Заказать обратный звонок

Защита от автоматических сообщений
CAPTCHA
Введите слово на картинке*
+7(495) 641-70-69
+7(499) 340-34-73
Email: 6417069@bk.ru
Заказать обратный звонок!

Услуги

Наши партнеры

Аренда компрессоров АльфаСтрой

Оценка термического разрушения светопрозрачных конструкций

Численное моделирование температурного поля в светопрозрачных

конструкциях при летних условиях эксплуатации с учетом воздействия

солнечной радиации для оценки термического разрушения

   При летних условиях эксплуатации под воздействием солнечной радиации в элементах остекления светопрозрачных ограждающих конструкций возникает вероятность их самопроизвольного разрушения (эффект «термошока») вследствие внутренних напряжений, обусловленных высоким перепадом температур. Перепад температур может возникать между различными участками поверхности стеклянной пластины в результате её неравномерного нагрева (термошок 1-го рода), а также между внутренней и наружной поверхностями стекла (термошок 2-го рода) из-за разной интенсивности теплоотдачи или при наличии теплопоглощающих покрытий на одной из сторон стекла.

   Из практики известно, что разрушение, как правило, начинается по краям стекол и вызвано краевыми и поверхностными напряжениями, возникающими вследствие перепада температур между центральной и краевой зонами. Причем для обычного силикатного прозрачного стекла толщиной до 12 мм допустимый температурный перепад составляет порядка (30÷35)°C, а для многослойного (триплекс) стекла - (26÷27)°С, что обусловлено повышенным коэффициентом поглощения на границе стекло-пленка /1/. Считается, что разница тeмпepaтyp между различными участками стеклянной пластины в 20°С обычно не пpивoдит к paзpyшeнию cтeклa и вероятность его paзpyшeния практически oтcyтcтвyeт. При дocтижeнии paзницы тeмпepaтyp 40°С вepoятнocть paзpушeния cocтaвляeт 20%, а при 55°С - paвнa 50% и т.д. /2/. Отмечается, что вероятность разрушения солнцезащитных и низкоэмиссионных стекол возрастает, но какие-либо данные о значении допустимого температурного перепада для этих стекол не приводятся. Данные о величине градиента температуры по толщине стекла также отсутствуют.

   В Евросоюзе принят стандарт EN 1991-1-5, который предписывает обязательное проведение расчетов устойчивости стекол к термошоку в светопрозрачных конструкциях. Для России оценка разрушения остекления в светопрозрачных конструкциях при летних условиях эксплуатации при воздействии солнечной радиации не менее актуальна и принятие аналогичного документа не менее важно.

На рис. 1 представлен типовой узел навесного фасада, выполненный на одном из объектов г. Москвы.

  
     111.png

Рис.1. Схема узла навесного фасада

   В светонепрозрачной части конструкции заполнение, установленное в коробке из алюминиевого профиля, включает: силикатное, солнцезащитное, термоупрочненное стекло толщиной 8мм, на внутреннюю поверхность которого нанесено непрозрачное покрытие (типа эмалит), замкнутую воздушную полость шириной d=90 мм, расположенную между листом оцинкованного железа со слоем минераловатного утеплителя толщиной 110 мм и алюминиевым коробом. Солнечная радиация, частично прошедшая через слой остекления, поглощается оцинкованным железом и излучается в воздушную полость. Стекло с непрозрачным для длинноволнового теплового излучения покрытием отражает поток тепла обратно. Поскольку слой остекления теплоизолирован со стороны внутреннего помещения, температура воздушной прослойки повышается и перегрев остекления может являться причиной его разрушения. Возможность разрушения слоя остекления в представленной работе анализируется на основе сравнения расчетной величины температурного перепада в центральной и краевой зонах с данными о допустимом температурном перепаде в /1/, /2/.

   Для представленного узла навесного фасада разработана математическая модель с учетом воздействия солнечной радиации при летних климатических условиях г. Москвы и выполнено численное моделирование температурного поля.

   При создании математической модели использовался чертеж, выполненный в программе AutoCAD в соответствии со схемой на рис.1. Математическая модель узла навесного фасада показана на рис.2. Расчётная область исследования ограничена поверхностями конструктивных элементов, на горизонтальных границах которых справедливы адиабатические условия теплообмена (в). Значения теплофизических характеристик используемых материалов указаны в спецификации и приняты согласно /3/.

