Сэндвич панели теплотехнический расчет онлайн: Теплотехнические расчеты сэндвич-панелей PIR

Теплотехнические расчеты сэндвич-панелей PIR

Минимальные расчетные толщины сэндвич-панелей KROHN для наружных стен, чердачных перекрытий* и покрытий зданий в зависимости от назначения и режима эксплуатации

Скачать файл (размер: 44 КБ, формат: xls)

Город для жилых зданий для обществ., администр., бытовых, производств. с влажным и мокрым режимами для производственных зданий с сухим и нормальным режимами
СТЕНА ЧЕРДАЧНОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ* КРОВЛЯ СТЕНА ЧЕРДАЧНОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ* КРОВЛЯ СТЕНА ЧЕРДАЧНОЕ ПЕРЕКРЫТИЕ* КРОВЛЯ
СТЕНОВЫЕ, мм КРОВЕЛЬНЫЕ, мм СТЕНОВЫЕ, мм КРОВЕЛЬНЫЕ, мм СТЕНОВЫЕ, мм КРОВЕЛЬНЫЕ, мм
Алматы 60 100 100 50 80 80 40 60 60
Арзамас 80 120 120 60 100 100 50 80 80
Архангельск 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Астана 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Астрахань 60 100 100 50 80 80
40
60 60
Барнаул 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Батуми 40 60 60 30 50 50 30 40 40
Белгород 80 100 100 60 80 80 40 60 60
Белорецк 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Братск 100 150 140 80 100 100 60 80 80
Брянск 80 100 100 60 80 80 40 60 60
Великие Луки 80 100 100 60 80 80 40 60 60
Великий Новгород 80 120 120 60 80 80 50 60 60
Вилюйск 120 170 140 мм** 100 150 140 80 100 100
Владикавказ 60 100 100 50 80 80 40 50 50
Владимир 80 120 120 60 80 80 50 60 60
Волгоград 80 100 100 60 80 80 40 60 60
Вологда 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Воркута 120 150 140 мм** 100 120 120 80 100 100
Воронеж 80 100 100 60 80 80 40 60 60
Грозный 60 100 100 50 80 80 40 50 50
Екатеринбург 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Енисейск 100 150 140 80 100 100 60 80 80
Иваново 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Ижевск 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Иркутск 100 150 140 80 100 100 50 80 80
Йошкар-Ола 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Казань 80 120 120 60 100 100 50 80 80
Калининград 60 100 100 50 80 80 40
60
60
Калуга 80 120 120 60 80 80 50 60 60
Кандалакша 100 150 140 80 100 100 50 80 80
Кемерово 80 150 140 80 100 100 50 80 80
Киренск 100 150 140 мм** 100 120 120 60 80 80
Киров 80 120 120 80 100
100
50 80 80
Кисловодск 60 100 100 50 80 80 40 60 60
Красная Поляна 50 80 80 50 60 60 40 50 50
Краснодар 50 80 80 50 60 60 40 50 50
Красноярск 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Курган 80
120
120 80 100 100 50 80 80
Курск 80 100 100 60 80 80 40 60 60
Липецк 80 120 120 60 80 80 50 60 60
Магадан 100 150 140 80 120 120 60 80 80
Махачкала 50 80 80 50 60 60 40 50 50
Мончегорск 100 150 140 80 100 100 50 80 80
Москва 80 100 100 60 80 80 50 60 60
Мурманск 100 150 140 80 100 100 50 80 80
Нальчик 60 100 100 50 80 80 40 50 50
Нижний Новгород 80 120 120 60 100 100 50 80 80
Новосибирск
80 120 120 80 100 100 50 80 80
Омск 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Оренбург 80 120 120 60 80 80 50 80 80
Пенза 80 120 120 60 80 80 50 60 60
Пермь 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Петрозаводск 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Печора 100 150 140 80 120 120 60 80 80
Псков 80 100 100 60 80 80 40 60 60
Пятигорск 60 100 100 50 80 80 40 60 60
Ростов-на-Дону 60 100 100 50 80 80 40 60
60
Рязань 80 120 120 60 80 80 50 60 60
Салехард 120 170 140 мм** 100 120 120 80 100 100
Самара 80 120 120 60 100 100 50 80 80
Санкт-Петербург 80 100 100 60 80 80 50 60 60
Саратов 80 100 100 60 80 80 40 60 60
Смоленск 80 100 100 60 80 80 50 60 60
Сортавала 80 120 120 60 100 100 50 80 80
Сочи 40 80 80 40 50 50 30 40 40
Среднекан 120 200 140 мм** 100 150 140 80 100 100
Ставрополь 60 100 100 50 80 80 40 50 50
Сургут 100 150 140 80 120 120 60 80 80
Сухуми 40 60 60 40 50 50 30 40 40
Сыктывкар 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Таганрог 60 100 100 50 80 80 40 50 50
Тамбов 80 120 120 60 80 80 50 60 60
Тбилиси 50 80 80 40 60 60 30 50 50
Тверь 80 120 120 60 80 80 50 60 60
Тихвин 80 120 120 60 80 80 50 60 60
Томск 100 150 140 80 100 100 50 80 80
Тула 80 120 120 60 80 80 50 60 60
Тында 120 150 140 мм** 100 120 120 80 100 100
Тюмень 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Улан-Удэ 100 150 140 80 100 100 60 80 80
Усть-Камчатск 100 150 140 80 100 100 50 80 80
Уфа 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Ухта 100 150 140 80 100 100 60 80 80
Ханты-Мансийск 100 150 140 80 100 100 60 80 80
Хатанга 150 200 140 мм** 120 150 140 80 100 100
Цхинвали 60 80 80 50 60 60 40 50 50
Чебоксары 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Чита 100 150 140 80 120 120 60 80 80
Элиста 60 100 100 50 80 80 40 60 60
Южно-Сахалинск 80 120 120 80 100 100 50 80 80
Якутск 120 170 140 мм** 100 150 140 80 100 100
Ярославль 80 120 120 80 100 100 50 80 80

1. Расчёт выполнен в соответствии с нормативными документами РФ:
СП 131.13330.2012 «Строительная климатология»
СП 50.13330.20 «Тепловая защита зданий»

2. Все толщины панелей подобраны по теплотехническим характеристикам регионов и являются минимальными. При подборе толщин панелей необходимо также руководствоваться несущей способностью панелей в соответствии с данными по объекту.

3. Расчёт выполнен для температуры внутреннего воздуха +20°С .

* Под чердачным перекрытием подразумевается потолок из сэндвич-панелей в качестве не несущей ограждающей конструкции, служащей для создания теплового контура здания.

** По теплотехническим характеристикам максимальной толщины кровельной панели (140 мм) недостаточно, рекомендуется выполнить потолок из стеновых панелей для дополнительного утепления .

Минимальные расчетные толщины сэндвич-панелей KROHN для наружных стен и покрытий зданий холодильников для условий эксплуатации в летнее время года

Скачать файл (размер: 17,6 КБ, формат: xlsx)

Город РФ — 30 — 20 — 10 — 5 0 + 5 + 12
СТЕНА, мм ПОТОЛОК, мм СТЕНА, мм ПОТОЛОК, мм СТЕНА, мм ПОТОЛОК, мм СТЕНА, мм ПОТОЛОК, мм СТЕНА, мм ПОТОЛОК, мм СТЕНА, мм ПОТОЛОК, мм СТЕНА, мм ПОТОЛОК, мм
Алматы 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Арзамас 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Архангельск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Астана 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Астрахань 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Барнаул 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Батуми 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Белгород 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Белорецк 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Братск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Брянск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Великие Луки 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Великий Новгород 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Вилюйск 150 150 100 120 80 100 80 80 60 80 60 80 50 60
Владикавказ 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Владимир 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Волгоград 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Вологда 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Воркута 150 150 100 120 80 100 80 80 60 80 60 80 50 60
Воронеж 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Грозный 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Екатеринбург 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Енисейск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Иваново 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Ижевск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Иркутск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Йошкар-Ола 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Казань 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Калининград 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Калуга 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Кандалакша 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Кемерово 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Киренск 150 150 100 120 80 100 80 80 60 80 60 80 50 60
Киров 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Кисловодск 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Красная Поляна 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Краснодар 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Красноярск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Курган 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Курск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Липецк 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Магадан 150 150 100 120 80 100 80 80 60 80 60 80 50 60
Махачкала 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Мончегорск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Москва 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Мурманск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Нальчик 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Нижний Новгород 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Новосибирск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Омск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Оренбург 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Пенза 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Пермь 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Петрозаводск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Печора 150 150 100 120 80 100 80 80 60 80 60 80 50 60
Псков 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Пятигорск 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Ростов-на-Дону 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Рязань 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Салехард 150 150 100 120 80 100 80 80 60 80 60 80 50 60
Самара 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Санкт-Петербург 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Саратов 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Смоленск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Сортавала 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Сочи 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Среднекан 150 150 100 120 80 100 80 80 60 80 60 80 50 60
Ставрополь 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Сургут 150 150 100 120 80 100 80 80 60 80 60 80 50 60
Сухуми 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Сыктывкар 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Таганрог 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Тамбов 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Тбилиси 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Тверь 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Тихвин 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Томск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Тула 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Тында 150 150 100 120 80 100 80 80 60 80 60 80 50 60
Тюмень 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Улан-Удэ 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Усть-Камчатск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Уфа 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Ухта 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Ханты-Мансийск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Хатанга 150 150 100 120 80 100 80 80 60 80 60 80 50 60
Цхинвали 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Чебоксары 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Чита 150 150 100 120 80 100 80 80 60 80 60 80 50 60
Элиста 150 150 150 150 120 120 100 100 100 100 80 80 60 80
Южно-Сахалинск 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60
Якутск 150 150 100 120 80 100 80 80 60 80 60 80 50 60
Ярославль 150 150 120 120 100 100 80 100 60 80 60 80 50 60

1. Расчёт выполнен в соответствии с нормативными документами РФ:
СНиП 23-01-99* «Строительная климатология»
СНиП 2.11.02-87 «Холодильники»

2. При подборе толщины необходимо выполнять проверку на возможность конденсации влаги на поверхности конструкций

3. Все толщины панелей подобраны по теплотехническим характеристикам регионов и являются минимальными. При подборе толщин панелей необходимо также несущей способностью панелей в соответствии с данными по объекту.

Минимальные расчётные толщины сэндвич-панелей KROHN для внутренних стен, перегородок, потолков охлаждаемых помещений

Скачать файл (размер: 10,6 КБ, формат: xlsx)

Температура воздуха в более тёплом помещении, °C Минимальная толщина панели, мм 
при температуре воздуха в более холодном помещении, °С
— 35 — 30 — 25 — 20 — 15 — 10 — 5 0 + 5 + 10 + 15
— 30 50 40                  
— 25 80 60 40                
— 20 80 80 60 40              
— 15 100 100 80 60 40            
— 10 120 120 100 100 60 40          
— 5 150 120 120 100 100 80 40        
0 150 150 120 120 100 100 80 40      
+5 150 150 150 120 120 100 100 80 40    
+10 170 150 150 150 150 120 100 100 60 40  
+15 170 150 150 150 150 120 120 100 80 50 40
+20 170 170 170 150 150 150 120 100 80 50 40
+25 200 170 170 170 150 150 120 100 80 60 40

1. Расчёт выполнен в соответствии с нормативными документами РФ: СП 109.13330.2012 «Холодильники»

2. При подборе толщины необходимо выполнять проверку на возможность конденсации влаги на поверхности конструкций

3. При подборе толщин панелей необходимо также руководствоваться несущей способностью панелей в соответствии с данными по объекту.

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций — Строительные СНИПы, ГОСТы, сметы, ЕНиР,

Теплотехнический расчет ограждающих конструкций выполняется в соответствии с требованиями СНиП II-3-79* “Строительная теплотехника”.
Влажностный режим помещений — нормальный .
Зона влажности для (Например г.Набережные Челны) — сухой.
Условия эксплуатации ограждающих конструкций — А.
Относительная влажность внутреннего воздуха φ = 50-60% .
Требуемое сопротивление теплопередачи R0TP, м² ºС/Вт определяется по формуле,

tв =20 ºС, — расчетная температура внутреннего воздуха, ºС.  

tот.пер.= — 6,2 ºС.

Zот.пер.=217 сут, — средняя температура,ºС, и продолжительность, сут, периода со средней суточной температурой воздуха ниже или равной 8 ºС по СНиП 2.01.01-82.

n= 1 – коэффициент, принимаемый в зависимости от положения наружной поверхности ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху.

tн= 33ºС – расчетная зимняя температура наружного воздуха, ºС.

∆tн=7 – нормативный температурный перепад между температурой внутреннего воздуха и температурой внутренней поверхности ограждающей конструкции.
α в=8.7 Вт/м²  ºС – коэффициент теплоотдачи внутренней поверхности ограждающих конструкций.
αн=23 Вт/м²  ºС – коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции.

Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции
Rтр=2,07 м²  ºС/Вт – принимаемый по табл. 1б*,

Стеновая панель — трехслойная типа “сэндвич”.

1- профилированные листы
2- пенополиуретан

Рис. Фрагмент стеновой панели

Градус-сутки отопительного периода (ГСОП) определяем по формуле:
ГСОП = (tв — tот.пер)Zот.пер

где tв = 18ºС
tот.пер.- средняя температура, z от.пер.- продолжительность отопительного периода.
ГСОП = (18 — (-6,2))•217 = 5251,4
Сопротивление теплопередаче находим по формуле:

где δi — толщина ограждения.
λi — коэффициент теплопроводности
δi =δ3=0,001 м δ2 = x
λi=λ3= 58 Вт/м²  ºС — профилированные листы
λ2=0,05 Вт/м²  ºС — утеплитель пенополиуретан
Находим толщину утеплителя:

х = 0,097 м
Принимает толщину утеплителя = 0,1 м

Вывод: Расчетное сопротивление ограждающих конструкций больше требуемого сопротивления теплопередаче, что удовлетворяет требованиям.

1. АРХИТЕКТУРНО-ПЛАНИРОВОЧНАЯ ЧАСТЬ

1.1. Исходные данные для проектирования

(Пример: Согласно заданию, выданному кафедрой ТСП, требуется запроектировать промышленное здание . Проектируемый производственный корпус мукомольного завода будет строиться в г.Набережные Челны. Здание состоит из следующих основных блоков :
1. Зерноочистительный цех .
2. Размольный цех .
3. Отделение готовой продукции со складом бестарного хранения муки).

1.2. Генеральный план

Решение генерального плана комбината хлебопродуктов во многом зависит от расположения конкретной площадки строительства, примыкания железнодорожных путей и автодороги, подключение внешних инженерных сетей , рельефа местности , окружающей застройки и т.д. В любом случае здания зерноперерабатывающего предприятия должны быть расположены таким образом, чтобы производственные связи между ними были кратчайшими, транспортные потоки к каждому сооружению не создавали препятствий для прохода людей. Важно также , чтобы протяженность инженерных коммуникаций от общих для всех потребителей источников энерго-, тепло- и водоснабжения была минимальной.

1.6. Технико-экономические показатели.
1.Площадь застройки: Пзп = 1625,4 м2
2.Полезная плошадь: Ппп = 11035,5 м2
3.Рабочая площадь: Прп = 9580,5 м2
4.Объем здания: Пп = 58514,4 м2
5.Конструктивная площадь: Пкп = 1323,27 м2
6.Площадь наружных стен и вертикальных ограждений
Псп = 7797,6 м2
7.Экономичность объемно-планировочного решения:

5,30

8.Целесообразность планировки производственного здания:


9. Насыщение плана здания конструкциями:


10. Экономичность формы здания:

2. САНИТАРНО — ТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.

2.1. Водоснабжение.
Согласно техническим условиям, водоснабжение проектируемого мукомольного завода предусматривается от городской сети водопровода.
Расчетные расходы воды складываются из следующих расходов:
хозяйственно-питьевые нужды, принятые согласно СНиП 2.04.01-85;
расходы на пожаротушение, принятые согласно СНиП 2.04.01-85.
Расход воды на наружное пожаротушение составляет 10 л/с, на внутренне пожаротушение 5 л/с. Суммарный расчетный расход воды на нужды пожаротушения составляет 15 л/с.
На площадке предприятия и внутри здания проектируются системы водоснабжения:
система хозяйственно-питьевого, производственно-противопожарного водоснабжения;
система горячего водоснабжения.
В целях экономии свежей воды на производственные нужды, внутри производственного корпуса проектируется система оборотного водоснабжения. Для компенсации воды, теряемой при испарении, разбрызгивании и других безвозвратных потерях, предусмотрена подпитка оборотной системы от прямоточной. Количество воды, требуемой для подпитки принимается в размере 5% от циркулярного расхода в оборотной системе.
Приготовление горячей воды предусматривается в котельной.
На площадке цеха проектируется кольцевая водопроводная сеть с установкой пожарных гидрантов для наружного пожаротушения.

2.2. Канализация.
В соответствии с техническими условиями сброс загрязненных производственных сточных вод после локальной очистки на очистных сооружениях совместно с хозяйственно-бытовыми сточными водами предусматривается на городские очистные сооружения.
На территории мукомольного завода приняты следующие системы канализации
система загрязненных производственных сточных вод;
объединенная система производственно-бытовых сточных вод;
система дождевых вод.
Система загрязненных производственных сточных вод запроектирована по следующей схеме: производственные сточные воды поступают в усреднитель, откуда самотеком подаются в блок очистных сооружений. После очистки сточные воды сбрасываются в объединенную производственно-бытовую канализацию.
Система дождевых вод запроектирована по следующей схеме: дождевые воды поступают в очистные сооружения дождевых вод, в последующем сток направляется минуя очистные сооружения в канализационную насосную станцию площадки цеха для подачи на городские очистные сооружения.

2.3. Отопление и вентиляция.
В производственных помещениях с технологическими процессами принимается водяное отопление с местными нагревательными приборами. В качестве нагревательных приборов принятые стальные радиаторы типа РСГ-2. Теплоноситель — горячая вода с параметрами 70-90ºС.
Вентиляция и конденсирование воздуха должны обеспечивать должную чистоту воздуха в помещениях в соответствии с требованиями санитарных норм. В помещениях применяется местная вентиляция, которая способствует удалению загрязненного воздуха непосредственно от источников выделений (оборудования и т.д.) или сосредоточенную подачу воздуха к определенному рабочему месту.
Местная вентиляция является более эффективной, так как обеспечивает удаление пылевых выделений непосредственно от мест их оборудования. Вентиляционное оборудование систем приточной вентиляции необходимо размещать в изолированных помещениях, в венткамерах.

Теплотехнический расчет стеновой сэндвич — панели (определение толщины утеплителя и выполнения санитарно-гигиенических требований тепловой защиты здания)

А. Исходные данные

Место строительства – г. Березники.

Зона влажности – нормальная [3].

Продолжительность отопительного периода zht= 245 суток .

Средняя расчетная температура отопительного периода tht= –6,7 ºС .

Температура холодной пятидневки text= –37 ºС .

Расчет произведен для производственного здания:

Температура внутреннего воздуха tint= + 18ºС ;

Влажность воздуха: = 50 %;

Влажностный режим помещения – нормальный.

Условия эксплуатации ограждающих конструкций – Б

Коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждения аint = 8,7 Вт/м2 С [2].

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения aext = 23 Вт/м2·°С [2].

Расчетная схема стенового ограждения приведена на рис. .

Рис1. Расчётная схема стенового ограждения

Необходимые данные о конструктивных слоях стены для теплотехнического расчёта сведены в таблицу.

п/п

Наименование материала

, кг/м3

δ, мм

,Вт/(м·°С)

R, м2·°С/Вт

1

Профлист оцинкованый

7820

0,5

58

0,009

2

Базальтовый утеплитель Isovol CC

120

Х

0,036

Х

3

Профлист оцинкованый

7820

0,5

58

0,009

Б. Порядок расчета

Определяем величину градусо-суток отопительного периода по формуле (2) СНиП 23-02–2003 :

Dd= (tintthtzht= (18–(–6,7))·245 = 6051,5.

Нормируемое значение сопротивления теплопередаче наружных стен вычисляем по формуле (1) СНиП 23-02–2003 :

Rreq = aDd + b =0,0002·6051,5 + 1,0 =2,21 м2·°С/Вт.

Приведенное сопротивление теплопередаче R0r стеновой панели с эффективным утеплителем жилых зданий рассчитывается по формуле

R0r = R0усл r,

где R0усл – сопротивление теплопередаче стеновой панели, условно определяемое по формулам (9) или (11) без учета теплопроводных включений, м2·°С/Вт;

R0r — приведенное сопротивление теплопередаче с учетом коэффициента теплотехнической однородности r, равен 0,75.

Расчёт ведётся из условия равенства

R0r = Rreq

следовательно,

R0усл= 2,210/0,75 = 2,947 м2·°С /Вт

R0усл = Rsi+ Rk+ Rse ,

отсюда

= 2,947- (1/8,7 + 1/23) = 2,789 м2·°С /Вт

Термическое сопротивление стеновой сэндвич-панели может быть представлено как сумма термических сопротивлений отдельных слоев, т.е.

,

Определяем термическое сопротивление утеплителя:

= 2,789 – ( 0,009 + 0,009 ) = 2,771 м2·С/Вт.

Находим толщину утеплителя:

= ·Rут = 0,036*2,771 = 0,100 м.

Ри

Принимаем толщину утеплителя 100 мм.

Окончательная толщина стены будет равна (0,5+100+0,5) = 101 мм.

Производим проверку с учетом принятой толщины утеплителя:

R0r = 0,009+0,009+(100/0,036+1/8,7+1/23) = 2,95м2·°С/Вт.

Условие R0r = 2,954= = 2,947 м2·°С/Вт выполняется.

В. Проверка выполнения санитарно-гигиенических требований

тепловой защиты здания

Проверяем выполнение условия :

t = (tinttext) R0r / aint) = (18+37)/2,954·8,7 = 2,14 ºС.

Согласно табл. 5 СНиП 23-02–2003 ∆tn = 4 °С, следовательно, условие ∆t = 2,14 < ∆tn = 7 ºС выполняется.

Проверяем выполнение условия :

] = 18 – [1(18+37) / (2,954·8,7)] =

= 15,94ºС.

Согласно приложению (Р) Сп 23-101–2004 для температуры внутреннего воздуха tint = 18 ºС и относительной влажности = 50 % температура точки росыtd = 7,44 ºС, следовательно, условие=выполняется.

