Исследование пространственного теплопереноса в угловом фрагменте наружного ограждения с коннекторами

Об авторах:

Иванова Елена Александровна, старший преподаватель кафедры теплогазоснабжения и инженерных систем в строительстве, Томский государственный архитектурно-строительный университет; energosber_e@mail.ru

Мещеулов Никита Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры прикладной математики, Томский государственный архитектурно-строительный университет; nikita.mesheulov@mail.ru

Аннотация:

Увеличение энергоэффективности и снижение тепловых потерь в зданиях являются основными задачами современного строительного сектора. По этой причине рекомендуется проектировать здания с применением современных энергосберегающих материалов и технологий. При применении многослойных стен в домостроении остро встает проблема возникновения тепловых мостов. Поэтому нужно понимать, как изменяется тепловое поведение ограждающей конструкции при включении в нее теплотехнических неоднородностей.

Целью работы является исследование воздействия теплопроводных включений, находящихся в наружных ограждающих конструкциях, на изменение значений температуры и плотности теплового потока.

В работе рассмотрена важность увеличения энергоэффективности наружных ограждений. Проведено численное исследование процесса теплопереноса для угловых фрагментов ограждающих конструкций, использующихся в домостроении по технологии VELOX. Показано влияние конструктивных особенностей рассматриваемых угловых фрагментов на характеристики температурных полей.

Математическое моделирование пространственного теплопереноса в угловом фрагменте наружного ограждения проводится с помощью нелинейной системы дифференциальных уравнений теплопроводности с заданными граничными условиями с использованием метода конечных элементов. Задача решена с помощью программного комплекса ANSYS.

Исследовано влияние металлических и стеклопластиковых коннекторов на изменение полей температуры и плотности теплового потока в ограждающей конструкции. Рассмотрено изменение теплового состояния как в толще наружной стены, так и по внутренней поверхности ограждения от области угла и по глади стены. Анализ расчетов показал, что максимальное возмущение вносит коннектор, изготовленный из металла, а минимальное — из стеклопластика. Наличие в толще конструкции высокотеплопроводных включений приводит к искажению поля плотности теплового потока ограждения.

Список литературы:

1. Гагарин В. Г. Учет теплотехнических неоднородностей ограждений при определении тепловой нагрузки на систему отопления здания / В. Г. Гагарин, А. Ю. Неклюдов // Жилищное строительство. 2014. № 6. С. 3-7.

2. Горшков А. С. Принципы энергосбережения в зданиях / А. С. Горшков // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2014. № 7 (186). С. 26-36.

3. Данилов Н. Д. Стык стен и цокольного перекрытия без теплопроводных включений для зданий с проветриваемыми подпольями / Н. Д. Данилов, П. А. Федотов // Жилищное строительство. 2017. № 11. С. 39-42.

4. Ермоленко Б. В. Возобновляемая энергетика и устойчивое развитие экономики / Б. В. Ермоленко, Г. В. Ермоленко, И. В. Гордеев, Н. В. Богородицкая // Энергетический вестник. 2012. № 13. С. 57-101.

5. Козлобродов А. Н. Исследование влияния термовкладышей на тепловое состояние теплонапряженных элементов многослойных ограждающих конструкций / А. Н. Козлобродов, Е. А. Иванова, А. В. Головко // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. № 4. С. 155‑169.

6. Николаев В. Н. Новый уровень панельного домостроения: композитные диагональные гибкие связи и петли монтажные для трехслойных бетонных панелей / В. Н. Николаев, В. Ф. Степанова // Жилищное строительство. 2019. № 10. С. 14-20.

7. Харитонова Е. А. Исследование конструктивных решений стеновых ограждающих конструкций здания из CLT-панелей в климатических условиях Пермского края / Е. А. Харитонова, С. И. Вахрушев // Master’s Journal. 2019. № 2. С. 80-93.

8. Хуторной А. Н. Оценка влияния глубины заложения и теплопроводности коннекторов на теплозащитные свойства кирпичных и керамзитобетонных наружных стен / А. Н. Хуторной, А. В. Колесникова // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2004. № 10 (550). С. 4-8.

9. Цветков Н. А. Сравнительный анализ теплозащитных характеристик стен из профилированного утепленного бруса с коннекторами / Н. А. Цветков, А. Н. Хуторной, А. В. Толстых, Ю. Н. Дорошенко // Вестник Томского государственного архитектурно-строительного университета. 2018. Том 20. № 2. С. 124-136.

10. Chang S. Thermal bridging analysis of connections in cross-laminated timber buildings based on ISO 10211 / S. Chang, S. Wi, S. Kim // Construction and Building Materials. 2019. Vol. 213. Pp. 709-722.

11. Gorgolewski M. Developing a simplified method of calculating U-values in light steel framing / M. Gorgolewski // Building and Environment. 2007. Vol. 42. Iss. 1. Pp. 230‑236.

12. Real S. Contribution of structural lightweight aggregate concrete to the reduction of thermal bridging effect in buildings / S. Real, G. Gomes, M. Rodrigues, A. Bogas // Construction and Building Materials. 2016. Vol. 121. Pp. 460-470.

13. Santos G. H. Numerical analysis of thermal transmittance of hollow concrete blocks / G. H. Santos, M. A. Fogiatto, N. Mendes // Journal of Building Physics. 2017. No. 1. Pp. 7-24.

14. Stonkuvienė A. The impact of connector’s thermal and geometrical characteristics on the energy performance of facade systems / A. Stonkuvienė, R. Bliūdžius, A. Burlingis, J. Ramanauskas // Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 35. Art. 102085.

15. Ximei Z. Thermal performance of precast concrete sandwich walls with a novel hybrid connector / Z. Ximei, W. Yonghui, W. Xueming // Energy and Buildings. 2018. Vol. 166. Pp. 1393-1411.