Оценка тепловой эффективности наружных вертикальных ограждений зданий

Введение. Проектная документация на строительство капитального объекта включает раздел, в котором обосновывается энергетическая эффективность проектируемого здания, подтверждаемая соответствием теплотехнических показателей нормам, установленным на территории России. Одним из таких теплотехнических показателей является сопротивление теплопередаче наружных ограждающих конструкций здания, характеризующее их тепловую эффективность. Нормативная методика определения этого показателя, основанная на результатах теплотехнического расчета двухмерного теплового поля, не позволяет корректно оценить тепловую эффективность конструкции, так как не позволяет учесть все проблемные места по потерям тепла из здания, имеющие место в неоднородных ограждающих конструкциях и в их узловых сопряжениях.

Материалы и методы. Рассмотрено конструктивное решение фасадной системы монолитного жилого здания с лоджиями, спроектированного для строительства в г. Москве. Наружные стены выполнены из монолитного железо-
бетона и газобетонных блоков с применением навесной вентилируемой фасадной системы. Оценка тепловой эффективности исследуемого ограждения здания проводилась на основе теплотехнического расчета трехмерного температурного поля с использованием вычислительного комплекса TEPL.

Результаты. Приведены результаты анализа распределения температур на поверхностях теплообмена, которые позволили установить зоны излишних тепловых потерь в исследуемых конструкциях. Предложены варианты дополнительного утепления конструкций здания. С помощью программного комплекса TEPL вычислены величины приведенного сопротивления теплопередаче исследуемых ограждающих конструкций, позволившие достоверно оценить тепловую эффективность проектного конструктивного решения наружного ограждения (до утепления) и утепленных конструкций.

Выводы. Оценку тепловой эффективности наружных вертикальных ограждающих конструкций следует производить на основе численного расчета трехмерного температурного поля, позволяющего не только точно определить величину приведенного сопротивления теплопередаче ограждения, но и выявить все имеющиеся в конструкции «мостики холода» для их устранения в конструктивном решении.

1. Patankar S.V. Numerical heat transfer and fluid flow. NY, 1980. 197 p.

2. Туснина О.А., Туснин А.Р. Программный комплекс для теплотехнического расчета строительных конструкций // Промышленное и гражданское строительство. 2014. № 4. С. 51–54. EDN SAZOLL.

3. Туснина О.А. Теплотехнический расчет конструкций численными методами // Вестник МГСУ. 2013. № 11. С. 91–99. EDN ROWKFB.

4. Tusnina V., Tusnin A., Alekperov R. Experimental and theoretical studies of the thermal efficiency of multilayer non-uniform building enclosures // Journal of Building Engineering. 2022. Vol. 45. P. 103439.

5. Аbass F., Ismail L.H., Wahab I.A., Elgadi A.A. Development of a Model for OTTV and RTTV based on BIMVPL to Optimize the Envelope Thermal Performance // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. Vol. 713. Issue 1. P. 012009. DOI: 10.1088/1757-899x/713/1/012009

6. Najjar M.K., Rosa A.C., Hammad A.W.A., Vazquez E., Evangelista A.C.J., Tam V.W.Y. A regression-based framework to examine thermal loads of buildings // Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 292. P. 126021. DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.126021

7. Dino I.G., Sari A.E., Iseri O.K., Akin S., Kalfaoglu E., Erdogan B. et al. Image-based construction of building energy models using computer vision // Automation in Construction. 2020. Vol. 116. P. 103231. DOI: 10.1016/j.autcon.2020.103231

8. Schukina T., Kurasov I., Drapaliuk D., Popov P. Improving the energy efficiency of buildings based on the use of integrated solar wall panels // E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 244. P. 05009. DOI: 10.1051/e3sconf/202124405009

9. M’ziane M.C., Grine A., Younsi Z., Touha-mi M.S.K. Modelling and Numerical Simulation of a Passive Wall Incorporating a Phase Change Material // Journal of Advanced Research in Fluid Mechanics and Thermal Sciences. 2021. Vol. 79. Issue 1. Pp. 169–181. DOI: 10.37934/arfmts.79.1.169181

10. Stonkuvienė A., Bliūdžius R., Burlingis A., Ramanauskas J. The impact of connector’s thermal and geometrical characteristics on the energy performance of facade systems // Journal of Building Engineering. 2021. Vol. 35. P. 102085. DOI: 10.1016/j.jobe.2020.102085

11. Zhang F., Ju Y., Santibanez Gonzalez E.D.R., Wang A., Dong P., Giannakis M. A new framework to select energy-efficient retrofit schemes of external walls: A case study // Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 289. P. 125718. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.125718

12. Протасевич А.М., Лешкевич В.В. Расчет температурного поля многослойных ограждающих конструкций с теплопроводными включениями методом конечных элементов // Энергоэффективность. 2013. № 10. С. 16–20.

13. Švajlenka J., Kozlovská M., Vranay F., Pošivá-ková T., Jámborová M. Comparison of laboratory and computational models of selected thermal-technical properties of constructions systems based on wood // Energies. 2020. Vol. 13. Issue 12. P. 3127. DOI: 10.3390/en13123127

14. Ghedhab M.E., El Abbassi I., Absi R., Mélinge Y. Numerical study of the effect of DSF walls geometrical shape on heat transfer // E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 170. P. 01005. DOI: 10.1051/e3sconf/202017001005

15. Al-Sanea S.A., Zedan M.F. Effect of thermal bridges on transmission loads and thermal resistance of building walls under dynamic conditions // Applied Energy. 2012. Vol. 98. Pp. 584–593. DOI: 10.1016/j.ape-nergy.2012.04.038

16. Shaik S., Nagaraju S., Rizvan S.M., Gorantla K.K. Optimizing Vertical Air Gap Location Inside the Wall for Energy Efficient Building Enclosure Design Based on Unsteady Heat Transfer Characteristics // Advances in Intelligent Systems and Computing. 2020. Pp. 1003–1009. DOI: 10.1007/978-981-15-0035-0_80

17. Козлов В.В. Вопросы точности расчета приведенного сопротивления теплопередаче и температурных полей // Строительство и реконструкция. 2018. № 3 (77). С. 62–74. EDN UTKMBM.

18. Федоров С.В., Терехова И.А. Оценка корректности теплотехнических расчетов ограждающих конструкций методом конечных элементов // Прикладная математика и фундаментальная информатика. 2017. Т. 4. № 1. С. 31-42. EDN YZKCZN.

19. Туснина В.М., Файзов Д.Ш. К вопросу теплотехнического расчета неоднородных ограждающих конструкций зданий // Промышленное и гражданское строительство. 2017. № 4. С. 19–24. EDN YKPDKR.

20. Соловьев А.К., Туснина О.А. Сравнительный теплотехнический расчет систем верхнего естественного освещения (зенитные фонари и полые трубчатые световоды) // Инженерно-строительный журнал. 2014. № 2 (46). С. 24–35. DOI: 10.5862/MCE.46.4. EDN RZTSEL.