Теплоотдача с поверхностей ограждающих конструкций трехэтажного административного здания
Представлены результаты численного исследования теплоотдачи с наружных поверхностей трехэтажного здания. Получены зависимости коэффициентов теплоотдачи c поверхностей сооружения от скорости ветрового потока. Наведено результати чисельного дослідження тепловіддачі з зовнішніх поверхонь триповерхохово...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Промышленная теплотехника |
|---|---|
| Дата: | 2012 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут технічної теплофізики НАН України
2012
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59082 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Теплоотдача с поверхностей ограждающих конструкций трехэтажного административного здания / Б.И. Басок, Б.В. Давыденко, М.П. Новицкая, С.М. Гончарук, А.И. Тыринов // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 2. — С. 81-86. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-59082 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Басок, Б.И. Давыденко, Б.В. Новицкая, М.П. Гончарук, С.М. Тыринов, А.И. 2014-04-06T14:41:09Z 2014-04-06T14:41:09Z 2012 Теплоотдача с поверхностей ограждающих конструкций трехэтажного административного здания / Б.И. Басок, Б.В. Давыденко, М.П. Новицкая, С.М. Гончарук, А.И. Тыринов // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 2. — С. 81-86. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0204-3602 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59082 536.24 : 697.134 Представлены результаты численного исследования теплоотдачи с наружных поверхностей трехэтажного здания. Получены зависимости коэффициентов теплоотдачи c поверхностей сооружения от скорости ветрового потока. Наведено результати чисельного дослідження тепловіддачі з зовнішніх поверхонь триповерхохової споруди. Одержано залежності коефіцієнтів тепловіддачі з поверхні споруди від швидкості вітрового потоку. The results of numerical investigation of heat transfer from external surfaces of the three-story building are presented. The dependences of the heat transfer coefficients from the building surfaces on the speed of the wind flow are obtained. ru Інститут технічної теплофізики НАН України Промышленная теплотехника Энергоэффективность зданий. Строительная теплофизика Теплоотдача с поверхностей ограждающих конструкций трехэтажного административного здания Heat transfer from external surfaces of three-storyed civic building Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Теплоотдача с поверхностей ограждающих конструкций трехэтажного административного здания |
| spellingShingle |
Теплоотдача с поверхностей ограждающих конструкций трехэтажного административного здания Басок, Б.И. Давыденко, Б.В. Новицкая, М.П. Гончарук, С.М. Тыринов, А.И. Энергоэффективность зданий. Строительная теплофизика |
| title_short |
Теплоотдача с поверхностей ограждающих конструкций трехэтажного административного здания |
| title_full |
Теплоотдача с поверхностей ограждающих конструкций трехэтажного административного здания |
| title_fullStr |
Теплоотдача с поверхностей ограждающих конструкций трехэтажного административного здания |
| title_full_unstemmed |
Теплоотдача с поверхностей ограждающих конструкций трехэтажного административного здания |
| title_sort |
теплоотдача с поверхностей ограждающих конструкций трехэтажного административного здания |
| author |
Басок, Б.И. Давыденко, Б.В. Новицкая, М.П. Гончарук, С.М. Тыринов, А.И. |
| author_facet |
Басок, Б.И. Давыденко, Б.В. Новицкая, М.П. Гончарук, С.М. Тыринов, А.И. |
| topic |
Энергоэффективность зданий. Строительная теплофизика |
| topic_facet |
Энергоэффективность зданий. Строительная теплофизика |
| publishDate |
2012 |
| language |
Russian |
| container_title |
Промышленная теплотехника |
| publisher |
Інститут технічної теплофізики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Heat transfer from external surfaces of three-storyed civic building |
| description |
Представлены результаты численного исследования теплоотдачи с наружных поверхностей трехэтажного здания. Получены зависимости коэффициентов теплоотдачи c поверхностей сооружения от скорости ветрового потока.
Наведено результати чисельного дослідження тепловіддачі з зовнішніх поверхонь триповерхохової споруди. Одержано залежності коефіцієнтів тепловіддачі з поверхні споруди від швидкості вітрового потоку.
