Приложение Б (рекомендуемое). Расчет конвективной составляющей теплообмена

Приложение Б
(рекомендуемое)

Расчет
конвективной составляющей теплообмена

Б.1 Определение теплопередачи естественной конвекцией

Конвективный коэффициент теплообмена на внутренней поверхности определяется выражением, использующим число Нуссельта Nu:

,

(Б.1)

где - теплопроводность воздуха.

Значение Nu находят из функции соответствующего числа Релея в зависимости от высоты Н светопрозрачной конструкции .

,

(Б.2)

где различные свойства воздуха задают при средней температуре пограничного слоя воздуха:

,

(Б.3)

Так как конвективный коэффициент теплообмена на внутренней поверхности является функцией температуры внутренней поверхности остекления , то необходимо обновлять значение в процессе расчета модели теплопередачи остекления;

а) конструкции с наклоном от 0° до 15° (0° < < 15°):

,

(Б.4)

б) конструкции с наклоном от 15° до 90° (15° < < 90°):

;

;

(Б.5)

;

;

(Б.6)

; , в градусах;

(Б.7)

в) конструкции с наклоном от 90° до 179° (90° < < 179°):

;

;

(Б.8)

г) конструкции с наклоном от 179° до 180° (179°< < 180°):

;

.

(Б.9)

Б.2 Вынужденная конвекция (при любом наклоне)

В случае вынужденного/принудительного потока воздуха на внутренних поверхностях светопрозрачной конструкции (см. [14]) конвективный коэффициент теплообмена на внутренней поверхности в определяется как

,

(Б.10)

где - скорость свободного потока вблизи поверхностей светопрозрачной конструкции, м/с.

Б.3 Конвективный коэффициент теплообмена - наружная сторона

Конвективный теплообмен на внешней/наружной поверхности конструкции происходит преимущественно вынужденной конвекцией (для ситуаций, где встречается естественная конвекция, см. Б.4). Плотность конвективного теплового потока на внешней границе определяется как

.

(Б.11)

где - температура наружной поверхности светопрозрачной конструкции.

Интенсивность вынужденной конвективной теплопередачи на внешней поверхности здания, возникающей между поверхностью здания и окружающим воздухом, определяется несколькими факторами. Последние включают в себя разницу между температурой поверхности и температурой воздуха, скорость и направление движения воздуха (ветер) над зданием, форму и шероховатость поверхности здания. Так как эти факторы нестационарны, то точный математический анализ конвективной теплопередачи на внешней поверхности в настоящее время невозможен вследствие трудностей задания граничных условий.

Конвективный коэффициент теплоотдачи наружной поверхности здания можно определить как

,

(Б.12)

если поверхность наветренная (против ветра):

;

V > 2, м/с

(Б.12-1)

;

V 2, м/с,

(Б.12-2)

где V - измеряемая скорость ветра и скорость свободного потока воздуха вблизи поверхностей светопрозрачной конструкции.

Если поверхность подветренная:

, м/с.

(Б.13)

Для того чтобы определить, является поверхность наветренной или подветренной, рассчитывают направление ветра относительно поверхности ограждающей конструкции (см. рисунок Б.1):

.

(Б.14)

Если , то .

Если - , то поверхность наветренная, в противном случае поверхность подветренная,

где - направление ветра (угол, измеряемый по движению часовой стрелки от направления на север - см. рисунок Б.2);

- азимут стены (положительный угол от южного в западном направлении и отрицательный - в восточном направлении - см. рисунок Б.1);

n - перпендикулярное направление к ограждающей конструкции.

"Рисунок Б.1 - Определение направления ветра и азимута стены"

Б.4 Теплопередача естественной конвекцией

Конвективный коэффициент теплообмена на внешней поверхности при естественной конвекции рассчитывают по выражению, использующему число Нуссельта Nu:

,

(Б.15)

где - теплопроводность воздуха;

Н - высота прослойки остекления.

Значение Nu находится из функции соответствующего числа Релея в зависимости от высоты Н прослойки остекления :

,

(Б.16)

где различные свойства воздуха задаются при средней температуре пограничного слоя воздуха:

,

(Б.17)

Соотношения для вычисления конвективного коэффициента теплообмена на внешней поверхности идентичны соотношениям для внутренней поверхности.