Приложение Д. Методика определения сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций на основе расчета температурных полей

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

, (Д.1)

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

, (Д.2)

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 (5), 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