The results of numerical investigation of heat transfer from external surfaces of the three-story building are presented. The dependences of the heat transfer coefficients from the building surfaces on the speed of the wind flow are obtained.
|
| issn |
0204-3602 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/59082 |
| citation_txt |
Теплоотдача с поверхностей ограждающих конструкций трехэтажного административного здания / Б.И. Басок, Б.В. Давыденко, М.П. Новицкая, С.М. Гончарук, А.И. Тыринов // Промышленная теплотехника. — 2012. — Т. 34, № 2. — С. 81-86. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT basokbi teplootdačaspoverhnosteiograždaûŝihkonstrukciitrehétažnogoadministrativnogozdaniâ AT davydenkobv teplootdačaspoverhnosteiograždaûŝihkonstrukciitrehétažnogoadministrativnogozdaniâ AT novickaâmp teplootdačaspoverhnosteiograždaûŝihkonstrukciitrehétažnogoadministrativnogozdaniâ AT gončaruksm teplootdačaspoverhnosteiograždaûŝihkonstrukciitrehétažnogoadministrativnogozdaniâ AT tyrinovai teplootdačaspoverhnosteiograždaûŝihkonstrukciitrehétažnogoadministrativnogozdaniâ AT basokbi heattransferfromexternalsurfacesofthreestoryedcivicbuilding AT davydenkobv heattransferfromexternalsurfacesofthreestoryedcivicbuilding AT novickaâmp heattransferfromexternalsurfacesofthreestoryedcivicbuilding AT gončaruksm heattransferfromexternalsurfacesofthreestoryedcivicbuilding AT tyrinovai heattransferfromexternalsurfacesofthreestoryedcivicbuilding |
| first_indexed |
2025-11-26T00:09:41Z |
| last_indexed |
2025-11-26T00:09:41Z |
| _version_ |
1850591434810327040 |
| fulltext |
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №2 81
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗДАНИЙ. СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА
УДК 536.24 : 697.134
Басок Б.И., Давыденко Б.В., Новицкая М.П., Гончарук С.М., Тыринов А.И.
Институт технической теплофизики НАН Украины
ТЕПЛООТДАЧА С ПОВЕРХНОСТЕЙ ОГРАЖДАЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
ТРЕХЭТАЖНОГО АДМИНИСТРАТИВНОГО ЗДАНИЯ
Наведено результати чисель-
ного дослідження тепловіддачі з
зовнішніх поверхонь триповерхо-
хової споруди. Одержано залеж-
ності коефіцієнтів тепловіддачі з
поверхні споруди від швидкості
вітрового потоку.
Представлены результаты чи-
сленного исследования теплоотда-
чи с наружных поверхностей трех-
этажного здания. Получены зависи-
мости коэффициентов теплоотдачи
c поверхностей сооружения от ско-
рости ветрового потока.
The results of numerical
investigation of heat transfer from
external surfaces of the three-story
building are presented. The dependences
of the heat transfer coefficients from the
building surfaces on the speed of the
wind flow are obtained.
a – коэффициент температуропроводности, м2/с;
B – ширина расчетной области, м;
H – высота расчетной области, м;
k – кинетическая энергия турбулентности, м2/с2;
L – длина расчетной области, м;
р – давление, Па;
R – термическое сопротивление, м2К/Вт;
T – абсолютная температура, К;
u, v, w – проекции вектора скорости на оси 0X,
0Y и 0Z прямоугольной системы координат, м/с;
x, y, z – поперечная, продольная и вертикаль-
ная прямоугольные координаты, м;
α – коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2К) ;
δ – толщина ограждений, м;
ε – скорость диссипации кинетической энер-
гии турбулентности, м2/с3;
λ – коэффициент теплопроводности, Вт/(мК);
ν – коэффициент кинематической вязкости,
м2/с;
ρ – плотность, кг/м3.
Нижние индексы:
н – наружный;
в – внутренний;
с – стена;
eff – эффективный;
t – турбулентный;
w – поверхность;
∞ – невозмущенный поток.
При расчете теплового потока через ограж-
дающие конструкции зданий и сооружений
обычно используется величина их термичес-
кого сопротивления
H c c
1 1R δ
= + +
α λ α
.
