На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти образцы готовых работ или получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Математическое моделирование теплового состояния здания

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 17.12.2012. Сдан: 2012. Страниц: 33. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Министерство образования  и науки РФ
Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Ульяновский государственный  технический университет
 
Энергетический факультет
Кафедра «Теплоэнергетика»
 
 
Курсовая работа
по дисциплине
«Методы моделирования теплоэнергетических  процессов»
Математическое моделирование теплового состояния здания
 
 
 
                                                                                                                                   
                                                Выполнил: Ильин О. И.
                                                                         студент группы ТЭд-41
                                                     Проверила: Ртищева А. С.
 
 
 
 
Ульяновск, 2011
Содержание
Введение…………………………………………………………………………... …3
1.  Математическое моделирование  теплового состояния здания………………..4

     1.1. Тепловой баланс помещения………………………………………………4

     1.2. Расчет массового теплоносителя системы отопления здания…………….8

     1.3. Расчет массового расхода инфильтрирующегося воздуха………………..9
    1.4.Расчет массового расхода воздуха, требуемого для вентиляции        
           помещения………………………………………………………………......10
    1.5.Расчет граничных условий теплообмена внутренних и наружных  
           поверхностей ограждающих конструкций здания……………………….10
          1.5.1. Теплоотдача внутренних поверхностей при свободной                  
                      конвекции……….……………………………………………………10
          1.5.2. Теплоотдача внешних (наружных) поверхностей………………….11
          1.5.3. Расчет коэффициента теплоотдачи остекленных проемов………13

     1.6. Программа расчета теплового состояния здания………………………..14
2. Исследование зависимости  теплового состояния здания от  температуры       
    наружного воздуха………………………………………………………………17
3. Исследование зависимости  теплового состояния здания от  скорости и  
    направления ветра………………………………………………………………23
4. Сравнительный анализ  результатов исследования теплового  состояния  
    здания с помощью  математической модели с результатами  физического   
    эксперимента……………………………………………………………………..32
5. Исследование зависимости  теплового состояния здания от  мощности   
    отопительных  приборов…………………………………………………………36
Заключение………………………………………………………………………….42
Библиографический список………………………………………………………..43
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Введение
Математический эксперимент  – это метод исследования, основанный на численном решении уравнений, описывающих физическое явление. Численные  методы позволяют получить приближенное решение исходного уравнения  или системы уравнений в виде совокупности числовых значений искомых  величин, которая соответствует  конкретным значениям влияющих параметров, входящих в условие однозначности  задачи. Характерной особенностью численных  методов является большой объем  вычислительной работы, поэтому математический эксперимент приобрел более широкое  распространение в последнее  время, в условиях доступности и  улучшения возможностей компьютерной техники.
Численное исследование того или иного явления имеет много  общего с натуральным экспериментом. При этом роль экспериментальной  установки выполняет ПК, а физическое явление заменяется его математической моделью. Таким образом, математический эксперимент представляет собой  эксперимент с математической моделью  явления.
Под математической моделью  понимают саму математическую формулировку задачи (совокупность уравнений, описывающих  исследуемое явление и условия  однозначности, отражающие частные  особенности протекания исследуемого явления). Чем полнее и точнее модель описывает изучаемое явление, тем  она сложнее и тем труднее  решить уравнения, которые эту модель отражают. Однако, это нисколько  не уменьшает важности математического  эксперимента, так как он позволяет  получить достаточно точные результаты для таких явлений, которые невозможно воспроизвести средствами натурального эксперимента (исследование процессов  в плазме, термоядерных реакторах  и др.).
На определенном  этапе  математического эксперимента производится серия расчетов, позволяющая получить решение поставленной задачи. А при  анализе полученных результатов  может быть сделано заключение не только об особенностях протекания исследуемого явления, но и о достоверности  разработанной математической модели, границах ее применимости или необходимости  ее совершенствования.
 
 
 
 
 
1. Математическое моделирование теплового состояния здания
 
1.1. Тепловой баланс  помещения
В основе предлагаемой стационарной математической модели теплового состояния  здания лежит уравнение теплового  баланса помещения:
.

В балансовом уравнении (1.1) учтены все возможные теплопотери  и теплопоступления при соблюдении условия, что тепловая мощность системы  отопления должна компенсировать тепловые потери через ограждающие конструкции. При этом Qотопл – тепловая мощность системы отопления;   Qогражд – теплопотери через ограждающие конструкции; Qинф – потери теплоты на инфильтрацию воздуха; Qвент – потери теплоты на вентиляцию помещения; Nосв – тепловая мощность осветительных приборов, характеризующая теплопоступления в помещения здания; Qчел – составляющая, характеризующая теплопоступления от человека, находящегося в здании.
Тепловая мощность системы  отопления определяется по выражению:
,

где t – температура воздуха в помещении здания, оС; tж ср – средняя температура теплоносителя в отопительных приборах, оС; Fрад – площадь поверхности отопительных приборов; kрад – коэффициент теплопередачи отопительных приборов.
Потери теплоты на инфильтрацию определяются по выражению:
,