   В принятой математической модели переноса тепла решается стационарное двумерное уравнение теплопроводности:

d / dx (λ (dt / dx)) + d / dy (λ (dt / dy)) = 0,

где: t – температура , 0С;

l – коэффициент теплопроводности материала.

В качестве условий теплообмена заданы граничные условия 3-го рода:

(а) - коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности светонепрозрачного элемента αв= 8,7 Вт/м2×0С согласно /3/;

(а) - температура внутреннего кондиционированного воздуха tв=240С согласно /4/;

(б) - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности αн=17,4 Вт/м2×0С, определяемый согласно /3/ по формуле:

αн = 1,16(5+10v1/2),

где v = 1 м/с - минимальная из средних скоростей ветра за июль принята согласно /4/;

(б) - расчетная температура наружного воздуха, определяемая по формуле:

tнрас = tн + IS*ρ/αн ,

где: tн = 26,30С - средняя максимальная температура наружного воздуха в июле /4/,

IS = 787 Вт/м2 - максимальное значение суммарной (прямой и рассеянной) солнечной радиации в июле при ясном небе для вертикальной поверхности западной ориентации согласно/4/,

ρ = 0,7 - коэффициент поглощения солнечной радиации материалом наружной поверхности ограждающей конструкции согласно /4/.

   Решение уравнения теплопроводности для расчётной области получено методом конечных элементов в программе «.............» /5/, использующим процедуры численного моделирования теплопередачи в светопрозрачных конструкциях по стандарту ISO15099 /6/.

222 1.png

Рис.2. Математическая модель узла навесного фасада

при следующих граничных условиях (стр.2):

а) – внутренние, б) – наружные, в) – адиабатические



Таблица 1

Спецификация и теплопроводность строительных материалов

расчетного узла навесного фасада для условий типа «Б»

  

Материалы

Теплопроводность, Вт/(м×0С)

1

Стекло силикатное 1600×2005×8 мм,

солнцезащитное, термоупрочненное /7/

1.0

2

Воздушная полость, ширина 90 мм

эффективная теплопроводность

определяется в /5/

3

Профиль из алюминиевого сплава /5/

160

4

Минеральная вата, плотность 120 кг/м3 /3/

0.041

5

Лист стальной, оцинкованный, 1 мм,

плотность 7850 кг/м3 /3/

58

6

Лист из алюминиевого сплава, 1,5мм /5/

160


   На рис.3 представлены результаты расчета слоя остекления в программе «WINDOW5/6» /7/. Солнцезащитное стекло с непрозрачным для длинноволнового теплового излучения покрытием типа эмалит моделировалось аналогичным стеклом с низкоэмиссионным покрытием на внутренней стороне (коэффициент эмиссии е = 0,113).

333.png


444.png

Рис.3. Сопротивление теплопередаче слоя остекления

составило Rо = 1/U= 0.190 м2× 0С/Вт

   При расчете слоя остекления на наружной поверхности использованы граничные условия, представленные выше. Условия теплообмена на внутренней поверхности задавались исходя из термического сопротивления воздушной прослойки согласно /3/ и средней температуры воздуха в прослойке. Расчетные данные сопротивления теплопередаче слоя остекления, полученные в программе «WINDOW5/6», использовались в дальнейшем в программе «THERM5/6» при численном моделировании температурного поля узла навесного фасада. Точные значения интенсивности теплопередачи в замкнутой воздушной прослойке могут быть получены при использовании программы расчета сопряженного конвективного и лучистого теплообмена, поэтому данный метод расчета использован в качестве приближенного, как метод инженерной оценки.

   На рис.4 показаны результаты численного моделирования температурного поля в исследованном узле навесного фасада в программе «THERM 5/6». Полученные результаты представлены в виде семейства изотерм - линий постоянной температуры. Из рисунка видно, что максимальная расчетная температура наружной поверхности остекления расположена в центральной зоне и составляет 65,90С, а расчетная температура в верхней точке краевой зоны той же поверхности составляет 44,30С.

   Таким образом, расчетный перепад температур исследованного слоя остекления узла навесного фасада составляет 21,60С, при котором вероятность разрушения силикатного термоупрочненного стекла практически отсутствует.

555 1.png

Рис. 4. Результаты численного моделирования температурного поля узла навесного фасада при летних условиях с учетом воздействия солнечной радиации


        Рейтинг@Mail.ru