Вывод. Ограждающая конструкция удовлетворяет нормативным требованиям тепловой защиты здания.

Теплотехнический расчет кровельной сэндвич — панели(определение толщины утеплителя и выполнения санитарно-гигиенических требований тепловой защиты здания)

А. Исходные данные

Место строительства – г. Березники.

Зона влажности – нормальная [3].

Продолжительность отопительного периода zht= 245 суток .

Средняя расчетная температура отопительного периода tht= –6,7 ºС .

Температура холодной пятидневки text= –37 ºС .

Расчет произведен для производственного здания:

температура внутреннего воздуха tint= + 18ºС ;

влажность воздуха: = 50 %;

влажностный режим помещения – нормальный.

Условия эксплуатации ограждающих конструкций – Б

Коэффициент тепловосприятия внутренней поверхности ограждения аint = 8,7 Вт/м2 С [2].

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждения aext = 23 Вт/м2·°С [2].

Расчетная схема стенового ограждения приведена на рис..

Рис. Расчётная схема чердачного перекрытия

Чердачное перекрытие состоит из конструктивных слоев, приведенных в таблице.

п/п

Наименование материала

, кг/м3

δ, мм

,Вт/(м·°С)

R, м2·°С/Вт

1

Профлист оцинкованый

7820

0,5

58

0,009

2

Базальтовый утеплитель Isovol CC

120

Х

0,036

Х

3

Профлист оцинкованый

7820

0,5

58

0,009

Б. Порядок расчета

Определяем величину градусо-суток отопительного периода по формуле (2) СНиП 23-02–2003 [2]:

Dd = (tint thtzht = (18–(–6,7))·245 = 6051,5. ºС·сут.

Нормируемое значение сопротивления теплопередаче чердачного перекрытия вычисляем по формуле (1) СНиП 23-02–2003 [2]:

Rreq = aDd + b = 0,00025·6051,5 + 1,5 = 3,013 м2·С/Вт.

Теплотехнический расчет ведется из условия равенства общего термического сопротивления R0 нормируемому Rreq, т.е.

R0 = Rreq.

По формуле (7) СП 23-100–2004 определяем термическое сопротивление ограждающей конструкции Rк

= 3,013 – (1/8,7 + 1/23) = 2,855 м2·°С/Вт.

Термическое сопротивление ограждающей конструкции может быть представлено как сумма термических сопротивлений отдельных слоев, т. е.

,

Определяем численное значение термического сопротивления утепляющего слоя Rут:

= = 2,855 – (0,009 + 0,009) = 2,837 м2·°С/Вт.

Используя формулу (6) СП 23-101–2004, устанавливаем толщину утепляющего слоя

= 2,837-0,037 = 0,11 м.

Принимаем толщину утепляющего слоя равной 120 мм, тогда фактическое сопротивление теплопередаче составит

= 0,009+0,009+2,837+(1/8,7)+(1/23) = 3,42 м2·°С/Вт.

Условие = 3,42 м2·°С/Вт > Rreq = 2,837 м2·°С/Вт выполняется.

В. Проверка выполнения санитарно-гигиенических требований

тепловой защиты здания

Проверяем выполнение условия :

t = (tinttext)/ aint) = (18+37)/3,42·8,7 = 1,849 °С.

Согласно табл. 5 СНиП 23-02–2003 ∆tn <6 °С, следовательно, условие ∆t =1,849 °С < ∆tn= 6 °С выполняется.

Проверяем выполнение условия :

= 18 – [1(18+37)] / (3,42·8,7) = 16,15 °С.

Согласно приложению (Р) СП 23-101–2004 для температуры внутреннего воздуха tint = 18 °С и относительной влажности = 50 % температура точки росыtd = 7,44 °С, следовательно, условие выполняется.

Вывод. Кровельная сэндвич — панель удовлетворяет нормативным требованиям тепловой защиты здания.

Разбор теплотехнического расчета плоской кровли с учетом неоднородностей в онлайн калькуляторе.

Рассмотрим данный вопрос на конкретном примере.

Исходные данные:

Город: Москва

Категория здания: общественные

Внутренняя температура: 18 °С

Влажность: 55%

Система: «ТН-КРОВЛЯ Титан»


 

Для того, чтобы выполнить данный расчет, на сайте nav. tn.ru переходим в раздел «Сервисы» выбираем сервис «Онлайн калькуляторы».


Далее выбираем опцию «Рассчитать» в разделе «Теплотехнический калькулятор с учетом неоднородностей»


Нажимаем «Начать расчет»


На первой странице заполняем исходные данные.


После того, как исходные данные введены, нажимаем кнопку «Далее».

На следующей странице выбираем строительную систему, по которой будет производиться расчет.

 

После выбора строительной системы указываем тип утеплителя. Толщина утеплителя не указывается, т.к. является искомым значением. Если основной уклон выполнен из клиновидной теплоизоляции, можно указать его толщину в поле «Уклонообразующий слой». В нашем примере основной уклон кровли задан конструктивно, поэтому клиновидную теплоизоляцию не учитываем.


Значение теплопроводности задано по умолчанию, но если есть необходимость скорректировать значение теплопроводности или название слоя, слева от поля ввода основного слоя есть бегунок, переведя который в правое положение, данные можно вбивать вручную.

 

Переходим «Далее»

В карточке калькулятора указываем площадь покрытия. Для определения площади удобнее всего воспользоваться программой AutoCAD, для этого необходимо обвести по периметру внутренний контур кровли инструментом «полилиния» и в свойствах посмотреть искомую площадь.

 

Значение площади указывается в квадратных миллиметрах, нам необходимо перевести данное значение в м2. Для перевода откинем шесть цифр после запятой и получим площадь 4 056,7 м2. Для удобства округлим значение до целых чисел, получим 4057м2.


Следующий шаг — это внесение информации по всем примыканиям.

 

Рассмотрим все шаги по порядку:

 

1.       Сопряжение кровельного покрытия со стеной:


В «Варианте теплозащиты» выбираем один из четырех вариантов:


В нашем случае – это стена из сэндвич-панелей.

Далее выбираем наиболее близкое термическое сопротивление утеплителя панели:

 


Указываем протяженность сопряжения в метрах, эту величину можно получить путем измерения данного примыкания на плане кровли:



Если на кровле присутствует несколько типов сопряжения со стеной, можно добавить дополнительные стены нажатием на кнопку «+ добавить стену»


2.       Примыкание к фонарю:


Указываем толщину и теплопроводность облицовочного листа. В нашем случае это лист ЦСП толщиной 12 мм.



Протяженность примыкания определяем с помощью программы AutoCAD, и заполняем данное поле.



3.       Узел установки аэратора.

В данном пункте указываем только количество аэраторов на кровле.


Общее количество берем с плана кровли:


4.       Прохождение колонны.

Зачастую на плане кровли не отображают фахверки для крепления сэндвич-панелей на парапетах, но данный элемент значительно влияет на термическое сопротивление кровли. Рекомендуем добавлять данный элемент в расчет. Шаг расстановки колонн составляет 6 метров, если разделить общий периметр на 6 м., получаем 45 фахверков.


Выбираем утепленный вариант теплозащиты:


Далее указываем площадь сечения колонны и общее количество таких проходок через кровлю.


На следующем шаге получаем готовый расчет.

Здесь можно посмотреть:

1.        информацию по исходным данным, на основе которых выполнялся расчет;


2.       данные по всем примыканиям;


3.         необходимую толщину теплоизоляции;


На финальном этапе заполняем данные по объекту, автора расчета, организацию и электронный адрес. Это необходимо для выгрузки отчета.

 

После этого можно скачать расчет в формате Word или PDF.

 

Автор статьи:

Ведущий инженер-проектировщик

Проектно-расчетного центра

Дудин Максим

Смотрите также:

Разбор предварительного теплотехнического расчета плоской кровли в онлайн калькуляторе.

Что делать если необходимого узла нет в базе калькулятора теплозащиты?

Как выполнить расчет толщины теплоизоляции?

Была ли статья полезна?

Калькулятор расчета утепления стен деревянного дома.

Калькулятор толщины теплоизоляции онлайн Расчет толщины утеплителя для наружных стен калькулятор

В настоящее время в сети имеется немало бесплатных онлайн калькулятор и сервисов, позволяющих выполнить достаточно точные расчеты строительных конструкций.

В данном обзоре вы найдете подборку расчетных программ, используя которые вы сможете быстро выполнить расчеты по теплоизоляции, огнезащиты, звукоизоляции, технической изоляции, кровли, каменным конструкциям и сэндвич-панелям.

Содержание:

5. Калькулятор для расчета каменных конструкций

1. Калькуляторы для расчета теплоизоляции, звукоизоляции, огнезащиты

Расчет толщины теплоизоляции является одним из важнейших факторов, необходимым при проектировании строительных объектов. Одним из главных параметров здесь считают теплосопротивление, которое высчитывается, исходя из климатической зоны того или иного региона, а так же вида ограждающих конструкций. Также необходимо учесть и другие важные детали, сделать это вам поможет специальная программа расчета теплоизоляции.

1.1. Онлайн-калькулятор теплоизоляции http://tutteplo.ru/138/ рассчитывает толщину слоя утеплителя для зданий и сооружений согласно требованиям СНИП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. В создании калькулятора для расчета толщины теплоизоляции принимали участие сотрудники ОАО Институт «УралНИИАС». В качестве исходных данных требуется указать тип здания (жилое, общественное или производственное), район строительства, выбрать ограждающие конструкции, подлежащие термоизоляции, их характеристики. В качестве применяемого утеплителя доступен широкий выбор популярных марок, таких как Rockwool, Paroc, Isover, Термоплекс и множество других.

На основании теплотехнического расчета программа определяет толщину изоляции. При необходимости администрация сайта предоставляет бесплатные онлайн-консультации для проектировщиков и специалистов, а также на e-mail по запросу могут быть высланы детальные расчетные материалы.

1.2. Теплотехнический калькулятор http://www. smartcalc.ru/

Детальный теплотехнический расчет ограждающих конструкций онлайн можно выполнить в этой программе. Для начала работы сервис просит ввести данные о типе конструкций, районе строительства и температурном режиме помещения. Далее, калькулятор обрабатывает информацию и выдает решение о соответствии ограждающих конструкций требованиям нормативной документации.

В возможности программы входит построение схем тепловой защиты, влагонакопления и теплопотерь. Для удобства в меню есть примеры готовых решений, ознакомившись с которыми, выполнить расчет самостоятельно не составит труда.

1.4 Калькуляторы Технониколь

С помощью онлайн сервиса Технониколь http://www.tn.ru/about/o_tehnonikol/servisy/programmy_rascheta/ можно рассчитать:

  • толщину звукоизоляции;
  • расход материалов для огнезащиты металлоконструкций;
  • тип и количество материалов для плоской кровли;
  • техническую изоляцию трубопроводов.

Для примера рассмотрим калькулятор, который позволит выполнить расчет плоской кровли http://www.tn.ru/calc/flat/ . В начале расчета предлагается выбрать тип покрытия Технониколь (Классик, Смарт, Соло и т.д.) С подробным описанием всех видов можно ознакомиться на этом же сайте в соответствующем разделе.

Следующим этапом вводятся параметры кровельного пирога, географическое местоположение объекта и геометрические размеры конструкций крыши. Результаты расчета плоской кровли онлайн программа предоставляет в формате Adobe Acrobat или Microsoft Excel. Отчетный документ оформляется на фирменном бланке компании и содержит два вида показателей: по укрупненной и детализированной формам. Полученные спецификации могут использоваться непосредственно для закупки материала.

Еще Технониколь предлагает воспользоваться калькулятором расчета звукоизоляции http://www.tn.ru/calc/noise_insulation/ , в котором доступно два режима — для застройщика и проектировщика. Программа расчета звукоизоляциидает возможность выбора конструкции (стена, перекрытие), типа помещения, источника шума и других параметров. Далее, пользователь может выбрать одну из нескольких изоляционных систем, подходящих под его вводные данные.

Расчет огнезащиты металлоконструкцийтакже можно осуществить при помощи интернет-программы http://www.tn.ru/calc/fire_protection/ . Он позволяет выбрать геометрию конструкции (двутавр, швеллер, уголок, прямоугольная или круглая труба), ее параметры по ГОСТу или размеры для сварной конструкции, а потом указать способ обогрева и степень огнестойкости. После этого, система выполнит расчет толщины огнезащиты и предоставит результаты — необходимую толщину и объем плит, а также расходных материалов.

1.5 Теплотехнический калькулятор Paroc

Известный финский производитель теплоизоляционных материалов Paroc на своем российском сайте предлагает выполнить расчет всех видов утеплителей http://calculator. paroc.ru/ в соответствии с требованиями СП 50.13330.2015 «Тепловая защита зданий».

Для этого необходимо указать конструкцию стены, покрытия или перекрытия здания, уточнить температурные режимы и географию расположения объекта. В результате программа выполнит расчет сопротивления строительных конструкций теплопередаче и определит минимально допустимую толщину утеплителя. Отчет о проделанной работе можно распечатать или сохранить в файле формата PDF.

1.6. Теплоизоляция Baswool

Отечественная компания ООО «Агидель», выпускающая популярные теплоизоляционные материалы Baswool предлагает для своей продукции бесплатный калькулятор http://www.baswool.ru/calc.html . Интерфейс ресурса очень простой, а расчет предлагается выполнить в несколько шагов, поэтапно указав город строительства, категорию здания, утепляемую конструкцию. В результате программа предоставит на выбор несколько вариантов систем утепления Baswool с указанием толщины материала.

1. 7. Расчетные программы Основит

Один из лидеров отечественных производителей отделочных материалов ТМ «Основит» предлагает на своем сайте бесплатно рассчитать объемы работ и стоимость их выполнения. С помощью калькулятора Основит http://osnovit.ru/system-calc/calc.php можно определить параметры фасадной теплоизоляции. Введя стандартный набор исходных данных, пользователь получает итоговую спецификацию предлагаемого набора материалов для устройства теплого фасада.

Дополнительно сервис Основит позволяет определить расход любого материала из своей производственной линейки . Преимуществом такого расчета является то, что результаты выдаются с привязкой к фасовочным единицам товара. Например, выбрав в меню категорий продукции «Смеси для пола» стяжку Стартлайн FC41 Н, указав толщину ее нанесения и общую площадь поверхности, пользователь узнает, сколько мешков сухой смеси ему потребуется.

2. Расчет технической изоляции

2. 1. Калькулятор расчета технической изоляции от Isotec

Isotec–торговая марка известной международной компании«Сен Гобен», под которой выпускается линейка технической изоляции. Эти материалы применяются для противопожарной обработки строительных конструкций, термической изоляции трубопроводов отопления и кондиционирования, а также промышленных емкостных сооружений.

Сайт компании предлагает выполнить расчет тепловых характеристик системы при помощи бесплатной онлайн-программы http://calculator.isotecti.ru/ . Калькулятор работает в соответствии с регламентом СП 61.13330.2012 (тепловая изоляция для оборудования и трубопроводов). Расчет выполняется на основании заданных критериев: температура поверхности трубопровода, транспортируемого потока, разница температурных характеристик по длине и так далее. Требуемые условия задаются пользователем в меню сайта.

После этого необходимо выбрать один из предлагаемых вариантов устройства теплоизоляции Isotec (например, цилиндры для трубопроводов). Программа автоматически определит толщину материала.

2. 2. Таким же образом можно произвести и расчет теплоизоляции трубопроводов с помощью уже знакомого сервиса Paroc http://calculator.paroc.ru/new/ . Все расчеты выполняются в соответствии с СП 61.13330.2012 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов (актуализированная редакция СНиП 41-03-2003). С его помощью можно подобрать оптимальные характеристики и тип технической изоляции. Система включает в себя различные методы расчета — по плотности теплового потока, его температуре, для предотвращения замерзания жидкости и т. д. Чтобы произвести расчет толщины теплоизоляции трубопроводов, нужно выбрать метод, ввести необходимые данные (диаметр, материал, толщина трубопровода и т.д.), после чего программа сразу же выдаст готовый результат. При этом, учитываются различные важные факторы — температура содержимого трубопровода, окружающей среды, величина механической нагрузки на трубопровод и другие. В результате, калькулятор расчета теплоизоляции трубопроводов определит толщину и объем утеплителя.

3. Расчет кровли

Расчет материалов кровли онлайн можно выполнить на специализированном ресурсе металлочерепицы http://www.metalloprof.ru/calc/ . Для этого необходимо выбрать форму крыши, указать ее основные размеры и определить тип кровельного материала. Программа выдаст расход металлочерепицы, количество коньков, карнизов и крепежных элементов. В результате будет высчитана стоимость материала в соответствии с актуальным прайс-листом поставщика.

4. Калькулятор для расчета сэндвич- панелей

Если вам необходимо рассчитать сэндвич панели, требуемые для строительства определенного здания, то сделать это также можно онлайн, при помощи бесплатных калькуляторов. Вполне удобным и эффективным считается сервис Теплант, который предлагает пользователю функцию онлайн-калькулятора для примерного расчета размеров сэндвич панелей http://teplant.ru/calculate/ и других параметров (количество панелей и прочих элементов, расходных материалов). Это универсальный сервис, при помощи которого вы легко сможете рассчитать как стеновые сэндвич панели , так и кровельные сэндвич панели . Для расчета необходимо указать тип кровли здания, его габариты, выбрать цвет панелей и их вид (стеновые, кровельные).

Программа определит количество материала, крепежных и фасонных элементов, а также рассчитает их стоимость.

5. Калькулятор расчета каменных конструкций

5.1. Расчет газобетона

Что же касается такого популярного направления, как расчет газобетона онлайн, то для этой операции вы найдете немало подходящих сервисов в сети Интернет. К примеру, это онлайн-калькулятор газобетона http://stroy-calc.ru/raschet-gazoblokov , при помощи которого можно легко рассчитать количество газобетонных или газосиликатных блоков, необходимых для строительства объекта. При этом, учитываются все необходимые параметры — длина, ширина, плотность, высота и т. д, позволяя быстро вычислить расчет газобетона на дом. Аналогичный сервис можно найти и на многих других сайтах производителей стройматериалов. Например, калькулятор расчета газобетона от компании Bonolit предоставит вам целый перечень результатов — количество блоков в единицах и м3 и даже количество мешков клея.

­­­

Компания Bonolit, специализирующаяся на производстве автоклавного аэрированного бетона (газобетон) для удобства клиентов предоставляет бесплатный сервис по определению объема работ при кладке стен дома. Расчетная программа доступна по адресу : http://www.bonolit.ru/raschet-gazobetona/

В качестве исходных данных калькулятор запрашивает габариты дома, длину внутренних несущих стен, этажность, тип перекрытий, размеры и количество проемов. Результат вычислений предоставляется в виде спецификации материалов и их сметной стоимости. При этом имеется возможность тут же отправить заказ на закупку газобетона.

5.2. Расчет для стен из кирпича

Онлайн-сервис Stroy Calc http://stroy-calc. ru/raschet-kirpicha/ осуществляет расчет стройматериалов для кладки стен дома. Параметры могут определяться для стен из кирпича, строительных блоков, бруса и бревен. Например, при возведении кирпичной постройки в качестве исходных данных необходимо задать периметр, высоту и толщину стен, количество и размеры проемов, а также стоимость единицы материала. Программа определит расход кирпича в штуках и кубах, его стоимость, а также необходимый объем раствора. При этом будет указан вес стен для расчета фундамента. Сервис также позволяет подобрать тип и количество утеплителя. Для этого при определении параметров стен необходимо установить галочку в соответствующем месте.

5.3 Калькулятор теплых блоков Wienerberger

Всемирно известный бренд Wienerberger, лидер по производству теплой керамики, предлагает на своем сайте определить расход строительных блоков Porotherm http://www.wienerberger.ru/инструментарий/расчёт-расхода-блоков . Для расчета необходимо ввести размеры стен дома, указать габариты проемов, их количество.

Программа подберет возможные варианты кладки и выдаст расходы блоков различных параметров. Результат такого расчетабудет носить ориентировочный характер, но для составления предварительной сметы строительства этих данных будет вполне достаточно. Для уточнения объемов работ ресурс предлагает связаться со специалистом компании.

Итак, в данной статье мы рассмотрели наиболее удобные и популярные онлайн-сервисы, предназначенные для расчета строительных материалов. Стоит отметить, что каждый из них является бесплатным, а также имеет удобный современный интерфейс. Все эти ресурсы разработаны в виде подробных калькуляторов, размещенных прямо на страницах сайтов. Таким образом, вы сможете легко и быстро произвести требуемые вам вычисления.

С помощью данного калькулятора вы сможете рассчитать толщину утеплителя для стен дома и других ограждений в соответствии с регионом вашего проживания, материала и толщины стен, используемой пароизоляции, материала для подшивки и других важных параметров при утеплении. Подбирая разные материалы, можно выбрать вариант для себя максимально теплый и дешевый.

Теплотехнический калькулятор для расчета точки росы

С помощью данного калькулятора вы сможете рассчитать оптимальную толщину утеплителя для дома и жилых помещений в соответствии с регионом проживания, материала и толщины стен. Вы сможете рассчитать толщину различных утеплительных материалов. И увидеть наглядно на графике место выпадения конденсата в стене. Удобный калькулятор теплопроводности стены онлайн для расчета толщины утепления.

Калькулятор KNAUF Расчет необходимой толщины теплоизоляции

Рассчитайте необходимую толщину теплоизоляционного материала в основных городах РФ в различных конструкциях на теплотехническом калькуляторе KNAUF, созданном профессионалами из KNAUF Insulation. Все расчеты производятся по требованию СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий», для всех типов зданий. Бесплатный онлайн сервис расчета теплоизоляции KNAUF, удобный и понятный интерфейс.

Калькулятор Rockwool расчёта толщины теплоизоляции стен

Калькулятор разработан специалистами Rockwool для помощи в расчёте необходимой толщины теплоизоляции и оценке экономической эффективности её установки. Произвести теплотехнический расчет, подобрать подходящую марку теплоизоляции и рассчитать необходимое количество пачек очень просто.

В последнее время очень остры дискуссии по поводу утепления стен. Одни советуют утеплять, другие считают это экономически неоправданным. Рядовому застройщику, не обладающему особыми познаниями в теплофизике сложно разобраться во всем этом. С одной стороны теплые стены ассоциируются с меньшим расходом на отопление. С другой стороны «цена вопроса» – теплые стены обойдутся дороже застройщику.