Второе слагаемое в представленном выра-
жении характеризует термическое сопротив-
ление теплопроводности ограждающей кон-
струкции, которое практически постоянно и
может быть рассчитано при известных толщи-
не стены и теплофизических свойствах ее ма-
териала. Первое и третье слагаемые, характе-
ризующие термические сопротивления кон-
вективной теплоотдачи на наружной и внут-
ренней поверхностях ограждений, зависят от
аэродинамических условий во внешнем вет-
ровом потоке и от характеристик воздушных
течений внутри помещения. В [1] рекоменду-
ется при расчете уровней энергопотребления
и теплоизоляции зданий принимать значения
коэффициентов теплоотдачи на внешней и
внутренней поверхностях равными αн = 23 Вт/
(м2К) и αв = 8,7 Вт/(м2К) соответственно. Из-
вестно, однако, что коэффициент теплоотдачи
на наружных поверхностях ограждений явля-
ется величиной, изменяющейся вдоль указан-
ных поверхностей, и зависящей как от формы
и размеров сооружения, так и от скорости и
направления ветрового потока. Поэтому ис-
пользование постоянных значений коэффици-
ентов теплоотдачи на внутренних и наружных
поверхностях ограждений может привести к
неточностям в определении теплопотерь. Пер-
спективным подходом к решению данной про-
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №282
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗДАНИЙ. СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА
блемы следует считать расчет функции рас-
пределения коэффициентов теплоотдачи по
наружным поверхностям ограждений на осно-
ве решения задачи о турбулентном переносе
импульса и энергии ветровым потоком, обте-
кающим исследуемое сооружение. Как пример
использования данного подхода рассмотрим
результаты численного решения задачи тепло-
переноса для случая продольного (в направ-
лении оси 0Y) обтекания ветровым пото-
ком трехэтажного административного здания
длиной 60 м, шириной 18 м и высотой 10,6 м
(рис. 1). Результаты расчета поля скорости и
давления в ветровом потоке для рассматривае-
мого сооружения представлены в [2].
Система уравнений турбулентного перено-
са импульса и энергии рассматривается в виде:
0;u v w
x y z
∂ ∂ ∂
+ + =
∂ ∂ ∂
2 1 2
z eff
u uv uw p u
x y x x x
∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ + + = − + ν + ∂ ∂ ∂ ρ ∂ ∂ ∂
;eff eff
u v u w
y y x z z x
∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ + ν + + ν + ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂
2 1
eff
vu v vw p v u
x y z y x x y
∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂
+ + = − + ν + + ∂ ∂ ∂ ρ ∂ ∂ ∂ ∂
2 ;eff eff
v v w
y y z z y
∂ ∂ ∂ ∂ ∂
+ ν + ν + ∂ ∂ ∂ ∂ ∂
2 1
eff
wu wv w p w u
x y z z x x z
∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ + + = − + ν + + ∂ ∂ ∂ ρ ∂ ∂ ∂ ∂
2 ,eff eff
w v w
y y z z z
∂ ∂ ∂ ∂ ∂ + ν + + ν ∂ ∂ ∂ ∂ ∂
eff
uT vT wT Ta
x y z x x
∂ ∂ ∂ ∂ ∂ + + = + ∂ ∂ ∂ ∂ ∂
,eff eff
T Ta a
y y z z
∂ ∂ ∂ ∂ + + ∂ ∂ ∂ ∂
где eff tν = ν + ν ; t
eff
T
a a ν
= +
σ
.
Для замыкания системы уравнений тур-
булентного переноса используется k-ε модель
турбулентности, которая описывается систе-
мой уравнений
t
k
k uk vk wk kx
x y z x x
ν∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂
+ + + = ν + + ∂τ ∂ ∂ ∂ ∂ σ ∂
t
k
k uk vk wk kx
x y z x x
ν∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂
+ + + = ν + + ∂τ ∂ ∂ ∂ ∂ σ ∂
2 ;t t
t
k k
k k S
y y z z
ν ν∂ ∂ ∂ ∂
+ ν + + ν + + ν − ε ∂ σ ∂ ∂ σ ∂
Рис. 1. Расчетная схема.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №2 83
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗДАНИЙ. СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА
tu v w
x y z x xε
ν∂ε ∂ ε ∂ ε ∂ ε ∂ ∂ε
+ + + = ν + + ∂τ ∂ ∂ ∂ ∂ σ ∂
t t
y y z zε ε
ν ν∂ ∂ε ∂ ∂ε
+ ν + + ν + + ∂ σ ∂ ∂ σ ∂
2
2
1 2 ,tC S C
k k
ε ε
+ ν −
где
2 2 2
z z
u v v w w uS
y x y x
∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ = + + + + + + ∂ ∂ ∂ ∂ ∂ ∂
;
0,522 2
2 2 2
z
u v w
x y
∂ ∂ ∂ + + + ∂ ∂ ∂
;
νt = Cμk2/ε; Cμ = 0,09; C1 = 1,44; C2 = 1,92;
σT = 0,85; σk = 1; σT = 1,3.
