Учет влияния неоднородностей в стеновой панели на величину сопротивления теплопередаче

Введение. Современные требования по повышению энергетической эффективности жизнедеятельности и снижению энергопотребления зданий в целом диктуют разработку новых конструкций, имеющих одновременно высокие теплозащитные и прочностные характеристики. К числу конструкций такого типа относятся многослойные стеновые панели с заполнителем из различных высокоэффективных теплоизоляционных материалов. Проведен анализ эффективности принятых решений по использованию минераловатных заполнителей в двухслойной стеновой панели при различной толщине слоя наружного утеплителя.

Материалы и методы. Использованы действующие нормативные документы в части обеспечения тепловой защиты ограждающих конструкций. Расчеты проводились с помощью численного моделирования в среде программного комплекса (ПК) COMSOL Multiphysics, а также инженерно-аналитическим методом расчета, представленным в нормативной литературе.

Результаты. Рассмотрены варианты устройства фасадной стены с различными толщинами слоя наружного утеплителя в сочетании с двухслойной стеновой панелью. Путем численного моделирования установлен характер распределения температур по толщине рассматриваемой конструкции стеновой панели. Выполнен анализ влияния неоднородных теплотехнических включений на эквивалентное сопротивление теплопередаче двухслойной стеновой панели.

Выводы. Результаты проведенного инженерно-аналитического расчета эквивалентного сопротивления теплопередаче двухслойной стеновой панели, а также численного моделирования в среде ПК COMSOL Multiphysics позволяют получить уточненную величину сопротивления теплопередачи двухслойной стеновой панели, что способствует определению минимальной толщины слоя наружного утеплителя в зависимости от климатической зоны строительства. Применение заполнителей из минераловатных плит в конструкции двухслойных стеновых панелей увеличивает эквивалентное сопротивление теплопередаче ограждающей конструкции. Приведен пример расчета эквивалентного сопротивления теплопередаче двухслойной стеновой панели, позволяющей более точно определить минимальную толщину слоя наружного утеплителя. Предлагаемая методика расчета дает возможность существенно снизить затраты на единицу площади стеновой панели при организации утепления фасада жилого здания.

1. Кузьмина Т.К., Аветисян Р.Т., Мирзаханова А.Т. Особенности строительства зданий из крупногабаритных модулей (часть 1) // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 5. С. 95–101. DOI: 10.24412/2071-6168-2022-5-95-102. EDN RISDVD.

2. Shi Y., Zhang Y., Ni K., Liu W., Luo Y. Research and practices of large composite external wall panels for energy saving prefabricated buildings // MATEC Web of Conferences. 2019. Vol. 289. P. 10012. DOI: 10.1051/matecconf/201928910012

3. Chen Z., Jiang L., Xiao M., Hu Y., Huang S. Rapid construction of modular buildings for emergencies: a case study from Hong Kong, China // Proceedings of the Institution of Civil Engineers — Civil Engineering. 2023. Vol. 176. Issue 2. Pp. 65–72. DOI: 10.1680/jcien.22.00172

4. Смолий В.А., Косарев А.С., Яценко Е.А. Эффективность применения энергосберегающих трехслойных панелей для жилых и общественных объектов каркасно-панельного домостроения // Центральный научный вестник. 2018. Т. 3. № 15–16 (56–57). С. 47–50. EDN XYOFLV.

5. Семикин П.В., Должиков В.Н. Эффективные энергосберегающие стеновые панели // Творчество и современность. 2016. № 1 (1). С. 65–76. EDN YURSCX.

6. Khaleghi H., Karatas A. Arctic architectures: unleashing energy efficiency and resilience in extreme cold regions // Proceedings of International Structural Engineering and Construction. 2023. Vol. 10. Issue 1. DOI: 10.14455/ISEC.2023.10(1).SUS-24

7. Матвеев А.В., Овчинников А.А. Разработка энергоэффективных крупнопанельных ограждающих конструкций // Жилищное строительство. 2014. № 10. С. 19–23. EDN STWXOX.

8. Назиров Р.А., Белов Т.В. Влияние сопротивления теплопередачи утеплителя на распределение температурных полей в стеновых ограждениях с навесными вентилируемыми фасадами // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2014. Т. 7. № 2. С. 207–213. EDN SBYPBF.

9. Давидюк А.А. Оценка влияния теплопроводных включений на приведенное сопротивление теплопередаче наружных многослойных стен на основе легких бетонов на стекловидных заполнителях // Жилищное строительство. 2014. № 7. С. 24–27. EDN SHORXZ.

10. Щекин Р.В., Кореневский С.М., Бем Г.Е. Справочник по теплоснабжению и вентиляции. Книга вторая. Вентиляция и кондиционирование воздуха. 4-е изд., перераб. и доп. Киев : Будiвельник, 1976. 416 с.

11. Пастушков П.П., Гагарин В.Г., Павленко Н.В. Методическое пособие по назначению расчетных теплотехнических показателей строительных материалов и изделий. М. : ФАУ «ФЦС», 2019.

12. Пастушков П.П. О проблемах определения теплопроводности строительных материалов // Строительные материалы. 2019. № 4. С. 57–64. DOI: 10.31659/0585-430X-2019-769-4-57-63. EDN SDSOJK.

13. Гагарин В.Г., Пастушков П.П. Изменение во времени теплопроводности газонаполненных полимерных теплоизоляционных материалов // Строительные материалы. 2017. № 6. С. 28–31. EDN YUNGSX.

14. Самарин О.Д., Полякова М.З. Зависимость теплотехнической однородности наружных стен жилых зданий от их геометрических характеристик и климатических параметров // Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2020. № 3 (219). С. 52–54. EDN KJAEYL.

15. Grünbauer H.J.M., Bicerano J., Clavel P., Daussin R.D., de Vos H.A., Elwell M.J. et al. Rigid Polyurethane Foams // Polymeric Foams. 2004. DOI: 10.1201/9780203506141.ch7

16. Гагарин В.Г., Пастушков П.П. Количественная оценка энергоэффективности энергосберегающих мероприятий // Строительные материалы. 2013. № 6. С. 7–9. EDN QIOMJZ.

17. Jelle B.P. Traditional, state-of-the-art and future thermal building insulation materials and solutions —Properties, requirements and possibilities // Energy and Buildings. 2011. Vol. 43. Issue 10. Pp. 2549–2563. DOI: 10.1016/j.enbuild.2011.05.015

18. Малявина Е.Г., Фролова А.А. Влияние климатических особенностей района строительства на экономически выгодный уровень тепловой защиты офисных зданий // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2020. № 11 (743). С. 89–99. DOI: 10.32683/0536-1052-2020-743-11-89-99. EDN LSCNCN.

19. Дацюк Т.А., Гримитлин А.М., Анисимов С.М., Цыганков А.В. Трансмиссионные и инфильтрационные теплопотери жилых зданий // Вестник гражданских инженеров. 2021. № 6 (89). С. 115–120. DOI: 10.23968/1999-5571-2021-18-6-115-120. EDN FAMYON.

20. Xing D., Li N. Three-dimensional heat transfer of globe thermometers in indoor environments controlled by radiant systems // Building and Environment. 2021. Vol. 188. P. 107505. DOI: 10.1016/j.buildenv.2020.107505

21. Сучилин В.А., Кочетков А.С., Губанов Н.Н. Моделирование в COMSOL Multiphysics энергопотерь сооружений ЖКХ в зависимости от условий эксплуатации // Сантехника, Отопление, Кондиционирование. 2019. № 4 (208). С. 74–79. EDN SOJABE.