Приведем пример. По расчетам выходит, что 50 мм пенопласта уменьшит теплопотери 50 см пенобетона лишь на 20%. Т.е. 80% тепла в доме будет сберегать пенобетон и лишь 20% пенопласт. Здесь действительно стоит подумать, а стоит ли утплять дом? Стоит ли овчинка выделки. С другой стороны, при утеплении 50 см кирпичной стены пенопласт уменьшит теплопотери в 1,5 раза. Кирпич будет беречь 40%, а пенопласт – 60% тепла. Разобраться с этим вопросом вам поможет расчет толщины утеплителя для стен онлайн.

Из этого делаем вывод, что в каждом отдельном случае следует считать необходимую толщину теплоизоляционного материала для стен вашего дома и рассчитать, сколько вы сэкономите на отоплении после отопления и через какое время у вас окупятся приобретенные материалы и все работы.

Деревянные дома, наверняка, никогда не потеряют своей актуальности и не уйдут с пика популярности. Теплая, приятная, полезная для здоровья человека структура качественной древесины не идет ни в какое сравнение ни с камнем, ни со строительными растворами, ни тем более, с какими бы то ни было полимерами. Тем не менее термоизоляционных качеств дерева, хотя и достаточно высоких, все же бывает недостаточно, чтобы обеспечить в доме максимально комфортабельный микроклимат, и приходится прибегать к дополнительному утеплению стен.

Утепление деревянных стен – дело весьма деликатное, так как необходимо обеспечить достаточность слоя термоизоляции, но при этом не допустить чрезмерности. Кроме того, многое зависит и от типа внешней и внутренней отделки стен, если она предусматривается. Одним словом, без проведения теплотехнических вычислений – не обойтись. А в этом вопросе добрую службу должен сослужить калькулятор расчета утепления стен деревянного дома.

Даже популярные ныне коттеджи из бревна или профилированного бруса необходимо утеплять дополнительно или возводить их из практически несуществующего на рынке деревянного массива толщиной в 35-40 см. Что уж говорить о каменных строениях (блочных, кирпичных, монолитных).

Что значит «утеплиться правильно»

Итак, без теплоизоляционных слоёв обойтись нельзя, с этим согласится подавляющее большинства домовладельцев. Некоторым из них приходится изучать вопрос во время строительства собственного гнёздышка, другие озадачиваются утеплением, чтобы фасадными работами улучшить уже эксплуатируемый коттедж. В любом случае подходить к вопросу необходимо очень скрупулёзно.

Одно дело соблюдение технологии утепления, но ведь часто застройщики допускают ошибки на стадии закупки материала, в частности неправильно выбирают толщину утепляющего слоя. Если жилище окажется слишком холодным, то находиться в нём будет, мягко говоря, некомфортно. При благоприятном стечении обстоятельств (наличие запаса производительности теплогенератора) проблему получится решить увеличением мощности отопительной системы, что, однозначно, влечёт за собой существенный рост расходов на покупку энергоносителей.

Но обычно всё заканчивается куда печальнее: при малой толщине утепляющего слоя ограждающие конструкции промерзают. А это становится причиной перемещения точки росы вовнутрь помещений, из-за чего на внутренних поверхностях стен и перекрытий выпадает конденсат. Потом появляется плесень, разрушаются строительные конструкции и отделочные материалы… Что самое неприятное, так это тот факт, что невозможно устранить неприятности малой кровью. Например, на фасаде придётся демонтировать (или «похоронить») финишный слой, затем создать ещё один барьер из утеплителя, а потом снова отделать стены. Очень недёшево выходит, лучше сразу всё сделать как положено.

Важно! Технологичные современные утеплители мало стоить не будут, причём с увеличением толщины пропорционально будет расти и цена. Поэтому создавать слишком большой запас по теплоизоляции обычно смысла нет, это — пустая трата средств, особенно если случайному сверхутеплению подвергается только часть конструкций дома.

Принципы расчёта утепляющего слоя

Теплопроводность и термическое сопротивление

Прежде всего, нужно определиться с главной причиной охлаждения здания. Зимой у нас работает система отопления, которая греет воздух, но сгенерированное тепло проходит через ограждающие конструкции и рассеивается в атмосфере. То есть происходят теплопотери — «теплопередача». Она есть всегда, вопрос лишь в том, получается ли их восполнить посредством отопления, чтобы в доме оставалась стабильная положительная температура, желательно на уровне + 20-22 градусов.

Важно! Заметим, что очень немаловажную роль в динамике теплового баланса (в общих теплопотерях) играют различные неплотности в элементах здания — инфильтрация. Поэтому на герметичность и сквозняки тоже следует обращать внимание.

Кирпич, сталь, бетон, стекло, деревянный брус… — каждый материал, применяемый при строительстве зданий, в той или иной мере обладает способностью передавать тепловую энергию. И каждый из них обладает обратной способностью — сопротивляться теплопередаче. Теплопроводность является величиной неизменной, поэтому в системе СИ существует показатель «коэффициент теплопроводности» для каждого материала. Данные эти важны не только для понимания физических свойств конструкций, но и для последующих расчётов.

Приведём данные для некоторых основных материалов в виде таблицы.

Теперь о сопротивлении теплопередаче. Значение сопротивления теплопередаче обратно пропорционально теплопроводности. Этот показатель относится и к ограждающим конструкциям, и к материалам как таковым. Он используется для того, чтобы охарактеризовать теплоизоляционные характеристики стен, перекрытий, окон, дверей, кровли…

Для расчёта термического сопротивления используют следующую общедоступную формулу:

Показатель «d» здесь означает толщину слоя, а показатель «k» — теплопроводность материала. Получается, что сопротивление теплопередаче напрямую зависит от массивности материалов и ограждающих конструкций, что при использовании нескольких таблиц поможет нам рассчитать фактическое теплосопротивление существующей стены или правильный утеплитель по толщине.

Для примера: стена в половину кирпича (полнотелого) имеет толщину 120 мм, то есть показатель R получится 0,17 м²·K/Вт (толщина 0,12 метра, разделённая на 0,7 Вт/(м*К)). Аналогичная кладка в кирпич (250 мм) покажет 0,36 м²·K/Вт, а в два кирпича (510 мм) — 0,72 м²·K/Вт.

Допустим, по минеральной вате толщиной 50; 100; 150 мм показатели термического сопротивления будут следующие: 1,11; 2,22; 3,33 м²·K/Вт.

Важно! Большинство ограждающих конструкций в современных зданиях являются многослойными. Поэтому, чтобы рассчитать, например, термическое сопротивление такой стены, нужно отдельно рассматривать все её прослойки, а затем полученные показатели суммировать.

Существуют ли требования к тепловому сопротивлению

Возникает вопрос: а каким, собственно, должен быть показатель сопротивления теплопередачи для ограждающих конструкций в доме, чтобы в помещениях было тепло, и в отопительный период расходовалось минимум энергоносителей? К счастью для домовладельцев, не обязательно снова использовать сложные формулы. Вся необходимая информация есть в СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». В данном нормативном документе рассматриваются строения различного назначения, эксплуатируемые в различных климатических зонах. Это вполне объяснимо, так как температура для жилых помещений и производственных помещений не нужна одинаковая. Кроме того, отдельные регионы характеризуются своими предельными минусовыми температурами и длительность отопительного периода, поэтому выделяют такую усреднённую характеристику, как градусо-сутки отопительного сезона.

Важно! Ещё один интересный момент заключается в том, что основная интересующая нас таблица содержит нормируемые показатели для различных ограждающих конструкций. Это в общем-то не удивительно, ведь тепло покидает дом неравномерно.

Попробуем немного упростить таблицу по необходимому тепловому сопротивлению, вот что получится для жилых зданий (м²·K/Вт):

Согласно данной таблице, становится понятно, что если в Москве (5800 градусо-суток при средней температуре в помещениях порядка 24 градусов) строить дом только из полнотелого кирпича, то стену придётся делать по толщине более 2,4 метра (3,5 Х 0,7). Реально ли это технически и по деньгам? Конечно — абсурд. Вот почему нужно применить утепляющий материал.

Очевидно, что для коттеджа в Москве, Краснодаре и Хабаровске будут предъявляться разные требования. Всё, что нам нужно, так это определить градусо-суточные показатели для нашего населённого пункта и выбрать подходящее число из таблицы. Потом применяя формулу сопротивления теплопередаче, работаем с уравнением и получаем оптимальную толщину утеплителя, который необходимо применить.

Город Градусо-сутки Dd отопительного периода при температуре, + С
24 22 20 18 16 14
Абакан 7300 6800 6400 5900 5500 5000
Анадырь 10700 10100 9500 8900 8200 7600
Арзанас 6200 5800 5300 4900 4500 4000
Архангельск 7200 6700 6200 5700 5200 4700
Астрахань 4200 3900 3500 3200 2900 2500
Ачинск 7500 7000 6500 6100 5600 5100
Белгород 4900 4600 4200 3800 3400 3000
Березово (ХМАО) 9000 8500 7900 7400 6900 6300
Бийск 7100 6600 6200 5700 5300 4800
Биробиджан 7500 7100 6700 6200 5800 5300
Благовещенск 7500 7100 6700 6200 5800 5400
Братск 8100 7600 7100 6600 6100 5600
Брянск 5400 5000 4600 4200 3800 3300
Верхоянск 13400 12900 12300 11700 11200 10600
Владивосток 5500 5100 4700 4300 3900 3500
Владикавказ 4100 3800 3400 3100 2700 2400
Владимир 5900 5400 5000 4600 4200 3700
Комсомольск-на-Амуре 7800 7300 6900 6400 6000 5500
Кострома 6200 5800 5300 4900 4400 4000
Котлас 6900 6500 6000 5500 5000 4600
Краснодар 3300 3000 2700 2400 2100 1800
Красноярск 7300 6800 6300 5900 5400 4900
Курган 6800 6400 6000 5600 5100 4700
Курск 5200 4800 4400 4000 3600 3200
Кызыл 8800 8300 7900 7400 7000 6500
Липецк 5500 5100 4700 4300 3900 3500
Санкт Петербург 5700 5200 4800 4400 3900 3500
Смоленск 5700 5200 4800 4400 4000 3500
Магадан 9000 8400 7800 7200 6700 6100
Махачкала 3200 2900 2600 2300 2000 1700
Минусинск 4700 6900 6500 6000 5600 5100
Москва 5800 5400 4900 4500 4100 3700
Мурманск 7500 6900 6400 5800 5300 4700
Муром 6000 5600 5100 4700 4300 3900
Нальчик 3900 3600 3300 2900 2600 2300
Нижний Новгород 6000 5300 5200 4800 4300 3900
Нарьян-Мар 9000 8500 7900 7300 6700 6100
Великий Новгород 5800 5400 4900 4500 4000 3600
Олонец 6300 5900 5400 4900 4500 4000
Омск 7200 6700 6300 5800 5400 5000
Орел 5500 5100 4700 4200 3800 3400
Оренбург 6100 5700 5300 4900 4500 4100
Новосибирск 7500 7100 6600 6100 5700 5200
Партизанск 5600 5200 4900 4500 4100 3700
Пенза 5900 5500 5100 4700 4200 3800
Пермь 6800 6400 5900 5500 5000 4600
Петрозаводск 6500 6000 5500 5100 4600 4100
Петропавловск-Камчатский 6600 6100 5600 5100 4600 4000
Псков 5400 5000 4600 4200 3700 3300
Рязань 5700 5300 4900 4500 4100 3600
Самара 5900 5500 5100 4700 4300 3900
Саранск 6000 5500 5100 5700 4300 3900
Саратов 5600 5200 4800 4400 4000 3600
Сортавала 6300 5800 5400 4900 4400 3900
Сочи 1600 1400 1250 1100 900 700
Сургут 8700 8200 7700 7200 6700 6100
Ставрополь 3900 3500 3200 2900 2500 2200
Сыктывкар 7300 6800 6300 5800 5300 4900
Тайшет 7800 7300 6800 6300 5800 5400
Тамбов 5600 5200 4800 4400 4000 3600
Тверь 5900 5400 5000 4600 4100 3700
Тихвин 6100 5600 2500 4700 4300 3800
Тобольск 7500 7000 6500 6100 5600 5100
Томск 7600 7200 6700 6200 5800 5300
Тотьна 6700 6200 5800 5300 4800 4300
Тула 5600 5200 4800 4400 3900 3500
Тюмень 7000 6600 6100 5700 5200 4800
Улан-Удэ 8200 7700 7200 6700 6300 5800
Ульяновск 6200 5800 5400 5000 4500 4100
Уренгой 10600 10000 9500 8900 8300 7800
Уфа 6400 5900 5500 5100 4700 4200
Ухта 7900 7400 6900 6400 5800 5300
Хабаровск 7000 6600 6200 5800 5300 4900
Ханты-Мансийск 8200 7700 7200 6700 6200 5700
Чебоксары 6300 5800 5400 5000 4500 4100
Челябинск 6600 6200 5800 5300 4900 4500
Черкесск 4000 3600 3300 2900 2600 2300
Чита 8600 8100 7600 7100 6600 6100
Элиста 4400 4000 3700 3300 3000 2600
Южно-Курильск 5400 5000 4500 4100 3600 3200
Южно-Сахалинск 6500 600 5600 5100 4700 4200
Якутск 11400 10900 10400 9900 9400 8900
Ярославль 6200 5700 5300 4900 4400 4000

Примеры расчёта толщины утеплителя

Предлагаем на практике рассмотреть процесс расчётов утепляющего слоя стены и потолка жилой мансарды. Для примера возьмём дом в Вологде, построенный из блоков (пенобетон) толщиной 200 мм.

Итак, если температура в 22 градуса для обитателей будет нормальной, то актуальный в данном случае показатель градусо-суток равняется 6000. Находим в таблице нормативов по термическому сопротивлению соответствующий показатель, он составляет 3,5 м²·K/Вт — к нему будем стремиться.

Стена получится многослойная, поэтому сначала определим, сколько термического сопротивления даст голый пеноблок. Если средняя теплопроводность пенобетона составляет порядка 0,4 Вт/(м*К), то при 20-миллиметровой толщине эта наружная стена даст сопротивление теплопередаче на уровне 0,5 м²·K/Вт (0,2 метра делим на коэффициент теплопроводности 0,4).

То есть для качественного утепления нам не хватает порядка 3 м²·K/Вт. Их можно получить минеральной ватой или пенопластом, который будут установлены со стороны фасада в вентилируемой навесной конструкции или мокрым способом скреплённой теплоизоляции. Чуть трансформируем формулу термического сопротивления и получаем необходимую толщину — то есть умножаем необходимое (недостающее) сопротивление теплопередачи на теплопроводность (берём из таблицы).

В цифрах это будет выглядеть так: d толщина базальтовой минваты = 3 Х 0,035 = 0,105 метра. Получается, что мы может использовать материал в матах или рулонах толщиной 10 сантиметров. Заметим, что при использовании пенопласта плотностью 25 кг/м3 и выше — необходимая толщина получится аналогичной.

Кстати, можно рассмотреть другой пример. Допустим, хотим из полнотелого силикатного кирпича в этом же доме сделать ограждение тёплого остеклённого балкона, тогда недостающего термического сопротивления будет порядка 3,35 м²·K/Вт (0,12Х0,82). Если планируется применять для утепления пенопласт ПСБ-С-15, то его толщина должна быть 0,144 мм — то есть 15 см.

Для мансарды, крыши и перекрытий техника расчётов будет примерно такая же, только отсюда исключается теплопроводность и сопротивление теплопередачи несущих конструкций. А также несколько увеличиваются требования по сопротивлению — потребуется уже не 3,5 м²·K/Вт, а 4,6. В итоге, вата подойдёт толщиной до 20 см = 4,6 Х 0,04 (теплоизолятор для кровли).

Применение калькуляторов

Производители изоляционных материалов решили упростить задачу рядовым застройщикам. Для этого они разработали простые и понятные программки для расчёта толщины утеплителя.

Рассмотрим некоторые варианты:

В каждом из них в несколько шагов нужно заполнить поля, после чего, нажав на кнопку, можно мгновенно получить результат.

Вот некоторые особенности использования программ:

1. Везде предлагается из выпадающего списка выбрать город/район/регион строительства.

2. Все, кроме Технониколь, просят определить тип объекта: жилое/производственное, либо, как на сайте Пеноплекс — городская квартира/лоджия/малоэтажный дом/хозпостройка.

3. Потом указываем, какие конструкции нас интересуют: стены, полы, перекрытие чердака, крыша. Программа Пеноплекс рассчитывает также утепление фундамента, инженерных коммуникаций, уличных дорожек и площадок.

4. Некоторые калькуляторы имеют поле для указания желаемой температуры внутри помещения, на сайте Rockwool интересуются также габаритами здания и типом применяемого для отопления топлива, количеством проживающих людей. Кнауф ещё учитывает относительную влажность воздуха в помещениях.

5. На penoplex.ru нужно указать тип и толщину стен, а также материал, из которого они изготовлены.

6. В большинстве калькуляторов есть возможность задать характеристики отдельных или дополнительных слоёв конструкций, например, особенности несущих стен без теплоизоляции, тип облицовки…

7. Калькулятор пеноплекс для некоторых конструкций (допустим для утепления кровли методом «между стропил») может считать не только экструдированный пенополистирол, на котором фирма специализируется, но также минеральную вату.

Как вы понимаете, в том, чтобы рассчитать оптимальную толщину теплоизоляции — ничего сложного нет, следует только со всей тщательностью подойти к данному вопросу. Главное, чётко определиться с недостающим сопротивлением теплопередаче, а потом уже выбирать утеплитель, который будет лучше всего подходить для конкретных элементов здания и применяемых строительных технологий. Также не стоит забывать, что к теплоизоляцией частного дома необходимо заниматься комплексно, в должной степени должны быть утеплены все ограждающие конструкции.

Определяем необходимую толщину утеплителя. Калькулятор теплоизоляции онлайн Онлайн калькулятор утепления стен

В последнее время очень остры дискуссии по поводу утепления стен. Одни советуют утеплять, другие считают это экономически неоправданным. Рядовому застройщику, не обладающему особыми познаниями в теплофизике сложно разобраться во всем этом. С одной стороны теплые стены ассоциируются с меньшим расходом на отопление. С другой стороны «цена вопроса» — теплые стены обойдутся дороже застройщику.

Для чего нужен калькулятор теплопроводности стен

В каждом отдельном случае следует считать необходимую толщину теплоизоляционного материала для стен вашего дома и рассчитать, сколько вы сэкономите на отоплении после отопления и через какое время у вас окупятся приобретенные материалы и все работы. Мы подобрали наиболее удобные и понятные сервисы для расчета необходимой толщины теплоизоляционного материала.

Теплотехнический калькулятор. Расчет точки росы в стене

Калькулятор онлайн от smartcalc. ru позволит рассчитать оптимальную толщину утеплителя для стен дома и жилых помещений. Вы сможете рассчитать толщину теплоизоляции и рассчитать точку росы при утеплении дома различными материалами. Калькулятор smartcalc.ru позволяет наглядно увидеть место выпадения конденсата в стене. Это самый удобный теплотехнический калькулятор расчет утепления и точки росы.

Калькулятор толщины утеплителя для стен, потолка, пола

С помощью данного калькулятора вы сможете рассчитать толщину утеплителя для стен, кровли, потолка дома и других строительных конструкций в соответствии с регионом вашего проживания, материала и толщины стен, а также других важных параметров при теплоизоляции. Подбирая разные теплоизоляционные материалы на калькуляторе, вы сможете найти оптимальную толщину утеплителя для стен своего дома.

Калькулятор KNAUF. Расчет толщины теплоизоляции

Данный калькулятор позволяет произвести расчет толщины теплоизоляции стен в основных городах РФ в различных конструкциях на теплотехническом калькуляторе KNAUF, созданном профессионалами из KNAUF Insulation. Все расчеты производятся по требованию СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Бесплатный онлайн калькулятор расчета теплоизоляции KNAUF, сервис имеет удобный и понятный интерфейс.

Калькулятор Rockwool расчёта толщины теплоизоляции стен

Калькулятор разработан специалистами Rockwool для помощи в расчёте необходимой толщины теплоизоляции и оценке экономической эффективности её установки. Произвести теплотехнический расчет, подобрать подходящую марку теплоизоляции и рассчитать необходимое количество пачек минваты очень просто.

Как убрать точку росы из стены при утеплении

7 сентября, 2016
Специализация: мастер по внутренней и наружной отделке (штукатурка, шпаклёвка, плитка, гипсокартон, вагонка, ламинат и так далее). Кроме того, сантехника, отопление, электрика, обычная облицовка и расширение балконов. То есть, ремонт в квартире или доме делался «под ключ» со всеми необходимыми видами работ.

Безусловно, расчет утеплителя для стен в собственном доме, это очень серьёзная работа, особенно, если это не было сделано изначально и в доме холодно. И вот здесь вам придётся столкнуться с рядом вопросов.

Например, каким должен быть утеплитель, какой из них лучше и какая нужна толщина материала? Давайте попробуем разобраться в этих вопросах, а ещё посмотрим видео в этой статье, наглядно демонстрирующее тему.

Утепление стен

Внутри или снаружи

Если вы решили использовать калькулятор расчета толщины утеплителя для стен, то точных данных вы не получите. Вручную можно получить более точную и достоверную информацию. Помимо этого имеет значение расположение изоляции, которую можно укладывать, как внутри, так и снаружи здания, что при расчетах нужно учитывать обязательно!

Особенности внутреннего и наружного утепления:

  • представьте себе, что вы используете калькулятор расчета утеплителя для стен, но при этом изоляцию укладываете внутри помещения, будут ли результаты расчётов верными? Обратите внимание на схему вверху;
  • какой бы толщины ни была изоляция в комнате, стена всё равно останется холодной и это приведёт к определённым последствиям;
  • то есть, это означает, что точка росы или зона, где тёплый воздух при встрече с холодным превращается в конденсат, переносится ближе к помещению. И чем мощнее внутреннее утепление, тем ближе будет эта точка;

  • в некоторых случаях эта зона доходит до поверхности стены, где влага способствует развитию грибковой плесени. Но если даже она остаётся внутри стены, то эксплуатационный ресурс от этого никак не увеличивается;
  • следовательно, инструкция и здравый смысл указывают на то, что внутреннее утепление следует монтировать только в крайнем случае или же тогда, когда нужна звукоизоляция;
  • при наружном утеплении точка росы будет приходиться на зону изоляции, а это означает, что вы сможете повысить срок годности вашей стены и избежать возникновения сырости.