где свозд – теплоемкость воздуха; tн – температура наружного воздуха, оС; Gинф – массовый расход нагреваемого инфильтрирующегося воздуха, кг/c.
Потери теплоты на вентиляцию помещения определяются по выражению:
,

где Gвент – массовый расход нагреваемого вентилируемого воздуха, кг/c; tприт – температура приточного воздуха, оС.
При рассмотрении теплопоступлений, связанных с присутствием в помещениях здания некоторого количества людей, необходимо отметить, что главную роль будет  играть лучистая составляющая теплообмена:
,

где значение коэффициента 2,51 получено экспериментальным путем.
Интенсивность конвективной составляющей Qчк зависит не только от температуры воздуха в помещении, но и от подвижности воздуха ?возд:
.

Так как подвижность воздуха  в помещениях достаточно мала, то Qчк можно пренебречь. Таким образом,
,

где n – количество людей в помещении.
Теплопотери через ограждающие  конструкции можно рассчитать по выражению:
,

где k – коэффициент теплопередачи ограждающих конструкций здания; tвнеш - температура воздуха в соседних помещениях или снаружи здания, в последнем случае tвнеш  = tн.
Также формулу (1.8) можно представить  в другом виде
,
(1.9)

где Rогражд – сопротивление тепловым потерям через ограждение, которое рассчитывается по выражению вида
,
(1.10)

Индексами i, j, k  обозначим конкретное помещение здания (рис. 2.1). Рассматриваемое помещение i,j,k по оси x граничит с помещениями i-1,j,k и i+1,j,k. По оси y оно граничит с помещениями i,j-1,k и i,j+1,k. А по оси z c i,j,k-1 и  i,j,k+1.
Для помещения i,j,k будет иметь место следующее выражение:
.

 

I
 

 
Рис. 1.1. Схематичное изображение помещения здания на плоскости (вид сверху)

Также необходимо учесть, что  каждое слагаемое в выражении (1.11) можно расписать как
.

Таким образом, помещение i,j,k будут ограничивать 6 стен, две из которых для данного помещения будут являться потолком и полом.
Коэффициент теплопередачи  для стены i?1,i находится по выражению
,
(1.13)

где aстен i?1 – коэффициент теплоотдачи между наружной поверхностью стены и воздухом; aстен i – коэффициент теплоотдачи между внутренней поверхностью стены и воздухом; ?i,i?1 – толщина стены; ?стен – коэффициент теплопроводности стены.
Для двери коэффициент  теплопередачи находится как
,
(1.14)

где aдвер i?1 – коэффициент теплоотдачи между наружной поверхностью двери и воздухом; aдвер i – коэффициент теплоотдачи между внутренней поверхностью двери и воздухом; ?двер – толщина двери; ?двери – коэффициент теплопроводности двери.
Коэффициент теплопередачи  для окна, имеющем двойное остекление можно записать в виде
,
(1.15)

где aокна i?1 – коэффициент теплоотдачи между наружной поверхностью окна и воздухом; aокна i – коэффициент теплоотдачи между внутренней поверхностью окна и воздухом; dстекла – толщина стекла; lстекла – коэффициент теплопроводности стекла; d - расстояние между стеклами в раме; eк – коэффициент конвекции; lвозд – коэффициент теплопроводности воздуха при температуре .
Аналогично рассчитываются коэффициенты теплопередачи стен, оконных  и дверных проемов, имеющих индексы i,i+1; j?1,j; j+1,j; k?1,k; k,k+1.
Уравнение теплового баланса  с учетом (1.1) – (1.15) можно записать следующим образом:
,
 
(1.16)

где ti,j,k – температура воздуха в помещении i,j,k, оС; ti-1,j,k, ti,j-1,k, ti,j,k-1…- температуры воздуха в соседних помещениях или снаружи здания, оС; ni,j,k - количество людей в помещении.
Из уравнения (1.16) можно  выразить температуру воздуха в  помещении:
.
 
 
(1.17)

Таким образом, с помощью  уравнения (1.17) можно найти температуру  воздуха в конкретном помещении. Оно получено из уравнения теплового  баланса и выражает температуру  воздуха в помещении через  температуры  воздуха в соседних помещениях.
 
1.2. Расчет массового расхода теплоносителя системы отопления здания
 
Общий расход теплоносителя G определяется путем суммирования всех расходов теплоносителя Gi,j,k по всем помещениям
.

 

Расход теплоносителя для обогрева каждого помещения можно рассчитать, составив уравнение теплового баланса:

,

где t1 – температура теплоносителя в подающей магистрали, оС; t2 – температура теплоносителя в обратной магистрали, оС; c – массовая теплоемкость теплоносителя.
Расчет температур теплоносителя  в подающем и обратном трубопроводах  производится по следующим формулам :
,
(1.20)
,
 
(1.21)

где
,
,
(1.23)
.
 
