INSTRUKCJA OBSŁUGI PROGRAMU THERM

1. Dane ogólne

THERM jest działającym w systemie operacyjnym Microsoft Windows programem kompu-terowym, opracowanym w Lavrence Berkeley National Laboratory, przeznaczonym dla inżynierów, nauczycieli, studentów, architektów i innych osób zainteresowanych problemami wymiany ciepła. Przy użyciu programu THERM można modelować dwuwymiarowy przepływ ciepła w kompo-nentach budowlanych, takich jak okna, ściany, dachy fundamenty i inne, w których mostki termiczne stanowią istotny problem. Analizy dokonane przy użyciu THERM umożliwiają prawidłowe oszacowanie wydajności energetycznej i ustalenie miejscowych pól temperatury, co wpływa bezpośrednio na możliwość rozwiązania problemów z kondensacją , zniszczeniami wywołanymi przez wilgoć i t. p.

Obliczenia dwuwymiarowego przepływu ciepła bazują na metodzie elementów skończonych, która umożliwia modelowanie skomplikowanych geometrycznie przekrojów. Graficzny interfejs umożliwia wykreślenie przekrojów analizowanych elementów o znanych wymiarach. Każdy przekrój jest reprezentowany przez kombinację „poligonów”(część przekroju, zwykle prostokątna). Każdemu ze znajdujących się na rysunku poligonów przypisuje się własności materiałowe, a następnie definiuje się warunki brzegowe. Po wykreowaniu modelu dalsze obliczenia przeprowadza się automatycznie.

Wyniki obliczeń otrzymuje się w postaci: współczynników przenikania ciepła U, izoterm, wektorów strumienia ciepła oraz temperatur (lokalnej, średniej, maksymalnej i minimalnej).

2. Uruchomienie programu - główne okno

Program uruchamia się z listy przez pasek Therm (rys.1.).

Główne Menu jet pokazane poniżej (rys.2.) Główny ekran służy do narysowania przekroju, wybrania własności (danych materiałowych i warunków brzegowych) i przeprowadzania obliczeń.

Niektóre oznaczenia:

0. Drawing Area - białe pole przeznaczone do narysowania analizowanego przekroju

1. Origin - krzyżyk obrazuje punkt o współrzędnych (0,0).

0. Locator - maleńki okrąg wokół punktu (0,0). odrywa ważną rolę podczas lokalizacji przekrojów kopiowanych z Window lub z innego pliku.

Rys.1. Uruchamianie programu THERM

Rys. 2. Główny ekran

Status bar - Cursor Feedback Bar - informacja o położeniu kursora. Pasek pokazano na rys.3. Step Size - odległość o jaką przesuwa się kursor z każdym „kliknięciem” Step Size użytkownik określa samodzielnie.

Rys. 3.

3. Definiowanie przekroju

Poniżej zamieszczono kilka informacji niezbędnych podczas definiowania przekroju przez podanie współrzędnych.

1. Definicja geometrii

Program umożliwia rysowanie polilinii oraz prostokątów.

Draw -> Polygon Draw -> Rectangle	Rysowanie polilinii lub prostokąta
ENTER lub LMB (lewy przycisk myszy)	Definicja kolejnych punktów
C	Zamknięcie rysowanej polilinii (dorysowanie linii od ostaniego zdefiniowanego punktu do pierwszego zdefiniowanego punktu
End	Snapowanie do ostatniego zdefiniowanego punktu
Home	Snapowanie do punktu (0,0)
Delete	Kasowanie linii
Esc	Podczas rysowania polilinii, usuwanie ostatniego punktu, po ponownym wciśnięciu możliwość skasowania całej polilinii.

Rysowanie przy użyciu myszy

Program umożliwia załadowanie podkładu w postaci pliku graficznego DXF, a następnie „ręczne” obrysowanie podkładu.

File -> Underlay...	Załadowanie podkładu
Options -> Preferences ->Snap settings -> Snap to underlay	Wybór opcji snapowania do podkładu

Definicja na podstawie współrzędnych

W trybie rysowania polilinii po wpisaniu dowolnej liczby z klawiatury (tu: 300) pojawia się

okno (rys.4.)

Rys.4.

Zaznaczona opcja relative - definiujemy przyrost względem punktu, w którym się znajdujemy (np. po wciśnięciu End - względem ostatniego punktu, po wciśnięciu Home - względem początku układu współrzędnych).

Zaznaczona opcja absolute - definiujemy położenie (współrzędną x lub y) względem początku układu współrzędnych.

Po wpisaniu Step Size kursorem wskazujemy, o jaką współrzędną chodzi (x -kursory w bok, y - kursory w górę/dół).

Poniżej przedstawiono menu główne programu THERM Rys.5.