Расчет – дело серьезное!

№п/п Стеновой материал Коэффициент теплопроводности Необходимая толщина (мм)
1 Пенополистироп ПСБ-С-25 0,042 124
2 Минеральная вата 0,046 124
3 Клееный деревянный брус или цельный массив ели и сосны поперёк волокон 0,18 530
4 Кладка керамоблоков на теплоизоляционный клей 0,17 575*
5 Кладка газо- и пеноблоков 400кг/м3 0,18 610*
6 Кладка полистирольных блоков на клей 500кг/м3 0,18 643*
7 Кладка газо- и пеноблоков 600кг/м3 0,29 981*
8 Кладка на клей керамзитобетона 800кг/м3 0,31 1049*
9 Кладка из керамического пустотелого кирпича на ЦПР 1000кг/м3 0,52 1530
10 Кладка из рядового кирпича на ЦПР 0,76 2243
11 Кладка из силикатного кирпича на ЦПР 0,87 2560
12 ЖБИ 2500кг/м3 2,04 6002

Теплотехнический расчет различных материалов

Примечание к таблице. Наличие знака * указывает на необходимость добавления коэффициента 1,15, если в здании сделаны перемычки и монолитные пояса из тяжёлых бетонов. Вверху для наглядности составлена диаграмма — цифры совпадают с таблицей.

Итак, расчет толщины утеплителя, это определение его теплового сопротивления, которое мы обозначим буквой R — постоянная величина, которая рассчитывается отдельно для каждого региона.

Давайте возьмём для наглядности среднюю цифру R=2,8 (м2*K/Вт). Согласно Государственным Строительным Нормам такая величина является минимально допустимой для жилых и общественных зданий .

В тех случаях, когда тепловая изоляция состоит из нескольких слоёв, например, кладка, пенопласт и евровагонка, то сумма всех показателей складывается воедино — R=R1+R2+R3 . А общую или отдельную толщину теплоизоляционного слоя рассчитывают по формуле R=p/k .

Здесь p будет означать толщину слоя в метрах, а буква k , это коэффициент теплопроводности данного материала (Вт/м*к), значение которого вы можете взять из таблицы теплотехнических расчётов, которая приведена выше.

По сути, используя эти же формулы, вы можете произвести расчет энергоэффективности от утепления подоконников или узнать толщину изоляции для пола. Величину R используйте в соответствии со своим регионом.

Чтобы не быть голословным, приведу пример, возьмём кирпичную кладку в два кирпича (обычная стена), а в качестве изоляции будем использовать пенополистирольные плиты ПСБ-25 (двадцать пятый пенопласт), цена которых достаточно приемлема даже для бюджетного строительства.

Итак, тепловое сопротивление, которого нам нужно достичь, должно составлять 2,8 (м2*Л/Вт). Вначале узнаём теплосопротивление данной кирпичной кладки. От тычка до тычка кирпич имеет 250 мм и между ними раствор толщиной 10 мм.

Следовательно, p=0,25*2+0,01=0,51м . Коэффициент у силиката составляет 0,7 (Вт/м*к), тогда Rкирпича=p/k=0,51/0,7=0,73 (м2*K/Вт) — это мы получили теплопроводность кирпичной стены, рассчитав её своими руками.

Идём далее, теперь нам нужно достичь общего показателя для слоёной стены 2,8 (м2*K/Вт), то есть R=2,8 (м2*K/Вт и для этого нам нужно узнать необходимую толщину пенопласта. Значит, Rпенопласта=Rобщая-Rкирпича=2,8-0,73=2,07 (м2*K/Вт).

На фото — локальная защита пенопластом

Теперь для расчёта толщины пенополистирола берём за основу общую формулу и здесь Pпенопласта=Rпенопласта*kпенопласта= 2?07*0?035=0?072м . Конечно, 2 см мы никак не найдём у ПСБ-25, но если учесть внутреннюю отделку и воздушную прослойку между кирпичами, то нам будет достаточно 70 см, а это два слоя

Теплотехнический калькулятор точки росы онлайн

С помощью калькулятора теплоизоляции smartcalc.ru вы рассчитаете необходимую толщину утеплителя в соответствии с климатом, материалом и толщиной стен. Калькулятор точки росы онлайн поможет рассчитать толщину теплоизоляционных материалов и увидеть место выпадения конденсата на графике. Это весьма удобный онлайн калькулятор теплопроводности стены для расчета толщины утепления.

Калькулятор расчета толщины утеплителя стены

С помощью калькулятора теплоизоляции Пеноплэкс вы сможете быстро рассчитать толщину утеплителя для стен и других конструкций в соответствии с нормами СНиП, толщиной и материалом стен, используемой пароизоляцией и других важных параметров при утеплении. Подбирая различные строительные материалы, можно выбрать теплый и доступный вариант при строительстве загородного дома.

Калькулятор KNAUF расчета толщины утеплителя

Рассчитайте толщину теплоизоляционного материала в различных строительных конструкциях на калькуляторе KNAUF, разработанным специалистами из KNAUF Insulation. Все расчеты производятся в соответствии со всеми требованиями СНиП 23-02-2003 «Тепловая защита зданий». Счетчик теплоизоляции KNAUF имеет понятный интерфейс и позволит вам подобрать оптимальную толщину утеплителя.

Калькулятор Rockwool для расчета теплоизоляции

Калькулятор утепления Rockwool для расчета теплоизоляции стены и оценке экономической эффективности материала. Вы можете произвести в режиме реального времени теплотехнический расчет. Быстро подобрать наиболее оптимальную марку теплоизоляции Rockwool для вашего дома и рассчитать необходимое количество упаковок плит и рулонов утеплителя для обрабатываемой поверхности.

Калькулятор теплопроводности для расчета толщины стен

Споры по поводу необходимости утепления стен и фасадов домов никогда не затихнут. Одни советуют утеплять фасад, другие уверяют, что это экономически неоправданно. Частному застройщику, не обладающему серьезными познаниями в теплофизике во всем этом сложно разобраться. С одной стороны теплые стены снижают расходом на отопление. Но какова «цена вопроса» – теплые стены обойдутся дороже.

В настоящее время в сети имеется немало бесплатных онлайн калькулятор и сервисов, позволяющих выполнить достаточно точные расчеты строительных конструкций.

В данном обзоре вы найдете подборку расчетных программ, используя которые вы сможете быстро выполнить расчеты по теплоизоляции, огнезащиты, звукоизоляции, технической изоляции, кровли, каменным конструкциям и сэндвич-панелям.

Содержание:

5. Калькулятор для расчета каменных конструкций

1. Калькуляторы для расчета теплоизоляции, звукоизоляции, огнезащиты

Расчет толщины теплоизоляции является одним из важнейших факторов, необходимым при проектировании строительных объектов. Одним из главных параметров здесь считают теплосопротивление, которое высчитывается, исходя из климатической зоны того или иного региона, а так же вида ограждающих конструкций. Также необходимо учесть и другие важные детали, сделать это вам поможет специальная программа расчета теплоизоляции.

1.1. Онлайн-калькулятор теплоизоляции http://tutteplo.ru/138/ рассчитывает толщину слоя утеплителя для зданий и сооружений согласно требованиям СНИП 23-02-2003. Тепловая защита зданий. В создании калькулятора для расчета толщины теплоизоляции принимали участие сотрудники ОАО Институт «УралНИИАС». В качестве исходных данных требуется указать тип здания (жилое, общественное или производственное), район строительства, выбрать ограждающие конструкции, подлежащие термоизоляции, их характеристики. В качестве применяемого утеплителя доступен широкий выбор популярных марок, таких как Rockwool, Paroc, Isover, Термоплекс и множество других.

На основании теплотехнического расчета программа определяет толщину изоляции. При необходимости администрация сайта предоставляет бесплатные онлайн-консультации для проектировщиков и специалистов, а также на e-mail по запросу могут быть высланы детальные расчетные материалы.

1.2. Теплотехнический калькулятор http://www.smartcalc.ru/

Детальный теплотехнический расчет ограждающих конструкций онлайн можно выполнить в этой программе. Для начала работы сервис просит ввести данные о типе конструкций, районе строительства и температурном режиме помещения. Далее, калькулятор обрабатывает информацию и выдает решение о соответствии ограждающих конструкций требованиям нормативной документации.

В возможности программы входит построение схем тепловой защиты, влагонакопления и теплопотерь. Для удобства в меню есть примеры готовых решений, ознакомившись с которыми, выполнить расчет самостоятельно не составит труда.

1.4 Калькуляторы Технониколь

С помощью онлайн сервиса Технониколь http://www.tn.ru/about/o_tehnonikol/servisy/programmy_rascheta/ можно рассчитать:

  • толщину звукоизоляции;
  • расход материалов для огнезащиты металлоконструкций;
  • тип и количество материалов для плоской кровли;
  • техническую изоляцию трубопроводов.

Для примера рассмотрим калькулятор, который позволит выполнить расчет плоской кровли http://www.tn.ru/calc/flat/ . В начале расчета предлагается выбрать тип покрытия Технониколь (Классик, Смарт, Соло и т.д.) С подробным описанием всех видов можно ознакомиться на этом же сайте в соответствующем разделе.

Следующим этапом вводятся параметры кровельного пирога, географическое местоположение объекта и геометрические размеры конструкций крыши. Результаты расчета плоской кровли онлайн программа предоставляет в формате Adobe Acrobat или Microsoft Excel. Отчетный документ оформляется на фирменном бланке компании и содержит два вида показателей: по укрупненной и детализированной формам. Полученные спецификации могут использоваться непосредственно для закупки материала.

Еще Технониколь предлагает воспользоваться калькулятором расчета звукоизоляции http://www.tn.ru/calc/noise_insulation/ , в котором доступно два режима — для застройщика и проектировщика. Программа расчета звукоизоляциидает возможность выбора конструкции (стена, перекрытие), типа помещения, источника шума и других параметров. Далее, пользователь может выбрать одну из нескольких изоляционных систем, подходящих под его вводные данные.

Расчет огнезащиты металлоконструкцийтакже можно осуществить при помощи интернет-программы http://www.tn.ru/calc/fire_protection/ . Он позволяет выбрать геометрию конструкции (двутавр, швеллер, уголок, прямоугольная или круглая труба), ее параметры по ГОСТу или размеры для сварной конструкции, а потом указать способ обогрева и степень огнестойкости. После этого, система выполнит расчет толщины огнезащиты и предоставит результаты — необходимую толщину и объем плит, а также расходных материалов.

1.5 Теплотехнический калькулятор Paroc

Известный финский производитель теплоизоляционных материалов Paroc на своем российском сайте предлагает выполнить расчет всех видов утеплителей http://calculator.paroc.ru/ в соответствии с требованиями СП 50.13330.2015 «Тепловая защита зданий».

Для этого необходимо указать конструкцию стены, покрытия или перекрытия здания, уточнить температурные режимы и географию расположения объекта. В результате программа выполнит расчет сопротивления строительных конструкций теплопередаче и определит минимально допустимую толщину утеплителя. Отчет о проделанной работе можно распечатать или сохранить в файле формата PDF.

1.6. Теплоизоляция Baswool

Отечественная компания ООО «Агидель», выпускающая популярные теплоизоляционные материалы Baswool предлагает для своей продукции бесплатный калькулятор http://www.baswool.ru/calc.html . Интерфейс ресурса очень простой, а расчет предлагается выполнить в несколько шагов, поэтапно указав город строительства, категорию здания, утепляемую конструкцию. В результате программа предоставит на выбор несколько вариантов систем утепления Baswool с указанием толщины материала.

1.7. Расчетные программы Основит

Один из лидеров отечественных производителей отделочных материалов ТМ «Основит» предлагает на своем сайте бесплатно рассчитать объемы работ и стоимость их выполнения. С помощью калькулятора Основит http://osnovit.ru/system-calc/calc.php можно определить параметры фасадной теплоизоляции. Введя стандартный набор исходных данных, пользователь получает итоговую спецификацию предлагаемого набора материалов для устройства теплого фасада.

Дополнительно сервис Основит позволяет определить расход любого материала из своей производственной линейки . Преимуществом такого расчета является то, что результаты выдаются с привязкой к фасовочным единицам товара. Например, выбрав в меню категорий продукции «Смеси для пола» стяжку Стартлайн FC41 Н, указав толщину ее нанесения и общую площадь поверхности, пользователь узнает, сколько мешков сухой смеси ему потребуется.

2. Расчет технической изоляции

2.1. Калькулятор расчета технической изоляции от Isotec

Isotec–торговая марка известной международной компании«Сен Гобен», под которой выпускается линейка технической изоляции. Эти материалы применяются для противопожарной обработки строительных конструкций, термической изоляции трубопроводов отопления и кондиционирования, а также промышленных емкостных сооружений.

Сайт компании предлагает выполнить расчет тепловых характеристик системы при помощи бесплатной онлайн-программы http://calculator.isotecti.ru/ . Калькулятор работает в соответствии с регламентом СП 61.13330.2012 (тепловая изоляция для оборудования и трубопроводов). Расчет выполняется на основании заданных критериев: температура поверхности трубопровода, транспортируемого потока, разница температурных характеристик по длине и так далее. Требуемые условия задаются пользователем в меню сайта.

После этого необходимо выбрать один из предлагаемых вариантов устройства теплоизоляции Isotec (например, цилиндры для трубопроводов). Программа автоматически определит толщину материала.

2. 2. Таким же образом можно произвести и расчет теплоизоляции трубопроводов с помощью уже знакомого сервиса Paroc http://calculator.paroc.ru/new/ . Все расчеты выполняются в соответствии с СП 61.13330.2012 Тепловая изоляция оборудования и трубопроводов (актуализированная редакция СНиП 41-03-2003). С его помощью можно подобрать оптимальные характеристики и тип технической изоляции. Система включает в себя различные методы расчета — по плотности теплового потока, его температуре, для предотвращения замерзания жидкости и т. д. Чтобы произвести расчет толщины теплоизоляции трубопроводов, нужно выбрать метод, ввести необходимые данные (диаметр, материал, толщина трубопровода и т.д.), после чего программа сразу же выдаст готовый результат. При этом, учитываются различные важные факторы — температура содержимого трубопровода, окружающей среды, величина механической нагрузки на трубопровод и другие. В результате, калькулятор расчета теплоизоляции трубопроводов определит толщину и объем утеплителя.

3. Расчет кровли

Расчет материалов кровли онлайн можно выполнить на специализированном ресурсе металлочерепицы http://www.metalloprof.ru/calc/ . Для этого необходимо выбрать форму крыши, указать ее основные размеры и определить тип кровельного материала. Программа выдаст расход металлочерепицы, количество коньков, карнизов и крепежных элементов. В результате будет высчитана стоимость материала в соответствии с актуальным прайс-листом поставщика.

4. Калькулятор для расчета сэндвич- панелей

Если вам необходимо рассчитать сэндвич панели, требуемые для строительства определенного здания, то сделать это также можно онлайн, при помощи бесплатных калькуляторов. Вполне удобным и эффективным считается сервис Теплант, который предлагает пользователю функцию онлайн-калькулятора для примерного расчета размеров сэндвич панелей http://teplant.ru/calculate/ и других параметров (количество панелей и прочих элементов, расходных материалов). Это универсальный сервис, при помощи которого вы легко сможете рассчитать как стеновые сэндвич панели , так и кровельные сэндвич панели . Для расчета необходимо указать тип кровли здания, его габариты, выбрать цвет панелей и их вид (стеновые, кровельные).

Программа определит количество материала, крепежных и фасонных элементов, а также рассчитает их стоимость.

5. Калькулятор расчета каменных конструкций

5.1. Расчет газобетона

Что же касается такого популярного направления, как расчет газобетона онлайн, то для этой операции вы найдете немало подходящих сервисов в сети Интернет. К примеру, это онлайн-калькулятор газобетона http://stroy-calc.ru/raschet-gazoblokov , при помощи которого можно легко рассчитать количество газобетонных или газосиликатных блоков, необходимых для строительства объекта. При этом, учитываются все необходимые параметры — длина, ширина, плотность, высота и т. д, позволяя быстро вычислить расчет газобетона на дом. Аналогичный сервис можно найти и на многих других сайтах производителей стройматериалов. Например, калькулятор расчета газобетона от компании Bonolit предоставит вам целый перечень результатов — количество блоков в единицах и м3 и даже количество мешков клея.

­­­

Компания Bonolit, специализирующаяся на производстве автоклавного аэрированного бетона (газобетон) для удобства клиентов предоставляет бесплатный сервис по определению объема работ при кладке стен дома. Расчетная программа доступна по адресу : http://www.bonolit.ru/raschet-gazobetona/

В качестве исходных данных калькулятор запрашивает габариты дома, длину внутренних несущих стен, этажность, тип перекрытий, размеры и количество проемов. Результат вычислений предоставляется в виде спецификации материалов и их сметной стоимости. При этом имеется возможность тут же отправить заказ на закупку газобетона.

5.2. Расчет для стен из кирпича

Онлайн-сервис Stroy Calc http://stroy-calc.ru/raschet-kirpicha/ осуществляет расчет стройматериалов для кладки стен дома. Параметры могут определяться для стен из кирпича, строительных блоков, бруса и бревен. Например, при возведении кирпичной постройки в качестве исходных данных необходимо задать периметр, высоту и толщину стен, количество и размеры проемов, а также стоимость единицы материала. Программа определит расход кирпича в штуках и кубах, его стоимость, а также необходимый объем раствора. При этом будет указан вес стен для расчета фундамента. Сервис также позволяет подобрать тип и количество утеплителя. Для этого при определении параметров стен необходимо установить галочку в соответствующем месте.

5.3 Калькулятор теплых блоков Wienerberger

Всемирно известный бренд Wienerberger, лидер по производству теплой керамики, предлагает на своем сайте определить расход строительных блоков Porotherm http://www.wienerberger.ru/инструментарий/расчёт-расхода-блоков . Для расчета необходимо ввести размеры стен дома, указать габариты проемов, их количество.

Программа подберет возможные варианты кладки и выдаст расходы блоков различных параметров. Результат такого расчетабудет носить ориентировочный характер, но для составления предварительной сметы строительства этих данных будет вполне достаточно. Для уточнения объемов работ ресурс предлагает связаться со специалистом компании.

Итак, в данной статье мы рассмотрели наиболее удобные и популярные онлайн-сервисы, предназначенные для расчета строительных материалов. Стоит отметить, что каждый из них является бесплатным, а также имеет удобный современный интерфейс. Все эти ресурсы разработаны в виде подробных калькуляторов, размещенных прямо на страницах сайтов. Таким образом, вы сможете легко и быстро произвести требуемые вам вычисления.

Деревянные дома, наверняка, никогда не потеряют своей актуальности и не уйдут с пика популярности. Теплая, приятная, полезная для здоровья человека структура качественной древесины не идет ни в какое сравнение ни с камнем, ни со строительными растворами, ни тем более, с какими бы то ни было полимерами. Тем не менее термоизоляционных качеств дерева, хотя и достаточно высоких, все же бывает недостаточно, чтобы обеспечить в доме максимально комфортабельный микроклимат, и приходится прибегать к дополнительному утеплению стен.

Утепление деревянных стен – дело весьма деликатное, так как необходимо обеспечить достаточность слоя термоизоляции, но при этом не допустить чрезмерности. Кроме того, многое зависит и от типа внешней и внутренней отделки стен, если она предусматривается. Одним словом, без проведения теплотехнических вычислений – не обойтись. А в этом вопросе добрую службу должен сослужить калькулятор расчета утепления стен деревянного дома.

(PDF) Термический анализ сотовых многослойных панелей как основы абляционного теплового экрана

масса сердечника приводит к одинаковому изменению общей массы,

, тогда как масса абляционного материала остается постоянной. Следовательно,

кажется, что меньшее значение Pc более желательно, потому что это означает, что

увеличение массы сотовой сердцевины приводит к меньшему увеличению общей массы на

. Изменение массы лицевой панели, общей массы

и параметра Pas в зависимости от толщины лицевой панели приведено в таблице 10

.Поскольку значения P, указанные в таблице 9, меньше, чем значения в таблице 10

, можно предположить, что увеличение массы лицевых панелей

имеет большее влияние на общую массу, чем увеличение массы сотового сердечника

. Другими словами, если требуется снижение максимальной температуры соты

без изменения массы абляционного материала

, увеличение массы сердцевины

более эффективно, чем увеличение массы лицевых листов.Следует помнить, что

эти анализы выполняются на основе постоянных значений высоты сотовой сердцевины

и длины стороны шестиугольника. Кроме того, в этом исследовании игнорируются структурные аспекты

как важное ограничение для проектирования сотовых панелей

сэндвич.

IV. Выводы

Код абляции обугленного материала был расширен для моделирования теплопроводности

и передачи тепла излучением через сотовые сэндвич панели

в качестве подложки для абляционных тепловых экранов.Для моделирования кондуктивной теплопередачи

в текущем исследовании использовалась способность исходного кода

CMA моделировать одномерные элементы с переменной площадью поверхности

. Это соотношение использовалось для расчета внутренних коэффициентов обзора

излучения. Разработанный инструмент моделирования был использован для исследования

двух наборов структурных приспособлений. Во-первых, ячеистая сэндвич-панель

рассматривалась как горячая конструкция, в которой сэндвич-панель

не была защищена никакими TPS.Во-вторых, моделирование было проведено

для анализа структурных схем, таких как те, которые используются в командном модуле

Apollo, в котором сотовая сэндвич-панель

была защищена абляционным тепловым экраном. Некоторые из наиболее важных результатов

можно резюмировать следующим образом:

1) Для внутреннего радиационного обмена в гексагональных сотовых ячейках

использование цилиндрической модели с той же площадью поперечного сечения, что и гексагональная ячейка

, приводит к более точные значения для эффективной проводимости

, чем когда приблизительная и точная модели имеют одинаковый периметр поперечного сечения

.

2) Путем игнорирования радиационного обмена в сотовой сердцевине общая проводимость сотовой сотовой конструкции на

была снижена, что привело к увеличению на

значений переходной температуры верхней лицевой панели и снижению на

температуры нижней лицевой панели .