(1.24)

Используемая в формулах (1.20) – (1.21) t – расчетная температура внутреннего воздуха в здании, оС; tн – температура наружного воздуха, оС; tPO – расчетная температура для проектирования системы теплоснабжения, оС. Температуры t1\, t2\, t3\ в (1.22) – (1.24) представляют собой температуры теплоносителя в подающей и обратной магистралях, а также смеси (теплоносителя, идущего в нагревательные приборы) при расчетной температуре наружного воздуха tPO соответственно.
В формулах для расчета Dt используется значение tж ср, вычисляемая как
,
(1.25)
,
(1.26)
,
 
(1.27)

где g – коэффициент подмешивания.
 
1.3.Расчет массового расхода инфильтрирующегося воздуха
 
При разности давлений воздуха  с одной стороны и с другой стороны ограждения через ограждение может проникать воздух в направлении  от большего давления к меньшему. Это  явление называется фильтрацией. Если фильтрация происходит в направлении  от наружного воздуха в помещение, то она называется инфильтрацией.
Разность давлений, вызывающая инфильтрацию рассчитывается как:
,

где тепловой напор
.

Вторая часть формулы (1.28) представляет собой ветровой напор
.
(1.30)

Ветровой напор – это  давление, оказываемое ветром на плоскость  наружного ограждения.
В формуле (1.30) ? – это коэффициент, зависящий от формы здания и направления ветра. Он определяет ту часть полного давления ветра, которая оказывается на рассматриваемую наружную стену здания.
Массовый расход инфильтрирующегося воздуха через неплотности ограждающих  конструкций (наружных стен и окон) для помещения можно определить как:
,

где Gн – нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций.
Для внутренних помещений, т. е. для помещений, не имеющих стен, контактирующих с окружающей средой, Gинф = 0.
 
1.4.Расчет массового расхода воздуха, требуемого для вентиляции                      
      помещения
 
Массовый расход нагреваемого воздуха, требуемого на вентиляцию отдельного помещения рассчитывается по формуле:
,

где Kp – кратность воздухообмена; ri,j,k – плотность воздуха в помещении; Vi,j,k – объем рассматриваемого помещения.
 
1.5.Расчет граничных условий теплообмена внутренних и наружных 
      поверхностей ограждающих конструкций здания
 
1.5.1. Теплоотдача внутренних  поверхностей при свободной конвекции
Коэффициент теплоотдачи для внутренних вертикальных поверхностей(стен) можно представить выражением вида
,
(1.33)

где Num - число Нуссельта, характеризующее интенсивность теплоотдачи от жидкости (воздуха) и поверхности тела; lm – коэффициент теплопроводности воздуха; h – высота помещения (характерный размер).
Индекс m в (1.33) и всех последующих выражениях свидетельствует о том, что параметры взяты при температуре Tm, К, которая вычисляется по формуле:
,
(1.34)

где t – температура внутренней поверхности, оС; t – температура внутреннего воздуха, оС.
Для определения значения коэффициента теплоотдачи при свободном  движении жидкости используют следующее  уравнение подобия:
,

где Ram - число Рэлея.
Расчет коэффициента теплоотдачи  при свободной конвекции для  внутренних горизонтальных поверхностей (потолка и пола) аналогичен предыдущему  расчету для внутренних вертикальных поверхностей (стен). Отличия будут  в том, что в качестве характерного размера необходимо взять  , a – длина, b – ширина помещения.
1.5.2. Теплоотдача внешних  (наружных) поверхностей
Для наружных поверхностей здания (крыши и стен) определяется способом, аналогичным способу, описанному в предыдущем пункте для внутренних поверхностей. При этом все необходимые для расчета параметры необходимо взять при средней температуре Tm, К, которая вычисляется по формуле:
,
(1.36)

где t – температура внешней поверхности, оС; tн – температура наружного воздуха, оС. К тому же, для вертикальных стен определяющим размером  будет H - высота здания.
Рассмотрим теплоотдачу  при вынужденной конвекции для  внешней (наружной) горизонтальной поверхности (крыши).
Коэффициент теплоотдачи  при вынужденной конвекции для  крыши определяется по стандартной  формуле:
,
(1.37)

где L - длина здания.
При рассмотрении теплоотдачи  при обтекании плоской горизонтальной поверхности, какой является крыша  здания главного корпуса УлГТУ, уравнение  подобия будет иметь вид:
,
.
(1.39)

Уравнение (2.39) используется при условии, что течение жидкости является ламинарным (Rem < 0,35·106), уравнение (1.39) используется при условии, что течение жидкости является турбулентным (Rem  > 0,35·106).
В формулах (1.38) и (1.39) Rem – число Рейнольдса, рассчитанное по формуле:
,
(1.40)

где uв – скорость ветра, rн - плотность наружного воздуха; µm – динамическая вязкость воздуха.
Число Прандтля рассчитывается по формуле:
,
(1.41)

где сpm – массовая изобарная теплоемкость воздуха.
Коэффициент теплоотдачи  при вынужденной конвекции для  внешних (наружных) вертикальных поверхностей определяется как:
,
(1.42)

где - эквивалентный размер.
Уравнение подобия при  этом будет иметь вид:
.

