ABSTRACT
The article discusses the calculation of the thermal mode multilayer constructions, with the help of specially developed software «Teplosol 1.0» on the basis of a mathematical model of transient heat conduction.
Ключевые слова: тепловой режим, многослойные конструкции, нестационарная теплопроводность.
Keywords: thermal mode, multilayer constructions, transient heat conduction.
Для решения нестационарной теплопроводности с учетом солнечной радиации многослойной конструкции используется метод конечных разностей в явном виде. Решение задачи данным методом является наиболее точным, но весьма трудоемким в связи с необходимостью составления сложных систем уравнений. Поэтому для упрощения математических вычислений и снижения трудоемкости при выполнении инженерных расчетов был разработан программный продукт «Teplosol 1.0» [1]. Программа написана в системе визуального, структурированного, объектно-ориентированного программирования Borland Delphi 7 для Windows XP/7/Vista и позволяет производить расчеты нестационарной теплопроводности с учетом солнечной радиации в многослойных ограждающих конструкциях.
Результаты расчетов по программе «Teplosol 1.0» обеспечивают возможность всестороннего анализа температурного режима ограждающих конструкций. Программа имеет удобный пользовательский интерфейс. Подготовка исходных данных для расчета проста и удобна в применении. Программа имеет модульную структуру, что обеспечивает возможность её дальнейшего совершенствования.
Рисунок 1. Главное окно программы «Teplosol 1.0»
Основное меню содержит две основные вкладки: «Климат и параметры расчет» и «Конструкция».
Первая вкладка «Климат и параметры расчета» служит для задания параметров климата и микроклимата помещений. Для этого вначале задаются параметры внутреннего воздуха в помещении. При этом температуру можно задавать как постоянной, в течение всего расчета для определенного типа помещения, так и загружать температуру из файла формата .txt измеренную в натурных условиях. Затем задаются необходимые параметры наружного воздуха, интенсивности солнечной радиации, скорости ветра и выбирается широта, соответствующая расположению рассчитываемого объекта, и месяц расчета.
Вторая вкладка «Конструкция» служит для создания исследуемой конструкции. При этом введение конструкции осуществляется двумя способами:
1. Через функциональную клавишу «Новый» путем выбора материалов, основных теплофизических величин и размеров отдельных слоев конструкции.
2. Загрузкой конструкции из файла формата .txt. При этом определяются условия эксплуатации конструкции А или Б. А также с помощью клавиш «Изменить порядок расположения слоев» можно варьировать состав конструкции.
После загрузки требуемых параметров, по истечению некоторого времени, в зависимости от сложности конструкции и продолжительности расчетного периода, программа автоматически открывает новую вкладку «Графическое представление». В данной вкладке визуализируется распределение температур по слоям конструкции в течение суток.
Для удобства последующей обработки данных имеется специальная функциональная клавиша «Передать результат в Excel». С помощью данной функции программа в автоматическом режиме передает и открывает документ Microsoft Excel с результатами расчета.
Для проверки правильности алгоритма и расчета теплового режима многослойных конструкций были проведены сравнительные тесты.
Цель первого теста — проверка правильности расчета распределения нестационарного температурного поля. Для этого производилось сравнение результатов расчета температуры внутренней поверхности совмещенной крыши с измеренными в натурных условиях величинами. Так как температура внутренней поверхности и ее амплитуда определяют теплоустойчивость конструкции, то сходимость результатов расчетной методики и экспериментальных данных будет означать правильность принятого алгоритма.
После загрузки в программу «Teplosol 1.0» конструкции существующей совмещенной крыши здания, температуры внутреннего воздуха по натурным данным и температуры наружной поверхности совмещенной крыши программа произвела расчет, после чего был построен сравнительный график (рис. 2).
Рисунок 2. График сравнения расчетной и измеренной температур внутренней поверхности
Как видно из графика, амплитуда изменения, а также пики температур по расчету и эксперименту совпадают. Отклонение между двумя величинами в среднем составляет δ = 0,29°С. Основным фактором влияющем на данное отклонение между температурами внутренней поверхности, полученной по расчетной методике, и величинами экспериментальных данных, заключается в том, что материалы в исследуемой конструкции имеют более худшие теплофизические характеристики по сравнению с нормативными характеристиками строительных материалов.
Цель второго теста заключалась в сравнении плотности тепловых потоков через конструкцию по результатам расчета программы и натурным данным.
Нужна помощь в написании статьи?
Мы - биржа профессиональных авторов (преподавателей и доцентов вузов). Пишем статьи РИНЦ, ВАК, Scopus. Помогаем в публикации. Правки вносим бесплатно.
Для этого аналогичным образом загружались температуры внутреннего воздуха, наружной поверхности и сама исследуемая конструкция совмещенной крыши. На рис. 3 представлен сравнительный график.
Рисунок 3. График сравнения расчетной и измеренной плотности тепловых потоков
При рассмотрении распределения расчетных и экспериментальных величин плотности теплового потока через конструкцию совмещенной крыши также наблюдается высокая сходимость результатов. При этом среднее отклонение составляет δ = 1,31 Вт/м2.
Важную роль имеет совпадение по времени пиков величин тепловых потоков и их абсолютных значений, что говорит о том, что алгоритм расчета правильно учитывает задержку тепловой волны внутри конструкции крыши, следовательно, предложенный алгоритм расчета будет давать достоверный результат при расчете других конструкций.
Разработанный программный продукт «Teplosol 1.0» является весьма эффективным средством, позволяющий быстро и надежно проводить расчеты теплового режима многослойных конструкций с учетом солнечной радиации как при обследовании существующих зданий, так и проведении проектных работ.
Список литературы:
1.Teplosol 1.0: свидетельство о гос. регистрации программ для ЭВМ № 2013610364; № 2012660091; заявл. 21.11.2012; зарег. в Реестре программ для ЭВМ 09.01.2013 г.