3) Увеличение толщины сотовой сердцевины и лицевых панелей

привело к снижению максимальной температуры субструктуры

, тогда как изменение высоты сердцевины привело к увеличению максимальной температуры на

.

4) Увеличение массы лицевых панелей оказало большее влияние на общую массу

, чем увеличение массы сотового заполнителя.

Эти ожидаемые выводы показывают, что инструмент моделирования

, разработанный в данном исследовании, работает правильно.

Ссылки

[1] Павлоски, Дж. Э. и Сент-Леже, LG, «Отчет об опыте работы Аполлона —

Подсистема тепловой защиты», NASA TN D-7564, 1974.

[2] Шань Лин В., «Квазистационарные решения для удаления обуглившихся материалов

», Международный журнал тепломассопереноса, Vol.50,

№ 5, 2007, с. 1196–1201.

doi: 10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2006.11.011

[3] Mansour, N. N., Lachaud, J., Magin, TE, de Muelenaere, J., and Chen,

Y.-K., «Высокоточная модель теплового отклика обуглившегося аблятора»,

42-я конференция по теплофизике AIAA, доклад AIAA 2011 -3124,

June 2011.

[4] Бонд, Р., Поттер, Д., Кунц, Д., Амар, А., и Смит, Дж., «Возможности Aero Thermal

в Sandia National Laboratories, ”Aerosciences и

Отдел механики сжимаемых жидкостей, Термические и жидкие среды

Семинар по анализу, SAND 2005–4513P, Орландо, Флорида, 2005.

[5] Hillberg, L. B., «Программа конвективного нагрева и абляции (глава)»,

The Boeing Company TR D2-36402-1, Сиэтл, Вашингтон,

мая

1966.

[6] Мойер, CB, и Риндал, РА, «Анализ связанного химически реагирующего пограничного слоя

и аблятора обугливания, часть II:

Решение с конечной разницей для глубинной реакции обугливания материалов

с учетом химического и энергетического баланса поверхности», НАСА

CR-1061, Июнь 1968 г.

[7] Смит, AJ, «FABL3 (Руководство пользователя) — Программа для анализа

систем тепловой защиты от обугливания и абляции», TN20 / 96, выпуск 3,

Fluid Gravity Engineering, май 2000 г.

[8] Chen , Ю.-К. и Милос, Ф.С., «Программа абляции и теплового отклика

для анализа теплозащиты космических аппаратов», Journal of Spacecraft and Rockets,

Vol. 36, № 3, 1999 г., стр. 475–483.

doi: 10.2514 / 2.3469

[9] Юинг, М. Э., Лейкер, Т. С., «Тепловая реакция изоляции и код абляции

, ITRAC, версия 1.0, Руководство по теории », Представитель АТК.

MAN000004, Промонтори, Юта, март 2009 г.

[10] Упадхьяй, Р., Бауман, П., Стогнер, Р., Шульц, К.В., и

Эзекой, О.А., «Сопряжение модели устойчивой абляции с

Гиперзвуковой поток », 48-е совещание AIAA по аэрокосмическим наукам, включающее

Форум« Новые горизонты »и аэрокосмическую выставку, документ AIAA

2010-1176, январь 2010 г.

[11] Бхатиа, А., Рой, С., «Поток пиролизного газа в термоабляционной среде

с использованием неявных во времени прерывистых методов Галеркина», 49-е заседание

AIAA по аэрокосмическим наукам, включая форум New Horizons

и аэрокосмическую выставку, AIAA Paper 2011-145, янв.2011.

[12] Мартин А. и Бойд И., «Моделирование пиролизного газа в системе тепловой защиты

», 40-я конференция по теплофизике, AIAA Paper

2008-3805, июнь 2008.

doi : 10.2514 / 6.2008-3805

[13] Скоггинс, Дж. Б., «Разработка термохимической модели абляции и пиролиза без равновесия

для углерод-фенольных

систем тепловой защиты», MS Диссертация, Университет штата Северная Каролина,

Роли, Северная Каролина, май 2011 г.

[14] Венкатачари, Б.С., Ченг, Г.С., Комуллил, Р. П., и Аясуфи, А.,

«Вычислительные инструменты для аэротермодинамики на входе в атмосферу: Часть II.

Поверхностная абляция, 46-е собрание и выставка AIAA Aerospace Sciences,

Бумага AIAA 2008-1218, 2008.

[15] Карри, Д.М., «Анализ тепловой защиты от обугливания и абляции.

Система

», NASA TN D -3150, 1965.

[16] Bahramian, AR, Kokabi, M., Famili, MHN, and Beheshty, MH,

«Поведение при абляции и термическом разложении композита на основе фенольной смолы типа резола

: моделирование процесса и экспериментальные»,

Polymer, Vol. 47, № 10, 2006 г., стр. 3661–3673.

doi: 10.1016 / j.polymer.2006.03.049

[17] Госсе Р. и Кэндлер Г., «Моделирование абляции электромагнитного

Запущенный снаряд для доступа в космос», 45-я AIAA Aerospace

Science Meeting and Exhibit, AIAA Paper 2007-1210, 2007.

doi: 10.2514 / 6.2007-1210

[18] Сильва, Х., III, и Карнес, Б., «Полностью двумерная проверка

Проблема сопряженной теплопроводности и излучения в оболочке»,

Журнал теплофизики и теплопередачи. Vol. 30, № 4, 2016,

с. 799–803.

doi: 10.2514 / 1.T4694

[19] Ко, У.Л., Гонг, Л., и Куинн, Р.Д., «Термический анализ повторного входа общей конструкции корабля для исследования экипажа

», NASA TM-2007-

214607, NASA Dryden Flight Research Center, Edwards AFB, CA,

май 2007 г.

[20] Ко, В.Л., «Характеристики теплозащиты и термоструктурные характеристики

Производительность многослойной теплоизоляционной системы

из суперсплава», NASA TP-2004-212024, NASA Dryden Flight

Research Center, Edwards AFB , Калифорния, май 2004 г.

[21] Сванн Р.Т. и Питтман С.М., «Анализ эффективной тепловой проводимости

многослойных панелей с сотовой сердцевиной и гофрированной сердцевиной

», NASA TN D-714, апрель 1961 г.

[22] Фатеми Дж., и Леммен, М. Х. Дж., «Эффективные термические / механические свойства

панелей с сотовой сердцевиной для применения в горячих конструкциях»,

Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 46, № 3, 2009 г., стр. 514–525.

doi: 10.2514 / 1.30408 ​​

[23] Поттс, Р. Л., «Применение интегральных методов к абляционному обугливанию

Эрозия: обзор», Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 32, No. 2,

1995, стр. 200–209.

doi: 10.2514 / 3.26597

[24] Сигель Р., и Хауэлл, Дж., Теплопередача тепловым излучением,

, 5-е изд., Тейлор и Фрэнсис, Абингдон, Англия, Великобритания, 2001 г.,

с.

[25] Патанкар С. В. Численный теплоперенос и поток жидкости, McGraw–

,

Hill, Нью-Йорк, 1980, стр. 62–66.

[26] Фейнголд А., «Факторы конфигурации лучистого обмена между

и

различными выбранными плоскими поверхностями», Труды Королевского общества

, Лондон, серия A: математические и физические науки, том.292,

№ 1428, 1966, стр. 51–60.

doi: 10.1098 / rspa.1966.0118

Предварительная статья / TAHMASBI AND NOORI 11

Загружено UNIVERSITY OF VIRGINIA 6 октября 2017 г. | http://arc.aiaa.org | DOI: 10.2514 / 1.T5051

Все, что нужно сделать о сэндвич-панелях: как выбрать и что купить

Сэндвич-панель — это трехслойное строительное изделие, состоящее из двух цветных оцинкованных стальных листов и сердечника между ними.

Технология производства сэндвич-панелей появилась благодаря американским архитекторам Фрэнку Ллойду Райту и Олдену Б.Доу, которые первыми использовали его в своих проектах. Уже в 1959 году американская компания Koppers Inc. начала массовое производство сэндвич-панелей. Старейшими производителями сэндвич-панелей в Европе являются финская компания Rannila, ныне известная под брендом Ruukki, ирландская компания Kingspan и итальянская компания Cannon.

Сэндвич-панели обладают хорошими эстетическими свойствами, отличными энергосберегающими характеристиками, а также быстро монтируются и поэтому широко используются при строительстве торговых и офисных зданий, сборно-каркасных зданий, в том числе складских комплексов, промышленных объектов и сельскохозяйственных построек.

Тип сэндвич-панелей

Стеновые сэндвич-панели

Кровельные сэндвич-панели

В зависимости от назначения сэндвич-панели делятся на стеновые и кровельные. При выборе стеновых сэндвич-панелей ключевыми параметрами являются теплотехнические, прочностные и противопожарные характеристики, а для кровельных панелей также важны несущая способность и длительный срок службы.

Кровельные сэндвич-панели должны обеспечивать полную герметичность и необходимую прочность кровли, поэтому рекомендуется использовать панели со специальным профилем внешней облицовки в виде гребней.

Энергосбережение

Энергосберегающие свойства сэндвич-панелей определяются типом сердечника, герметичностью замка и наличием в нем уплотнителя.

Уплотнение EPDM

Уплотнение может быть из бутила, установленного во время установки панелей, или EPDM (этилен-пропилен-диеновый мономер), установленного в замок панелей во время производства, что обеспечивает лучшую герметичность и энергию эффективность замка сэндвич-панели.

Критическим параметром энергоэффективности сэндвич-панелей является термическое сопротивление (R0), которое учитывает тепловые потери в замковой части конструкции. Минимальное приведенное термическое сопротивление (при 25 ° C) для качественных сэндвич-панелей ведущих европейских производителей представлено в следующей таблице:

Толщина панели, мм Термическое сопротивление R0, м 2 * K / W
Минеральная вата Вспененный полиуретан
40 1,9
60 2,8
3 , 7
100 2,6 4,5
120 3,1 5,5
140 3,5 6,3
160 4,1 7,1
180 4,5 8,3
200 5,0 9,0

Панели с терморезистором Ниже указанных параметров не рекомендуется использовать при строительстве энергоэффективных зданий.

Использование современных сердечников, таких как минеральная вата и PIR, позволяет строить здания даже с нулевым потреблением энергии. Строительство пассивных зданий и складов с регулируемой газовой средой требует использования технических решений по герметизации всех примыканий, а также применения сэндвич-панелей с повышенной энергоэффективностью, позволяющих практически полностью исключить потери энергии. Строительная конструкция из сэндвич-панелей может считаться энергоэффективной, если ее герметичность составляет менее 1.5 м 3 / м 2 час.

Сэндвич-панели со встроенными фотоэлектрическими модулями (солнечными батареями) являются наиболее инновационными энергосберегающими решениями.

Сердечники

Сердцевина (изоляционный слой) сэндвич-панели обеспечивает такие характеристики, как прочность, тепло- и звукоизоляция, а также противопожарные свойства.

Пенопласт

При производстве сэндвич-панелей используются различные типы наполнителей; Наибольшее распространение получили минеральная вата, пенополиуретан (PU, PUR) и его модификация — пенополиизоцианурат (PIR, IPN), а также пенополистирол (пенопласт).

Панели, наполненные пенопластом, обладают худшими эксплуатационными характеристиками, поэтому, как правило, используются для строительства временных конструкций со сроком эксплуатации до 10 лет и не требующими противопожарной защиты, поскольку пенопласт горючий. Кроме того, пенопласт имеет низкое шумоподавление и способствует растеканию плесени. Единственное преимущество пенопластовых сэндвич-панелей — их невысокая цена.

Минеральная вата

Минеральная вата, являясь наиболее распространенным материалом, всегда используется в сэндвич-панелях с повышенными требованиями к огнестойкости (до EI360), например, в противопожарных перегородках.Коэффициент теплопроводности минеральной ваты находится в диапазоне λ = 0,038–0,044 Вт / мК. В зависимости от необходимых характеристик в конструкции сэндвич-панелей используется минеральная вата различной плотности: низкой плотности (менее 90 кг / м 3 ) — для внутренних перегородок, средней плотности (95-115 кг / м 3 ). — для наружных стен и кровельных панелей или повышенной плотности (120 кг / м 3 и более) — для огнестойких перегородок и стеновых панелей повышенной несущей способности. Характеристики минеральной ваты обусловили широкое использование сэндвич-панелей с такой сердцевиной при строительстве складов горючих материалов, пожароопасных производств, а также зданий с повышенными акустическими требованиями.

PIR сердцевина

Сэндвич-панели из пенополиуретана удобны в установке благодаря небольшому весу (в большинстве случаев плотность пенополиуретана в панелях составляет от 32 до 40 кг / м 3 ) и обладают более высокими энергосберегающими характеристиками. (λ = 0,020-0,021 Вт / мК) по сравнению с минеральной ватой.

Вспененный полиуретан не впитывает влагу и поэтому может успешно применяться в панелях для автомоек, бассейнов, производств с повышенной влажностью (солодовни пивоварен, грибных хозяйств и т. Д.), а также объекты, расположенные вблизи водоемов.

Сэндвич-панели с наполнителем из пенополиуретана применяются на объектах с низкими требованиями пожарной безопасности, а также в холодильных камерах (холодильных и морозильных камерах, в том числе с регулируемой газовой средой). В этом случае необходимо использовать полипропиленовые вставки для крепления панелей, чтобы предотвратить образование мостиков холода и снизить тепловые потери.

Стоит отметить, что пенополиуретан относится к горючим материалам (группа горючести G1) и является горючим (группа M1-M1), а огнестойкость сэндвич-панелей с пенополиуретановым наполнителем составляет EI15.

IPN core

Вспененный полиизоцианурат (PIR) представляет собой новое поколение полиуретановой сердцевины (λ = 0,020-0,021 Вт / мК) с огнестойкостью до EI45. Пенополиизоциануратный наполнитель типа E-PIR имеет класс огнестойкости EI15-EI30, а X-PIR — до EI45.

IPN — торговая марка модифицированного вспененного полиуретана (λ = 0,020-0,022 Вт / мК), используемого в сэндвич-панелях Kingspan. В этом случае IPN по своим характеристикам больше соответствует типу X-PIR, а IPN-L ближе к E-PIR.Недостатком IPN является отсутствие данного типа сердечника среди рекомендованных европейским стандартом ДСТУ Б EN 14509: 2014, что затрудняет подтверждение качественных характеристик изделий с таким сердечником и не гарантирует его долгий срок службы.

Архитектурное выражение

Ассортимент сэндвич-панелей, представленный на рынке Украины, предоставляет практически безграничные возможности создания уникальной архитектуры. Богатые цветовые решения, вариативность направления укладки, разнообразие типов профилей и декора позволяют архитектору использовать сэндвич-панели не только как конструктивный, но и как дизайнерский элемент здания.

Сэндвич-панели со стальной облицовкой с полимерным покрытием могут иметь стандартные (всегда в наличии у производителей на складах) и индивидуальные цвета. Диапазон возможных цветовых оттенков панелей определяется в соответствии с международными цветовыми стандартами RAL, RR или NCS.

При выборе цвета сэндвич-панели необходимо учитывать способность металла разного цвета нагреваться и расширяться, так как это во многом определяет долговечность и эстетические характеристики панелей.Чем темнее цвет, тем сильнее нагревается внешняя облицовка, поэтому темные цвета не рекомендуется использовать на крыше, где панели будут сильнее нагреваться на солнце и могут стать волнистыми, а облицовка может отслоиться от сердцевины. Также не рекомендуется устанавливать темные сэндвич-панели на южном фасаде, так как они могут гнуться, создавая волны, особенно если длина панелей превышает 6 м.

Существует несколько видов профилей облицовки сэндвич-панелей: микропрофильный, линейный, гофрированный, гладкий, штампованный, синусоидальный.В связи с техническими особенностями производства гладкие и синусоидальные поверхности возможны только для панелей с пенополиуретановой сердцевиной. Для помещений, где необходимо исключить скопление пыли или где планируется частая мойка, для удобства следует использовать панели с гладкими или микропрофильными поверхностями.

Сэндвич-панели можно устанавливать горизонтально, вертикально или под наклоном. Допускается использование сэндвич-панелей даже при возведении криволинейных стен, если радиус кривизны составляет 30 м и более.Для равномерного размещения деформаций панелей рекомендуется устанавливать их в один пролет.

Ряд ведущих производителей сэндвич-панелей предлагают дополнительные возможности для их декорирования, такие как нанесение любых цветных изображений на поверхность панелей или установка вентилируемых фасадов с декоративной облицовкой поверх сэндвич-панелей.

Видимое крепление

Скрытое крепление

Помимо внешней облицовки, на визуальное восприятие панелей также влияет крепление, которое может быть видимым или скрытым, а также соединительные и обрамляющие элементы, рейки, специальные угловые сэндвич-панели и т.п.Такие, казалось бы, незначительные детали являются определяющими в фасадной архитектуре ряда объектов. Поэтому при необходимости создать выразительный дизайн здания рекомендуется привлекать к разработке проекта опытных специалистов.

Облицовочные материалы

Оптимальным выбором внешнего облицовочного материала сэндвич-панелей является оцинкованная сталь с полимерным покрытием, обеспечивающая долгий срок службы и сохранение эксплуатационных характеристик изделия.

Перед покупкой сэндвич-панелей стоит обратить внимание на характеристики стальной облицовки. Согласно ДСТУ EN 10346: 2014 для изготовления сэндвич-панелей могут использоваться конструкционные стали S280, S320, S350 с пределом текучести 280-350 МПа. Несмотря на это, многие производители для удешевления используют сталь марки DX51, которая не является конструкционной и поэтому неприемлема для ненесущих сэндвич-панелей.

Этим же стандартом определена необходимость использования оцинкованной стали с содержанием цинка не менее 190 г / м 2 .В этом случае толщина цинкового покрытия с внешней стороны должна быть не менее 20 мкм, а толщина полиэфирного слоя — не менее 25 мкм.

Согласно ДСТУ Б EN 14509: 2014 толщина внешней облицовки сэндвич-панелей может составлять от 0,4 до 0,7 мм. В этом случае, чем толще стальной лист, тем более гладкой будет выглядеть поверхность фасада и тем меньше у нее будет блеска в солнечную погоду. Внутренний облицовочный слой обычно составляет от 0,4 до 0,6 мм и влияет на долговечность и несущую способность сэндвич-панелей.

В зависимости от условий использования и эксплуатации панелей различают несколько типов полимерных покрытий, из которых наиболее распространены:

  • Полиэстер (ПЭ) — стандартное покрытие для большинства зданий без особых требований.
  • Поливинилхлорид (ПВХ) — единственное пленочное покрытие среди представленных типов покрытий, применяемое в зданиях с повышенной влажностью, в пищевой и фармацевтической промышленности, в агрессивных условиях под воздействием моющих и абразивных моющих средств.
  • Полиуретан Pural — помимо характеристик поливинилхлорида, он также обладает высокой устойчивостью к коррозии, механическим повреждениям и воздействию высоких концентраций химически активных веществ.
  • Полиуретан Pural Farm (CSafe) — наиболее устойчивое покрытие, отличающееся повышенной устойчивостью к истиранию, воздействию агрессивной среды, выцветанию, а также влиянию химических соединений группы аммиака и гидроксида натрия. Такое покрытие из-за высокой стойкости чаще всего используется для сельскохозяйственных объектов.
  • Поливинилдифторид PVDF (Hiarc) — покрытие, устойчивое к выцветанию, сохраняющее насыщенные цвета с течением времени, поэтому рекомендуется для фасадов зданий, расположенных в зонах повышенной солнечной активности.

В особых случаях, например, когда атмосфера внутри здания очень агрессивная из-за воздействия моющих и абразивных моющих средств, а также в фармацевтической и пищевой промышленности рекомендуется использовать облицовку сэндвич-панелей из нержавеющей стали. .Такое решение является самым дорогим, но в определенных случаях единственно возможным.

Несущая способность
Несущая способность сэндвич-панели является важной характеристикой, так как в процессе эксплуатации панели подвергаются воздействию снега, ветра, сейсмической активности и т. Д. При проектировании ограждающих конструкций зданий с использованием сэндвич-панелей необходимо: учитывать требования ДБН В.1.2-2: 2006 «Нагрузки и воздействия». Например, при строительстве одного и того же здания в разных регионах значения ветровой и снеговой нагрузки могут отличаться в несколько раз.Также необходимо учитывать конструктивные особенности, эксплуатационные нагрузки, а также условия эксплуатации здания. Например, крыша, помимо снеговой нагрузки, должна выдерживать человека с чистящим средством.

При использовании стеновых сэндвич-панелей в многоэтажных домах особое внимание следует уделять выбору креплений и количеству точек крепления.

В проектах, где возможна взрывоопасная ситуация, необходимо использовать легкие съемные конструкции.В таких конструкциях применяются сэндвич-панели со специальными креплениями, обеспечивающими декомпрессию определенных частей фасада при повышении внутреннего давления. Это позволяет избежать травм людей, находящихся внутри помещений и вблизи объекта, а также повреждений строительных конструкций.

Необходимые характеристики сэндвич-панелей подбираются по таблицам несущей способности и с помощью программного обеспечения для расчета, поэтому перед покупкой необходимо выяснить, есть ли у поставщика такое программное обеспечение.

Геометрические параметры

Толщина сэндвич-панели выбирается исходя из теплотехнического расчета и может быть в пределах от 40 до 300 мм, а ширина — от 1,0 до 1,2 м. Длина панели может составлять от 2 до 13,5 м и ограничена возможностями транспортировки. По удобству монтажа наиболее распространены панели длиной 6-8 м.

Замок врезной и шипованный

Сэндвич-панели могут поставляться с плоским или зигзагообразным замком.Плоские замки могут вызвать образование конденсата и замерзание. В свою очередь, врезной и шип зигзагообразный замок более герметичен и энергоэффективен.

Важно учитывать, что точные геометрические характеристики сэндвич-панелей существенно влияют на герметичность стыковки замков, а также на сроки и качество монтажа. Несмотря на широкий ассортимент марок сэндвич-панелей на украинском рынке, лишь несколько производителей могут гарантировать, что при установке отклонение от геометрических размеров будет в пределах допусков, указанных в ДСТУ Б EN 14509: 2014.Это связано с тем, что для изготовления изделий с точными геометрическими параметрами требуется качественное автоматизированное оборудование, которое есть только у ведущих европейских производителей.