При Rem = 5…103 c = 0,5; k = 0,5; n = 0,38; при Rem = 103…2·105 c = 0,25; k = 0,6; n = 0,43. 
1.5.3. Расчет коэффициента  теплопередачи остекленных проемов
Коэффициент конвекции ek, необходимого для расчета kокна по формуле (1.15), можно определить следующим образом:
,
,
.
(1.44)

Определяющей температурой для расчета числа Ram является , где tw1, tw2 – температуры холодной и теплой поверхности воздушного зазора соответственно.
Температуры tw1 и tw2 определяются по формулам:
(1.45)
,
.
 
(1.46)

Коэффициенты теплоотдачи  поверхностей окна с воздухом a определяются как коэффициенты теплоотдачи внутренних и внешних вертикальных поверхностей (стен).
 
1.2. Программа расчета теплового состояния здания
Математическая модель теплового  состояния здания учебного заведения, предложенная реализована в компьютерной программе применительно к главному учебному корпусу УлГТУ (Ульяновского государственного технического университета).
Блок-схема программы расчета  теплового состояния здания учебного заведения показана на рис. 1.2.
Компоненты программы  реализованы на языке Microsoft Visual С++ 6.0 для персонального компьютера.
В базу данных программы была занесена необходимая информация по зданию главного корпуса УлГТУ. Были заданы: расположение здания относительно частей света; поэтажные  планы здания; объемы всех помещений; площади и толщины всех стен, окон и дверей; теплофизические свойства материалов ограждающих конструкций; тепловая мощность осветительных приборов; среднее количество человек в  каждом помещении.
Программа осуществляет расчет массовых расходов нагреваемого вентилируемого и инфильтрирующегося воздуха, массового расхода теплоносителя, коэффициентов теплопередачи ограждающих  конструкций и выдает конечные значения средних температур воздуха в  каждом помещении здания, формируя при этом базу данных по температурам внутреннего воздуха.
Интерфейс программы, представленный на рис. 1.3, состоит  из двух основных частей: поэтажного дерева здания главного корпуса и окна плана  выделенного этажа. Структуру корпуса  можно разворачивать по этажам, а  также по помещениям. Выбранное в  дереве корпуса помещение выделяется на плане этажа зеленым цветом. Пользователь имеет возможность  управления масштабом плана этажа, уменьшая или увеличивая его вид.
 

Рис. 1.2. Блок-схема программы расчета  теплового состояния здания
 
 

Рис. 1.3. Интерфейс программы
 
Данные  для расчета температур внутреннего  воздуха вводятся в удобном диалоговом режиме. При этом пользователь задает: направление и скорость ветра (м/с); температуру окружающего воздуха (оС) и величину атмосферного давления (МПа); параметры отопления в соответствии с температурным графиком (температуру теплоносителя в подающей магистрали Ts1, (оС), температуру теплоносителя в обратной магистрали Ts2, (оС), температуру теплоносителя, поступающего в отопительные приборы Ts3, (оС)) и кратность воздухообмена.
Кроме задания параметров окружающей среды  пользователем, предусмотрена удобная  возможность автоматического задания  этих параметров с официального сайта  службы метеорологии www.gismeteo.ru.
После задания всех исходных данных пользователь начинает расчет.
После окончания расчета появляется окно с рассчитанным значением температуры  в конкретном помещении здания.
Данные  расчета с определенными исходными  данными записываются в отдельный  файл с расширением *.sot.
Пользователь  может распечатать план этажа, с  указанием значений температур в  каждом помещении.
 
 
 
 
 
2. Исследование  зависимости теплового состояния  здания от температуры       
    наружного  воздуха
 
Цель работы: Исследовать зависимость теплового состояния помещений
здания главного учебного корпуса УлГТУ от температуры  наружного воздуха.
 
 
Задания
1. Построить при помощи  MSExcel график центрального качественного
регулирования.
2. Рассчитать и построить  зависимости  tвн =f(tн), где tвн – температура внутри помещения, а tн – температура наружного воздуха. Зависимости построить для четырех помещений, принадлежащих различным фасадам здания, при помощи программы расчета теплового состояния здания.
3. Проанализировать полученные  результаты.
 