Kiedy poligon jest zdefiniowany może być wyedytowany. Poligon może być przeniesiony, punkty mogą być przeniesione, dodane lub usunięte. W celu przeniesienia poligonu należy wybrać z menu Draw/Move. Kursor myszy powinien znajdować się wewnątrz poligonu. Należy kliknąć lewy przycisk myszy i przytrzymać, aż poligon znajdzie się w nowym położeniu. W przypadku kiedy podczas przenoszenia zostanie przyciśnięty klawisz Shift, program wymusi ruch w kierunku pionowym lub poziomym.

THERM ma dwie możliwości manipulowania całym narysowanym przekrojem: Flip i Rotate. Pozwala to na kilkakrotne powielanie przekroju w różnych pozycjach. W celu skorzystania z opcji Flip należy wybrać Flip z menu Draw, po czym wybrać opcję Horizontal / Vertical. Powstaje symetryczny obraz geometrycznego przekroju względem osi pionowej / poziomej.

W celu skorzystania z opcji Rotate należy wybrać Rotate. z menu Draw i skorzystać z możliwości obrotu przekroju o 90 lub 180 stopni w prawo lub lewo.

4. Materiały

Po zdefiniowaniu przekroju należy poszczególnym poligonom przyporządkować materiały, z których składają się analizowane przegrody. W tym celu należy skorzystać z biblioteki materiałów Material Library w menu Draw. Należy pamiętać, że większość zawartych w niej gotowych materiałów dotyczy zaawansowanych przekrojów okiennych. Jeżeli materiał, z którego zbudowany jest element rozpatrywanej przegrody znajduje się już w bibliotece należy tylko sprawdzić, czy jego własności cieplne zostały poprawnie zapisane. Można również wprowadzić nowy materiał (New), wpisując jego nazwę oraz współczynnik przewodzenia ciepła λ w odpowiednich oknach. Należy też zadeklarować Color, który będzie mu przyporządkowany.

5. Warunki brzegowe

Następny krok polega na zdefiniowaniu warunków brzegowych. Można przycisnąć przycisk B/C lub wybrać z menu Draw/Boundary Conditions. Program obrysowuje przekrój geometryczny grubszą czarną linią wzdłuż całego brzegu. Oznacza to, iż wstępnie program przypisał całemu brzegowi Adiabatic (warunki adiabatyczne, bez wymiany ciepła). Brzeg należy podzielić na odpowiednie odcinki i przypisać im różne warunki brzegowe. W programie THERM brzeg elementu poddany ujemnym temperaturom oznacza się niebieską linią, a fragmenty pozostające w kontakcie z wnętrzem - czerwoną linią.

Uwaga: Jeżeli przekrój nie jest prawidłowo zdefiniowany, przed nałożeniem warunków brzegowych pojawia się komunikat o ewentualnych błędach, które należy poprawić przed obliczeniami.

Podczas określania warunków brzegowych można skorzystać z Boundary Conditions Library, jak również podać nowe warunki. Definiowanie nowych warunków odbywa się poprzez wybranie z menu Library/Boundary Condition Library. Pojawia się okno dialogowe, w którym sprawdza się listę warunków istniejących oraz deklaruje się nowe, w razie potrzeby. Po wpisaniu nazwy warunku należy przycisnąć przycisk OK, a następnie wybrać kolor linii brzegowej z odcienia niebieskiego, który nie był do tej pory używany. Po zdefiniowaniu należy nacisnąć przycisk Save Lib, w celu zapamiętania warunku przez program. W oknie dialogowym Boundary Conditions należy zadeklarować Model Comprehensive, po czym wypełnić pola: Konwekcyjny przepływ ciepła - należy zadeklarować temperaturę otoczenia i współczynnik przejmowania ciepła, Stały strumień ciepła, Promieniowanie lub Stała temperatura (rys 6.)

Rys.6.

Uwaga: Program THERM nie przeprowadzi obliczeń bez deklaracji co najmniej dwóch nieadiabatycznych warunków brzegowych i wysyła ostrzeżenie, jeżeli ten warunek nie jest spełniony. W celu wybrania jednego fragmentu i ustalenia warunków brzegowych należy nań dwukrotnie „kliknąć” lewym klawiszem myszy. Wybrany fragment zostaje oznaczony za pomocą punktów na obu jego końcach. W celu wybrania kilku fragmentów należy ustawić kursor myszy na pierwszym z nich i kliknąć lewym klawiszem, a następnie, przyciskając klawisz Shift, przeciągnąć kursor aż do ostatniego segmentu przeciwnie do ruchu wskazówek zegara i kliknąć weń podwójnie rozwijając okno dialogowe Boundary Condition Type. W celu sprawdzenia dokładności określenia warunków brzegowych można na chwilę „wyłączyć” kolory materiałów (w menu View jest zaznaczona opcja Material Colors, można ją „wyłączyć”).

