктор инженера-теплотехника. Проектировщику предоставляется возможность компоновки каркаса теплотехнического сооружения визуальным и манипуляционным способом. Система использует интуитивно понятную систему графических обозначений, облегчающую ввод данных и получение результатов расчета. Далее, поскольку нами разработаны модели расчета, подразумеваемые теперь системой под различными наглядными изображениями (конструктивами здания), то среда самостоятельно формирует общую математическую модель всего проекта в целом, нарисованного пользователем, рассчитывает его и наглядно отображает результат прямо на графическом изображении.

В перспективе предусмотрена возможность построения всего комплекса теплотехнических моделей базовых конструктивов и их графических изображений, необходимых инженеру-проектировщику. Объединение их на единой инструментальной основе, которой является среда Stratum-2000, дает возможность как неограниченного выбора вариантов проектов путем их наглядного структурного и параметрического конструирования, так и модификации самих моделей элементов и методик их расчета в случае необходимости.

За основу математической модели температурного поля было взято известное уравнение стационарного двухмерного температурного поля в конечных разностях.

Данное уравнение реализовано с помощью разновидности метода конечных разностей - метода эквивалентных цепей. Суть этого метода состоит в том, что элементарные объемы, на которые разбивается вся конструкция, заменяются затем узлами решетки, соединенными связями с заданной теплопроводностью, которые описывают передачу тепла между центрами элементарных объемов. После образования такой решетки составляется и решается система линейных уравнений, при этом вычисляется температура в узлах полученной решетки. Из-за малой величины расстояний между узлами изменение температуры между ними принимается линейным. Считается, что при небольшом шаге разбиения такое допущение незначительно влияет на точность результата.
Особенность Stratum 2000 заключается в том, что имеется возможность наиболее наглядным образом представить связи элементарных объемов между собой. При этом конструктивный элемент выполнен так, что он самостоятельно вычисляет температуру в своей срединной точке, получая необходимую информацию от соседних элементов, реализуя тем самым моделирование естественных связей в веществе математическим образом.
Для составления и решения стационарного двухмерного температурного поля любого объекта достаточно всего три базовых элемента:

центральный модуль, который воспроизводит материал конструкции;
боковой модуль, который задает температуру на поверхности конструкции (так называемые граничные условия третьего рода);
"зеркальный" модуль, который имитирует продолжение конструкции, устанавливая нулевой тепловой поток по месту разрыва.

Взаимосвязи этих элементов можно изобразить так, как это показано на рисунках 1 - 4.

В качестве примера использования программы можно привести расчет теплового поля, возникающего в колодцевой кирпичной кладке. "Идеальная" конструкция утепленной кладки показана на рис. 6, но на практике для повышения устойчивости приходится перевязывать наружный и внутренний слои, образуя так называемый "мостик холода" (рис. 5). Очевидно, что теплопроводность такой конструкции не равна теплопроводности "идеальной" кладки. При этом возможны два пути решения проблемы. Можно попытаться решить задачу "в лоб", наращивая толщину основного утеплителя, или попытаться перекрыть утечку тепла, расположив эффективный утеплитель за перемычкой, как это показано на рис.7. При этом "простой" перенос утеплителя проблемы не решит, так как тепловой поток "обтекает" утеплитель, что увеличивает потери тепла. Расчеты показывают, что для достижения равенства с "идеалом" теплового потока приходится, для данной конструкции, продлевать утеплитель на 48 см при толщине вставки, равной толщине утеплителя, и на 30 см при ее удвоенной толщине. При этом для достижения требуемого теплового потока за счет наращивания основного утеплителя требуется его увеличение в 1,4 раза.

Таким образом, используя Stratum 2000, конструкторы-практики имеют возможность как структурно, так и параметрически оптимизировать собственные оригинальные конструкции и добиваться наиболее эффективных и выгодных решений при строго достоверном подходе.

Приложение Д

Методика определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций на основе расчета температурных полей

Д.1. Ограждающую конструкцию разбивают на расчетные (двухмерные или трехмерные в отношении распределения температур) участки.