Порядок выполнения
1. В соответствии с формулами  (1.20) - (1.24), (1.26) вычисляем температуры в подающей и обратной магистралях, соответвующие графику центрального качественного регулирования 150/70, который является графиком применяемым котельной УлГТУ.
Принимаем t1\=150оС, t2\=70оС, t3\=90оС, тогда ??=80 оС и ?=25 оС. Расчетная температура внутреннего воздуха в здании равна t=18 оС. Расчетная температура для проектирования системы теплоснабжения tPO =-31 оС. С помощью MSExcel вычисляем температуры в подающей и обратной магистралях (табл.2.1).
                                                                                                            Таблица 2.1.
Температура в подающей и обратной магистрали, температура смеси в  зависимости от температуры наружного  воздуха
tн
t1
t2
t3
-30
147,5672
69,1999
93,4938
-29
145,1300
68,3953
92,1831
-28
142,6883
67,5863
90,8679
-27
140,2420
66,7726
89,5481
-26
137,7909
65,9542
88,2235
-25
132,8739
64,3024
85,5596
-24
130,4077
63,4689
84,2199
-23
127,9362
62,6300
82,8749
-22
125,4592
61,7857
81,5245
-21
122,9765
60,9357
80,1683
-20
120,4880
60,0798
78,8064
-19
117,9935
59,2180
77,4384
-18
115,4928
58,3499
76,0642
-17
112,9856
57,4754
74,6836
-16
147,5672
56,5942
73,2962
Продолжение таблицы 2.1.
-15
110,4718
56,5942
73,2962
-14
107,9510
55,7061
71,9020
-13
105,4231
54,8108
70,5006
-12
102,8877
53,9081
69,0918
-11
100,3446
52,9977
67,6752
-10
97,7934
52,0792
66,2506
-9
95,2339
51,1522
64,8175
-8
92,6655
50,2165
63,3757
-7
90,0879
49,2716
61,9246
-6
87,5007
48,3170
60,4639
-5
84,9033
47,3523
58,9931
-4
82,2953
46,3770
57,5117
-3
79,6761
45,3904
56,0189
-2
77,0449
44,3919
54,5143
-1
74,4012
43,3808
52,9971
0
71,7441
42,3563
51,4665
1
70
41
49,99
2
70
41
49,99
3
70
41
49,99
4
70
41
49,99
5
70
41
49,99
6
70
41
49,99
7
70
41
49,99
8
70
41
49,99

 
    Строим зависимости , и , где t1 – температура теплоносителя подающей магистрали; t2 – температура теплоносителя обратной магистрали; t3 – температура смеси, tн – температура наружного воздуха, с помощью MSExcel.
 
 

Рис.2.1. Зависимости
,
и

2. Открываем программу расчета теплового состояния здания при помощи открытия файла sot.exe.
3. Выбрать Файл ®  УлГТУ(демо).sot.
3. В поэтажном дереве здания выбираем 1 этаж.
4. В окне плана выделенного этажа выбираем четыре любых помещения, принадлежащих различным фасадам здания (рис.2.2).
5. Выделяем выбранное помещение (помещение выделяется зеленым цветом).
6. Выбрать Расчет ® Исходные данные.
7. Задаем северное направление ветра со скоростью 5м/с.
8. Задаем кратность воздухообмена 3.6.
9. Задаем значение атмосферного давления 0.1 МПа.
10. Задаем температуру наружного воздуха  (tн = -5 оС …-30 оС с шагом 1 оС).
11. Выбрать Расчет ® Начать.
12. Отображается результат расчета.
 




 
Рис. 2.2. Четыре помещения второго этажа главного корпуса УлГТУ, выбранные для исследования
13. Данные по температурам внутреннего  воздуха заносим в Excel-таблицу (табл. 2.2).
Таблица 2.2.
tн
tвн, оС
проректор
tвн, оС
Кабинет 1
tвн, оС
Кабинет 2
tвн, оС
-5
18,2
25,6
25,18
25,85
-6
17,7
25,4
24,87
25,25
-7
17,4
25,4
24,62
25,14
-8
17,1
25,3
24,39
25
-9
16,7
25,1
24,16
24,8
-10
16,3
25
23,92
24,7
-11
15,9
24,8
23,69
24,62
-12
15,6
24,8
23,44
24,5
-13
15,2
24,6
23,2
24,34
-14
14,5
24,5
22,95
24,23
-15
14,5
24,4
22,7
24,12
-16
14
24,3
22,45
23,98
-17
13,7
24,2
22,19
23,88
-18
13,3
24,1
21,94
23,74
-19
12,9
23,9
21,42
23,61
-20
12,5
23,8
21,44
23,48
-21
12,2
23,7
21,15
23,35
-22
11,8
23,6
20,89
23,23
-23
11,4
23,5
20,87
23,12
-24
11
23,3
20,33
22,99
-25
10,6
23,2
20,1
22,8
-26
10,2
23,1
19,8
22,7
-27
9,9
22,9
19,25
22,6
-28
9,5
22,9
19,1
22,48
-29
9,1
22,8
18,97
22,38
-30
8,7
22,4
18,69
22,25

14. С помощью MSExcel построить графики зависимости для всех четырех помещений (рис.2.3).