5.1. Definiowanie współczynników U

W analizach komponentów budowlanych często definiuje się współczynnik U dla wewnętrznych (związanych z pomieszczeniem) powierzchni brzegowych. Wewnętrzne i zewnętrzne powierzchnie są często rozdzielone przez brzeg z warunkami adiabatycznymi. Współczynnik U dla warunków adiabatycznych, w których nie ma przepływu ciepła jest równy zero. Jeżeli chcemy znać współczynniki U dla zewnętrznych powierzchni brzegowych, to powierzchnie te powinny być oznaczone oddzielnie. Program korzysta z założenia, że cały strumień ciepła, który „wchodzi” do rozpatrywanego przekroju wewnętrzną powierzchnią brzegową, powierzchnią zewnętrzną go opuszcza. Oczywistym jest więc, że gdy obie powierzchnie brzegowe będą miały takie same etykiety dotyczące współczynnika U rezultat końcowy obliczeń będzie zerowy.

Można zadeklarować nowe wartości U w bibliotece U-factor Names Library przez wybranie tej opcji w oknie dialogowym Boundary Condition Type i „kliknięcie” Add (dodaj).

6. Obliczenia

Na rysunku poniżej przedstawiono menu Calculation. Póki nie ma bieżących wyników niektóre opcje są nieaktywne (szare). Obliczenia można uruchomić po zdefiniowaniu przekroju, materiałów i warunków brzegowych przy użyciu opcji Calculation. Po wciśnięciu Display Options można dokonać przeglądu wyników. W programie uzyskuje się następujące wyniki: współczynniki U, siatki elementów skończonych, przebiegi izoterm, wektory strumienia ciepła i pola temperatur oraz wielkości strumienia z barwną skalą.

W oknie dialogowym Results Display Options (rys.7.) należy zaznaczyć Draw Results chcąc uzyskać wyniki w formie graficznej. Z sekcji Show można wybrać tylko jedną opcję w danym czasie.

Rys.7.

6.1. Współczynniki U

W celu pozyskania wyników dotyczących współczynników U należy wybrać z menu Calculation/Show U-factors. Pokazuje się okno U-factors, z którego można odczytać różnicę temperatur i długości obszaru, który został uwzględniony w obliczeniach. W celu wyeksportowania wyników do pliku tekstowego należy wcisnąć klawisz EXPORT i otworzyć Save, co umożliwi zachowanie pliku. Plik automatycznie otrzymuje rozszerzenie „txt”, aby można było odczytać wyniki każdym edytorem tekstu (rys.8.).

Rys.8.

6.2. Min/Max Temperatury

W oknie dialogowym Results Display Options należy zaznaczyć Show Min/Max temperatures. Położenie punku o minimalnej temperaturze (w rozważanym przekroju) zostaje zaznaczone błękitnym X, a położenie punku o maksymalnej - czerwonym X. Pojawia się też małe okno z wartościami obu temperatur i współrzędnymi punktów (rys.9.).

Rys.9.

6.3. Temperatura w miejscu położenia kursora

Po zakończeniu obliczeń można zobaczyć wartość temperatury w każdym punkcie przekroju wybierając z menu View opcję Temperature at Cursor. Kiedy opcja jest aktywna znaczek pojawia się po lewej jej stronie. Jeżeli jest nieaktywna należy ją uaktywnić kliknięciem. Na rysunku pojawia się małe okienko z wartością temperatury (rys.10.).

Rys.10.

6.4. Izotermy

Program THERM umożliwia obejrzenie przebiegu izoterm w rozważanym przekroju. Przebieg izoterm jest istotny przy szybkim ustalaniu największych gradientów temperatury. Są również użyteczne w określaniu „zimnych” i „ciepłych” obszarów, co jest istotne w przewidywaniu i unikaniu kondensacji.

6.5. Wektory strumienia ciepła

Wektory strumienia ciepła pokazują wartość i kierunek przepływu ciepła przez analizowany fragment przegrody. Każdy wektor jest przyporządkowany jednemu elementowi siatki. Długość wektora jest funkcją wielkości przepływu ciepła i rozmiarów elementu. Zwrot wektora odpowiada kierunkowi przepływu ciepła (od pomieszczenia na zewnątrz: rys.11.).

Rys.11.

6.6. Pola temperatur i strumienie ciepła z barwną skalą

Pole temperatury pokazuje gradienty temperatury w analizowanym przekroju. Przypisana im skala barw obejmuje kolory „zimne” od fioletu po błękit i kolory „ciepłe” - od żółci przez pomarańcz do czerwieni. Podobnie, jeżeli chodzi o strumień - fiolet oznacza niską wartość strumienia, a czerwony - wysoką (rys.12.).

Rys.12.

---