Расчет температурного поля профилей стеклопакетов по методике ISO 10077-2.2017

Методика ISO 10077-2 обеспечивает расчет воздушных камер в вертикальных, горизонтальных или расположенных наклонно профилях окон или дверей с учетом передачи тепла теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Моделирование камер

Сечение камер может быть произвольной формы. Если ширина канала, соединяющего полости, ≤2 мм, то камеры рассматриваются как изолированные друг от друга и считаются невентилируемыми.

Если ширина канала или горлышко камеры от 2 до 10 мм (см. рис.), то такие полости считаются слегка вентилируемыми, их эквивалентная теплопроводность удваивается. При размере горлышка камеры >10 мм, камера отдельно не рассматривается.
На рисунке камеры F считаются невентилируемыми, камера G – слегка вентилируемая и камера H – хорошо вентилируемая и отдельно не рассматривается.

При расчете каждая камера трансформируется в эквивалентную камеру прямоугольной формы. При этом площади A и A’ равны, а d’/b’ = d/b.

Метод расчета эквивалентной теплопроводности воздуха в камерах

Значение коэффициента эквивалентной теплопроводности вычисляется по формуле λ_экв = d / R_S, где
d – размер камеры в направлении теплового потока (см. рис. слева);
b – размер камеры в направлении перпендикулярном направлению теплового потока;
R_S = 1 / ( α_к + α_и ) – термическое сопротивление;
α_к - коэффициент теплопередачи конвекцией;
α_к - коэффициент теплопередачи излучением;
ε₁, ε₂ - коэффициенты излучения поверхностей (если нет сведений по значениям ε₁, ε₂, то стандарт ISO 10077-2 рекомендует брать значения 0,9).

Коэффициент конвективной теплопередачи α_к определяется в зависимости величины b:
Если b < 5 мм, то α_к = C₁ / d; (C₁ = 0.025 Вт/м-К)
Если b ≥ 5 мм, то α_к = max(C₁ / d; C₂ ∛ΔT ); (C₂ = 0.73 Вт/м²-К^4/3)
ΔT - максимальная разность температур в камере, определяемая в процессе расчета по МКЭ

Коэффициент теплопередачи излучением α_и = 4σT_m³EF,
где σ - постоянная Стефана-Больцмана (5,67·10^-8 Вт/м²-К⁴);
T_m - средняя температура камеры в °К;
E = ( 1/ε₁ + 1/ε₂ - 1 )^-1, учитывает взаимовлияние поверхностей на излучение;
F = ½ ( 1 + √1 + (d/b)² - d/b), учитывает влияние угла зрения на излучение.

Значение коэффициента эквивалентной теплопроводности, определяемое формулой λ_экв = d / R_S, используется для невентилируемых камер, для слегка вентилируемых оно удваивается.

К поверхности хорошо вентилируемых камер (d>10 мм, камера H на рисунке выше) надо применять стандартные граничные условия.

Сотрудники ООО "Тор" разработали макрос с помощью API, встроенного в ELCUT, чтобы производить расчет эквивалентной теплопроводности воздушных камер профилей на основе изложенной выше методики. Макрос работает в среде Microsoft Excel. Каждой камере (области) присваивается имя и начальное значение коэффициента теплопроводности.
Все имена заносятся на лист Microsoft Excel. Пользователь выполняет расчет модели путем итераций пока разница между значениями коэффициента эквивалентной теплопроводности на предыдущей итерации и последующей не устроит его по точности. Обычно необходимо 3-4 итерации.