Рис.2.3. Графики зависимости
для выбранных помещений
16. Проанализируем полученные результаты. Исследуя зависимость теплового состояния четырех помещений второго этажа (проректор, кабинет 1,архив, кабинет 2), принадлежащих разным фасадам здания главного учебного корпуса УлГТУ, от температуры наружного воздуха, наблюдаем прямую зависимость температуры внутри помещения от температуры наружного воздуха для всех помещений. Уменьшение температуры наружного воздуха при постоянных направлении и скорости ветра приводит к равномерному уменьшению температуры внутри помещения:
- для проректора температура внутри помещения при tн = -5 оС и северном ветре со скоростью 5 м/с составила 18,2оС, а уже при tн = -30 оС и прочих равных условиях – 8,7оС;
- для кабинета 1 температура внутри помещения при tн = -5 оС и северном ветре со скоростью 5 м/с составила 25,6оС, а уже при tн = -30 оС и прочих равных условиях – 22,4оС;
- для архива температура внутри помещения при tн = -5 оС и северном ветре со скоростью 5 м/с составила 25,18оС, а уже при tн = -30 оС и прочих равных условиях – 18,69оС;
- для кабинета 2 температура внутри помещения при tн = -5 оС и северном ветре со скоростью 5 м/с составила 25,85оС, а уже при tн = -30 оС и прочих равных условиях – 22,25оС.
 
 
3. Исследование  зависимости теплового состояния  здания от скорости и
направления ветра
 
Цель работы: исследовать зависимость теплового состояния помещений здания главного учебного корпуса УлГТУ от скорости и направления ветра при реальном графике центрального качественного регулирования.
Задания
1. Построить при помощи  MSExcel график центрального качественного регулирования.
2. Рассчитать и построить  зависимости tвн=f (Uв) , где tвн – температура внутри помещения, а uв – скорость ветра. Зависимости построить для четырех помещений, принадлежащих различным фасадам здания, при помощи программы расчета теплового состояния здания.
3. Проанализировать полученные  результаты.
 
Порядок выполнения работы
 
1. В поэтажном дереве  здания выбирается  этаж по  номеру в списке группы (2 этаж). В окне плана выделенного этажа выбирается четыре любых помещения, принадлежащих различным фасадам здания (рис.2.2).
2. Задается температура наружного воздуха (любое значение в пределах tн = -5 оС …-30 оС) и соответствующую этой температуре значения температур теплоносителя согласно графику центрального качественного регулирования. Все последующие расчеты ведутся с выбранными значениями температур, а именно tн=-10°С; t1= 98°С; t2=52°С; t3=66°С.
3. Выбирается определенное  направление ветра и последовательно  задается значения скорости ветра  в пределах  uв = 0 …10 м/c c шагом 1 м/c.
4. Повторяются расчеты  для остальных направлений ветра. 
5. Данные по температурам  внутреннего воздуха заносятся  в Excel-таблицу.
6. С помощью MSExcel строятся графики зависимости для всех направлений ветра и для всех четырех помещений.
                                                                                                                Таблица 3.1.
Расчетные значения температуры  внутреннего воздуха для четырёх  исследуемых помещений в зависимости  от скорости и северного направления  ветра
Скорость ветра, м/с
Температура внутри помещения, °С
проректор
Кабинет 1
архив
Кабинет 2
0
17,9
24,9
24,48
24,73
1
17,7
24,7
23,93
24,7
2
17,6
24,69
23,91
24,68
3
17,2
24,63
23,89
24,66
4
16,8
24,57
23,88
24,65
5
16,3
24,46
23,87
24,65
6
15,8
24,39
23,86
24,64
7
15,2
24,27
23,86
24,63
8
14,6
24,15
23,85
24,63
9
13,9
24,01
23,84
24,62
10
13,2
23,87
23,84
24,62

 


Рис.3.1. График зависимости
для четырех исследуемых помещений при северном направлении ветра
                                 
                                                                                
 
Таблица 3.2.
Расчетные значения температуры  внутреннего воздуха для четырёх  исследуемых помещений в зависимости  от скорости и северо - восточного направления  ветра
Скорость ветра, м/с
Температура внутри помещения, °С
проректор
Кабинет 1
Архив
Кабинет 2
0
17,9
24,87
24,01
25,2
1
17,8
24,69
23,93
24,67
2
17,6
24,55
23,91
24,67
3
17,4
24,33
23,89
24,66
4
17,2
24,05
23,88
24,65
5
16,9
23,71
23,87
24,65
6
16,5
23,32
23,86
24,64
7
16,1
22,9
23,86
24,63
8
15,7
22,45
23,85
24,63
9
15,3
21,97
23,84
24,62
10
14,9
21,47
23,84
24,62

 


Рис.3.2. График зависимости
для четырех исследуемых помещений при северо – восточном направлении ветра
                                                                                                                  
 
 
 
 
 
 