Граничными условиями для представлен-
ной системы уравнений будут:
y = 0; 0 ≤ x ≤ B; 0 ≤ z ≤ H: u = 0; w = 0; v = v(z);
T = T∞; k = k∞; ε = ε∞;
y = L; 0 ≤ x ≤ B; 0 ≤ z ≤ H: u = 0; w = 0; дv/дy = 0;
дT/дy = 0; дk/дy = 0; дε/дy = 0;
x = 0; 0 ≤ y ≤ L; 0 ≤ z ≤ H: u = 0; w = 0; дv/дx = 0;
дT/дx = 0; дk/дx = 0; дε/дx = 0;
x = B; 0 ≤ y ≤ L; 0 ≤ z ≤ H: u = 0; w = 0; дv/дx = 0;
дT/дx = 0; дk/дx = 0; дε/дx = 0;
z = 0; 0 ≤ y ≤ L; 0 ≤ x ≤ B: u = 0; v = 0; w = 0;
дT/дz = 0; k = 0;
z = H; 0 ≤ y ≤ L; 0 ≤ x ≤ B: u = 0; w = 0; дv/дz = 0;
дT/дz = 0; дk/дz = 0; дε/дz = 0;
на поверхности сооружения: u = 0; v = 0; w = 0;
T = Tw; k = 0;
в ближайшем к твердой поверхности узле раз-
ностной сетки: ε = Cμ
3/4·k3/2/(κ·Δn), где κ = 0,418;
Δn – расстояние от узла до поверхности.
Во входном сечении расчетной области
(y = 0) задается степенной закон изменения по
высоте скорости невозмущенного ветрового
потока, направленного вдоль оси 0Y:
ν = ν0(z/z0)
n,
где n = 0,45; z0 = 5 м.
Рассматриваются случаи трех различных
значений коэффициента ν0 (5 м/с; 10 м/с и
15 м/с), выражающего значение продольной
скорости ν на расстоянии z0 от земной поверх-
ности. Данная величина характеризует мас-
штаб скорости набегающего ветрового потока.
Значения температуры невозмущенного
потока T∞ и температуры поверхности соору-
жения Tw считаются постоянными величинами.
Представленная система дифференциаль-
ных уравнений с указанными граничными ус-
ловиями решается численно с использованием
метода контрольного объема [3]. В расчетной
области 0 ≤ x ≤ B; 0 ≤ y ≤ L; 0 ≤ z ≤ H, содержа-
щей рассматриваемое сооружение и примы-
кающую к нему область воздушного простран-
ства (рис. 1), строится разностная сетка. В уз-
лах разностной сетки производные по про-
странственным переменным аппроксимиру-
ются конечными разностями.
Следует отметить, что рассмотренная мо-
дель турбулентного переноса импульса и энер-
гии справедлива для описания течения и теп-
лопереноса вдали от твердых поверхностей,
омываемых воздушным потоком. В пристеноч-
ной же области, а точнее, в узлах сетки, бли-
жайших к твердым поверхностям, для расче-
та характеристик турбулентного переноса ис-
пользуется метод пристеночных функций [4, 5].
Из решения полученной системы разност-
ных уравнений определяются поля скорости,
давления и температуры в воздушном потоке,
омывающем рассматриваемое сооружение. На
основании полученных результатов рассчиты-
ваются значения коэффициентов теплоотдачи
на поверхностях здания.
Распределения коэффициентов теплоотда-
чи вдоль поверхностей боковых стен исследуе-
мого сооружения (линия a-a на рис. 1) при на-
правлении невозмущенного ветрового потока
вдоль оси 0Y приведены на рис. 2. Как видно
из рисунка, коэффициенты теплоотдачи дости-
гают максимальных значений на расстоянии
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №284
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗДАНИЙ. СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА
1,0…1,2 м от передней кромки боковой сте-
ны. Далее, по мере увеличения расстояния
от передней кромки и роста толщины турбу-
лентного пограничного слоя, значения коэф-
фициентов теплоотдачи уменьшаются. Как и
следовало ожидать, значения коэффициентов
теплоотдачи тем выше, чем больше значение
масштаба скорости ν0. При ν0 = 15 м/с макси-
мальные значения коэффициентов теплоотда-
чи превышают 100 Вт/(м2К).
Рис. 2. Распределения коэффициентов теплоотдачи вдоль поверхности боковой стены:
1 – ν0 =5 м/с; 2 – 10 м/с; 3 – 15 м/с.
Аналогичный, хотя и несколько более
сложный характер имеет распределение коэф-
фициентов теплоотдачи по поверхности кры-
ши вдоль линии b-b. Зависимости указанной
величины от продольной координаты y при
разных значениях ν0 представлены на рис. 3.
