CC BY
11
РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКОГО
РАСЧЕТА СТЕНЫ
В.А. Южаков, канд. техн. наук, доцент В.А. Якимов, студент
Филиал ДИНО государственного университета «Дубна» (Россия, г. Дмитров)
DOI:10.24412/2500-1000-2023-3-2-61-65
Аннотация. В статье рассматривается процесс создания строительного приложения, которое выполняет теплотехнический расчет стен. В рамках работы проводится небольшой обзор рынка строительных приложений, сред для их разработки, подбор подходящего языка программирования, анализ необходимой документации, для выполнения теплотехнического расчета. Предложен определенный алгоритм вычисления в написанной программе, который по введенным пользователем данным о регионе производит теплотехнический расчет стеновой конструкции. Приведены результаты, которые отражают работоспособность написанного приложения.
Ключевые слова: свод правил, стеновая конструкция, теплотехнический расчет, толщина утеплителя, сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции, язык программирования, Python, модуль Tkinter.
Одной из самых больших проблем, стоящих перед строительной отраслью, является развитие и интеграция технологий. Использование приложений и программ, поможет в решении данной проблемы. Разработка специальных приложений позволяет автоматизировать большую часть процессов расчета и проектирования зданий.
Теплотехнические расчеты одни из самых сложных, требуют много времени и большой концентрации. Приложений для их выполнения достаточно мало, а большая их часть работает по устаревшим требованиям и нуждается в изменениях. Этим и обуславливается актуальности данной статьи.
Целью данной работы является разработка приложения, которое позволит выполнять теплотехнический расчет для стеновых конструкций.
В статье рассматривается выбор среды разработки, анализ необходимой документации, разработка простого кода, выполняющего расчет, создание графического дизайна, проверка работоспособности созданного приложения.
Особенностью разработанного приложения должны выступать следующие факторы: простота использования, интуитив-
но-понятный интерфейс, независимость от изменений нормативных значений.
Основное требования к любому строительному софту - это простота в использовании. То есть в программной оболочке не должна использоваться сложная строительная терминология, управление должно быть максимально простым, системная обработка готовой модели не должна длиться долго, в основе интерфейса должен присутствовать русский язык.
На рынке достаточно много строительных приложений. Очень большой популярностью пользуются приложения, которые позволяют визуализировать какие-то нагрузки на конструкции. Из таких популярных программ можно выделить: RTI, VALTEC.PRG и другие. Все они рассчитаны на четкое применение математических формул из соответствующих СП (сводов правил.)
Для решения специальных задач, например, для проектирования отдельных узлов и элементов зданий успешно применяются конструкторские системы. Среди них - системы для проектирования несущих строительных конструкций - SCIA, Ing-CAD, Pit-Cup, HyperSteel, Комета.
Все вышеперечисленные приложения достаточно сложны для понимания рядового пользователя.
С этой точки зрения, реализуемую программу следует разработать в формате строительного калькулятора, с возможностью работать в офлайн режиме. В интернете можно найти похожие калькуляторы, но их минус в том, что при изменении нормативных документов, методов расчета, данных региона их редактирование требует значительного времени, чего иногда и вовсе не происходит. Разрабатываемая программа должна быть проста - все данные должны вводиться самим пользователем, чтобы иметь возможность при необходимости поменять их.
Выбор языка программирования очень важен, именно он диктует условия реализации программы, предрекая сложности в ее написании и функционировании. Существует огромное количество сред разработки, таких как: C++, Javascript, Python и др.
Самой популярной среди начинающих программистов средой разработки является Python. Среди плюсов следует выделить следующие факторы: хорошо подходит
для новичков; простои минималистичныи синтаксис; большая стандартная библиотека; большое количество специальных библиотек сторонних разработчиков большоИ выбор фреИмворков; поддерживает ООП; кроссплатформенность и главное, Phyton - бесплатный язык программирования.
Теплотехнический расчет выполняется по [1]. Последовательность: сначала необходимо узнать данные в вашем регионе строительства: средней температуры наружного воздуха V, продолжительность отопительного периода 2от и расчетную температуру внутреннего воздуха здания ts. Эти данные берутся из [2].
После чего вычисляются градусо-сутки отопительного периода (ГСОП) (1). Следом вычисляется требуемое значения приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции RTp (2). Далее узнав требуемое значение приведенного сопротивления теплопередаче ограждающей конструкции Кгр, мы приравниваем его к фактическому Яф (3). Из данной формулы мы выражаем необходимую толщину нашего утеплителя 8у (4).
ГСОП = (tB - t0T) * Z,
(1)
где tв - расчетная температура внутреннего воздуха здания, Со; V - средняя температура наружного воздуха, Со; 2от - продолжительность отопительного периода, сут.
RTp = a* ГСОП + Ь,
(2)
где а и Ь - коэффициенты, значения которых следует принимать для соответствующих групп зданий из [1].
^тр = Яф = ---+ Е ~т + -—,
aint Ai аехр
(3)
где аы - коэффициент теплопередачи внутренней поверхности ограждающей конструкции, по умолчанию равный 8,7;
аехр - коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающей конструкции для условий холодного периода, по умолчанию равный 23;
- толщина слоя, м;
- коэффициент теплопроводности материала, Вт/(м* Со).
Sy=[R ф-(— + 11у + —)]Л
\aint Ai аехр/
где 8у - необходимая толщина утеплителя, м.
Разработка программы начинается графического интерфейса. Используется
встроенный в стандартную библиотеку Python'a GUI фреймворк - Tkinter. Интерфейс программы представлен на рисунке 1.
