Математичне моделювання теплової ефективності огороджувальних конструкцій багатоповерхових будівель з урахуванням індивідуального утеплення

Abstract

На даний час проблемі загальної термомодернізації огороджувальних конструкцій будівель приділяється багато уваги як на рівні науковців, так і на рівні споживачів. Це є одним з ефективних шляхів зменшення споживання природного газу, зниження негативного впливу на навколишнє середовище, дотримання і поліпшення комфортних умов у приміщенні. За останнє десятиліття населення стрімко почало утеплювати своє житло з ціллю підвищити внутрішню температуру повітря до комфортної в багатоповерховому житловому секторі. Через недостатню увагу органів влади у житлово-комунальному секторі, недостатню кількість наукових досліджень та широкого інформування населення, відбувається масове утеплення огороджувальних конструкцій мешканцями багатоквартирних будинків в межах власних квартир. Але дослідження теплових процесів, які протікають при індивідуальному (несистемному) утепленні огороджувальних конструкцій, їх ефективності, на даний час повністю не завершено. Тому поставлена проблема, особливо в умовах значного подорожчання природного газу та електроенергії є актуальною. У роботі виконано математичне моделювання фрагменту частково утепленої стіни огороджувальної конструкції з визначенням теплового потоку шляхом розв'язання тривимірного диференціального рівняння теплопровідності з граничними умовами II, III та IV роду та розподілом характеристик шару будівельних конструкцій та ізоляції. Ці результати можуть бути використані при аналізі ефективності індивідуального утеплення будинку в цілому з урахуванням фрагментарних утеплень та порівнянні з системною термомодернізацією. У результаті моделювання визначені температурні поля поверхонь стін, які є тривимірними, є додаткові теплові потоки (теплові мости), які не враховуються у спрощеному одновимірному розрахунку. У одновимірному розрахунку при утепленні тепловий потік від стіни зменшується в 2,43 рази. При врахуванні сумарного теплового потоку від бокових поверхонь біля вікна (теплових мостів) та системному утепленні – в 1,75 разів. При клаптиковому утепленні та врахуванні сумарного теплового потоку від бокових поверхонь біля вікна – в 1,6 разів. Наступним етапом розрахунків є визначення фактичних температур повітря у приміщеннях багатоповерхового будинку з урахуванням фактичного стану огороджувальних конструкцій та системи опалення, нагрівальних приладів, режимних параметрів теплоносія та параметрів зовнішнього повітря. Методи та засоби цього аналізу можуть враховувати підсумкові дані коригування тепловтрат після математичного моделювання, наведеного у цій роботі. У підсумку результати будуть враховуватись у проектах термомодернізації будівель, реконструкції систем теплопостачання, раціональному розміщенні джерел, підборі обладнання та регулюванні роботи приладів.At present, the problem of general thermal modernization of building envelopes is given much attention both at the level of scientists and consumers. This is one of the effective ways to reduce natural gas consumption, reduce the negative impact on the environment, maintain and improve comfortable indoor conditions. Over the last decade, the population has rapidly begun to insulate their homes in order to raise the indoor air temperature to a comfortable level in the multi-storey residential sector. Due to insufficient attention of the authorities in the housing and communal sector, the lack of scientific research and widespread public awareness, there is a massive thermal insulation of building by residents of multi-store buildings within their own apartments. But the study of thermal processes that occur in individual thermal insulation of enclosing structures is currently not fully completed. Therefore, in the context of significant increases in gas and electricity prices, this problem is relevant. In the study was carried out mathematical modeling of a fragment of a partially insulated wall of an enclosing structure with determination of heat flux by solving a threedimensional differential equation of thermal conductivity with boundary conditions of II, III and IV kind and distribution of characteristics of building structures and insulation. These results can be used in the analysis of the efficiency of insulation of the building taking into account the fragmentary insulation and of comparison with systemic thermal modernization. As a result of modeling, the three-dimensional temperature fields of wall surfaces, are determined, there are additional heat fluxes (thermal bridges), which are not considered in the simplified one-dimensional calculation. In one-dimensional calculation, the heat flux from the wall is reduced by 2.43 times during insulation. Taking into account the total heat flow from the side surfaces near the window (thermal bridges) and system insulation - by 1.75 times. With fragmentary insulation and considering the total heat flux from the side surfaces near the window - by 1.6 times. The next stage of calculations is the determination of the actual air temperatures in the premises of a multi-storey building considering the actual condition of enclosing structures and heating systems, heaters, mode parameters of the coolant and outdoor air parameters. The methods and means of this analysis can take into account the final data of heat loss adjustment after the mathematical modeling presented in this paper. In consequence, the results will be taken into account in the projects of thermal modernization of buildings, reconstruction of heating systems, rational placement of sources, selection of equipment and regulation of devices.