Вплив зміни збурюючих факторів на рівень коефіцієнтів тепловіддачі на зовнішніх поверхнях будинків

Abstract

Проаналізовано вплив на рівень коефіцієнтів тепловіддачі таких факторів як температура зовнішнього повітря і зміна його швидкості. Об’єктом дослідження є комплекс будівель Інституту проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (ІП Маш НАН України). Для зниження енергоспоживання необхідно визначити теплові втрати через зовнішні огороджувальні конструкції ІП Маш НАН України з урахуванням температури зовнішнього і внутрішнього повітря, швидкості і напрямку вітру. Для коректного визначення теплових втрат необхідно визначити уточнений коефіцієнт опору теплопередачі. Тому на першому етапі визначають коефіцієнти тепловіддачі на зовнішніх конструкціях ІП Маш НАН України, які залежать від швидкості вітру, його напряму, зміни по висоті, а також температури зовнішнього повітря. Проектною документацією Інституту проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного передбачені такі будівлі: висотний 16-поверховий корпус (корпус № 1); 2-поверховий лабораторний корпус (стендова, корпус № 2); конференц-зал на 500 місць (корпус № 3); корпус № 4, а також допоміжні споруди: повітродувна станція; насосна оборотного водопостачання; градирня; прохідна, будівля для автотранспорту цивільної оборони. З використанням чисельного моделювання проаналізовано характер обтікання вітровим потоком згаданих вище будівель. Визначено розміри зони гальмування вітрового потоку, а також розміри зони його відриву від корпусу № 1. Наведено формулу для визначення уточненого коефіцієнта тепловіддачі даху цього корпусу. Коефіцієнти тепловіддачі визначено для кожного типу панелі. На навітряній стороні будівлі коефіцієнти тепловіддачі визначено в залежності від пульсаційної складової швидкості вітру, з урахуванням зміни цієї швидкості по висоті корпусу. Коефіцієнти тепловіддачі в зоні відриву визначено в залежності від розмірів цієї зони і швидкості вітру у цій зоні. Для визначення впливу зовнішніх збурень, розрахунок коефіцієнтів тепловіддачі виконано для двох значень температури зовнішнього повітря: –23 °С і –7 °С. Результати досліджень показують, що уточнений коефіцієнт тепловіддачі на зовнішніх панелях корпусу № 1 істотно залежить від швидкості вітру та її зміни по висоті корпусу, напряму вітру і температури зовнішнього повітря.

This article analyzes the impact on the level of heat transfer coefficients of such factors as: outside air temperature and change in its speed. The object of study is a complex of buildings of the A. Pidgorny Institute of Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine. To reduce energy consumption, it is necessary to determine the heat loss through the external enclosing structures of the A. Pidgorny Institute of Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine, taking into account the temperature of outdoor and indoor air, wind speed and direction. To correctly determine the heat loss, it is necessary to determine the specified heat transfer resistance coefficient. Therefore, at the first stage, the coefficients of heat transfer on the external structures of A. Pidgorny Institute of Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of the Ukraine are determined, which depend on the wind speed, its direction, changes in height, as well as the temperature of the outside air. Project documentation of the A. Pidgorny Institute of Mechanical Engineering Problems of the National Academy of Sciences of Ukraine provided the following buildings: 16-storey building (building № 1); 2-storey laboratory (bench) building (building № 2); conference hall for 500 seats, building № 3; housing № 4, as well as the following ancillary facilities: air blower station (its compressor, dismantled); pumping circulating water supply; cooling tower; a separate checkpoint, a structure for civil defense vehicles. On the basis of numerical modeling the analysis of character of flow around by a wind stream of the given building is carried out. The sizes of a zone of braking of a wind stream and also the sizes of a zone of its separation are defined. The formula for determining the specified heat transfer coefficient on the roof is given. Heat transfer coefficients are determined for each type of panel. As a result, on the windward side of the building, the heat transfer coefficients are determined depending on the pulsating component of the wind speed, taking into account the change in the latter in height. The heat transfer coefficients in the separation zone are determined depending on its size and speed in this area. To determine the effect of external perturbations, the calculation of heat transfer coefficients is performed at t = –23 °С and t = –7 °С. As a result of the research it is shown that the specified heat transfer coefficient on the outer panels of the high-rise building of SP Mash NAS of Ukraine significantly depends on the speed and direction of the wind and its change in height.

Проанализировано влияние на уровень коэффициентов теплоотдачи таких факторов как температура на- ружного воздуха и изменение его скорости. Объектом исследования является комплекс сооружений Института проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины (ИП Маш НАН Украины). Для снижения энергопотребления необходимо определить тепловые потери через наружные ограждающие конструкции строений ИП Маш НАН Украины с учетом температуры наружного и внутреннего воздуха, скоро- сти и направления ветра. Для корректного определения тепловых потерь необходимо уточнить коэффициент сопротивления тепло- передачи. Поэтому на первом этапе определены коэффициенты тепоотдачи на внешних конструкциях зданий ИП Маш НАН Украины. Предполагалось, что эти коэффициенты зависят от скорости ветра, его направления, изменения по ее высоте, а также температуры наружного воздуха. Проектной документацией Института проблем машиностроения им. А. Н. Подгорного НАН Украины преду- смотрены следующие здания: 16-этажный корпус (корпус № 1); 2-этажный лабораторный корпус (корпус № 2, стендовая); конференц-зал на 500 мест (корпус № 3); корпус № 4, а также вспомогательные сооружения: возду- ходувная станция, насосная оборотного водоснабжения; градирня; отдельная проходная, строение для авто- транспорта гражданской обороны. З использованием числового моделирования проанализирован характер обтекания ветровым потоком корпу- са № 1. Определены размеры зоны торможения ветрового потока, а также размеры зоны его отрыва. Приведе- на формула для определения уточненного коэффициента теплоотдачи крыши. Коэффициенты теплоотдачи определены для каждого типа панели. В результате на наветренной стороне здания коэффициенты теплоот- дачи определяются в зависимости от пульсационной составляющей скорости ветра, с учетом изменения по- следней по высоте. Коэффициенты теплоотдачи в зоне отрыва определяются в зависимости от ее размеров и скорости ветра в этой зоне. Для определения влияния внешних возмущений, расчет коэффициентов теплоотдачи для корпуса № 1 вы- полнен при tн.в.= –23 °С и tн.в.= –7 °С. Результаты исследования показывают, что уточненный коэффициент теплоотдачи на внешних панелях корпуса № 1 существенно зависит от скорости и направления ветра и ее изменения по высоте.