$ Теплотехнический расчет
Данная программа создана для теплотехнического расчета стены
Температура внутри помещения, ВС
|20
Средняя температура наружного воздуха,"С
Тощи на слоя,м Теплопроводность,Вт/(меС]
-4.1
Продолжительность отопительного период^сут/год
|0LQ9 |p-96
0,25 0,37
0.02
0.37
215
Укажите теплопроводность вашего утеплителя,Вт/(миС] |0.085
Укажите кол-во слоев без утеплителяшт Выберите ваш тип здания:
1)Жилые, лечебнопрофилактические и детские учреждения, школы, интернаты, гостиницы и общежития 2Юбшественные. кооме указанных выше, административные и бытовые,производственные и другиездания
и помещения с влажным или мокрым режимом 3)Производственные с сухим и нормальным режимами
1
1 Принять | Нажмите, когда введете все данные
Выполнить расчет Нажмите когда укажете теплопроводность и толщину слоев
Итоги расчета: ГСОП[°С*сут/год]=
Фактическое сопротивление Рф[(м2°С)/Вт]= Требуемое сопротивление Ртр[(м2-°С)/Вт]= Вычисленная толщина утеплителя[м]= Необходимая толщина утеплителя[м]=
5181.5
3.214
3.214
0.225
0.225
Данная программа разработана Якимовым Виктором : )
Рис. 1. Интерфейс программы теплотехнического расчета стены
Разработка логической части программы. И так подведем итоги, от пользователя будут требоваться вводные данные, а конкретно: средняя температура воздуха, продолжительность отопительного периода, расчетная температура внутри помещения, а также толщина каждого слоя стены (кроме утеплителя, так как его мы и ищем в данном расчете) и значения коэффициентов теплопроводности слоев (в том числе утеплителя). Можно было бы сделать автоматический ввод так, чтобы пользователь указывал только регион строительства и слои, но показатели обновляются каждый год, а соответственно значения V, 2от, 1в будут меняться, это будет заставлять постоянно менять значения в коде, что нам не подходит.
Для начала необходимо, чтобы пользователь ввел следующие данные: темпера-
тура внутри помещения, средняя температура наружного воздуха, продолжительность отопительного периода, теплопроводность утеплителя и количество слоев без утеплителя. После чего человек выбирает свой тип здания и жмет на кнопку принять. В появившихся окошках для ввода в столбце слева указывается толщина слоя, а в столбце справа его теплопроводность. Как только все данные введены нажимается кнопка выполнить расчет, итоги расчета отображаются внизу (рис. 1.)
Теперь необходимо проверить верны ли расчеты в реализуемой программе для этого можно взять значения из готового примера в интернете [3]. Исходные параметры из примера приведены на таблице 1.
Таблица 1. Исходные данные из примера
№ слоя Материал слоя Толщина слоя S, мм Коэффициент теплопроводности Я, Вт/(м*оС)
1 Кирпич декоративный 90 0,96
2 Минеральная вата Х 0,085
3 Силикатный кирпич 250 0,87
4 Штукатурка 20 0,87
Температура внутри помещения ^ = 20 оС, средняя температура наружного воздуха 1от = -4,1оС, продолжительность отопительного периода 2от = 215 сут.
Вводим их в нашей программе и выполняем расчет. Теперь наши результаты можно сравнить с результатами из примера (табл. 2).
Таблица 2. Сравнение результатов вычислений
Расчет ГСОП, оС*сут Требуемое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции Дтр, м2*оС/Вт Фактическое сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции Дф, м2*оС/Вт Толщина утеплителя, мм
Наш расчет 5181,5 3,214 3,214 225
Готовый пример 5182 3,214 3,214 225
Сравнивая результаты, можно прийти к выводу, что разработанная программа, работает правильно - все вычисленные данные сошлись.
Заключение. На основе универсальной методики для проведения теплотехнического расчета стеновой конструкции была разработана простая программа на языке
выполнения расчетов в программе. В результате реализована универсальная программа, способная в офлайн формате проводить теплотехнический расчет стены. Она не зависит от изменения каких-либо данных, так как пользователь указывает их вручную. А используемые формулы при необходимости легко найти в коде и изменить.
Python. Проведена проверка правильности
Библиографический список
1. Свод правил СП 50.13330.2012 СНиП 23-022003 Тепловая защита зданий.
2. Свод правил СП 131.13330.2020 СНиП 23-01 - климатология
3. Общие ресурсы по строительству: сайт Игоря Гарушина. - [Электронный ресурс]. -Режим доступа: http://svoydomtoday.ru/utepleniye-konstrukciy/210-teplotehnicheskiy-raschet-s-primerom.html (дата обращения 23.03.2023).
DEVELOPMENT OF A PROGRAM FOR PERFORMING THERMAL CALCULATION
OF THE WALL
V.A. Yuzhakov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor V.A. Yakimov, Student
Branch of the DINO State University «Dubna» (Russia, Dmitrov)
Abstract. The article discusses the process of creating a construction application that performs thermal calculation of walls. As part of the work, a small review of the market of construction applications, environments for their development, selection of a suitable programming language, analysis of the necessary documentation for performing thermal engineering calculations is carried out. A certain calculation algorithm is proposed in the written program, which, based on the data entered by the user about the region, performs a thermal calculation of the wall structure. The results that reflect the operability of the written application are presented.
Keywords: code of rules, wall construction, thermal engineering calculation, insulation thickness, heat transfer resistance of the enclosing structure, programming language, Python, Tkinter module.