Д.2. При определении приведенного сопротивления теплопередаче , , по данным расчета на персональном компьютере (ПК) стационарного двухмерного температурного поля, различают два случая:

а) исследуемая область, выделенная для расчета температурного поля, представляет собой фрагмент ограждающей конструкции, для которого надлежит определить величину ;

б) исследуемая область, для которой рассчитывается температурное поле, меньше по размеру, чем анализируемый фрагмент ограждающей конструкции.

В первом случае искомая величина вычисляется по формуле

где - сумма тепловых потоков, пересекающих исследуемую область, , определенная в результате расчета температурного поля;

И - соответственно температура внутреннего и наружного воздуха,°С;

L - протяженность исследуемой области, м.

Во втором случае определяют по формуле

где - протяженность, м, однородной части фрагмента ограждающей конструкции, отсеченной от исследуемой области в ходе подготовки данных к расчету температурного поля;

Сопротивление теплопередаче однородной ограждающей конструкции, .

Д.3. При расчете двухмерного температурного поля выбранный участок вычерчивают в определенном масштабе и на основании чертежа составляют схему расчета, упрощая ее для удобства разбиения на участки и блоки. При этом:

а) заменяют сложные конфигурации участков, например криволинейные, более простыми, если эта конфигурация имеет незначительное влияние в теплотехническом отношении;

б) наносят на чертеж границы области исследования и оси координат (х, у или r, z). Выделяют участки с различными теплопроводностями и указывают условия теплообмена на границах. Проставляют все необходимые размеры;

в) расчленяют область исследования на элементарные блоки, выделяя отдельно участки с различными коэффициентами теплопроводности. Вычерчивают в масштабе схему расчленения исследуемой области и проставляют размеры всех блоков;

г) вычерчивают область исследования в условной системе координат х", у", когда все блоки принимаются одного и того же размера. Проставляют координаты вершин полигонов, ограничивающих участки области с различными теплопроводностями, и координаты вершин многоугольников, образующих границы исследуемой области. Нумеруют участки и границы исследуемой области и подписывают вершины областей теплопроводностей, температур (или тепловых потоков) на границах или окружающего воздуха и коэффициентов теплоотдачи;

д) пользуясь двумя чертежами, выполненными по "в" и "г", и руководствуясь стандартной (обычной) последовательностью расположения, составляют комплект численных значений исходных данных для ввода в ПК.

Пример расчета 1

Требуется определить приведенное сопротивление теплопередаче трехслойной металлической стеновой панели из листовых материалов.

А. Исходные данные

1. Конструкция панели изображена на рисунке Д.1 . Она состоит из двух стальных профилированных листов с коэффициентом теплопроводности 58 , между которыми размещены минераловатные плиты "Роквул" плотностью 200 , с коэффициентом теплопроводности 0,05 . Листы соединяются между собой стальными профилями через бакелизированные фанерные прокладки толщиной 8 мм с коэффициентом теплопроводности 0,81 .

2. В расчете приняты следующие условия на сторонах ограждения:

снаружи - и ;

внутри - и .

Б. Порядок расчета

На процесс теплопередачи в рассматриваемой конструкции оказывают существенное влияние стальные профили, соединяющие профилированные листы обшивки друг с другом и образующие так называемые мостики холода. Для разрыва этих мостиков холода профили присоединены к листам через фанерные прокладки. Участок конструкции с ребром посередине возможно выделить для расчета температурного поля.

Температурное поле рассматриваемого участка двухмерно, так как распределение температуры во всех плоскостях, параллельных плоскости поперечного сечения конструкции, одинаково. Профили в основной части находятся на расстоянии 2 м один от другого, поэтому при расчете можно учесть ось симметрии посредине этого расстояния.

Исследуемая область (рисунок Д.1) имеет форму прямоугольника, две стороны которого являются естественными границами ограждающей конструкции, на которых задаются условия теплообмена с окружающей средой, а остальные две - осями симметрии, на которых можно задавать условия полной теплоизоляции, т.е. тепловой поток в направлении оси ОХ, равный нулю.

