Национальный стандарт РФ ГОСТ Р 59242-2020 "Здания и сооружения. Расчет температурного поля узлов ограждающих конструкций" (утв. и введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 декабря 2020 г. N 1261-ст)

Buildings and constructions. Calculation of temperature field nodes of enclosing structures

ОКС 91.080.01

Дата введения - 1 апреля 2021 г.
Введен впервые

ГАРАНТ:

Настоящий ГОСТ включен в Перечень документов в области стандартизации, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований Технического регламента о безопасности зданий и сооружений с 1 июня 2021 г.

Предисловие

1 Разработан федеральным государственным бюджетным учреждением "Научно-исследовательский институт строительной физики Российской академии архитектуры и строительных наук" (НИИСФ РААСН)

2 Внесен Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"

3 Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 декабря 2020 г. N 1261-ст

4 Введен впервые

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на узлы ограждающих конструкций зданий и устанавливает метод расчета температурного поля.

2 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

2.1 температурное поле: Совокупность данных о температуре в каждой точке конструкции; может быть одномерным, двухмерным и трехмерным, в нестационарном случае зависит от времени.

2.2 изображение температурного поля: Изображение конструкции с нанесенными на него с помощью цветов или изолиний данными о распределении температуры.

2.3 расчетная область: Часть конструкции, выбранная для расчета, и прилегающие к ней границы.

2.4 расчетная сетка: Множество точек, покрывающее расчетную область, по которым проводится численный расчет.

2.5 шаг расчетной сетки: Расстояние между соседними точками расчетной сетки.

3 Общие положения

3.1 Расчеты температурного поля (приложение А) проводят путем численного решения стационарного трехмерного уравнения теплопроводности

,

(1)

где х ₁; х ₂, х ₃ - координаты, м;

, , - расчетные коэффициенты теплопроводности по соответствующим направлениям, , в точке (х ₁, х ₂, х ₃).

В случае симметрии сдвига узла по какой-либо координате допускается решение двухмерного уравнения теплопроводности.

Для расчета узлов, содержащих точечные теплотехнические неоднородности или несколько непараллельных линейных теплотехнических неоднородностей, всегда рассчитывают трехмерное температурное поле.

В случае симметрии узла относительно некоторой оси (например, для точечной теплотехнической неоднородности) допускается решение двухмерного уравнения в цилиндрических координатах. Температурное поле при этом считается трехмерным.

3.2 Допускается проводить расчет нестационарного уравнения при стационарных граничных условиях, принимая в качестве результата устоявшееся решение вдали от начального возмущения.

4 Выбор расчетного участка

4.1 Расчетная область должна полностью содержать исследуемую теплотехническую неоднородность и часть окружающей конструкции. Границы области, разрезающие конструкцию, проводят по участкам с нулевым или пренебрежимо малым потоком теплоты в направлении, перпендикулярном границе. Для этого границы области, разрезающие конструкцию, проводят по плоскостям симметрии. В частности, узлы, содержащие плоскость зеркальной симметрии, могут быть разрезаны по этой плоскости пополам. Остальные границы проводят по поверхностям части конструкции, вошедшей в расчетную область.

4.2 Если теплотехническая неоднородность уединенная и плоскости симметрии отсутствуют или значительно удалены, допускается проводить границу расчетной области не по плоскостям симметрии, а по однородной части конструкции вдали от неоднородности. В этом случае расстояние от теплотехнической неоднородности до границы расчетной области должно быть не менее толщины разрезаемого участка конструкции, но не менее 150 мм.

4.3 Выбор расчетной сетки должен соответствовать требуемой точности расчетов. В местах теплотехнических неоднородностей, требующих учета, сетка должна проходить таким образом, чтобы на конструкцию приходилось не менее чем 80 шагов от наружной до внутренней границы. Вдали от теплотехнических неоднородностей, в местах слабоискаженного распределения температуры, допускается разрежение сетки до 20 шагов от наружной до внутренней границы.

Узлы сетки должны попадать на стыки материалов конструкции. Если по геометрическим причинам это невозможно, допускается корректировка отдельных участков конструкции в целях их подгонки под шаг сетки, с соблюдением эквивалентности вносимых изменений. Подобные изменения должны быть минимальными (затрагивать не всю конструкцию, а одну или несколько соседних ячеек сетки), и изменение размера участка конструкции всегда должно сопровождаться изменением его теплопроводности, по формулам, приведенным на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема и формулы для корректировки участка конструкции, в котором ячейка сетки заполнена двумя материалами

На рисунке 1 показана ячейка сетки, заполненная двумя материалами с теплопроводностями , . Для расчетов она заменяется ячейкой, заполненной одним материалом со свойствами, отражающими сложную структуру конструкции в этой ячейке. Для этого ее теплопроводности пересчитывают по формулам, приведенным на рисунке.

5 Назначение граничных условий и характеристик материалов

5.1 На границах контакта конструкции с внутренним и наружным воздухом принимаются граничные условия третьего рода, описывающие теплообмен между конструкцией и окружающей средой:

,

(2)

где t _в, t _н - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха соответственно, °С;

, - коэффициенты теплоотдачи внутренней и наружной поверхностей конструкции соответственно, .

На участках конструкции, имеющих прямой контакт с элементами с заданной извне температурой, допускается принимать граничные условия первого рода, т.е. напрямую фиксировать температуру узлов на такой границе.

5.2 На границах расчетного участка, разрезающих конструкцию, принимаются граничные условия второго рода с потоком теплоты равным нулю.

5.3 При расчете удельных потерь теплоты следует использовать расчетные теплопроводности материалов конструкции, соответствующие условиям эксплуатации.

6 Обработка результатов расчета

6.1 В качестве результатов расчета приводят:

- сведения о рассчитываемом узле конструкции (схема узла с ключевыми размерами, состав конструкции, характеристики материалов);

- описания расчетного участка (размеры по всем осям) и использованной расчетной сетки (шаги по всем осям);

- изображения температурного поля (для двухмерного расчета - одно, для трехмерного расчета - не менее двух в наиболее характерных перпендикулярных друг другу плоскостях);

- полные потоки теплоты через наружную и внутреннюю поверхность узла;

- температуры в наиболее критичных точках (как минимум, в наиболее холодной точке внутренней поверхности, с указанием ее расположения);

- погрешность расчета, как по температуре, так и по потоку теплоты.

Пример обработки результатов расчета приведен в приложении Б.

6.2 Изображение температурного поля можно представить двумя способами - с помощью изотерм или градиентной окраской узла конструкции. Если выбран первый вариант, то следует указывать либо подписи под каждой изотермой, либо интервал изотерм и их шаг. Для второго варианта рядом с полем должна быть показана цветовая шкала температур с указанием значений температур на шкале.

6.3 За погрешность нахождения потока теплоты принимают большую из величин: разность потоков теплоты на наружной и внутренней стороне конструкции, среднюю погрешность по температуре на каждой из сторон конструкции, умноженную на соответствующий коэффициент теплообмена.

6.4 Погрешность расчета температуры находят сравнением результата расчета с температурным полем на в два раза более редкой сетке (т.е. с увеличенным в два раза шагом сетки по всем измерениям). Для этого отдельно сравнивают температуры на наружной и на внутренней поверхностях в расчетах на основной и более редкой сетках. Находят наибольшее различие температуры поверхности и среднее по поверхности и . Если в расчете исследуют какую-либо критическую точку, для нее также фиксируют погрешность. Максимальная погрешность расчета температуры равна . Средняя погрешность по поверхности равна 0,65 и 0,65 соответственно.