Необходимые сертификаты
Перед покупкой сэндвич-панелей необходимо проверить наличие у продавца перечня необходимых сертификатов и протоколов испытаний, в который входят:

  • Сертификат соответствия УкрСЕПРО.
  • Протокол испытаний теплотехнической сертификации.
  • Отчет о сертификационных испытаниях на прочность.
  • Отчет об испытаниях на огнестойкость с указанием огнестойкости EI для стеновых панелей, RE для неэксплуатируемых крыш, REI для палубных крыш и M для распространения пламени.
  • Гарантийный талон производителя или поставщика. Согласно ДСТУ Б В.2.7-169: 2008 гарантийный срок составляет не менее 1 года. Стоит отметить, что ведущие производители предоставляют гарантию на сэндвич-панели: до 5 лет на целостность изделия, до 25 лет — на эффективную работу материала сердцевины и до 30 лет — на эстетические свойства облицовки панелей.
  • Санитарно-эпидемиологические заключения (требуются для объектов фармацевтической и пищевой промышленности).

Приведенный выше перечень документов лишь частично подтверждает качество поставляемой продукции, поэтому рекомендуется запросить у поставщика дополнительные документы для подтверждения таких характеристик сэндвич-панелей, как:

  • Декларация CE или сертификат соответствия европейские нормы ДСТУ Б EN 14509: 2014.
  • Сертификат соответствия техническому регламенту.
  • Отчет об испытаниях на горючесть сердечника панели (негорючего или горючего).
  • Протоколы испытаний панелей на воздухо- и водонепроницаемость, прочность, ползучесть, шумопоглощение и др. В соответствии с ДСТУ Б EN 14509: 2014.
  • Протоколы испытаний облицовочного покрытия панелей в соответствии с ДБН В.1.7-2002 на горючесть G, распространение пламени RP и т. Д.
  • Сертификаты устойчивости LEED, BREEAM и FM.
  • График несущей способности сэндвич-панелей.
  • Библиотека технических решений и инструкция по монтажу.

При использовании сэндвич-панелей при строительстве зданий в зонах повышенной сейсмической активности рекомендуется запрашивать заключение по сейсмостойкости у поставщика. Чтобы быть абсолютно уверенным в качестве поставляемых панелей, необходимо также запросить отдельные сертификаты и отчеты для материалов, использованных при производстве конкретной партии панелей: стали и сердечника.

Комплектующие и монтаж

Приобретая сэндвич-панели, важно помнить, что в случае использования некачественной фурнитуры или неправильной сборки даже самые лучшие изделия вряд ли прослужат заявленный производителем срок эксплуатации.Выбор креплений, уплотнителей, реек и реек, как и выбор самих сэндвич-панелей, должен основываться на качественных характеристиках продукции, особенностях конкретного типа панелей и рекомендациях производителя.

Несмотря на кажущуюся легкость, сборка сэндвич-панелей — достаточно сложный и ответственный этап, от которого зависят все последующие эксплуатационные расходы и срок эксплуатации здания. Поэтому рекомендуется поручить установку сэндвич-панелей опытным специализированным строительным компаниям, которые могут подтвердить свой опыт соответствующей гарантией.

Производители

Недорогие сэндвич-панели с минимальными требованиями к качеству и долговечности представлены в Украине широким списком торговых марок, среди которых можно выделить AluTherm, Arsenal, Asten, Pantech, Промстан, Куалиметал, Гор. Сталь, Изовол, Paneltech.

Средний ценовой сегмент заполнен продукцией Adamietz, Arcelor, Balex, Isopan, Joris, Metecno, Pruszynski, USP, Isospan, Inteco, Systeminvest, Thermo-bud, TPK.

Сэндвич-панели высочайшего качества в Украине, соответствующие европейскому стандарту качества ДСТУ Б EN 14509: 2014, представлены всего двумя брендами — Kingspan и Ruukki.

Следует помнить, что цена сэндвич-панелей — это не только средства, изначально затраченные на изготовление и установку. Приобретая продукцию более высокого качества, собственник здания не только получает отличный внешний вид и безопасность здания, но и может вернуть затраченные средства за счет снижения затрат на отопление и кондиционирование, а также за счет отсутствия проблем с эксплуатацией кровли и крыши. фасады на протяжении всего срока службы здания.

Что такое U-значение? Объяснение тепловых потерь, тепловой массы и онлайн-калькуляторов

Хотя в настоящее время основной упор в экологических характеристиках зданий делается на использование углерода, по-прежнему необходимо учитывать тепловые характеристики строительных материалов как способствующий фактор. Тепловые характеристики измеряются с точки зрения потерь тепла и обычно выражаются в строительной отрасли как коэффициент теплопроводности или коэффициент теплопередачи. При разработке стратегии строительства обязательно потребуются расчеты коэффициента теплопроводности.У ряда терминов есть слегка схожие значения, и в Интернете можно найти противоречивые толкования. В этой статье объясняются различные термины и их взаимосвязь.

Показатель U или коэффициент теплопередачи (обратный значению R)

Коэффициент теплопередачи, также известный как коэффициент теплопередачи, — это скорость передачи тепла через конструкцию (которая может быть из одного материала или из композитного материала), деленная на разницу температур в этой конструкции.Единицы измерения — Вт / м²K. Чем лучше изолирована конструкция, тем ниже будет коэффициент теплопередачи. Стандарты изготовления и установки могут сильно повлиять на коэффициент теплопередачи. Если изоляция установлена ​​плохо, с зазорами и мостиками холода, коэффициент теплопередачи может быть значительно выше желаемого. Коэффициент теплопередачи учитывает потери тепла из-за теплопроводности, конвекции и излучения.

Расчет коэффициента теплопередачи

Базовый расчет U-значения относительно прост.По сути, значение U можно рассчитать, найдя обратную величину суммы тепловых сопротивлений каждого материала, составляющего рассматриваемый строительный элемент. Обратите внимание, что помимо сопротивления материала внутренняя и внешняя поверхности также имеют сопротивления, которые необходимо добавить. Это фиксированные значения.

Существует ряд стандартов, регулирующих методы расчета коэффициента теплопередачи. Они перечислены в разделе «Полезные ссылки и ссылки» в конце этой статьи.

Простые расчеты коэффициента теплопередачи можно выполнить следующим образом, послойно рассматривая конструкцию строительного элемента. Однако обратите внимание, что при этом не учитываются мосты холода (например, стенные стяжки), воздушные зазоры вокруг изоляции или различные тепловые свойства, например, минометные швы . В этом примере рассматривается полая стена:

Материал Толщина Электропроводность
(значение k)
Сопротивление = Толщина ÷ проводимость
(R-значение)
Наружная поверхность 0.040 К м² / Вт
Кирпич глиняный 0,100 м 0,77 Вт / м · К 0,130 К м² / Вт
Стекловата 0,100 м 0,04 Вт / м · К 2,500 K м² / Вт
Бетонные блоки 0,100 м 1,13 Вт / м⋅K 0,090 К м² / Вт
Штукатурка 0.013 м 0,50 Вт / м · К 0,026 К м² / Вт
Внутренняя поверхность 0,130 К м² / Вт
Итого 2,916 К м² / Вт
Значение U = 1 ÷ 2,916 = 0,343 Вт / м² · K

Обратите внимание, что в приведенном выше примере удельные электропроводности (k-значения) строительных материалов находятся в свободном доступе в Интернете; в частности от производителей.Фактически, использование данных производителя повысит точность, если конкретные указанные продукты известны на момент расчета. Хотя можно учесть швы раствора в приведенном выше расчете, оценив процентную площадь раствора по отношению к заложенной в нем блочной кладке, следует иметь в виду, что это грубый метод по сравнению с более надежным методом, изложенным в BS EN ISO 6946 I .

Измерение коэффициента U

Хотя проектные расчеты являются теоретическими, можно также провести измерения после строительства.У них есть то преимущество, что можно учитывать качество изготовления. Расчеты теплопроводности крыш или стен можно проводить с помощью измерителя теплового потока. Он состоит из датчика термобатареи, который прочно прикреплен к испытательной зоне, чтобы контролировать тепловой поток изнутри наружу. Коэффициент теплопередачи получается путем деления среднего теплового потока (потока) на среднюю разницу температур (внутри и снаружи) за непрерывный период около 2 недель (или более года в случае плиты первого этажа из-за накопления тепла в помещении). земля).

Точность измерений зависит от ряда факторов:

  • Величина разницы температур (больше = точнее)
  • Погодные условия (лучше облачно, чем солнечно)
  • Хорошая адгезия термобатареи к испытательной зоне
  • Продолжительность мониторинга (большая продолжительность позволяет получить более точное среднее значение)
  • Больше контрольных точек обеспечивает большую точность для предотвращения аномалий

Два усложняющих фактора, которые могут повлиять на свойства теплопередачи материалов, включают:

  • Температура окружающей среды, в том числе из-за скрытой теплоты
  • Воздействие конвекционных потоков (повышенная конвекция способствует тепловому потоку)

Калькуляторы коэффициента теплопередачи

Поскольку расчет U-значений может занять много времени и быть сложным (особенно там, где, например, необходимо учитывать холодный мостик), было выпущено множество онлайн-калькуляторов U-value.Однако многие из них доступны только по подписке, а бесплатные, как правило, слишком упрощены. Другой вариант — запросить расчет, например, у производителя изоляции, продукт которого указывается.

Строительные нормы и правила Утвержденные документы L1A, L2A, L1B и L2B в Англии и Уэльсе все относятся к публикации BR 443 Соглашения для расчета U-значения II для утвержденных методологий расчета, в то время как сопутствующий документ U-value Conventions in упражняться.Рабочие примеры с использованием BR 443 III содержат полезные рекомендации.

R-value, или теплоизоляция (обратная U-value)

Теплоизоляция является преобразователем коэффициента теплопередачи; другими словами, способность материала противостоять тепловому потоку. R-значения чаще используются в определенных частях мира (например, в Австралии), в отличие от Великобритании, предпочитающей U-значения. Единицами измерения коэффициента теплопередачи являются м²K / Вт, и, опять же, более высокое значение указывает на лучшую производительность (в отличие от более низкого значения, требуемого для значения U).

значение k или теплопроводность (также известное как значение лямбда или λ; величина, обратная удельному тепловому сопротивлению)

Теплопроводность — это способность материала проводить тепло. Следовательно, высокая теплопроводность означает, что передача тепла через материал будет происходить с большей скоростью; обратите внимание, что это также зависит от температуры. Единицы теплопроводности — Вт / м⋅К. Однако, в отличие от значений U и R, значения k не зависят от толщины рассматриваемого материала.

Значение Y, или теплопроводность, или коэффициент теплопередачи

Способность материала поглощать и отдавать тепло из внутреннего пространства при изменении температуры этого пространства называется теплопроводностью (или коэффициентом теплопередачи ) и определяется в BS EN ISO 13786: 2007 Тепловые характеристики строительных элементов IV . Это также является основой для «динамической модели агрегата» в CIBSE Guide A: Environmental design V , которая используется для расчета охлаждающих нагрузок и летних температур в помещении.Чем выше теплопроводность, тем выше будет тепловая масса. Теплопроводность аналогична коэффициенту теплопередачи (и используются те же единицы измерения). Однако он измеряет теплоемкость материала, то есть способность материала сохранять и выделять тепло в течение определенного периода времени, обычно 24 часа. Как и коэффициент теплопередачи, единицы измерения — Вт / м²K.

Обратите внимание, что коэффициент теплопроводности «значение Y» не следует путать с коэффициентом теплового моста «значение y» , который определен в приложении K к стандартной процедуре оценки (SAP) как полученный из линейного коэффициента теплопередачи.

Psi (Ψ) значение, или линейный коэффициент теплопередачи

Мера теплопотерь из-за теплового моста называется линейным коэффициентом теплопередачи (в отличие от коэффициента теплопередачи «площади», который иначе называется значением U), с единицами измерения, опять же, Вт / м²K. Значения Psi используются для получения значений y (коэффициент теплового моста , ) в Приложении K к стандартной процедуре оценки.

Удельное термическое сопротивление (обратное теплопроводности)

Термическое сопротивление — это способность материала сопротивляться теплопроводности через него.Как и значение k, это свойство не зависит от толщины рассматриваемого материала. Единицы измерения удельного теплового сопротивления — Км / Вт.

Теплопроводность (обратная термическому сопротивлению)

Это относится к количеству тепла, проводимого через материал заданного объема в единицу времени, то есть скорость теплопроводности. Таким образом, единицы измерения — Вт / К.

Тепловое сопротивление (обратное теплопроводности)

Это мера того, насколько хорошо материал может сопротивляться теплопроводности через него, и измеряется в К / Вт.Как и в случае с теплопроводностью, это мера скорости переноса для данного объема.

Тепловая масса

До сих пор в строительной отрасли Великобритании в значительной степени игнорировалось, что тепловая масса (в отличие от теплопроводности) выводится из удельной теплоемкости (способность материала накапливать тепло относительно своей массы), плотность и теплопроводность (насколько легко тепло может проходить через материал). SAP 2009 использует теплопроводность в виде значения «k» (или каппа) при расчете параметра тепловой массы (TMP).Значение k — это теплоемкость на единицу площади «термически активной» части конструктивного элемента (только первые 50 мм или около того толщины элемента оказывают реальное влияние на тепловую массу, так как она уменьшается с увеличением глубины до элемент; за пределами 100 мм эффект незначителен). Следует отметить, что значение «k» является приблизительным, поскольку делаются предположения о степени термически активных объемов материала; кроме того, он игнорирует влияние теплопроводности при расчете периода, в течение которого тепло поглощается и выделяется из материала.BS EN ISO 13786 VI обеспечивает более эффективный метод определения тепловой массы. Не следует путать тепловую массу с изоляцией.

Значение тепловой массы невозможно переоценить, как показано на следующих примерах:

Строительство стен Значение U Тепловая проводимость Тепловая масса
  • кирпич 200мм
  • «Мокрая» штукатурка 13 мм
2 Вт / м² · K 4.26 Вт / м² · K 169 кДж / м² · K
  • Кирпич 100мм
  • Полость, заполненная минеральной ватой 150 мм
  • Газобетонный блок 100мм
  • Гипсокартон толщиной 13 мм на штукатурке 10 мм
0,19 Вт / м² · K 1,86 Вт / м² · K 9 кДж / м² · K

Обратите внимание, насколько низкая тепловая масса современной полой стены по сравнению с массивной кирпичной стеной.Однако, заменив сухую штукатурку «влажной» штукатуркой толщиной 13 мм, пропускная способность может быть существенно увеличена:

Строительство стен Значение U Тепловая проводимость Тепловая масса
  • Кирпич 100мм
  • Полость, заполненная минеральной ватой 150 мм
  • Газобетонный блок 100мм
  • «Мокрая» штукатурка 13 мм
0.19 Вт / м² · K 2,74 Вт / м² · K 60 кДж / м² · K

Таким образом, можно увидеть, что такое разделение гипсокартона позволяет почти полностью удалить эффективную тепловую массу в доме, построенном в соответствии с современными стандартами и технологиями.

Использование тепловой массы для борьбы с перегревом в летнее время обсуждается более подробно в серии статей Адаптация к изменению климата в зданиях: избыточное тепло , часть первая VII и две VIII .

Декремент

Описывает способ, с помощью которого плотность, теплоемкость и теплопроводность материала могут замедлять передачу тепла от одной стороны к другой, а также уменьшать это усиление при прохождении через него. Следовательно, это влияет на тепловые характеристики здания в более теплые периоды. Они называются задержкой декремента и коэффициентом декремента соответственно.

Химическая фаза

Когда материал меняет состояние с твердого на жидкое или с жидкости на газ, теплопроводность этого материала может измениться.Это происходит из-за поглощения и выделения скрытой теплоты, а также может происходить в меньших масштабах, что может быть выгодно при строительстве.

Становятся все более доступными материалы, которые могут обеспечить высокую тепловую массу при малых объемах. Эти вещества, известные как материалы с фазовым переходом (PCM), могут накапливать и выделять скрытое тепло при плавлении и затвердевании соответственно в узком температурном диапазоне. Эти материалы могут быть микрокапсулированы в определенных типах строительных материалов, таких как гипс или глина, с образованием либо облицовочных плит, либо потолочной плитки.Они также могут быть макроинкапсулированы, например, в Пластины теплообменника для использования в охлаждающих и вентиляционных установках и исследуются на предмет включения в пенополиуретановые панели для таких применений, как композитные облицовочные панели с металлическим покрытием. Преимущество ПКМ в том, что они могут обеспечивать значительное количество тепловой массы, будучи сами по себе очень тонкими; то есть , тепловая масса кажется непропорционально большой по сравнению с физической толщиной материала.

PCM

могут предложить практическое решение для повторного использования тепловой массы в легких зданиях для противодействия перегреву и более подробно рассматриваются в серии статей Адаптация к изменению климата в зданиях: избыточное тепло (часть вторая) IX .

Заинтересованы в большем количестве подобного контента? Подпишитесь на информационный бюллетень NBS eWeekly.

Зарегистрируйтесь сейчас

Сэндвич-панель

— обзор

13.6.1 Композитные сэндвич-панели

Сэндвич-панели обычно состоят из относительно мягкой сердцевины, зажатой между двумя жесткими внешними лицевыми листами. Добавление сердечника увеличивает жесткость на изгиб за счет увеличения второго момента площади конструкции без значительного увеличения веса. Таким образом, такие конструкции обладают высокой удельной прочностью и жесткостью, а также акустическими демпфирующими свойствами, что делает их привлекательными материалами для применения в аэрокосмической отрасли.Например, 8% смачиваемой поверхности Boeing 707 составляют многослойные конструкции, этот показатель вырос до 46% в самолетах Boeing 757 и 767 [39]. Кроме того, фюзеляж Boeing 747 основан в основном на сотовых конструкциях Nomex, а также полы, потолок и боковые панели [39]. Точно так же Beech Starship признан первым самолетом, полностью состоящим из сэндвичей, в конструкции которого использованы углерод / номекс и арамид / номекс. Многослойные конструкции, в основе которых лежат сотовые элементы, также находят широкое применение в стенах багажных отсеков, конструкциях, которые потенциально могут подвергаться взрывным нагрузкам от скрытых взрывчатых веществ [40].

Существует огромная возможность для потенциальных комбинаций лицевого листа и сердечника, включая изменение геометрии (толщины лицевых листов и сердечника), материала (смола, арматура, материал сердечника), методов соединения и производства. Arora et al. [41] представляют измерения переходных характеристик в результате взрывных испытаний сэндвич-панелей с эпоксидными лицевыми панелями из Е-стекловолокна и сердцевинами из полимерной пены (Corecell). Панели считались репрезентативными для полноразмерных панелей, используемых на морском транспорте, с открытой целевой площадью 1.6 × 1,3 м. Панели были загружены путем взрыва 30 кг сфер из полиэтилена 4 на расстоянии нескольких метров от панели. Данные о нестационарном поле деформации и смещения были получены с помощью высокоскоростной фотографии и цифровой корреляции изображений [41]. Наблюдалась асимметричная деформация панели из-за граничной поддержки панелей. КЭ-модели были построены с использованием Abaqus, чтобы понять влияние граничных условий на отклик панели. Повреждение лицевой стороны произошло из-за растрескивания и сопровождалось локальным отслаиванием.Также были очевидны растрескивание сердечника при сдвиге и разрушение поверхности раздела. На оборотных лицевых листах не было видимых разрывов на разрыв и растрескивание [41].

Gardner et al. [42] представили результаты испытаний ударно-нагруженных сэндвич-панелей, содержащих лицевые панели из винилэфирного стекла E и вспененный полимер Corecell. Были также исследованы испытания на панелях с сердцевинами ступенчатого изменения плотности и прослойками из полиуретана. Корреляция цифрового изображения использовалась для захвата динамического отклика панелей. Результаты показали, что полиуриевый сердечник улучшает характеристики панелей при размещении на задней стороне панели.Наблюдались сжатие сердечника, отслоение лицевой панели и растрескивание сердечника.

Langdon et al. [43] протестировали композитные панели из стекловолокна и винилэфира, имеющие массу, эквивалентную многослойным панелям, имеющим такой же композит в лицевом листе и сердцевине из вспененного ПВХ. Хотя полимеры на основе сложных виниловых эфиров не являются смолами для аэрокосмической промышленности, метод и результаты исследования представляют интерес для тех, кто занимается взрывными испытаниями многослойных конструкций для аэрокосмических применений. Панели имели открытую площадь диаметром 200 мм и заряжались детонирующим пластиковым взрывчатым веществом в непосредственной близости от панелей [43].Наблюдалось расслоение лицевых листов, сжатие сердечника, фрагментация сердечника и разрыв волокна [43], как показано в типичном примере на Рисунке 13.9. КЭ моделирование отклика панели также было выполнено. Испытания показали, что в этом конкретном случае простые композитные панели обладают превосходной устойчивостью к взрывной нагрузке, поскольку они могут подвергаться взрывам с большей массой заряда без разрушения. КЭ анализ и эксперименты показали, что это произошло из-за более высокой скорости, передаваемой на лицевую поверхность листа во время взрывного нагружения, что привело к повреждению лицевой пластины.Высокие скорости вызвали разрушение волокна на передней поверхности листа, в результате чего мягкий сердечник подвергся взрывной нагрузке, что привело к фрагментации сердечника. Хотя панели предназначались для использования в морских приложениях, работа подчеркивает как необходимость тщательного проектирования композитных панелей, так и сложную взаимосвязь между геометрическими и материальными свойствами этих конструкционных материалов.

Рисунок 13.9. Фотография поперечного сечения взрывозащищенной полимерной сэндвич-панели с лицевыми панелями из стекловолокна и винилэфиром и сердцевиной из вспененного ПВХ

(Импульс = 19.1 Н · с, заряд ПЭ4 10 г) [43].

С точки зрения авиакосмической отрасли, работа, опубликованная в [40–43], указывает на важные соображения по использованию композитных сэндвич-панелей во взрывобезопасных приложениях. Некоторые из важных соображений включают толщину лицевого листа, эквивалентность простых композитных ламинатов, технологию покрытия, характеристики поглощения энергии сердцевиной и сопротивление расслаиванию композитных лицевых листов.