В воздушном потоке над крышей, за ее пе-
редней кромкой, формируется циркуляцион-
ная зона, влияющая на характер теплообмена
в данной области. Ее наличием обусловлены
Рис. 3. Распределения коэффициентов теплоотдачи вдоль поверхности крыши:
1 – ν0 =5 м/с; 2 – 10 м/с; 3 – 15 м/с.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №2 85
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗДАНИЙ. СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА
участки увеличения и уменьшения локальных
коэффициентов теплоотдачи, связанные с от-
рывом и последующим присоединением к по-
верхности турбулентного пограничного слоя.
Распределение коэффициентов теплоотда-
чи по поверхности торцевой стены сооруже-
ния, на которую набегает ветровой поток, от-
личается по характеру от рассмотренных ранее
распределений на боковых стенах и крыше. На
теплоотдачу с указанной поверхности влияют
как небольшая циркуляционная зона у основа-
ния сооружения, так и отрыв потока от верхней
кромки стены. В средней части торцевой сте-
ны (2 м < z < 8 м) коэффициенты теплоотда-
чи изменяются по высоте незначительно. У
основания сооружения они минимальны, а в
верхней части стены – максимальны. Измене-
ние вдоль линии c-c коэффициентов теплоот-
дачи на торцевой стене представлено на рис. 4.
Интерес представляет также зависимость
Рис. 4. Изменение коэффициентов теплоотдачи по высоте торцевой стены:
1 – ν0 =5 м/с; 2 – 10 м/с; 3 – 15 м/с.
Рис. 5. Зависимость от масштаба скорости средних коэффициентов теплоотдачи
на поверхностях сооружения: 1 – крыша; 2 – торцевая стена: 3 – боковые стены.
ISSN 0204-3602. Пром. теплотехника, 2012, т. 34, №286
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗДАНИЙ. СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА
осредненных по поверхностям коэффициен-
тов теплоотдачи от масштаба скорости набе-
гающего потока ν0. Данная зависимость пред-
ставлена на рис. 5.
Как видно из рисунка, наибольшие значе-
ния средние коэффициенты теплоотдачи име-
ют на поверхности крыши. На торцевой стене
их значения несколько ниже. Наименьшие же
значения средних коэффициентов теплоотдачи
оказываются на поверхностях боковых стен.
Представленные на рис. 5 функции могут быть
аппроксимированы степенными зависимостя-
ми:
- на поверхности боковой стены:
αcp = 3,69(ν0)
0,89;
- на поверхности крыши:
αcp = 4,15(ν0)
0,9;
- на поверхности торцевой стены:
αcp = 5,05(ν0)
0,76.
Выводы
1. Распределение локальных коэффици-
ентов теплоотдачи по поверхностям огражда-
ющих конструкций – неравномерное. Их ве-
личины зависят как от масштаба скорости на-
бегающего потока, так и от ориентации по-
верхности.
2. Зависимость средних по поверхности
коэффициентов теплоотдачи от масштаба ско-
рости набегающего потока ν0 – степенная с
показателями степени, характерными для раз-
витого турбулентного течения воздушной сре-
ды около плоских поверхностей. Рекомендуе-
мое в [1] значение коэффициента теплоотдачи
αн =23 Вт/(м2К) соответствует масштабам ско-
рости ветрового потока ν0 ~ 7…8 м/с.
ЛИТЕРАТУРА
1. Конструкції будинків та споруд. Теплова
ізоляція будівель: ДБН В.2.6-31:2006.– [Чинний
від 01.04.2007]. – К.: Мінбуд України, 2006. –
64 с. – (Державні будівельні норми України).
2. Давиденко Б.В., Гончарук С.М., Луніна
А.О., Тесля А.І. Аеродинамічні характеристики
триповерхових громадських будівель // Пром.
теплотехника.– 2009.– Т. 31, № 7.– С. 81–84.
3. Патанкар С. Численные методы решения
задач теплообмена и динамики жидкости. – М. :
Энергоатомиздат, 1984. – 152 с.
4. Launder B.E., Spalding D.B. The numerical
computation of turbulent flows // Comp. Methods
in Appl. Mech. and Eng.–1974.–V. 3.– P. 269–289.
5. Launder B.E. On the computation of
convective heat transfer in complex turbulent
flows // Transactions of theASME: Journal of Heat
Transfer.–1988.– Vol. 110.– P. 1112–1128.
Получено 16.12.2011 г.
|