Таблица 3.3.
Расчетные значения температуры  внутреннего воздуха для четырёх  исследуемых помещений в зависимости  от скорости и восточного направления  ветра
Скорость ветра, м/с
Температура внутри помещения, °С
проректор
Кабинет 1
Архив
Кабинет 2
0
18,4
25
24,01
25,2
1
17,7
24,69
23,92
24,67
2
17,7
24,55
23,86
24,67
3
17,5
24,33
23,79
24,66
4
17,3
24,05
23,71
24,65
5
17,1
23,71
23,6
24,65
6
16,8
23,32
23,48
24,64
7
16,4
22,9
23,35
24,63
8
16,3
22,4
23,2
24,63
9
15,9
21,97
23,03
24,62
10
15,6
21,47
22,85
24,62

 


Рис.3.3. График зависимости
для четырех исследуемых помещений при восточном направлении ветра
                                                                                                                 
 
 
 
 
 Таблица 3.4.
Расчетные значения температуры  внутреннего воздуха для четырёх  исследуемых помещений в зависимости  от скорости и юго - восточного направления  ветра
Скорость ветра, м/с
Температура внутри помещения, °С
проректор
Кабинет 1
Архив
Кабинет 2
0
18,3
25
23,99
24,7
1
17,8
24,72
23,88
24,7
2
17,8
24,7
23,7
24,68
3
17,7
24,66
23,42
24,66
4
17,67
24,61
23,09
24,65
5
17,62
24,55
22,69
24,65
6
17,57
24,49
22,11
24,64
7
17,51
24,41
21,9
24,63
8
17,45
24,32
21,1
24,63
9
17,38
24,23
20,55
24,62
10
17,3
24,13
19,96
24,62

 


Рис.3.4. График зависимости
для четырех исследуемых помещений при юго – восточном направлении ветра
                                                                                                                 
 
 
 
 
 
 Таблица 3.5.
Расчетные значения температуры  внутреннего воздуха для четырёх  исследуемых помещений в зависимости  от скорости и южного направления  ветра
Скорость ветра, м/с
Температура внутри помещения, °С
Проректор
Кабинет 1
Архив
Кабинет 2
0
18
24,84
23,99
24,7
1
17,8
24,74
23,88
24,69
2
17,78
24,72
23,72
24,64
3
17,76
24,71
23,46
24,59
4
17,74
24,7
23,15
24,51
5
17,72
24,69
22,73
24,43
6
17,71
24,68
22,31
24,33
7
17,7
24,68
21,8
24,21
8
17,69
24,67
21,38
24,09
9
17,68
24,67
20,93
23,97
10
17,67
24,67
20,54
23,84

 


Рис.3.5. График зависимости
для четырех исследуемых помещений при южном направлении ветра
                                                                                                                
 
 
 
 
 
 
 Таблица 3.6.
Расчетные значения температуры  внутреннего воздуха для четырёх  исследуемых помещений в зависимости  от скорости и юго - западного направления  ветра
Скорость ветра, м/с
Температура внутри помещения, °С
проректор
Кабинет 1
Архив
Кабинет 2
0
17,98
24,8
24,49
24,77
1
17,8
24,74
23,89
24,65
2
17,79
24,72
23,88
24,51
3
17,76
24,71
23,82
24,27
4
17,74
24,7
23,77
23,98
5
17,72
24,69
23,69
23,64
6
17,71
24,68
23,61
23,24
7
17,7
24,68
23,52
22,81
8
17,69
24,67
23,41
22,34
9
17,68
24,67
23,3
21,87
10
17,68
24,67
23,17
21,35

 


Рис.3.6. График зависимости
для четырех исследуемых помещений при юго - западном направлении ветра
                                                                                                                 
 
 
 
 
 Таблица 3.7.
Расчетные значения температуры  внутреннего воздуха для четырёх  исследуемых помещений в зависимости  от скорости и западного направления  ветра
Скорость ветра, м/с
Температура внутри помещения, °С
Проректор
Кабинет 1
Архив
Кабинет 2
0
17,98
24,8
24,07
24,97
1
17,95
24,74
23,93
24,64
2
17,73
24,72
23,91
24,51
3
17,64
24,71
23,89
24,3
4
17,54
24,7
23,88
24,03
5
17,41
24,69
23,87
23,7
6
17,27
24,68
23,87
23,33
7
17,12
24,68
23,86
22,92
8
16,95
24,67
23,85
22,48
9
16,76
24,67
23,84
22,01
10
16,56
24,67
23,84
21,53

 


Рис.3.7. График зависимости
для четырех исследуемых помещений при западном направлении ветра
                                                                                                                  
 
 
 
 
 
Таблица 3.8.
Расчетные значения температуры  внутреннего воздуха для четырёх  исследуемых помещений в зависимости  от скорости и северо - западного  направления ветра
Скорость ветра, м/с
Температура внутри помещения, °С
Проректор
Кабинет 1
Архив
Кабинет 2
0
18,14
24,8
24,01
24,96
1
17,78
24,74
23,93
24,68
2
17,53
24,72
23,91
24,65
3
17,2
24,71
23,89
24,61
4
16,8
24,7
23,88
24,56
5
16,3
24,69
23,87
24,5
6
15,2
24,68
23,86
24,44
7
14,7
24,68
23,86
24,35
8
14,8
24,68
23,85
24,27
9
14,1
24,67
23,84
24,17
10
13,5
24,67
23,84
24,07