Термомеханическая оптимизация многослойных панелей со сложенным сердечником для систем тепловой защиты космических аппаратов

Интегрированная система тепловой защиты (ITPS) представляет собой сложную систему, учитывающую как механические, так и тепловые аспекты.Сэндвич-панель с гнутым сердечником M-образной формы, заполненная изоляционным материалом низкой плотности, обеспечивает низкую массу потенциальной панели ITPS. Здесь мы определяем наиболее важные геометрические параметры и устанавливаем жизнеспособную, эффективную с вычислительной точки зрения процедуру оптимизации. Переменными, рассматриваемыми для оптимизации, являются геометрические размеры ITPS, а температура и прогиб принимаются в качестве ограничений. Одномерная (1D) тепловая модель, основанная на модифицированной форме правила смесей, была создана, в то время как трехмерная (3D) модель была принята для линейного статического анализа.Параметрические модели были созданы, чтобы облегчить исследование плана эксперимента (DOE), и приближенные модели с использованием радиальных базисных функций были получены для выполнения процесса оптимизации. Сначала были проведены исследования чувствительности для изучения влияния геометрических параметров на ответы ITPS. Затем была проведена оптимизация как для тепловых, так и для термомеханических ограничений. Результаты показывают, что упрощенная 1D тепловая модель может удовлетворительно прогнозировать температуру по толщине ITPS.Комбинированная стратегия оптимизации, очевидно, повышает вычислительную эффективность процесса проектирования, показывая, что ее можно использовать для первоначального проектирования складчатой ​​основной ITPS.

1. Введение

Космические аппараты сталкиваются с серьезными аэродинамическими нагрузками нагрева и давления во время подъема и входа в атмосферу. Поэтому системы тепловой защиты (TPS) должны поддерживать температуру конструкции в допустимых пределах [1]. Обычные TPS не являются несущими элементами, тогда как интегрированная система тепловой защиты (ITPS) способна выдерживать как механические, так и тепловые нагрузки [2, 3].Как сердцевина из пенопласта, так и сердцевина из гофрированного картона широко исследовались для достижения этой цели [3–9]. Металлическая пена является привлекательным предложением в качестве многослойной сердцевины из-за желаемого сочетания механических, тепловых, акустических и ударопоглощающих свойств [10]. Venkataraman et al. [4] оптимизировали распределение плотности, чтобы минимизировать теплопроводность через толщину металлической пены. Zhu et al. [5] оценили характеристики ITPS на основе металлической пены и сравнили их с традиционной конструкцией TPS.Кроме того, сердцевина из вспененного металла с открытыми порами также обеспечивает активное охлаждение многослойной конструкции. Раков и Ваас [2] изучали термомеханический отклик активно охлаждаемых сэндвич-панелей из пенопласта для системы тепловой защиты. Было показано, что за счет активного охлаждения снижается как температура, так и термомеханическая деформация. Сэндвич-конструкции с гофрированным сердечником были предложены для ITPS благодаря хорошему соотношению прочности и веса и хорошей технологичности. Bapanapalli et al. [3] изучили концепцию сэндвич-панелей с гофрированным сердечником и разработали процедуру оптимизации для минимизации веса панели ITPS.Sharma et al. [6] гомогенизировали панель ITPS на основе моделей конечных элементов и построили модели множественности, чтобы снизить затраты во время оптимизации для заданной точности. Xie et al. [7, 11] разработали двухэтапный подход к оптимизации для получения оптимальных размеров ITPS.

Другой перспективной структурой, подходящей для концепции ITPS, является сэндвич-панель с фальцованной сердцевиной, использующая трехмерную сердцевину, которую можно складывать из плоского основного материала по определенным геометрическим линиям [12, 13]. Его можно изготавливать из различных листовых материалов с помощью удобного непрерывного процесса, и его можно адаптировать к разной геометрии, отвечающей различным функциональным требованиям.Кроме того, конструкция гнутого сердечника с открытыми ячейками устраняет проблемы коррозии, которая является общей проблемой для структур с металлическими сотовыми сердечниками, особенно для тех, которые используются в аэрокосмической промышленности [14].

Эти преимущества привели к появлению нескольких исследовательских программ по структуре складчатого ядра [15–20]. Ван и Сюй [15] экспериментально исследовали звукоизоляционные характеристики многослойных плит из гнутого сердечника. Heimbs et al. [16, 17] оценили механическое поведение складчатых конструкций при сжатии, сдвиге и ударных нагрузках как экспериментально, так и численно в серии исследований.Саб и Лебе [18, 19] оценили границы модуля поперечного сдвига сложенного сердечника с помощью метода единичной нагрузки, а позже теория изгибно-градиентных пластин была применена для оценки ее жесткости на сдвиг. В настоящее время, однако, большая часть исследований структур с гнутым сердечником сосредоточена на его акустических, механических и ударных свойствах, в то время как существует мало исследований его способности обеспечивать потенциальную тепловую защиту.

Настоящее исследование устанавливает процедуру термомеханической оптимизации для ITPS на основе многослойного сердечника.Во-первых, новая аналитическая формулировка для эффективной теплопроводности была установлена ​​с использованием модифицированного правила смесей, и было проведено сравнительное исследование между гомогенизированной одномерной 1-D) и соответствующими трехмерными 3-D) тепловыми моделями. Затем упрощенная одномерная тепловая модель используется для определения распределения температуры, которое принимается в качестве тепловой нагрузки при последующем линейном статическом анализе многослойной панели со сложенным сердечником. Затем проводятся исследования чувствительности для определения наиболее важных параметров.Наконец, представлен подход к оптимизации, который используется для получения оптимальных результатов ITPS.

2. Фальцованный сердечник TPS
2.1. Геометрическое описание

Интегрированная система термозащиты (ITPS) представляет собой сэндвич-панель с двумя тонкими лицевыми листами, разделенными гнутыми сердцевинами, которые могут быть изготовлены из однородных изотропных материалов, таких как металлы, или ортотропных материалов, таких как композитные ламинаты, как показано на рисунке 1. Пустое пространство в сложенном сердечнике заполнено ненесущим изоляционным материалом, например SAFFIL [3].Как единый компонент, эта многофункциональная конструкция обеспечивает тепловую защиту, а также способность выдерживать нагрузки.


Как правило, элементарная ячейка сложенного сердечника с М-образной структурой может быть полностью описана набором из пяти независимых геометрических параметров, как показано на рисунке 17 (а). Используя термины из [21], геометрическая модель определяется высотой складчатой ​​сердцевины H , шагом половины зигзагообразных линий S , шагом пилообразных линий 2 L , амплитудой зигзагообразных линий V , и расстояние между линиями зубьев пилы B .

2.2. Свойства материала

Выбор материала для различных частей сэндвич-панели основан на предыдущем опыте с ARMOR TPS [22] и гофрированным сердечником ITPS [3]. Inconel 718, титановый сплав Ti-6Al-4V и алюминиевый сплав 2024 используются для верхнего лицевого листа, гнутого сердечника и нижнего лицевого листа соответственно. Для утепления используется пена SAFFIL плотностью 48 кг / м 3 .

Температурно-зависимые термические свойства используются в нашем анализе теплопередачи [23, 24], в то время как физические свойства считаются постоянными [7] в линейном статическом анализе и анализе потери устойчивости для дальнейшего упрощения модели в этом предварительном исследовании.Механизмы теплопередачи через волокнистую изоляцию включают твердую проводимость, газовую проводимость, излучение и возможную естественную конвекцию. Для простоты эффективная теплопроводность используется для оценки комбинированных механизмов теплопередачи в изоляции SAFFIL [25]. Все свойства используемых материалов приведены в [23–25].

3. Анализ теплопередачи
3.1. Тепловая нагрузка и граничные условия

Тепловой поток, падающий на транспортное средство, зависит от многих факторов, таких как форма транспортного средства, профили траектории и различные места на транспортном средстве.В текущем исследовании используется падающий тепловой поток при входе в атмосферу многоразовой ракеты-носителя (RLV) [3]. Наружная поверхность верхнего лицевого листа подвергается кратковременному тепловому потоку, как показано на рисунке 2. Внутренняя поверхность нижнего лицевого листа консервативно считается адиабатической. Предполагается, что начальная температура конструкции составляет 295 К.


Также учитывается излучение в окружающую атмосферу с постоянным коэффициентом излучения 0,86, который типичен для наружных материалов и обработки поверхностей TPS.Конвекция моделируется после приземления транспортного средства на землю. Коэффициент конвективной теплопередачи принят равным 6,5 Вт / м 2 · K [3], а температура окружающей среды принята равной 295 K.

3.2. Упрощенная одномерная тепловая модель

Для изучения характеристик конструкции в температурных условиях необходимо получить распределение температуры через панель. Миллер и Уивер [26, 27] разработали аналитические модели, основанные на методах интегральных преобразований и разделения переменных, и описали распределение переходной температуры через коробчатую структуру, заполненную воздухом, и многослойную пластину, соответственно.Модели метода конечных элементов (МКЭ) также были созданы для целей сравнения и показали хорошее соответствие. В этом предварительном исследовании в настоящее время используются модели МКЭ с использованием Abaqus [28] для определения распределения температуры. Из-за периодической характеристики свернутого сердечника предполагается, что боковой тепловой поток из элементарной ячейки отсутствует, что означает, что тепловой поток, падающий на элементарную ячейку, влияет только на эту конкретную элементарную ячейку. Хотя распределение температуры может незначительно отличаться в реальной панели ITPS из-за того, что панель ITPS установлена ​​на стрингерах и рамах, которые могут вызвать потенциальный боковой тепловой поток через блоки, этот вторичный эффект не принимается во внимание в этой предварительной версии. дизайн.Согласно исследованиям Blosser et al., Одномерные модели могут разумно предсказывать температуры в системах TPS [25, 29]. Чтобы сократить временные затраты на анализ переходной теплопередачи, тепловая модель ITPS со свернутой сердцевиной дополнительно упрощается до одномерной модели.

Далее гомогенизированные свойства гнутого сердечника рассчитываются с использованием модифицированного правила смесей. Усредненные результаты для плотности, удельной теплоемкости и теплопроводности: где — объемная доля; индексы, и относятся к полотну, SAFFIL и гомогенизированному ядру соответственно; верхние индексы и обозначают часть параллелепипеда и кубовидную часть сердечника вдоль направления (см. рисунки 17 (а) и 18).В частности, (3) показывает, что теплопроводность увеличивается с учетом неправильной формы сердечника. Члены и представляют собой наклонные углы, а представляет собой включенный угол, как показано на рисунке 18. Подробный вывод гомогенизированных свойств приведен в приложении.

В случае анализа переходных процессов теплопередачи мы сравниваем результаты трехмерных и одномерных тепловых моделей. Элемент кирпича с 8 узлами (DC3D8) и элемент связи с двумя узлами (DC1D2) использовались для 3D и 1D моделей соответственно.Исследования сходимости сетки (рис. 3) для трехмерной модели показывают, как температура изменяется в зависимости от количества элементов в средней точке нижнего лицевого листа.


Размер ячейки с 6195 узлами и 4900 элементами был в конечном итоге установлен для трехмерной модели теплопередачи, поскольку ее температурные результаты лишь незначительно отличались от более мелкой сетки. Аналогичные исследования были также проведены для одномерной модели, в результате использовался 21 узел и 20 элементов линейной связи типа DC1D2. На рисунке 4 показана сетка для трехмерной и одномерной моделей теплопередачи по отдельности, где на рисунке 4 (a) показана сетка с SAFFIL, а на рисунке 4 (b) показана только сплошная часть, то есть лицевые листы и полотно.Один прогон для каждой модели показывает, что одномерная модель сокращает время вычислений почти на 70 процентов. Несколько ключевых мест на свернутой основной панели отслеживаются с помощью анализов и схематически показаны на рисунке 5.


Результаты термического анализа переходных процессов для многослойной панели со сложенным сердечником показаны на рисунках 6-8, где температура в зависимости от времени входа в три позиции (верхняя, средняя и нижняя) показаны. На рисунке 6 показано, что на верхнем лицевом листе 1D-модель может точно предсказать температуру, которая приблизительно равна среднему значению температуры в четырех точках 3D-модели.На рисунке 7 показано, что одномерные температуры лишь немного выше, чем результаты трехмерной модели на нижнем лицевом листе, что свидетельствует о хорошей валидации более простой одномерной модели. На рисунке 8 показано изменение температуры во времени в среднем положении активной зоны. Максимальное отклонение между 1D и 3D моделями происходит при относительно высоком тепловом потоке. Ожидается, что это явление произойдет из-за наличия наклонных углов. Поскольку 1D прогноз находится в основном в середине результатов 3D и поскольку он правильно отражает тенденцию к изменению температуры, он считается приемлемым для использования в процессе предварительного проектирования.Основываясь на предыдущем анализе, можно сделать вывод, что одномерная модель теплопередачи предсказывает температуру с удовлетворительной точностью по толщине ITPS.




Во время анализа переходной теплопередачи достигается максимальная температура нижнего лицевого листа. В то же время, распределение температуры по толщине панели также извлекается для последующего использования в линейном статическом анализе, описанном в следующем разделе, который достигается с помощью кода Python из файла результатов FEM.

4. Линейный статический анализ

В этом разделе описывается трехмерная модель, используемая для линейного статического анализа. Поскольку механические свойства материала SAFFIL незначительны по сравнению с лицевыми панелями и полотном, мягкий изоляционный материал не принимается во внимание во время структурного анализа. В данном исследовании четыре элементарные ячейки были рассмотрены в свернутой основной панели. Чтобы уменьшить вычислительные затраты, только половина панели была смоделирована в линейном статическом анализе FE.Трехмерная сложенная основная панель моделируется с использованием восьмиузлового элемента оболочки (S8R). Были проведены исследования сходимости сетки с использованием приблизительно 9715 узлов и 3110 элементов в линейной статической модели, как показано на Рисунке 9.


Соединения между лицевыми панелями и сердечником выполняются с помощью привязных ограничений на основе поверхности. Применяются температурные и аэродинамические нагрузки давления. Данные температурного профиля берутся из одномерного анализа теплопередачи, описанного в предыдущем разделе, в то время, когда верхний лицевой лист достигает максимальной температуры на протяжении всей стадии возврата.Затем сглаженные распределения температуры получаются путем подгонки полинома четвертой степени к фактическим температурным данным. Эти полиномы используются для присвоения температур соответствующим линейным статическим моделям. Таким образом, мы предполагаем, что температуры панелей одинаковы по всей их длине и ширине, что является необходимым и ограничивающим следствием использования одномерной тепловой модели. Учитывая изменение температуры по толщине панели, это приближение считается приемлемым.

Равномерная нагрузка давления 101325 Па, которая считается максимальным давлением, с которым ITPS может столкнуться во время повторного входа [3], прикладывается к внутренней поверхности верхнего лицевого листа. Модель показана на рисунке 10. Симметричные граничные условия (ось) применяются к симметричным краям. Для трех других краев, которые являются фактическими краями панели, края нижнего лицевого листа были зафиксированы в вертикальном смещении (-оси) и всех трех поворотах, а края верхнего лицевого листа были зафиксированы во всех трех поворотах, позволяя при этом все три поворота. смещения должны произойти.Кроме того, фиксированное смещение применяется в точке пересечения между двумя фактическими краями нижнего лицевого листа, чтобы исключить моды твердого тела.


5. Исследование оптимизации
5.1. Подход к оптимизации

Применяется комбинированный подход к оптимизации, как показано на рисунке 11. Как тепловые, так и структурные модели генерируются параметрически, чтобы эффективно провести исследование чувствительности и процедуру оптимизации. Чтобы сократить время вычислений, были созданы более простые приближенные модели как для целевой функции, так и для ограничений.Это было сделано с использованием радиальных базисных функций (RBF) [30], которые представляют собой тип нейронной сети, использующей скрытый слой радиальных единиц и выходной слой линейных единиц. Эта нейронная сеть подходит для аппроксимации широкого спектра нелинейных пространств.


Во-первых, для планирования экспериментов (DOE) была использована методика выборки из латинского гиперкуба (LHS) [31]. Переменные обычно называются факторами в исследовании DOE, а значения переменных называются уровнями. При использовании метода LHS пространство проектирования для каждого фактора равномерно делится, а затем эти уровни случайным образом комбинируются, чтобы указать точки выборки, определяющие матрицу плана.Он обеспечивает эффективный метод создания случайных точек выборки, которые также имеют равномерное распределение по всему пространству дизайна. Затем для этих образцов был проведен анализ теплопередачи и линейный статический анализ, соответственно, и получены соответствующие отклики.

Впоследствии на основе этих данных были сгенерированы приближенные модели RBF. Набор случайных точек во всем пространстве дизайна подтверждает его точность. Эти приблизительные модели постоянно обновлялись с добавлением дополнительных точек выборки до тех пор, пока не была получена необходимая точность, которые затем использовались для замены моделей FEM в следующем процессе оптимизации.

Во время оптимизации сначала использовался многоостровный генетический алгоритм (MIGA) [32], чтобы найти приблизительное глобальное оптимальное решение. Генетические алгоритмы (ГА) относительно хорошо обрабатывают сложные нелинейные оптимизации. MIGA, который является дальнейшим развитием GA, делит каждую популяцию особей на несколько субпопуляций, называемых островами, и традиционные генетические операции выполняются на каждом острове отдельно. Затем с каждого острова отбираются несколько особей, которые периодически мигрируют на разные острова.Операция миграции поддерживает разнообразие возможных решений и предотвращает преждевременные явления. Наконец, на основе решения MIGA было применено последовательное квадратичное программирование для дальнейшего поиска оптимальной конструкции.

5.2. Исследование чувствительности

Исследования чувствительности проводились на основе гомогенизированного одномерного анализа переходной теплопередачи для изучения влияния различных геометрических параметров на отклики ITPS.

Isight [33] используется для облегчения проведения DOE компанией Abaqus.Всего было изучено 100 точек выборки, а затем наиболее важные параметры были получены с помощью анализа чувствительности. Результаты анализа чувствительности для максимальной температуры нижней поверхности листа, поверхностной плотности панели и максимального прогиба верхней лицевой поверхности представлены с помощью гистограмм на рисунках 12–14: синий цвет означает положительный эффект, а красный — отрицательный.




Гистограммы чувствительности, представленные на Рисунке 12, показывают, что высота сложенного сердечника играет ведущую роль в регулировании внутренней температуры.Большая высота означает более толстый изоляционный материал, который блокирует большую часть теплового потока, проходящего в панель. L также оказывает заметное отрицательное влияние на температуру нижней поверхности листа; с увеличением плотность элементарной ячейки уменьшается, что приводит к увеличению пути теплообмена. Нижний лицевой лист действует как компонент радиатора, поэтому толщина нижнего лицевого листа также является важным параметром. Более толстое полотно означает, что к нижнему лицевому листу передается больше тепла, поэтому толщина полотна отрицательно влияет на температуру нижнего лицевого листа.

На рисунке 13 показаны показатели чувствительности для поверхностной плотности. Видно, что толщина сердцевины и лицевых панелей вместе с высотой сложенной сердцевины вносит наибольший вклад в поверхностную плотность. Напротив, чем больше, тем больше площадь панели, что приводит к меньшей плотности поверхности.

Из рисунка 14 видно, что размер панели и толщина верхнего лицевого листа являются относительно важными факторами для прогиба верхнего лицевого листа. В связи с тем, что температура верхней лицевой поверхности близка к температуре радиационного равновесия, распределение температуры по толщине панели мало влияет на прогиб верхней лицевой поверхности.Такие соображения объясняют, почему показатели чувствительности прогиба верхней поверхности листа относительно H , t , и являются относительно низкими, хотя они сильно влияют на максимальную нижнюю температуру, как показано на рисунке 12.

5.3. Оптимизация температуры

В этом разделе учитывается только тепловая модель. Согласно нашему предыдущему исследованию чувствительности, интервал мало влияет на температуру нижнего лицевого листа, поверхностную плотность и прогиб верхнего лицевого листа.Здесь он фиксируется (мм), чтобы уменьшить количество переменных конструкции. Диапазоны проектных переменных такие же, как те, которые использовались в исследовании чувствительности, как показано в таблице 1.

50

Параметр

Значение (мм) 60–120 50–100 50–100 50–100 1–3 2–6 1–3

Масса на единицу площади панели, используемая в качестве целевой функции, просто дается как

Максимальная температура нижней поверхности листа, которая должна быть ниже определенного температурного предела, принимается как ограничение.

Задача оптимизации кратко описана в

Сначала 300 точек были выбраны в пространстве дизайна с помощью LHS, а затем использованы для построения приближенной модели как для целевых функций, так и для функций ограничений. Еще 50 случайных точек были использованы для оценки точности приближенной модели. Подробности показаны в таблице 2, где RMSE обозначает среднеквадратичную ошибку и обозначает коэффициент детерминации. Показано высокое качество аппроксимации максимальной температуры нижней грани и поверхностной плотности.


Параметр RMSE

0,022 353 9022 9034

Впоследствии приблизительная модель была использована для замены предыдущей тепловой модели FEM для выполнения процесса оптимизации.Критические параметры MIGA следующие: размер субпопуляции — 20, количество островов — три, количество поколений — 50, скорости кроссовера и мутации — 1,0 и 0,01, скорость миграции — 0,1, миграция интервал пять.

Рассмотрены три случая, и оптимальные результаты показаны в таблице 3. Видно, что и находятся на своих верхних границах, чтобы максимизировать площадь панели. V , t , и находятся на их нижних границах, чтобы минимизировать пропорцию основного полотна и верхнего лицевого листа.Оптимальные результаты показывают те же тенденции, что и результаты анализа чувствительности. Когда ITPS имеет менее строгие требования к температуре, он находится на своей нижней границе, а увеличивается при снижении предела температуры нижней поверхности листа. Поскольку нижний лицевой лист действует как компонент теплоотвода, он увеличивается, чтобы удерживать дополнительное тепло, когда достигает своей верхней границы.