Исследуемая область для расчета согласно Д.З настоящего приложения была расчленена на 1215 элементарных блоков с неравномерными интервалами.

В результате расчета двухмерного температурного поля на ПК получен осредненный тепловой поток, проходящий через рассчитанный участок ограждающей конструкции, равный Q = 32,66 Вт. Площадь рассчитанного участка составляет А = 2 .

Приведенное сопротивление теплопередаче рассчитанного фрагмента по формуле (Д.1)

Для сравнения сопротивление теплопередаче вне теплопроводного включения, определенное по формуле , равно:

Температура внутренней поверхности в зоне теплопроводного включения по расчету на ПК равна 9,85°C. Проверим на условие выпадания конденсата при и . Согласно приложению Л температура точки росы , что выше температуры поверхности по теплопроводному включению, следовательно, при расчетной температуре наружного воздуха -30°C будет выпадение конденсата и конструкция нуждается в доработке.

Расчетную температуру наружного воздуха, при которой не будет выпадения конденсата, следует определять по формуле

Д.4. При подготовке к решению задач о стационарном трехмерном температурном поле выполняют следующий алгоритм:

а) выбирают требуемый для расчета участок ограждающей конструкции, трехмерный в отношении распределения температур. Вычерчивают в масштабе три проекции ограждающей конструкции и проставляют все размеры;

б) составляют схему расчета (рисунок Д.2), вычерчивая в аксонометрической проекции и определенном масштабе изучаемую часть ограждающей конструкции. При этом сложные конфигурации участков заменяют более простыми, состоящими из параллелепипедов. При такой замене необходимо учитывать влияющие в теплотехническом отношении детали конструкции. Наносят на чертеж границы области исследования и оси координат, выделяют в виде параллелепипедов участки с различными теплопроводностями, указывают условия теплообмена на границах и проставляют все размеры;

1 - минераловатная плита, 2 - профилированный стальной профиль, 3 - стальной профиль; 4 - фанерная прокладка

Рисунок Д.1 - Конструкция трехслойной панели из листовых материалов
и чертеж исследуемой области

в) расчленяют область исследования на элементарные параллелепипеды плоскостями, параллельными координатным плоскостям XOY, ZOY, YOZ (рисунок Д.2), выделяя отдельно участки с различной теплопроводностью, вычерчивают в масштабе схему расчленения исследуемой области на элементарные параллелепипеды и проставляют размеры;

г) вычерчивают три проекции области исследования на координатные плоскости в условной системе координат х", у", z", пользуясь схемами, выполненными согласно "б" и "в". Когда все элементарные параллелепипеды принимаются одного и того же размера, проставляют координаты вершин проекций параллелепипедов, ограничивающих участки области с различными теплопроводностями, и проекции плоскостей, образующих границы исследуемой области. Подписывают величины теплопроводностей, температуру на границах окружающего их воздуха и коэффициенты теплоотдачи;

д) составляют комплект исходных данных, пользуясь схемами "б", "в", "г", для ввода в ПК.

Пример расчета 2

Определить приведенное сопротивление теплопередаче панели совмещенной крыши, выполненной из ребристых железобетонных облицовок.

Рисунок Д.2 - Конструкция панели совмещенной крыши (а) и схема расчета конструкции панели совмещенной крыши (б)

А. Исходные данные

1. Конструкция панели совмещенной крыши (рисунок Д.2) размером 3180х3480х270 мм представляет в сечении трехслойную оболочку. Наружный и внутренний слои толщиной 50 и 60 мм из железобетона с коэффициентом теплопроводности 2,04 . Средний теплоизоляционный слой из пенополистирольных плит с коэффициентом теплопроводности 0,05 . Каждая из оболочек имеет параллельные один другому на расстоянии 700 мм ребра по 60 и 40 мм толщиной, доходящие до середины теплоизоляционного слоя. Ребра оболочек взаимно перпендикулярны и таким образом каждое ребро одной оболочки примыкает к ребру другой оболочки на площадке 60х40 мм.

Расчет температурных полей участков ограждающих конструкций зданий и сооружений

Назначение программы

Характеристика программы

Комментарии

Рекомендуем также