 


Рис.3.8. График зависимости
для четырех исследуемых помещений при северо - западном направлении ветра
7. Проанализируем полученные результаты: исследуя зависимость теплового состояния четырех помещений 2 этажа (проректор, кабинет 1, архив, кабинет ), принадлежащих разным фасадам здания главного учебного корпуса УлГТУ, от скорости и направления ветра при реальном графике центрального качественного регулирования, наблюдаем зависимость температуры внутри помещения от изменения внешних условий. Во всех помещениях температура уменьшается при увеличении скорости ветра, только в некоторых в большей степени, в некоторых в меньшей, это связано с направлением ветра и расположением помещений относительно этого направления.
 
 
4. Сравнительный  анализ результатов исследования  теплового состояния
здания с помощью математической модели с результатами физического эксперимента
 
 
Цель работы: исследовать погрешность математической модели теплового состояния здания путем сравнения результатов математического эксперимента с результатами физического эксперимента, полученными для здания главного корпуса УлГТУ.
Задания
1. Построить при помощи  MSExcel график центрального качественного регулирования.
2. Рассчитать значения  температуры внутреннего воздуха  помещения здания, используя архив  данных по значениям температуры  наружного воздуха, скорости и  направления ветра.
3. Сравнить результаты  математического эксперимента с  результатами физического исследования  теплового состояния помещения.
4. Проанализировать полученные  результаты.
Порядок выполнения работы
1. Выбрав одно помещение  согласно  рис. 4.1.
2. Рассчитать не менее  10 значений температур внутреннего  воздуха в выбранном помещении,  используя архив данных по  температурам наружного воздуха,  скорости и направления ветра,  приведенных на рис. 4.2 – 4.4.
3. Данные по температурам  внутреннего воздуха следует  заносить в Excel- таблицу.
4. Сравнить полученные  данные с результатами данными,  полученными путем измерения  температуры датчиком (рис. 4.5).
 

Рис 4.1. Место положение помещения № 717 (7 этаж)

Рис. 4.2. Температура наружного воздуха: линия – по метеоданным; ¦ – измеренная датчиком, установленном на левом крыле здания главного корпуса УлГТУ; ? – измеренная датчиком, установленном на правом крыле здания здания главного корпуса УлГТУ

Рис. 4.3. Скорость ветра

Рис.4.4. Направление ветра

Рис.4.5. Температура внутреннего  воздуха в помещении, измеренная датчиком температуры.                                                                                                                                                                                                                  
Таблица 4.1.
Результаты эксперимента и исследования теплового состояния  одного из помещений седьмого этажа  главного корпуса УлГТУ
Дата
наружного воздуха, °С
1
-14
0
Ю
20,71
21,2
0,49
2
-7
2
Ю
21,57
21,5
0,07
4
-7
7
С-З
21,46
20,2
1,26
5
-10
0
Ю
21,10
19,3
1,80
11
-6
3
Ю-З
21,69
20,8
0,89
12
-7
0
С
21,59
20,3
1,29
13
-8
0
С
21,42
19,3
2,12
14
-9
6
С
20,77
19,7
1,07
15
-13
2
Ю-З
20,56
19,5
1,06
20
-11
3
Ю
20,91
20,9
0,01
21
-11
3
Ю-В
20,81
21,1
0,29
22
-12
6
Ю
20,68
20,7
0,02
Продолжение таблицы 4.1.
23
-14
1
Ю-В
20,43
21,0
0,57
24
-8
2
Ю
21,42
20,3
1,12
25
-6
2
Ю
21,68
20,3
1,38
29
-9
0
С-З
21,26
20,8
0,46
30
-14
2
С-З
20,36
20,4
0,04

 
Среднее отклонение расчетных значений температур от экспериментальных составляет 0,82 оС.

Рис.4.6. Сравнение результатов  исследования температуры внутреннего  воздуха с помощью математической модели с результатами физического  эксперимента
 
5. Проанализируем полученные  результаты: исследуя погрешность математической модели теплового состояния здания путем сравнения результатов математического эксперимента с результатами физического эксперимента, полученными для здания главного корпуса УлГТУ, наблюдаем минимальное расхождение в значениях. Самое большое отклонение температур составило 2,12 ?С, наименьшее отклонение температур - 0,01 ?С. Среднее отклонение расчетных значений температур от экспериментальных составило 0,82 ?С.
 
5. Исследование  зависимости теплового состояния  здания от мощности
отопительных  приборов
 
Цель работы: исследовать зависимость теплового состояния помещений
здания главного учебного корпуса УлГТУ от мощности отопительных приборов.
 
Задания
1. Построить при помощи  MSExcel график центрального качественного регулирования.
2. Рассчитать и построить  зависимости  tвн
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.