Корпус
(K)

(мм)

(мм)

(мм)
мм
(мм)

(мм)

(мм)

(кг / м 2 )

423 K 100 00 120,00 50,00 100,00 20,00 1,00 2,80 1,00 28,88
453 K 100357 453 K 100357 100357 453 1,00 2,00 1,00 26,11
473 K 100,00 102,31 50,00 100,00 20.00 1,00 2,00 1,00 25,10

5.4. Термомеханическая оптимизация

Сильный прогиб верхней поверхности листа может изменить поток вокруг ITPS, что может привести к заметному увеличению аэродинамического нагрева. На основе нашей предыдущей тепловой оптимизации, теперь мы принимаем во внимание линейную статическую модель. Конструктивное пространство и целевая функция такие же, как и во время тепловой оптимизации, при этом накладываются ограничения на максимальный прогиб верхней лицевой поверхности, а также ограничения температуры нижней лицевой поверхности.Линейный статический анализ показывает, что из-за граничных эффектов локально возникают чрезвычайно высокие напряжения, в то время как напряжение участков, удаленных от границы, находится далеко в пределах прочности материала. Следовательно, напряжение не рассматривается как ограничение.

Задача оптимизации просто формулируется следующим образом: где относится к максимальному прогибу верхнего лицевого листа, а — длина диагонали панели. Здесь 400 точек, полученных с помощью LHS, были использованы сначала для установления приближения RBF, а 50 случайных точек были использованы для проверки его точности.Для достижения приемлемого уровня ошибки в пространство дизайна последовательно добавлялось 200 дополнительных точек выборки. Результаты оценки точности представлены в Таблице 4.


Параметр RMSE

50 0,985
Плотность 0.002 0,999

Наконец, на основе этой приблизительной модели была проведена термомеханическая оптимизация. Значения параметров, используемые в MIGA, такие же, как и в предыдущем разделе. Оптимальные результаты показаны в Таблице 5. Видно, что H , и на них в основном влияет температурное ограничение, аналогично тенденции, отраженной в тепловой оптимизации. Толщина верхнего лицевого листа больше не находится на его нижней границе и во многом зависит от прогиба верхнего лицевого листа, а также незначительно изменяется в зависимости от температурного ограничения.Из вариантов — увеличивается для соответствия более жесткому ограничению прогиба, что также означает, что в панель передается больше тепла; для поддержания температуры нижней поверхности листа увеличивается вместе с.

006 10150

Корпус
(K)

(мм)

(мм)

(мм)

50 9035 мм

50 9035 )


(мм)

(мм)

(мм)

(кг / м 2 )

423 K 89,90 109,30 59,56 86,32 20,00 1,73 3,93 1,00 38,08
109357 9035 109357 86,33 20,00 1,57 3,82 1,00 36,29
423 K 0,01 92,24 109.38 57,04 86,30 20,00 1,44 3,76 1,00 35,07
453 K 0,008 453 1,47 3,16 1,00 33,17
473 K 0,008 84,72 96,72 58,04 86.00 20,00 1,44 2,84 1,00 31,69

Оптимизированные переменные для случаев и впоследствии были введены в анализ методом конечных элементов. Сравнение прогнозов RBF и результатов FEM показано в таблице 6. Относительная ошибка между значениями RBF и FEM составляет менее 5%, что указывает на довольно хорошую точность приближенной модели.


Корпус (K) (кг / м 2 )

423 0.008 36,29
FEM 423,36 0,00804 36,32
Ошибка (%) 0,085 0,498 0,083 423 0,01 35,07
FEM 423,49 0,00962 35,05
Ошибка (%) 0.116 3,950 0,057

На рисунке 15 показан контур смещения панели ITPS в направлении корпуса. Видно, что локальные эффекты нагрузки давлением проявляются только на верхнем лицевом листе, а максимальный прогиб происходит в середине верхнего лицевого листа.


В приведенном выше процессе оптимизации температура и смещение берутся в качестве ограничений, в то время как изгиб, который также может вызвать катастрофический отказ, не учитывается.Следовательно, дополнительные анализы потери устойчивости проводятся для случая в три разных периода времени, то есть моменты времени (время 1, время 2 и время 3), когда верхний лицевой лист, середина полотна и нижний лицевой лист достигают соответствующей максимальной температуры. При анализе потери устойчивости используется та же модель, что и при линейном статическом анализе. Минимальные положительные собственные значения перечислены в таблице 7, а соответствующие модели потери устойчивости показаны на рисунке 16. Видно, что потери устойчивости, вероятно, не возникнут для текущей конструкции корпуса.


Параметр

Время 1 1,1319


Судя по изменениям температуры на рисунках 6-8, моменты, когда верхний лицевой лист и середина полотна достигают своей максимальной температуры, довольно близки, что приводит к аналогичному режиму коробления, как показано на Рисунки 16 (а) и 16 (б).Когда температура нижней поверхности листа достигает максимума, распределение температуры по всей толщине панели значительно изменяется по сравнению с двумя другими. Следовательно, перемычка изгибается в другом положении в момент времени 3, как показано на рисунке 16 (c).

6. Выводы

Новая процедура термомеханической оптимизации была разработана для концепции интегрированной системы тепловой защиты (ITPS) на основе складчатого сердечника. Кроме того, было представлено улучшенное аналитическое правило смесей для расчета теплопроводности с учетом наклонной формы сложенного сердечника, а также была разработана тепловая модель, которая гомогенизирует изменения в структуре, чтобы снизить вычислительные затраты, связанные с трехмерной структурой.Затем был проведен анализ чувствительности, а также исследования по оптимизации для определения ключевых переменных влияния. Основные выводы рассматриваются ниже.

Сравнительный термический анализ показывает, что одномерная модель имеет относительно высокую точность по сравнению с трехмерными моделями для анализа теплопередачи. Такой подход сокращает время вычислений почти на 70 процентов, сохраняя при этом достаточно точное предсказание распределения температуры. Для современных комбинаций материалов температура нижнего лицевого листа значительно снижается с увеличением высоты сложенного сердечника, шага зубчатых линий и толщины нижнего лицевого листа.Неудивительно, что идеальная толщина полотна должна быть как можно более тонкой, чтобы уменьшить массу и количество тепла, попадающего на панель. Расстояние между линиями зубьев пилы мало влияет на ответы, рассматриваемые в этой статье. Показано, что приближения радиальной базисной функции имеют высокое качество и могут использоваться вместо более дорогих моделей МКЭ для выполнения оптимизационных исследований.

В данном исследовании учитывались только нагрузка давлением и тепловая нагрузка; однако структура ITPS подвергается различным видам нагрузок при входе в атмосферу.В будущей работе следует учитывать ограничения на изгиб и влияние топологии гнутого сердечника.

Приложение
Получение гомогенизированных свойств свернутого сердечника с М-образной структурой

Рассмотрим типичную элементарную ячейку со сложенным сердечником с М-образной структурой, как показано на Рисунке 17 (а). Его можно непрерывно складывать из плоского листа, состоящего из повторяющейся комбинации параллелограмма и прямоугольных пластин, как показано на Рисунке 17 (b). Параметры плоского листа могут быть получены из параметров соответствующего сложенного сердечника как [13, 21]

Включенный угол, который может изменяться в диапазоне от 0 ° до 90 °, связан с независимыми параметрами соотношением

As чаще используется в следующих выводах, соотношение между включенным углом и независимыми параметрами перестраивается как

Эффективная теплопроводность гнутого сердечника вдоль направления толщины сердечника (-направление) может быть получена путем анализа теплопроводности через половину элементарная ячейка, показанная на рисунке 18.Принимая во внимание наклон перегородок, нельзя просто гомогенизировать теплопроводность по направлению толщины, используя общее правило смесей. Изменения вносятся введением наклонных углов и для параллелепипеда и для кубовидной части соответственно. Для простоты предполагается, что обе панели не имеют геометрических дефектов, вызванных технологическим процессом, и имеют одинаковую толщину стенки.

Для части параллелепипеда (см. Рисунок 19 (a)), то есть части, эффективная теплопроводность дается где и являются объемной долей полотна и SAFFIL:

Аналогично для кубовидной части (см. Рисунок 19 (b)), то есть часть, где и — объемная доля полотна и SAFFIL:

После получения эффективной теплопроводности для каждой части используется общее правило смесей.Гомогенизированная теплопроводность предлагаемого гнутого сердечника может быть выражена как где и относиться к объемной доле параллелепипеда и кубовидной части соответственно.

Используя (A.4) и (A.6), (A.8) можно переписать как

Эффективная плотность и удельная теплоемкость гомогенизированной складчатой ​​сердцевины легко вычисляется путем применения общего правила смесей: где и — объемная доля полотна и SAFFIL для элементарной ячейки со сложенным ядром:

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов.

Благодарности

Эта работа была поддержана Фондом Инновационной программы Цзянсу для последипломного образования [Грант №. CXLX13_163], Фонды фундаментальных исследований для центральных университетов [Грант № NZ2016101] и проект, финансируемый Приоритетной академической программой развития высших учебных заведений Цзянсу (PAPD). Чэнь Чжоу также хотел бы поблагодарить Китайский стипендиальный совет (CSC) за финансирование его исследовательской работы через Бристольский университет.

Сравнение конвективной теплопередачи для сэндвич-панелей с решетчатым сердечником и четырехгранных решетчатых сэндвич-панелей с ферменным сердечником

Общие характеристики теплопередачи

Общие характеристики теплопередачи сэндвич-панелей с решетчатым сердечником можно описать с помощью трех безразмерных параметров, числа Нуссельта \ (N {u} _ {H} \), число Рейнольдса \ (R {e} _ {H} \) и коэффициент падения давления \ ({f} _ {H} \).{2} / 2} $$

(2)

где \ ({\ rho} _ {f} \), \ ({\ mu} _ {f} \) и \ ({k} _ {f} \) — плотность, динамическая вязкость и теплопроводность воздуха соответственно. \ ({U} _ {m} \) — скорость на входе, а \ ({\ rm {\ Delta}} P \) — это падение давления. \ ({d} _ {p} \) — коэффициент теплопередачи, определяемый как:

$$ {d} _ {p} = \ frac {Q} {{A} _ {up {\ rm {\ Delta }} T}} $$

(3)

где \ ({A} _ {up} \) — площадь поверхности нагрева.Для изотемпературного граничного условия разность температур \ ({\ rm {\ Delta}} T \) определяется как 36 :

$$ {\ rm {\ Delta}} {\ rm {T}} = \ frac {({T} _ {w} — {T} _ {in}) — ({T} _ {w} — {T} _ {out})} {ln [({T} _ {w } — {T} _ {in}) — ({T} _ {w} — {T} _ {out})]} $$

(4)

где \ ({T} _ {in} \), \ ({T} _ {out} \) и \ ({T} _ {w} \) — температуры на входе, выходе и нижняя торцевая стенка.

На основе утвержденной численной модели DCRU, общие значения теплопередачи для четырех тестовых случаев количественно определены на рис.7. По мере увеличения числа Рейнольдса число Нуссельта для всех тестовых случаев постепенно возрастает. Однако, даже если сэндвич-панели имеют одинаковую относительную плотность, удельную поверхность и теплопроводность материала, характеристики рассеивания тепла явно различаются для четырех тестовых случаев из-за разницы в геометрической морфологии и топологической ориентации. В целом решетка Кагоме демонстрирует превосходные характеристики теплообмена по сравнению с тетраэдрической решеткой, особенно при высоком числе Рейнольдса.Среди них Kagome OB показывает на 8 ~ 37% большее число Нуссельта, чем тетраэдр OB. Для данной геометрической морфологии эффективность теплопередачи Kagome OA выше, чем у Kagome OB, в то время как она аналогична для двух ориентаций внутри тетраэдрической решетки. Кроме того, численные результаты показали, что применяемый тепловой поток для Kagome OB меньше, чем для Kagome OA, что приводит к более низкой средней температуре для Kagome OB, как показано в экспериментальных результатах, даже если способность отвода тепла для последнего более эффективна. чем это для бывшего.{n} $$

(5)

, где коэффициенты эмпирических корреляций для четырех тестовых случаев перечислены в таблице 5, причем все коэффициенты корреляции превышают 0,98. Особое внимание уделяется двум ориентациям решетки Кагоме. Хотя разница между двумя ориентациями очевидна при низком числе Рейнольдса, можно видеть, что наклон Кагоме ОВ выше, чем Кагоме ОА. Таким образом, эффект топологической ориентации незначителен за пределами относительно высокого числа Рейнольдса, что согласуется с результатами на рис.7. Аналогичное наблюдение было обнаружено Joo 31 для решетки WBK в эксперименте. Однако следует отметить, что корреляция применима только в текущем диапазоне чисел Рейнольдса (4,330 < Re H <13,000).

Таблица 5 Эмпирические корреляции для четырех тестовых случаев.

Сравнение характеристик потока жидкости и теплопередачи

Чтобы понять лежащие в основе механизмы улучшения теплопередачи для двух решеток, детальные схемы потока и их влияние на характеристики теплопередачи различных поверхностей сравниваются между Kagome OB и тетраэдром OB, которые представляют типичные геометрические морфологии для двух ядер решетки.

В качестве основы для надежного сравнения Kagome OB и тетраэдра OB необходимо сначала классифицировать влияние области входа и выхода на общую теплопередачу, чтобы обеспечить отвод тепла в приблизительно полностью развитом тепловом потоке 38 . На рисунке 8 показано изменение числа Нуссельта в продольном направлении с числом Рейнольдса 8 570. Для обеих сэндвич-панелей число Нуссельта немного увеличивается от первой элементарной ячейки к последней элементарной ячейке, что согласуется с тенденцией, наблюдаемой для решетки X-типа 3 .Эффект выхода наблюдается в пределах последней элементарной ячейки, поскольку восходящий тренд замедляется. Однако приращение является предельным: число Нуссельта в последней элементарной ячейке на 10,7% и 8,3% выше, чем в первой элементарной ячейке для Кагоме OB и тетраэдра OB, соответственно. Это означает, что поток и тепловые пограничные слои развиваются; поэтому последующее сравнение двух сэндвич-панелей является надежным.

Рисунок 8

Продольное изменение числа Нуссельта при Re H = 8570.

Следовательно, рис. 9 (а) представляет картину течения жидкости в тетраэдре OB в терминах линий тока. Замечено, что первичный поток тетраэдра OB обычно прямой и параллельный торцевым стенкам, в то время как ядро ​​решетки изменяет условия воздушного потока и способствует локальному неупорядоченному потоку в областях вершин. Следовательно, возникает явление застоя и отрыва, и при обтекании ферм жидкостью образуется подковообразный вихрь [Рис. 9 (б)]. Большое сопротивление потоку около вершин может вызвать высокую тангенциальную скорость, что приводит к относительно высокой эффективности локальной теплопередачи.

Рис. 9

Схемы потоков жидкости в тетраэдре OB: ( a ) обзор первичного потока; ( b ) подробно описывают особенности потока.

Однако, из-за изменения геометрической морфологии от тетраэдра OB к Kagome OB, коэффициент перекрытия проходного сечения сплошными фермами улучшается, что приводит к более неравномерному первичному потоку [Рис. 10 (а)]. В частности, два типа движения потока возникают, когда потоки жидкости проходят через вершину A фермы L1, пересекающуюся с верхней торцевой стенкой.Внутри ядра решетки тангенциальный поток, вызванный сильным сдвигом от первичного потока, индуцируется около границы торцевой стенки, как показано на рис. 10 (b). Он непрерывно подается через задний поток и отделенный вихрь, как показано на рис. 10 (c); поэтому постепенно с развивающимся потоком становится преобладающим. Такое тангенциальное движение потока, несомненно, усиливает перемешивание поперечного потока. Кроме того, происходит большой отрыв потока и за вершиной А образуется вихрь по часовой стрелке (если смотреть сверху).Под воздействием наклонной фермы вихрь становится перекосом и закручивается по спирали к центральной вершине. Во время этого процесса он смешивается с тангенциальным потоком и постепенно исчезает, пока не встретится с вихрем из центральной вершины.

Рис. 10

Схемы потоков жидкости в Кагоме OB: ( a ) обзор первичного потока; ( b , c ) подробные характеристики потока около вершины A и центральной вершины, соответственно; ( d ) особенности течения вблизи вершины B.

Между тем, аналогичная картина потока появляется в вершине фермы L1, пересекающейся с нижней торцевой стенкой (вершина B). Однако дополнительные вершины в центре ферм для Kagome OB действуют как надежный генератор вихрей, который отличается от схемы течения тетраэдра OB. За центральной вершиной ячейки Кагоме образуется пара вихрей, как показано на рис. 10 (d). При прохождении через центральную вершину восходящая жидкость разделяется на два вторичных потока.Один из вторичных потоков частично подает жидкость за центральную вершину по часовой стрелке, в результате чего образуется одна ветвь пары вихрей. Точно так же другой вторичный поток также подает жидкость за той же вершиной против часовой стрелки, вызывая другую ногу пары вихрей. Впоследствии из-за наклона фермы L1 жидкость пары вихрей поднимается или стекает вниз по ферме и смешивается с вихрем около верхней или нижней торцевых стенок.

Для других вершин ячейки решетки Кагоме нерегулярные вихревые потоки также существуют за вершинами фермы L2 и фермы L3, которые аналогичны таковым в тетраэдре OB.На рис. 10 (е) показан образовавшийся вращающийся вихрь, когда потоки в пограничном слое сворачиваются вверх.

Местная теплопередача напрямую связана с функцией потока жидкости, примыкающей к торцевой стенке. В частности, вихрь, создаваемый фермами, создает область рециркуляции и присоединения потока, что может значительно улучшить местную теплопередачу. На рисунке 11 сравниваются распределения теплопередачи на нижних торцевых стенках тетраэдра OB и Kagome OB с точки зрения местного числа Нуссельта, которое рассчитывается на основе разницы температур, определенной в формуле.(4). Обратите внимание, что вершина (I) и вершина (II) представляют собой стыки ферм, пересекающиеся с нижней торцевой стенкой и верхней торцевой стенкой соответственно. В соответствии с результатом, показанным на рис. 8, локальное число Нуссельта увеличивается в продольном направлении из-за постепенного усиления перемешивания потока. Эффект входной области довольно ограничен в первой элементарной ячейке для обеих сэндвич-панелей. В целом, локальный теплообмен вблизи вертикальных областей усиливается, что соответствует сложному отрыву и остановке потока.Для тетраэдра OB область с высокой теплопередачей отчетливо видна только вокруг вершины (I) из-за подковообразного вихря, показанного на рис. 9 (b). Однако области явно высокого числа Нуссельта для Kagome OB наблюдаются не только вокруг вершины (I), но и вдоль вниз по потоку каждой фермы. Улучшение в основном объясняется тем фактом, что тангенциальный поток, показанный на рис. 10 (b), а также вращающийся вихрь [рис. 10 (d)] способствует теплообмену между торцевыми стенками сэндвич-панели и охлаждающим воздухом в результате сильного сдвига по торцевой стенке.Для количественной оценки среднее число Нуссельта у Kagome OB на торцевых стенках на 31% выше, чем у тетраэдра OB, что указывает на один фактор, способствующий повышению эффективности теплообмена у Kagome OB.

Рисунок 11

Локальное распределение теплопередачи на верхней торцевой стенке: ( a ) Kagome OB; ( b ) тетраэдр OB.

Помимо улучшения теплопередачи на торцевых стенках, вихревой поток также улучшает характеристики теплопередачи на фермах Кагоме и тетраэдрических решетках.На рисунке 12 сравниваются характеристики теплопередачи ядра решетки в ячейках Кагоме и тетраэдрических элементарных ячеек. Обратите внимание, что ферма L2 для обоих сердечников решетки перпендикулярна направлению потока, поверхности ферм можно разделить на два разных типа: поверхность перед потоком и поверхность ниже по потоку. В локальном теплообмене преобладает поток жидкости, сталкивающийся с краевыми областями, что приводит к более высокому локальному числу Нуссельта, чем на поверхности ниже по потоку. Однако, по сравнению с тетраэдром OB, Kagome OA демонстрирует явно более высокое число Нуссельта на входной поверхности, поскольку он имеет больше стыков, соединенных с торцевой стенкой, способствуя теплообмену между фермами и охлаждающим воздухом.Он явно усиливает локальную теплопередачу относительно тетраэдра OB. Кроме того, усиление теплопередачи для Kagome OB также происходит в области вокруг центральной вершины, которая действует как надежный генератор вихрей, показанный на рис. 10 (c). Следовательно, ядро ​​решетки в Kagome OB обеспечивает примерно на 14% большее среднее число Нуссельта, чем в тетраэдре OB. Между тем, ядро ​​решетки в Kagome OB имеет на 45% большую площадь поверхности по сравнению с тетраэдром OB при данной пористости, что также отвечает за механизм улучшения теплопередачи.

Рис. 12

Локальное распределение теплопередачи по сердцевине решетки: ( a ) OB Кагоме, вид сверху и снизу, соответственно; ( b ) тетраэдр OB, вид сверху и снизу, соответственно.

В таблице 6 приведены общие механизмы теплопередачи, при этом вклад каждой поверхности оценивается как произведение среднего числа Нуссельта и площади теплопередачи. В целом торцевая стенка отводит более четырех пятых общего теплоотвода сэндвич-панелям из-за высокой пористости 0.985 стропильно-стержневой решетки. Для каждой сэндвич-панели можно обнаружить, что ядро ​​решетки Kagome OB имеет на 9% больший вклад, чем у тетраэдра OB. Более высокое среднее число Нуссельта и площадь поверхности, показанные на рис. 12 (b), являются основными механизмами повышенной теплопередачи.

Таблица 6 Вклад торцевой стенки и сердечника решетки в общую теплопередачу.
Падение давления

Характеристики падения давления, оцененные с точки зрения коэффициента трения, определенного в формуле.(4) для Kagome OB и тетраэдра OB показаны на рис. 13. Для Kagome OB поток является ламинарным, когда Re H <5800, и он находится в переходе от ламинарного режима к турбулентному режиму, когда 5800 < Re H <9500. Поток становится турбулентным, когда Re H > 9500, с приблизительно постоянным коэффициентом трения 0,103. Kagome OB демонстрирует аналогичную тенденцию коэффициента трения при переходе потока в турбулентный режим до Re H > 8500.Наконец, он сохраняет приблизительно постоянное значение 0,057. Следовательно, Kagome OB вызывает почти вдвое больший перепад давления, чем тетраэдр OB. Сложное перемешивание потоков, уменьшенное за счет расположения сердечника решетчатой ​​фермы, считается основным механизмом более высокого падения давления. Для системы тепловой защиты Kagome OB потребуется больше мощности накачки, чем для тетраэдра OB.

Рисунок 13

Коэффициент трения для двух сэндвич-панелей как функция числа Рейнольдса.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в cookie-файлах может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *